Los efectos de la gran altitud en los seres humanos son principalmente consecuencias de la reducción de la presión parcial de oxígeno en la atmósfera. Los problemas médicos que son consecuencia directa de la gran altitud son causados por la baja presión parcial inspirada de oxígeno, que es causada por la presión atmosférica reducida, y la fracción gaseosa constante de oxígeno en el aire atmosférico en el rango en el que los humanos pueden sobrevivir. [1] El otro efecto importante de la altitud se debe a la menor temperatura ambiente.
La saturación de oxígeno de la hemoglobina determina el contenido de oxígeno en la sangre. Después de que el cuerpo humano alcanza unos 2100 metros (6900 pies) sobre el nivel del mar, la saturación de oxihemoglobina comienza a disminuir rápidamente. [2] Sin embargo, el cuerpo humano tiene adaptaciones a la altitud tanto a corto como a largo plazo que le permiten compensar parcialmente la falta de oxígeno. Hay un límite para el nivel de adaptación; Los montañeros se refieren a las altitudes superiores a los 8.000 metros (26.000 pies) como la zona de la muerte , donde generalmente se cree que ningún cuerpo humano puede aclimatarse . [3] [4] [5] [6] En altitudes extremas , la presión ambiental puede caer por debajo de la presión de vapor del agua a la temperatura corporal, pero en tales altitudes, ni siquiera el oxígeno puro a presión ambiental puede sustentar la vida humana, y un traje presurizado es necesario. Una despresurización rápida a las bajas presiones de las grandes altitudes puede desencadenar el mal de descompresión de altura .
Las respuestas fisiológicas a la gran altitud incluyen hiperventilación , policitemia , aumento de la densidad capilar en el músculo y vasoconstricción pulmonar hipóxica: aumento de las enzimas oxidativas intracelulares. Hay una variedad de respuestas a la hipoxia a nivel celular, como lo demuestra el descubrimiento de factores inducibles por hipoxia (HIF), que determinan las respuestas generales del cuerpo a la privación de oxígeno. Las funciones fisiológicas a gran altura no son normales y la evidencia también muestra un deterioro de la función neuropsicológica, que ha sido implicada en accidentes de montañismo y aviación. [1] Los métodos para mitigar los efectos del ambiente de gran altitud incluyen el enriquecimiento de oxígeno del aire respirable y/o un aumento de la presión en un ambiente cerrado. [1] Otros efectos de la gran altitud incluyen congelación , hipotermia , quemaduras solares y deshidratación .
Los tibetanos y los andinos son dos grupos que están relativamente bien adaptados a las grandes altitudes, pero que muestran fenotipos notablemente diferentes . [1]
El cuerpo humano puede funcionar mejor al nivel del mar , [7] donde la presión atmosférica es de 101.325 Pa o 1013,25 milibares (o 1 atm , por definición). La concentración de oxígeno (O 2 ) en el aire al nivel del mar es del 20,9%, por lo que la presión parcial de O 2 (pO 2 ) es 21,136 kilopascales (158,53 mmHg). En individuos sanos, esto satura la hemoglobina , el pigmento rojo que se une al oxígeno en los glóbulos rojos . [8]
La presión atmosférica disminuye siguiendo la fórmula barométrica con la altitud , mientras que la fracción de O 2 permanece constante hasta aproximadamente 100 km (62 millas), por lo que la pO 2 también disminuye con la altitud. Es aproximadamente la mitad de su valor a nivel del mar a 5.000 m (16.000 pies), la altitud del Campo Base del Everest , y sólo un tercio a 8.848 m (29.029 pies), la cumbre del Monte Everest . [9] Cuando la pO 2 cae, el cuerpo responde con la aclimatación a la altitud. [10]
La medicina de montaña reconoce tres regiones de altitud que reflejan la disminución de la cantidad de oxígeno en la atmósfera: [11]
