La fisiología aeroespacial es el estudio de los efectos de las grandes altitudes en el cuerpo, como las diferentes presiones y niveles de oxígeno. A diferentes altitudes, el cuerpo puede reaccionar de diferentes maneras, provocando un mayor gasto cardíaco y produciendo más eritrocitos . Estos cambios provocan un mayor gasto energético en el cuerpo, lo que provoca fatiga muscular, pero esto varía según el nivel de altitud.
La física que afecta al cuerpo en el cielo o en el espacio es diferente a la del suelo. Por ejemplo, la presión barométrica es diferente a diferentes alturas. A nivel del mar, la presión barométrica es de 760 mmHg; a 3,048 m sobre el nivel del mar, la presión barométrica es de 523 mmHg, y a 15,240 m, la presión barométrica es de 87 mmHg. A medida que la presión barométrica disminuye, la presión parcial atmosférica también disminuye. Esta presión siempre está por debajo del 20% de la presión barométrica total. A nivel del mar, la presión parcial alveolar de oxígeno es de 104 mmHg, alcanzando los 6000 metros sobre el nivel del mar. Esta presión disminuirá hasta 40 mmHg en una persona no aclimatada, pero en una persona aclimatada, disminuirá hasta 52 mmHg. Esto se debe a que la ventilación alveolar aumentará más en la persona aclimatada. [1] La fisiología de la aviación también puede incluir el efecto en humanos y animales expuestos durante largos períodos de tiempo dentro de cabinas presurizadas. [2]
El otro problema principal de la altitud es la hipoxia, causada tanto por la falta de presión barométrica como por la disminución del oxígeno a medida que el cuerpo se eleva. [3] Con la exposición a altitudes mayores, la presión parcial de dióxido de carbono alveolar (PCO2 ) disminuye de 40 mmHg (nivel del mar) a niveles más bajos. Con una persona aclimatada al nivel del mar, la ventilación aumenta aproximadamente cinco veces y la presión parcial de dióxido de carbono disminuye hasta 6 mmHg. A una altitud de 3040 metros, la saturación arterial de oxígeno se eleva al 90%, pero por encima de esta altitud la saturación arterial de oxígeno disminuye rápidamente hasta un 70% (6000 m), y disminuye más a altitudes mayores. [4]
Las fuerzas g se experimentan principalmente en el cuerpo durante el vuelo, especialmente en vuelos de alta velocidad y viajes espaciales. Esto incluye fuerza g positiva, fuerza g negativa y fuerza g cero, causadas por aceleración simple, desaceleración y aceleración centrípeta. Cuando un avión gira, la aceleración centrípeta está determinada por ƒ=mv2/r. Esto indica que si la velocidad aumenta, la fuerza de aceleración centrípeta también aumenta en proporción al cuadrado de la velocidad. [5]
Cuando un aviador se ve sometido a una fuerza g positiva en aceleración, la sangre se desplazará hacia la parte inferior del cuerpo, es decir, si la fuerza g es elevada, aumentará toda la presión sanguínea en las venas. Esto significa que llega menos sangre al corazón, lo que afecta a su capacidad de funcionamiento, con una disminución de la circulación. [6]
Los efectos de la fuerza G negativa pueden ser más peligrosos, produciendo hiperemia y también episodios psicóticos. En el espacio, las fuerzas G son casi nulas, lo que se denomina microgravedad, es decir, la persona se encuentra flotando en el interior de la nave. Esto sucede porque la gravedad actúa sobre la nave espacial y sobre el cuerpo por igual, ambos son atraídos con las mismas fuerzas de aceleración y también en la misma dirección. [7]
La hipoxia ocurre cuando el torrente sanguíneo carece de oxígeno. En un ambiente aeroespacial, esto ocurre porque hay poco o nada de oxígeno. La capacidad de trabajo del cuerpo se reduce, disminuyendo el movimiento de todos los músculos (músculos esqueléticos y cardíacos). La disminución de la capacidad de trabajo está relacionada con la disminución de la velocidad de transporte de oxígeno. [8] Algunos efectos agudos de la hipoxia incluyen: mareos, laxitud, fatiga mental, fatiga muscular y euforia. Estos efectos afectarán a una persona no aclimatada a partir de una altitud de 3650 metros sobre el nivel del mar. Estos efectos aumentarán y pueden resultar en calambres o convulsiones a una altitud de 5500 metros y terminarán en una altitud a 7000 metros con un coma. [8]
