La hipoxia es una condición en la que el cuerpo o una región del cuerpo se ve privado de un suministro adecuado de oxígeno a nivel tisular . [1] La hipoxia puede clasificarse como generalizada , que afecta a todo el cuerpo, o local , que afecta a una región del cuerpo. [2] Aunque la hipoxia es a menudo una condición patológica , las variaciones en las concentraciones de oxígeno arterial pueden ser parte de la fisiología normal, por ejemplo, durante el ejercicio físico extenuante .
La hipoxia se diferencia de la hipoxemia y la anoxemia en que la hipoxia se refiere a un estado en el que el oxígeno presente en un tejido o en todo el cuerpo es insuficiente, mientras que la hipoxemia y la anoxemia se refieren específicamente a estados en los que hay poco o ningún oxígeno en la sangre . [3] La hipoxia en la que hay una ausencia total de suministro de oxígeno se denomina anoxia .
La hipoxia puede deberse a causas externas, cuando el gas respirado es hipóxico, o a causas internas, como una eficacia reducida de la transferencia de gas en los pulmones, una capacidad reducida de la sangre para transportar oxígeno, una perfusión general o local comprometida o una incapacidad de los tejidos afectados para extraer oxígeno o procesar metabólicamente un suministro adecuado de oxígeno a partir de un suministro de sangre adecuadamente oxigenado.
La hipoxia generalizada se produce en personas sanas cuando ascienden a grandes altitudes , donde causa mal de altura que conduce a complicaciones potencialmente fatales: edema pulmonar de gran altitud ( HAPE ) y edema cerebral de gran altitud ( HACE ). [4] La hipoxia también se produce en individuos sanos cuando respiran mezclas inadecuadas de gases con un bajo contenido de oxígeno, por ejemplo, al bucear bajo el agua , especialmente cuando se utilizan sistemas de rebreather de circuito cerrado que funcionan mal y que controlan la cantidad de oxígeno en el aire suministrado. La hipoxia intermitente leve y no dañina se utiliza intencionalmente durante el entrenamiento en altura para desarrollar una adaptación del rendimiento atlético tanto a nivel sistémico como celular. [5]
La hipoxia es una complicación frecuente del parto prematuro en los recién nacidos. Debido a que los pulmones se desarrollan en etapas tardías del embarazo , los bebés prematuros suelen tener pulmones subdesarrollados. Para mejorar la oxigenación de la sangre, los bebés con riesgo de hipoxia pueden ser colocados dentro de incubadoras que proporcionan calor, humedad y oxígeno suplementario. Los casos más graves se tratan con presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP).
La hipoxia existe cuando hay una cantidad reducida de oxígeno en los tejidos del cuerpo. La hipoxemia se refiere a una reducción en la oxigenación arterial por debajo del rango normal, independientemente de si el intercambio de gases está alterado en el pulmón, el contenido de oxígeno arterial (C a O 2 – que representa la cantidad de oxígeno entregado a los tejidos) es adecuado, o existe hipoxia tisular. [6] Las categorías de clasificación no siempre son mutuamente excluyentes, y la hipoxia puede ser consecuencia de una amplia variedad de causas.
El entrenamiento hipóxico intermitente induce una hipoxia generalizada leve durante períodos cortos como método de entrenamiento para mejorar el rendimiento deportivo. Esto no se considera una afección médica. [14] La hipoxia cerebral aguda que conduce al desmayo puede ocurrir durante el buceo en apnea . Esto es una consecuencia de la apnea voluntaria prolongada bajo el agua y generalmente ocurre en atletas entrenados con buena salud y buena condición física. [15]
La hipoxia puede afectar a todo el cuerpo o sólo a algunas partes.
El término hipoxia generalizada puede referirse a la hipoxia que afecta a todo el cuerpo, [16] o puede usarse como sinónimo de hipoxia hipóxica , que ocurre cuando no hay suficiente oxígeno en el gas respirable para oxigenar la sangre a un nivel que soporte adecuadamente los procesos metabólicos normales, [8] [13] [7] y que afectará inherentemente a todos los tejidos perfundidos.