Viajar a cada una de estas regiones de altitud puede provocar problemas médicos, desde los síntomas leves del mal de montaña agudo hasta el edema pulmonar de gran altitud ( HAPE ) y el edema cerebral de gran altitud ( HACE ), potencialmente mortales. Cuanto mayor es la altitud, mayor es el riesgo. [12] Los médicos de la expedición suelen tener un suministro de dexametasona para tratar estas afecciones en el lugar. [13] Las investigaciones también indican un riesgo elevado de daño cerebral permanente en personas que suben a más de 5.500 m (18.045 pies). [14]
Las personas que desarrollan mal de montaña agudo a veces pueden identificarse antes de la aparición de los síntomas por cambios en el equilibrio de líquidos (hormonas que regulan el metabolismo de la sal y el agua). Las personas que están predispuestas a desarrollar edema pulmonar por altitud pueden presentar una reducción en la producción de orina antes de que los síntomas respiratorios se hagan evidentes.[15]
Los humanos han sobrevivido durante dos años a 5.950 m (19.520 pies, 475 milibares de presión atmosférica), que es la altitud más alta registrada permanentemente tolerable; el asentamiento permanente más alto conocido, La Rinconada , está a 5.100 m (16.700 pies). [dieciséis]
En altitudes superiores a los 7.500 m (24.600 pies, 383 milibares de presión atmosférica), dormir se vuelve muy difícil, digerir los alimentos es casi imposible y el riesgo de HAPE o HACE aumenta considerablemente. [12] [17] [18]
La zona de muerte en el montañismo (originalmente la zona letal ) fue concebida por primera vez en 1953 por Edouard Wyss-Dunant , médico y alpinista suizo. [19] Se refiere a altitudes por encima de cierto punto donde la cantidad de oxígeno es insuficiente para sustentar la vida humana durante un período de tiempo prolongado. Este punto generalmente se etiqueta como 8.000 m (26.000 pies, menos de 356 milibares de presión atmosférica). [20] Las 14 cumbres de la zona de la muerte por encima de los 8.000 m, llamadas ochomiles , se encuentran en las cadenas montañosas del Himalaya y Karakoram .
Muchas muertes en el montañismo de gran altitud han sido causadas por los efectos de la zona de muerte, ya sea directamente por la pérdida de funciones vitales o indirectamente por decisiones equivocadas tomadas bajo estrés o debilitamiento físico que provocan accidentes. En la zona de la muerte, el cuerpo humano no puede aclimatarse. Una estancia prolongada en la zona de la muerte sin oxígeno suplementario provocará el deterioro de las funciones corporales, la pérdida del conocimiento y, en última instancia, la muerte. [3] [4] [5]
A una altitud de 19.000 m (63.000 pies), la presión atmosférica es lo suficientemente baja como para que el agua hierva a la temperatura normal del cuerpo humano . Esta altitud se conoce como límite de Armstrong . La exposición a una presión por debajo de este límite provoca una rápida pérdida del conocimiento, seguida de una serie de cambios en las funciones cardiovasculares y neurológicas y, finalmente, la muerte, a menos que se restablezca la presión en 60 a 90 segundos. [21]
Incluso por debajo del límite de Armstrong, una disminución abrupta de la presión atmosférica puede provocar burbujas de gas venosas y enfermedad por descompresión . Un cambio repentino de la presión al nivel del mar a presiones tan bajas como las de 5.500 m (18.000 pies) puede causar enfermedad por descompresión inducida por la altitud. [22]
El cuerpo humano puede adaptarse a la gran altitud mediante una aclimatación tanto inmediata como a largo plazo. A gran altura, a corto plazo, la falta de oxígeno es detectada por los cuerpos carotídeos , lo que provoca un aumento de la profundidad y la frecuencia respiratoria ( hiperpnea ). Sin embargo, la hiperpnea también causa el efecto adverso de la alcalosis respiratoria , inhibiendo que el centro respiratorio aumente la frecuencia respiratoria tanto como sería necesario. La incapacidad para aumentar la frecuencia respiratoria puede deberse a una respuesta inadecuada del cuerpo carotídeo o a una enfermedad pulmonar o renal. [2] [23]
