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 más gasto cardíaco y produciendo más eritrocitos . Estos cambios provocan un mayor desperdicio de energía en el cuerpo, provocando 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 en diferentes alturas. Al 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 disminuye la presión barométrica , también disminuye la presión parcial atmosférica . 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 de oxígeno a medida que el cuerpo asciende. [3] Con la exposición a mayores altitudes, la presión parcial alveolar de dióxido de carbono (PCO 2 ) disminuye de 40 mmHg (nivel del mar) a niveles más bajos. En una persona aclimatada al nivel del mar, la ventilación aumenta unas cinco veces y la presión parcial de dióxido de carbono disminuye hasta 6 mmHg. A una altitud de 3.040 metros, la saturación arterial de oxígeno se eleva al 90%, pero a partir de esta altitud la saturación arterial de oxígeno disminuye rápidamente hasta un 70% (6.000 m), y disminuye más en altitudes más altas. [4]
Las fuerzas G las experimenta principalmente el cuerpo durante el vuelo, especialmente en vuelos a alta velocidad y viajes espaciales. Esto incluye la fuerza g positiva, la fuerza g negativa y la fuerza g cero, causadas por aceleración, desaceleración y aceleración centrípeta simples. 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 somete a una fuerza g positiva en aceleración, la sangre se moverá a la parte inferior del cuerpo, lo que significa que si la fuerza g es elevada, toda la presión sanguínea en las venas aumentará. Esto significa que llega menos sangre al corazón, lo que afecta su capacidad de funcionar, 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 llama microgravedad, es decir, que la persona está 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 además en la misma dirección. [7]
La hipoxia ocurre cuando el torrente sanguíneo carece de oxígeno. En un entorno 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 provocar calambres o convulsiones a una altitud de 5500 metros y terminarán en una altitud de 7000 metros con coma. [8]
Un tipo de síndrome relacionado con la hipoxia es la enfermedad del montañismo. Una persona no aclimatada que permanece durante un tiempo significativo a gran altura puede desarrollar eritrocitos y hematocrito 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 provoca insuficiencia cardíaca congestiva y la 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 provoca 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 hipoxia en la porción derecha del corazón. Los espasmos de arteriolas afectan 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 se le administra oxígeno o si se la lleva a bajas altitudes. [10]
La enfermedad del montañismo y el edema pulmonar son más comunes en quienes suben rápidamente a grandes alturas. Esta enfermedad comienza desde unas pocas horas hasta dos o tres días después de la ascensión a una gran altura. 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, provocada por la hipoxia. [9]
La hipoxia es el principal estímulo que aumenta el número de eritrocitos, aumentando el hematocrito desde un 40 hasta un 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 un 15% o más. [3] Una persona que permanece por un período de tiempo en mayores altitudes se aclimata, produciendo menos efectos sobre el cuerpo humano. [3] Hay varios mecanismos que ayudan con la aclimatación, que 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 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 del dióxido de carbono disminuye y el pH de los fluidos corporales aumenta. Estas acciones inhiben el centro respiratorio del tronco encefálico, pero luego esta inhibición desaparece y el centro respiratorio responde a la estimulación de los receptores químicos periféricos a causa de la hipoxia aumentando la ventilación hasta seis veces. [12]
El gasto cardíaco aumenta hasta un 30% después de que una persona asciende 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 una vez que los riñones han recuperado la alcalosis. [14]