Los síntomas de la hipoxia generalizada dependen de su gravedad y de la aceleración de su aparición. En el caso del mal de altura , en el que la hipoxia se desarrolla gradualmente, los síntomas incluyen fatiga , entumecimiento /hormigueo de las extremidades , náuseas e hipoxia cerebral . [17] [18] Estos síntomas suelen ser difíciles de identificar, pero la detección temprana de los síntomas puede ser fundamental. [19]
En la hipoxia grave, o hipoxia de inicio muy rápido, ataxia , confusión, desorientación, alucinaciones , cambios de comportamiento, dolores de cabeza intensos , nivel reducido de conciencia, papiledema , disnea , [17] palidez , [20] taquicardia e hipertensión pulmonar que eventualmente conducen a los signos tardíos cianosis , frecuencia cardíaca lenta , cor pulmonale y presión arterial baja seguida de insuficiencia cardíaca que finalmente conduce al shock y la muerte . [21] [22]
Debido a que la hemoglobina es de un rojo más oscuro cuando no está unida al oxígeno ( desoxihemoglobina ), a diferencia del color rojo intenso que tiene cuando está unida al oxígeno ( oxihemoglobina ), cuando se ve a través de la piel tiene una mayor tendencia a reflejar la luz azul de regreso al ojo. [23] En los casos en que el oxígeno es desplazado por otra molécula, como el monóxido de carbono, la piel puede verse "rojo cereza" en lugar de cianótica. [24] La hipoxia puede causar un parto prematuro y dañar el hígado, entre otros efectos nocivos. [25] [26]
La hipoxia localizada en una región del cuerpo, como un órgano o una extremidad, suele ser consecuencia de la isquemia , la perfusión reducida a ese órgano o extremidad, y no necesariamente está asociada a una hipoxemia general. Una perfusión reducida localmente suele estar causada por una mayor resistencia al flujo a través de los vasos sanguíneos del área afectada.
La isquemia es una restricción en el suministro de sangre a cualquier tejido, grupo muscular u órgano, que causa una escasez de oxígeno. [27] [28] La isquemia generalmente es causada por problemas con los vasos sanguíneos , con el consiguiente daño o disfunción del tejido, es decir, hipoxia y disfunción microvascular . [29] [30] También significa hipoxia local en una parte determinada de un cuerpo que a veces resulta de una oclusión vascular como vasoconstricción , trombosis o embolia . La isquemia comprende no solo la insuficiencia de oxígeno, sino también la disponibilidad reducida de nutrientes y la eliminación inadecuada de desechos metabólicos . La isquemia puede ser un bloqueo parcial (mala perfusión ) o total.
El síndrome compartimental es una afección en la que el aumento de la presión dentro de uno de los compartimentos anatómicos del cuerpo da como resultado un suministro insuficiente de sangre al tejido dentro de ese espacio. [31] [32] Hay dos tipos principales: agudo y crónico . [31] Los compartimentos de la pierna o el brazo son los más comúnmente afectados. [33]
Si el tejido no se perfunde adecuadamente, puede sentirse frío y verse pálido; si es grave, la hipoxia puede provocar cianosis , una coloración azulada de la piel. Si la hipoxia es muy grave, un tejido puede acabar gangrenándose.
Cualquier tejido vivo puede verse afectado por la hipoxia, pero algunos son particularmente sensibles o tienen consecuencias más notorias o notables.
La hipoxia cerebral es la hipoxia que afecta específicamente al cerebro. Las cuatro categorías de hipoxia cerebral en orden de gravedad creciente son: hipoxia cerebral difusa (DCH), isquemia cerebral focal, infarto cerebral e isquemia cerebral global. La hipoxia prolongada induce la muerte de células neuronales a través de la apoptosis , lo que da lugar a una lesión cerebral hipóxica. [34] [35]
La privación de oxígeno puede ser de origen hipóxico (disponibilidad general reducida de oxígeno) o isquémico (privación de oxígeno debido a una interrupción en el flujo sanguíneo). La lesión cerebral como resultado de la privación de oxígeno generalmente se denomina lesión hipóxica. La encefalopatía hipóxico-isquémica (EHI) es una afección que ocurre cuando todo el cerebro se ve privado de un suministro adecuado de oxígeno, pero la privación no es total. Si bien la EHI se asocia en la mayoría de los casos con la privación de oxígeno en el neonato debido a la asfixia al nacer , puede ocurrir en todos los grupos de edad y, a menudo, es una complicación de un paro cardíaco . [36] [37] [38]
Aunque la hipoxia corneal puede surgir de varias causas, es principalmente atribuible al uso prolongado de lentes de contacto . [39] Las córneas no están perfundidas y obtienen su oxígeno de la atmósfera por difusión. Las lentes de contacto impermeables forman una barrera a esta difusión y, por lo tanto, pueden causar daño a las córneas. Los síntomas pueden incluir irritación, lagrimeo excesivo y visión borrosa . Las secuelas de la hipoxia corneal incluyen queratitis puntiforme , neovascularización corneal y microquistes epiteliales. [39]