Un tipo de síndrome relacionado con la hipoxia es el mal de montañismo . Una persona no aclimatada que permanece durante un tiempo significativo a gran altitud puede desarrollar eritrocitos y hematocritos elevados . La presión arterial pulmonar aumentará incluso si la persona está aclimatada, presentando dilatación del lado derecho del corazón. La presión arterial periférica disminuye, lo que lleva a insuficiencia cardíaca congestiva y muerte si la exposición es lo suficientemente prolongada. [9] Estos efectos se producen por una disminución de los eritrocitos, lo que provoca un aumento significativo de la viscosidad en la sangre. Esto causa una disminución del flujo sanguíneo en los tejidos, por lo que disminuye la distribución de oxígeno. La vasoconstricción de las arteriolas pulmonares es causada por la hipoxia en la porción derecha del corazón. Los espasmos arteriolares incluyen la mayor parte del flujo sanguíneo a través de los vasos pulmonares, produciendo un cortocircuito en el flujo sanguíneo dando menos oxígeno en la sangre. La persona se recuperará si hay una administración de oxígeno o si se le lleva a bajas altitudes. [10]
La enfermedad del alpinismo y el edema pulmonar son más comunes en quienes ascienden rápidamente a grandes altitudes. Esta enfermedad comienza desde unas horas hasta dos o tres días después de la ascensión a una gran altitud. Existen dos casos: edema cerebral agudo y edema pulmonar agudo. El primero es causado por la vasodilatación de los vasos sanguíneos cerebrales producida por la hipoxia; el segundo es causado por la vasoconstricción de las arteriolas pulmonares, causada por la hipoxia. [9]
La hipoxia es el principal estímulo que aumenta el número de eritrocitos, aumentando el hematocrito desde 40 hasta 60%, con un aumento de la concentración de hemoglobina en sangre desde 15 g/dl hasta 20-21 g/dl. También el volumen sanguíneo aumenta un 20% produciendo un aumento de la hemoglobina corporal hasta 15% o más. [3] Una persona que permanece por un período de tiempo a mayor altitud se aclimata, produciendo menos efectos sobre el cuerpo humano. [3] Hay varios mecanismos que ayudan a la aclimatación, los cuales son un aumento de la ventilación pulmonar, mayores niveles de eritrocitos, aumento de la capacidad de difusión pulmonar y aumento de la vascularización de los tejidos periféricos. [11]
Los receptores químicos arteriales son estimulados por la exposición a una presión parcial baja y por lo tanto aumentan la ventilación alveolar, hasta un máximo de 1,65 veces. Casi inmediatamente, la compensación por la mayor altitud comienza con un aumento de la ventilación pulmonar eliminando una gran cantidad de CO 2 . La presión parcial de dióxido de carbono se reduce y el pH de los fluidos corporales aumenta. Estas acciones inhiben el centro respiratorio del tronco encefálico, pero más tarde esta inhibición desaparece y el centro respiratorio responde a la estimulación de los receptores químicos periféricos debido a la hipoxia aumentando la ventilación hasta seis veces. [12]
El gasto cardíaco aumenta hasta un 30% después de que una persona se eleva a una gran altitud, pero disminuirá hasta niveles normales, dependiendo del aumento del hematocrito. La cantidad de oxígeno que llega a los tejidos periféricos es relativamente normal. También aparece una enfermedad llamada "angiogenia". [13]
Los riñones responden a la baja presión parcial de dióxido de carbono disminuyendo la secreción de iones de hidrógeno y aumentando la excreción de bicarbonato . Esta alcalosis respiratoria reduce la concentración de HCO3 y devuelve el pH plasmático a niveles normales. El centro respiratorio responde a la estimulación de los receptores químicos periféricos producida por la hipoxia después de que los riñones hayan recuperado la alcalosis. [14]