Además, a gran altura, el corazón late más rápido ; el volumen sistólico disminuye ligeramente; [24] y se suprimen funciones corporales no esenciales, lo que resulta en una disminución en la eficiencia de la digestión de los alimentos (ya que el cuerpo suprime el sistema digestivo a favor de aumentar sus reservas cardiopulmonares). [25]
La aclimatación completa requiere días o incluso semanas. Poco a poco, el cuerpo compensa la alcalosis respiratoria mediante la excreción renal de bicarbonato, lo que permite una respiración adecuada para proporcionar oxígeno sin riesgo de alcalosis. Se necesitan unos cuatro días a cualquier altitud y se puede mejorar con fármacos como la acetazolamida . [23] Con el tiempo, el cuerpo sufre cambios fisiológicos como una menor producción de lactato (porque la reducción de la degradación de la glucosa disminuye la cantidad de lactato formado), disminución del volumen plasmático , aumento del hematocrito ( policitemia ), aumento de la masa de glóbulos rojos y una mayor concentración de capilares en el músculo esquelético. tejido, aumento de mioglobina , aumento de mitocondrias , aumento de la concentración de enzimas aeróbicas , aumento de 2,3-BPG , vasoconstricción pulmonar hipóxica e hipertrofia ventricular derecha . [2] [26] La presión de la arteria pulmonar aumenta en un esfuerzo por oxigenar más sangre.
La adaptación hematológica completa a la gran altitud se logra cuando el aumento de glóbulos rojos alcanza una meseta y se detiene. La duración de la adaptación hematológica completa se puede estimar multiplicando la altitud en kilómetros por 11,4 días. Por ejemplo, adaptarse a 4.000 metros (13.000 pies) de altitud requeriría 45,6 días. [27] El límite de altitud superior de esta relación lineal no se ha establecido completamente. [6] [16]
Incluso cuando se está aclimatado, la exposición prolongada a gran altitud puede interferir con el embarazo y causar restricción del crecimiento intrauterino o preeclampsia . [28] La gran altitud provoca una disminución del flujo sanguíneo a la placenta , incluso en mujeres aclimatadas, lo que interfiere con el crecimiento fetal. [28] En consecuencia, los niños nacidos a grandes altitudes nacen más bajos en promedio que los niños nacidos al nivel del mar. [29]
Se estima que 81,6 millones de personas viven en elevaciones superiores a los 2.500 metros (8.200 pies). [30] Se han detectado cambios genéticos en grupos de población de gran altitud en el Tíbet en Asia, los Andes de América y Etiopía en África. [31] Esta adaptación significa respuestas fisiológicas irreversibles a largo plazo a entornos de gran altitud, asociadas con cambios genéticos y de comportamiento hereditarios . Los habitantes indígenas de estas regiones prosperan bien en las partes más altas del mundo. Estos humanos han sufrido extensos cambios fisiológicos y genéticos, particularmente en los sistemas reguladores de la respiración de oxígeno y la circulación sanguínea , en comparación con la población general de las tierras bajas. [32] [33]
En comparación con los recién llegados aclimatados, las poblaciones nativas andinas y del Himalaya tienen una mejor oxigenación al nacer, un mayor volumen pulmonar a lo largo de la vida y una mayor capacidad de ejercicio. [1] Los tibetanos demuestran un aumento sostenido en el flujo sanguíneo cerebral, una ventilación elevada en reposo, una menor concentración de hemoglobina (en elevaciones por debajo de 4000 metros), [34] y menos susceptibilidad al mal de montaña crónico (CMS). [1] [35] Los andinos poseen un conjunto similar de adaptaciones, pero exhiben una concentración elevada de hemoglobina y una ventilación normal en reposo. [36] Estas adaptaciones pueden reflejar la historia más larga de ocupación a gran altitud en estas regiones. [37] [38]