La hipoxia intrauterina, también conocida como hipoxia fetal, ocurre cuando el feto se ve privado de un suministro adecuado de oxígeno . Puede deberse a una variedad de razones, como prolapso u oclusión del cordón umbilical , infarto placentario , diabetes materna (preembarazo o diabetes gestacional ) [40] y tabaquismo materno . La restricción del crecimiento intrauterino puede causar o ser el resultado de la hipoxia. La hipoxia intrauterina puede causar daño celular que ocurre dentro del sistema nervioso central (el cerebro y la médula espinal). Esto resulta en una mayor tasa de mortalidad, incluido un mayor riesgo de síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL). La privación de oxígeno en el feto y el neonato se ha implicado como un factor de riesgo primario o contribuyente en numerosos trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos como la epilepsia , el trastorno por déficit de atención con hiperactividad , los trastornos alimentarios y la parálisis cerebral . [41] [42] [43] [44] [45] [46]
La hipoxia tumoral es la situación en la que las células tumorales se ven privadas de oxígeno. A medida que un tumor crece, supera rápidamente su suministro de sangre, dejando porciones del tumor con regiones donde la concentración de oxígeno es significativamente menor que en los tejidos sanos. Los microambientes hipóxicos en tumores sólidos son el resultado del consumo de oxígeno disponible dentro de los 70 a 150 μm de la vasculatura tumoral por células tumorales que proliferan rápidamente, lo que limita la cantidad de oxígeno disponible para difundirse más en el tejido tumoral. La gravedad de la hipoxia está relacionada con los tipos de tumor y varía entre diferentes tipos. Las investigaciones han demostrado que el nivel de oxigenación en los tejidos tumorales hipóxicos es más bajo que en los tejidos normales y se informa que está entre el 1% y el 2% de O2. [47] Para apoyar el crecimiento y la proliferación continuos en entornos hipóxicos desafiantes, se ha descubierto que las células cancerosas alteran su metabolismo. Además, se sabe que la hipoxia cambia el comportamiento celular y está asociada con la remodelación de la matriz extracelular y el aumento del comportamiento migratorio y metastásico. [48] [49] La hipoxia tumoral suele asociarse a tumores altamente malignos, que con frecuencia no responden bien al tratamiento. [50]
En la exposición aguda a la hipoxia hipóxica en el sistema vestibular y las interacciones visovestibulares, la ganancia del reflejo vestíbulo-ocular (VOR) disminuye en condiciones de hipoxia leve en la altitud. El control postural también se ve alterado por la hipoxia en la altitud, el balanceo postural aumenta y existe una correlación entre el estrés hipóxico y el rendimiento del seguimiento adaptativo. [51]
La tensión arterial de oxígeno se puede medir mediante un análisis de gases en sangre de una muestra de sangre arterial y, de forma menos fiable, mediante oximetría de pulso , que no es una medida completa de la suficiencia de oxígeno circulante. Si hay un flujo sanguíneo insuficiente o una cantidad insuficiente de hemoglobina en la sangre (anemia), los tejidos pueden estar hipóxicos incluso cuando hay una saturación arterial de oxígeno elevada.
El oxígeno se difunde pasivamente en los alvéolos pulmonares según un gradiente de concentración, también denominado gradiente de presión parcial . El aire inhalado alcanza rápidamente la saturación con vapor de agua, lo que reduce ligeramente las presiones parciales de los demás componentes. El oxígeno se difunde desde el aire inhalado a la sangre arterial , donde su presión parcial es de alrededor de 100 mmHg (13,3 kPa). [58] En la sangre, el oxígeno está unido a la hemoglobina, una proteína de los glóbulos rojos . La capacidad de unión de la hemoglobina está influenciada por la presión parcial de oxígeno en el medio ambiente, como se describe en la curva de disociación oxígeno-hemoglobina . Una cantidad menor de oxígeno se transporta en solución en la sangre. [59]
En los tejidos sistémicos, el oxígeno se difunde nuevamente a través de un gradiente de concentración hacia las células y sus mitocondrias , donde se utiliza para producir energía junto con la descomposición de la glucosa , las grasas y algunos aminoácidos . [60] La hipoxia puede ser resultado de una falla en cualquier etapa en el suministro de oxígeno a las células. Esto puede incluir bajas presiones parciales de oxígeno en el gas respiratorio, problemas con la difusión de oxígeno en los pulmones a través de la interfaz entre el aire y la sangre, hemoglobina disponible insuficiente, problemas con el flujo sanguíneo al tejido del usuario final, problemas con el ciclo respiratorio en relación con la frecuencia y el volumen, y espacio muerto fisiológico y mecánico . Experimentalmente, la difusión de oxígeno se vuelve limitante de la frecuencia cuando la presión parcial de oxígeno arterial cae a 60 mmHg (5,3 kPa) o menos. [ aclaración necesaria ] [61]
Casi todo el oxígeno de la sangre está ligado a la hemoglobina, por lo que la interferencia con esta molécula transportadora limita el suministro de oxígeno a los tejidos perfundidos. La hemoglobina aumenta la capacidad de la sangre para transportar oxígeno en aproximadamente 40 veces [62] , y la capacidad de la hemoglobina para transportar oxígeno se ve influida por la presión parcial de oxígeno en el entorno local, una relación descrita en la curva de disociación oxígeno-hemoglobina. Cuando se degrada la capacidad de la hemoglobina para transportar oxígeno, puede producirse un estado hipóxico [63] .
La isquemia, es decir, el flujo sanguíneo insuficiente a un tejido, también puede provocar hipoxia en los tejidos afectados. Esto se denomina "hipoxia isquémica". La isquemia puede ser causada por una embolia , un ataque cardíaco que disminuye el flujo sanguíneo general, un traumatismo en un tejido que provoca un daño que reduce la perfusión y una variedad de otras causas . Una consecuencia del flujo sanguíneo insuficiente que causa hipoxia local es la gangrena que se produce en la diabetes . [64]
Enfermedades como la enfermedad vascular periférica también pueden provocar hipoxia local. Los síntomas empeoran cuando se utiliza una extremidad, lo que aumenta la demanda de oxígeno en los músculos activos. El dolor también puede sentirse como resultado del aumento de iones de hidrógeno que conduce a una disminución del pH de la sangre ( acidosis ) creada como resultado del metabolismo anaeróbico . [65]
La G-LOC , o pérdida de conciencia inducida por la fuerza g, es un caso especial de hipoxia isquémica que se produce cuando el cuerpo se somete a una aceleración lo suficientemente alta sostenida durante el tiempo suficiente como para reducir la presión sanguínea y la circulación cerebrales hasta el punto en que se produce la pérdida de conciencia debido a la hipoxia cerebral. El cuerpo humano es más sensible a la aceleración longitudinal hacia la cabeza, ya que esto causa el mayor déficit de presión hidrostática en la cabeza. [66]
Esto se refiere específicamente a estados hipóxicos donde el contenido arterial de oxígeno es insuficiente. [67] Esto puede ser causado por alteraciones en el impulso respiratorio , como en la alcalosis respiratoria , derivación fisiológica o patológica de la sangre, enfermedades que interfieren en la función pulmonar resultando en un desajuste ventilación-perfusión , como una embolia pulmonar , o alteraciones en la presión parcial de oxígeno en el ambiente o en los alvéolos pulmonares, como puede ocurrir en la altitud o al bucear. [ cita requerida ]
Los trastornos comunes que pueden causar disfunción respiratoria incluyen traumatismos en la cabeza y la médula espinal, mielopatías agudas no traumáticas, trastornos desmielinizantes, accidente cerebrovascular, síndrome de Guillain-Barré y miastenia gravis . Estas disfunciones pueden requerir ventilación mecánica. Algunos trastornos neuromusculares crónicos, como la enfermedad de la neurona motora y la distrofia muscular, pueden requerir asistencia respiratoria en etapas avanzadas. [54]
El monóxido de carbono compite con el oxígeno por los sitios de unión en las moléculas de hemoglobina. Como el monóxido de carbono se une a la hemoglobina cientos de veces más fuertemente que el oxígeno, puede impedir el transporte de oxígeno. [68] La intoxicación por monóxido de carbono puede ocurrir de forma aguda, como en el caso de la intoxicación por humo, o durante un período de tiempo, como en el caso del tabaquismo. Debido a procesos fisiológicos, el monóxido de carbono se mantiene en un nivel de reposo de 4 a 6 ppm. Este nivel aumenta en las zonas urbanas (7 a 13 ppm) y en los fumadores (20 a 40 ppm). [69] Un nivel de monóxido de carbono de 40 ppm equivale a una reducción de los niveles de hemoglobina de 10 g/L. [69] [nota 1]
El monóxido de carbono tiene un segundo efecto tóxico, a saber, eliminar el desplazamiento alostérico de la curva de disociación del oxígeno y desplazar el pie de la curva hacia la izquierda. [ aclaración necesaria ] Al hacerlo, es menos probable que la hemoglobina libere su oxígeno en los tejidos periféricos. [ aclaración necesaria ] [62] Ciertas variantes anormales de hemoglobina también tienen una afinidad por el oxígeno mayor de lo normal y, por lo tanto, también son deficientes en el suministro de oxígeno a la periferia. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ]
La presión atmosférica se reduce con la altitud y, proporcionalmente, también lo hace el contenido de oxígeno del aire. [70] La reducción de la presión parcial de oxígeno inspirado a mayores altitudes reduce la saturación de oxígeno de la sangre, lo que en última instancia conduce a la hipoxia. [70] Las características clínicas del mal de altura incluyen: problemas de sueño, mareos, dolor de cabeza y edema. [70]