Se observa una menor tasa de mortalidad por enfermedades cardiovasculares entre los residentes de altitudes más altas. [39] De manera similar, existe una relación dosis-respuesta entre el aumento de la elevación y la disminución de la prevalencia de la obesidad en los Estados Unidos. [40] Esto no se explica sólo por la migración. [41] Por otro lado, las personas que viven en elevaciones más altas también tienen una mayor tasa de suicidio en los Estados Unidos. [42] La correlación entre la elevación y el riesgo de suicidio estuvo presente incluso cuando los investigadores controlaron los factores de riesgo de suicidio conocidos, como la edad, el sexo, la raza y los ingresos. Las investigaciones también han indicado que es poco probable que los niveles de oxígeno sean un factor, considerando que no hay indicios de un aumento de los trastornos del estado de ánimo a gran altura en personas con apnea del sueño o en fumadores empedernidos a gran altura. Aún se desconoce la causa del mayor riesgo de suicidio. [42]
La mitigación puede realizarse mediante oxígeno suplementario, presurización del hábitat o traje de protección ambiental, o una combinación de ambos. En todos los casos, el efecto crítico es el aumento de la presión parcial de oxígeno en el gas respirable. [1]
El aire ambiente en altura puede enriquecerse con oxígeno sin introducir un riesgo de incendio inaceptable. A una altitud de 8.000 m, la altitud equivalente en términos de presión parcial de oxígeno se puede reducir a menos de 4.000 m sin aumentar el riesgo de incendio más allá del del aire atmosférico normal al nivel del mar. En la práctica, esto se puede hacer utilizando concentradores de oxígeno. [43]
Como era de esperar, la temperatura del aire ambiente se ve afectada por la altitud, y esto también tiene efectos fisiológicos en las personas expuestas a grandes altitudes. Los efectos de la temperatura y su mitigación no son inherentemente diferentes de los efectos de la temperatura por otras causas, pero los efectos de la temperatura y la presión son acumulativos.
La temperatura de la atmósfera disminuye mediante un gradiente , causado principalmente por la convección y la expansión adiabática del aire al disminuir la presión. [44] En la cima del Monte Everest, la temperatura promedio en verano es de -19 °C (-2 °F) y la temperatura promedio en invierno es de -36 °C (-33 °F). [45] A temperaturas tan bajas, la congelación y la hipotermia se convierten en riesgos para los humanos. La congelación es una lesión de la piel que se produce cuando se expone a temperaturas extremadamente bajas, provocando la congelación de la piel u otros tejidos, [46] que comúnmente afecta las áreas de los dedos de las manos y los pies , la nariz , las orejas , las mejillas y la barbilla . [47] La hipotermia se define como una temperatura central del cuerpo inferior a 35,0 °C (95,0 °F) en humanos. [48] Los síntomas van desde escalofríos y confusión mental, [49] hasta alucinaciones y paro cardíaco . [48]
Además de las lesiones por frío, respirar aire frío puede provocar deshidratación , porque el aire se calienta a la temperatura corporal y se humedece a partir de la humedad corporal. [15]
También existe un mayor riesgo de sufrir quemaduras solares debido al menor bloqueo de los rayos ultravioleta debido a una atmósfera más delgada. [50] [51] La cantidad de UVA aumenta aproximadamente un 9% con cada aumento de altitud de 1000 metros (3300 pies). [52] Los síntomas de las quemaduras solares incluyen piel enrojecida o rojiza , caliente al tacto o dolorosa , fatiga general y mareos leves . Otros síntomas incluyen ampollas , descamación de la piel , hinchazón, picazón y náuseas.