El gas respirable puede contener una presión parcial de oxígeno insuficiente. Estas situaciones pueden provocar pérdida de conocimiento sin síntomas, ya que los niveles de dióxido de carbono se mantienen normales y el cuerpo humano no percibe bien la hipoxia pura. Los gases respirables hipóxicos pueden definirse como mezclas con una fracción de oxígeno inferior a la del aire, aunque los gases que contienen suficiente oxígeno para mantener la conciencia de forma fiable a una presión atmosférica normal al nivel del mar pueden describirse como normóxicos incluso cuando la fracción de oxígeno es ligeramente inferior a la normóxica. Las mezclas de gases respirables hipóxicos en este contexto son aquellas que no mantienen la conciencia de forma fiable a una presión al nivel del mar. [71]
Una de las circunstancias más extendidas de exposición a gases respiratorios hipóxicos es el ascenso a altitudes donde la presión ambiental desciende lo suficiente como para reducir la presión parcial de oxígeno a niveles hipóxicos. [70]
En las operaciones de buceo profundo se utilizan gases con tan solo un 2% de oxígeno por volumen en un diluyente de helio . La presión ambiental a 190 msw es suficiente para proporcionar una presión parcial de aproximadamente 0,4 bar, que es adecuada para el buceo de saturación . A medida que los buzos se descomprimen , el gas respirable debe oxigenarse para mantener una atmósfera respirable. [72]
También es posible que el gas respirable para buceo tenga una presión parcial de oxígeno controlada dinámicamente, conocida como punto de ajuste , que se mantiene en el circuito de gas respirable de un rebreather de buceo mediante la adición de oxígeno y gas diluyente para mantener la presión parcial de oxígeno deseada a un nivel seguro entre hipóxico e hiperóxico a la presión ambiental debido a la profundidad actual. Un mal funcionamiento del sistema de control puede provocar que la mezcla de gases se vuelva hipóxica a la profundidad actual. [73]
Un caso especial de gas respiratorio hipóxico se encuentra en el buceo en apnea profundo, donde la presión parcial del oxígeno en el gas pulmonar se agota durante la inmersión, pero sigue siendo suficiente en profundidad, y cuando cae durante el ascenso, se vuelve demasiado hipóxico para mantener la conciencia, y el buceador pierde la conciencia antes de llegar a la superficie. [15] [10]
Los gases hipóxicos también pueden estar presentes en entornos industriales, mineros y de extinción de incendios. Algunos de ellos pueden ser tóxicos o narcóticos, otros son simplemente asfixiantes. Algunos se reconocen por el olor, otros son inodoros.
La asfixia por gas inerte puede ser deliberada mediante el uso de una bolsa suicida . Se han producido muertes accidentales en casos en los que no se han detectado ni apreciado concentraciones de nitrógeno en atmósferas controladas o de metano en minas. [74]
La función de la hemoglobina también puede perderse por oxidación química de su átomo de hierro a su forma férrica. Esta forma de hemoglobina inactiva se llama metahemoglobina y puede producirse mediante la ingestión de nitrito de sodio [75] [¿ fuente médica poco fiable? ], así como de ciertos medicamentos y otras sustancias químicas. [76]
La hemoglobina desempeña un papel importante en el transporte de oxígeno por todo el cuerpo [62] y, cuando es deficiente, puede producirse anemia , lo que provoca "hipoxia anémica" si disminuye la oxigenación tisular. La deficiencia de hierro es la causa más común de anemia. Como el hierro se utiliza en la síntesis de hemoglobina, se sintetizará menos hemoglobina cuando haya menos hierro, debido a una ingesta insuficiente o a una mala absorción. [63] : 997–99
La anemia es un proceso típicamente crónico que se compensa con el tiempo mediante el aumento de los niveles de glóbulos rojos a través de la regulación positiva de la eritropoyetina . Un estado hipóxico crónico puede ser resultado de una anemia mal compensada. [63] : 997–99
La hipoxia histotóxica (también llamada hipoxia histotóxica) es la incapacidad de las células para absorber o utilizar oxígeno del torrente sanguíneo, a pesar de un suministro fisiológicamente normal de oxígeno a dichas células y tejidos. [77] La hipoxia histotóxica es resultado del envenenamiento de los tejidos, como el causado por el cianuro (que actúa inhibiendo la citocromo oxidasa ) y ciertos otros venenos como el sulfuro de hidrógeno (subproducto de las aguas residuales y utilizado en el curtido del cuero). [78]
La hipoxia tisular por un aporte bajo de oxígeno puede deberse a una concentración baja de hemoglobina (hipoxia anémica), un gasto cardíaco bajo (hipoxia estancada) o una saturación baja de hemoglobina (hipoxia hipóxica). [79] La consecuencia de la falta de oxígeno en los tejidos es un cambio al metabolismo anaeróbico a nivel celular. Como tal, la reducción del flujo sanguíneo sistémico puede resultar en un aumento del lactato sérico. [80] Los niveles de lactato sérico se han correlacionado con la gravedad de la enfermedad y la mortalidad en adultos gravemente enfermos y en neonatos ventilados con dificultad respiratoria. [80]
Todos los vertebrados deben mantener la homeostasis del oxígeno para sobrevivir, y han desarrollado sistemas fisiológicos para asegurar la oxigenación adecuada de todos los tejidos. En los vertebrados que respiran aire, esto se basa en pulmones para adquirir el oxígeno, hemoglobina en glóbulos rojos para transportarlo, un sistema vascular para distribuirlo y un corazón para administrarlo. Las variaciones a corto plazo en los niveles de oxigenación son detectadas por células quimiorreceptoras que responden activando proteínas existentes, y a largo plazos mediante la regulación de la transcripción genética. La hipoxia también está involucrada en la patogénesis de algunas patologías comunes y graves. [81]
Las causas más comunes de muerte en una población que envejece incluyen el infarto de miocardio, el accidente cerebrovascular y el cáncer. Estas enfermedades comparten una característica común: la limitación de la disponibilidad de oxígeno contribuye al desarrollo de la patología. Las células y los organismos también pueden responder de manera adaptativa a las condiciones hipóxicas, de manera que les ayuden a hacer frente a estas condiciones adversas. Varios sistemas pueden detectar la concentración de oxígeno y pueden responder con adaptaciones a la hipoxia aguda y prolongada. [81] Los sistemas activados por la hipoxia generalmente ayudan a las células a sobrevivir y superar las condiciones hipóxicas. La eritropoyetina , que se produce en mayores cantidades por los riñones en condiciones hipóxicas, es una hormona esencial que estimula la producción de glóbulos rojos, que son el transportador principal de oxígeno en sangre, y las enzimas glucolíticas están involucradas en la formación anaeróbica de ATP. [50]
Los factores inducibles por hipoxia (HIF) son factores de transcripción que responden a la disminución del oxígeno disponible en el entorno celular, o hipoxia. [82] [83] La cascada de señalización de HIF media los efectos de la hipoxia en la célula. La hipoxia a menudo impide que las células se diferencien . Sin embargo, la hipoxia promueve la formación de vasos sanguíneos y es importante para la formación de un sistema vascular en embriones y tumores. La hipoxia en las heridas también promueve la migración de queratinocitos y la restauración del epitelio . [84] Por lo tanto, no es sorprendente que la modulación de HIF-1 se haya identificado como un paradigma de tratamiento prometedor en la cicatrización de heridas. [85]
La exposición de un tejido a períodos cortos y repetidos de hipoxia, entre períodos de niveles normales de oxígeno, influye en la respuesta posterior del tejido a la exposición isquémica prolongada. Esto se conoce como preacondicionamiento isquémico y se sabe que ocurre en muchos tejidos. [50]
Si el aporte de oxígeno a las células es insuficiente para la demanda (hipoxia), los electrones se desplazarán al ácido pirúvico en el proceso de fermentación láctica . Esta medida temporal (metabolismo anaeróbico) permite que se liberen pequeñas cantidades de energía. La acumulación de ácido láctico (en los tejidos y la sangre) es un signo de oxigenación mitocondrial inadecuada, que puede deberse a hipoxemia, flujo sanguíneo deficiente (p. ej., shock) o una combinación de ambos. [86] Si es grave o prolongada, podría provocar la muerte celular. [87]
En los seres humanos, la hipoxia es detectada por los quimiorreceptores periféricos en el cuerpo carotídeo y el cuerpo aórtico , siendo los quimiorreceptores del cuerpo carotídeo los principales mediadores de las respuestas reflejas a la hipoxia. [88] Esta respuesta no controla la tasa de ventilación a una P O 2 normal , pero por debajo de lo normal la actividad de las neuronas que inervan estos receptores aumenta drásticamente, tanto como para anular las señales de los quimiorreceptores centrales en el hipotálamo , aumentando la P O 2 a pesar de una caída de la P CO 2 [ cita requerida ]
En la mayoría de los tejidos del cuerpo, la respuesta a la hipoxia es la vasodilatación . Al ensanchar los vasos sanguíneos, el tejido permite una mayor perfusión.