Para los deportistas, la gran altitud produce dos efectos contradictorios en el rendimiento. Para las pruebas explosivas (sprints de hasta 400 metros, salto de longitud, triple salto), la reducción de la presión atmosférica significa que hay menos resistencia de la atmósfera y el rendimiento del atleta será generalmente mejor a gran altura. [53] Para las pruebas de resistencia (carreras de 800 metros o más), el efecto predominante es la reducción de oxígeno, lo que generalmente reduce el rendimiento del atleta a gran altura. [54] Una forma de medir esta reducción es monitoreando el VO 2 máx, una medida de la capacidad máxima de un individuo para utilizar O 2 durante el ejercicio extenuante. Para un individuo no aclimatado, el VO 2 máx comienza a disminuir significativamente en una elevación moderada, comenzando a 1.500 metros y cayendo entre un 8 y un 11 por ciento por cada 1.000 metros adicionales. [55]
Las organizaciones deportivas reconocen los efectos de la altitud en el rendimiento: por ejemplo, el organismo rector del deporte del atletismo , World Athletics , ha dictaminado que las actuaciones logradas a una altitud superior a 1.000 metros serán aprobadas para propósitos de récord mundial , pero llevarán la notación de "A" para indicar que fueron colocados en altitud.
Los Juegos Olímpicos de Verano de 1968 se llevaron a cabo en la altura de la Ciudad de México . Allí se batieron los récords mundiales en la mayoría de los récords de velocidad corta y salto. También se establecieron otros récords en altitud en previsión de esos Juegos Olímpicos. El récord de Bob Beamon en salto de longitud se mantuvo durante casi 23 años y sólo se ha batido una vez sin ayuda de altitud o viento . Muchos de los otros récords establecidos en la Ciudad de México fueron superados posteriormente por marcas establecidas en altitud.
Una reunión de atletismo de élite se celebró anualmente en Sestriere , Italia, de 1988 a 1996, y nuevamente en 2004. La ventaja de su gran altitud en eventos de carreras y saltos ofrecía esperanzas de récords mundiales, y el patrocinador Ferrari ofrecía un automóvil como bonificación. [56] [57] Se estableció un récord en el salto con pértiga masculino por Sergey Bubka en 1994; [57] También se batieron los récords masculino y femenino en salto de longitud , pero con la ayuda del viento . [58]
Los deportistas también pueden aprovechar la aclimatación a la altitud para aumentar su rendimiento. [10] Los mismos cambios que ayudan al cuerpo a afrontar la gran altitud aumentan el rendimiento al nivel del mar. Sin embargo, puede que este no sea siempre el caso. Cualquier efecto positivo de aclimatación puede verse anulado por un efecto de desentrenamiento, ya que los atletas generalmente no pueden ejercitarse con tanta intensidad a gran altura en comparación con el nivel del mar. [59]
Este enigma llevó al desarrollo de la modalidad de entrenamiento en altitud conocida como "Vive-Alto, Entrena-Bajo", mediante la cual el atleta pasa muchas horas al día descansando y durmiendo a una altitud (alta), pero realiza una parte importante de su entrenamiento, posiblemente todo ello, a otra altitud (menor). Una serie de estudios realizados en Utah a finales de la década de 1990 mostraron mejoras significativas en el rendimiento de los atletas que siguieron dicho protocolo durante varias semanas. [59] [60] Otro estudio de 2006 ha demostrado mejoras en el rendimiento simplemente realizando algunas sesiones de ejercicio a gran altura, pero viviendo al nivel del mar. [61]
El efecto de mejora del rendimiento del entrenamiento en altitud podría deberse a un mayor recuento de glóbulos rojos, [62] un entrenamiento más eficiente, [63] o cambios en la fisiología muscular. [64] [65]
En 2007, la FIFA emitió una moratoria de corta duración sobre los partidos internacionales de fútbol celebrados a más de 2.500 metros sobre el nivel del mar, prohibiendo efectivamente que estadios selectos en Bolivia, Colombia y Ecuador albergaran partidos de clasificación para la Copa Mundial , incluidas sus capitales. [66] En su fallo, el comité ejecutivo de la FIFA citó específicamente lo que creían que era una ventaja injusta que poseían los equipos locales acostumbrados a la elevación. La prohibición fue revocada en 2008. [66]
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