Por el contrario, en los pulmones , la respuesta a la hipoxia es la vasoconstricción. Esto se conoce como vasoconstricción pulmonar hipóxica o "HPV", y tiene el efecto de redirigir la sangre lejos de las regiones mal ventiladas, lo que ayuda a que la perfusión coincida con la ventilación, lo que proporciona una oxigenación más uniforme de la sangre de diferentes partes de los pulmones. [81] En condiciones de gas respiratorio hipóxico, como a gran altitud, el HPV se generaliza en todo el pulmón, pero con la exposición sostenida a la hipoxia generalizada, el HPV se suprime. [89] La respuesta ventilatoria hipóxica (HVR) es el aumento de la ventilación inducida por la hipoxia que permite al cuerpo absorber y transportar concentraciones más bajas de oxígeno a tasas más altas. Inicialmente está elevada en las personas de las tierras bajas que viajan a gran altitud, pero se reduce significativamente con el tiempo a medida que las personas se aclimatan . [4] [90]
Cuando la presión capilar pulmonar permanece elevada de forma crónica (durante al menos 2 semanas), los pulmones se vuelven aún más resistentes al edema pulmonar porque los vasos linfáticos se expanden en gran medida, aumentando su capacidad de transportar líquido fuera de los espacios intersticiales quizás hasta 10 veces. Por lo tanto, en pacientes con estenosis mitral crónica , se han medido presiones capilares pulmonares de 40 a 45 mmHg sin el desarrollo de edema pulmonar letal. [91]
Existen varios mecanismos fisiológicos potenciales para la hipoxemia, pero en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica ( EPOC ), el desajuste ventilación/perfusión (V/Q) es más común, con o sin hipoventilación alveolar, como lo indica la concentración arterial de dióxido de carbono. La hipoxemia causada por el desajuste V/Q en la EPOC es relativamente fácil de corregir, y se requieren caudales relativamente pequeños de oxígeno suplementario (menos de 3 L/min para la mayoría de los pacientes) para la oxigenoterapia a largo plazo (LTOT). La hipoxemia normalmente estimula la ventilación y produce disnea, pero estos y otros signos y síntomas de hipoxia son suficientemente variables en la EPOC para limitar su valor en la evaluación del paciente. La hipoxia alveolar crónica es el principal factor que conduce al desarrollo de cor pulmonale (hipertrofia ventricular derecha con o sin insuficiencia ventricular derecha manifiesta) en pacientes con EPOC. La hipertensión pulmonar afecta negativamente la supervivencia en la EPOC, proporcional a la elevación de la presión arterial pulmonar media en reposo. Aunque la gravedad de la obstrucción del flujo aéreo medida mediante pruebas de volumen espiratorio forzado FEV1 se correlaciona mejor con el pronóstico general en la EPOC, la hipoxemia crónica aumenta la mortalidad y la morbilidad para cualquier gravedad de la enfermedad. Estudios a gran escala de la oxigenoterapia a largo plazo en pacientes con EPOC muestran una relación dosis-respuesta entre las horas diarias de uso de oxígeno suplementario y la supervivencia. El uso continuo de oxígeno las 24 horas del día en pacientes seleccionados adecuadamente puede producir un beneficio significativo en la supervivencia. [6]
El cerebro tiene requerimientos energéticos relativamente altos, utilizando alrededor del 20% del oxígeno en condiciones de reposo, pero bajas reservas, lo que lo hace especialmente vulnerable a la hipoxia. En condiciones normales, una mayor demanda de oxígeno se compensa fácilmente con un mayor flujo sanguíneo cerebral, pero en condiciones en las que no hay suficiente oxígeno disponible, el aumento del flujo sanguíneo puede no ser suficiente para compensar, y la hipoxia puede provocar una lesión cerebral. Una mayor duración de la hipoxia cerebral generalmente dará como resultado áreas más grandes del cerebro afectadas. El tronco encefálico , el hipocampo y la corteza cerebral parecen ser las regiones más vulnerables. La lesión se vuelve irreversible si la oxigenación no se restablece pronto. La mayor parte de la muerte celular se produce por necrosis , pero también se produce apoptosis retardada . Además, las neuronas presinápticas liberan grandes cantidades de glutamato que aumenta aún más la entrada de Ca 2+ y causa un colapso catastrófico en las células postsinápticas. Aunque es la única forma de salvar el tejido, la reperfusión también produce especies reactivas de oxígeno e infiltración de células inflamatorias, lo que induce una mayor muerte celular. Si la hipoxia no es demasiado grave, las células pueden suprimir algunas de sus funciones, como la síntesis de proteínas y la actividad eléctrica espontánea, en un proceso llamado penumbra , que es reversible si el suministro de oxígeno se reanuda lo suficientemente pronto. [81]
Partes del corazón están expuestas a hipoxia isquémica en caso de oclusión de una arteria coronaria. Los períodos cortos de isquemia son reversibles si se reperfunden en unos 20 minutos, sin desarrollo de necrosis, pero el fenómeno conocido como aturdimiento es generalmente evidente. Si la hipoxia continúa más allá de este período, la necrosis se propaga a través del tejido miocárdico. [81] El metabolismo energético en el área afectada cambia de la respiración mitocondrial a la glucólisis anaeróbica casi inmediatamente, con una reducción concurrente de la efectividad de las contracciones, que pronto cesan. Los productos anaeróbicos se acumulan en las células musculares, que desarrollan acidosis y carga osmótica que conducen al edema celular. El Ca2+ intracelular aumenta y finalmente conduce a la necrosis celular. El flujo arterial debe restaurarse para volver al metabolismo aeróbico y prevenir la necrosis de las células musculares afectadas, pero esto también causa más daño por lesión por reperfusión . El aturdimiento miocárdico se ha descrito como una "disfunción postisquémica prolongada del tejido viable recuperado por reperfusión", que se manifiesta como una falla contráctil temporal en el tejido muscular oxigenado. Esto puede ser causado por una liberación de especies reactivas de oxígeno durante las primeras etapas de la reperfusión. [81]
A medida que los tumores crecen, se desarrollan regiones de hipoxia relativa, ya que las células tumorales utilizan de manera desigual el suministro de oxígeno. La formación de nuevos vasos sanguíneos es necesaria para el crecimiento continuo del tumor y también es un factor importante en la metástasis, ya que es la vía por la que las células cancerosas se transportan a otros sitios. [81]
La hipoxia puede presentarse como aguda o crónica.
La presentación aguda puede incluir disnea (dificultad para respirar) y taquipnea (respiración rápida, a menudo superficial). La gravedad de la presentación de los síntomas suele ser una indicación de la gravedad de la hipoxia. Puede desarrollarse taquicardia (pulso rápido) para compensar la baja tensión arterial de oxígeno. Puede escucharse estridor en la obstrucción de las vías respiratorias superiores y la cianosis puede indicar hipoxia grave. Los síntomas neurológicos y el deterioro de la función orgánica ocurren cuando el suministro de oxígeno está gravemente comprometido. En la hipoxia moderada, puede haber inquietud, dolor de cabeza y confusión, con coma y muerte eventual posible en casos graves. [8]
En la presentación crónica, la disnea después del esfuerzo es la más comúnmente mencionada. Los síntomas de la afección subyacente que causó la hipoxia pueden ser evidentes y pueden ayudar con el diagnóstico diferencial. Puede haber tos productiva y fiebre en caso de infección pulmonar, y el edema de las piernas puede sugerir insuficiencia cardíaca. [8]
La auscultación pulmonar puede proporcionar información útil. [8]
Se puede realizar una prueba de gases en sangre arterial ( ABG), que generalmente incluye mediciones del contenido de oxígeno, hemoglobina, saturación de oxígeno (qué cantidad de hemoglobina transporta oxígeno), presión parcial de oxígeno arterial ( PaO2 ), presión parcial de dióxido de carbono (PaCO2 ) , nivel de pH de la sangre y bicarbonato ( HCO3 ) [ 92 ]
Las radiografías o tomografías computarizadas del tórax y las vías respiratorias pueden revelar anomalías que pueden afectar la ventilación o la perfusión. [95]
Una gammagrafía de ventilación/perfusión , [96] también llamada gammagrafía pulmonar V/Q, es un tipo de imagenología médica que utiliza gammagrafía e isótopos médicos para evaluar la circulación de aire y sangre dentro de los pulmones de un paciente , [97] [98] con el fin de determinar la relación ventilación/perfusión. La parte de ventilación de la prueba analiza la capacidad del aire para llegar a todas las partes de los pulmones, mientras que la parte de perfusión evalúa qué tan bien circula la sangre dentro de los pulmones.
Las pruebas de función pulmonar [95] pueden incluir:
El tratamiento dependerá de la gravedad y también puede depender de la causa, ya que algunos casos se deben a causas externas y eliminarlas y tratar los síntomas agudos puede ser suficiente, pero cuando los síntomas se deben a una patología subyacente, el tratamiento de los síntomas obvios puede proporcionar solo un alivio temporal o parcial, por lo que el diagnóstico diferencial puede ser importante para seleccionar el tratamiento definitivo.
Hipoxia hipoxémica: La baja tensión de oxígeno en la sangre arterial (PaO2 ) es generalmente una indicación de la incapacidad de los pulmones para oxigenar adecuadamente la sangre. Las causas internas incluyen hipoventilación, alteración de la difusión alveolar y derivación pulmonar. Las causas externas incluyen un entorno hipóxico, que podría ser causado por una baja presión ambiental o un gas respirable inadecuado. [ 8] Tanto la hipoxia aguda como la crónica y la hipercapnia causadas por disfunción respiratoria pueden producir síntomas neurológicos como encefalopatía, convulsiones, dolor de cabeza, papiledema y asterixis . [54] El síndrome de apnea obstructiva del sueño puede causar dolores de cabeza matutinos [54]
Hipoxia circulatoria: causada por una perfusión insuficiente de los tejidos afectados por sangre adecuadamente oxigenada. Puede ser generalizada, debido a insuficiencia cardíaca o hipovolemia, o localizada, debido a infarto o lesión localizada. [8]
La hipoxia anémica es causada por un déficit en la capacidad de transporte de oxígeno, generalmente debido a niveles bajos de hemoglobina, lo que conduce a un suministro inadecuado generalizado de oxígeno. [8]
La hipoxia histotóxica (disoxia) es consecuencia de la incapacidad de las células para utilizar el oxígeno de forma eficaz. Un ejemplo clásico es el envenenamiento por cianuro, que inhibe la enzima citocromo C oxidasa en las mitocondrias, bloqueando así el uso del oxígeno para producir ATP. [8]
La polineuropatía o miopatía por enfermedad crítica debe considerarse en la unidad de cuidados intensivos cuando los pacientes tienen dificultad para salir del respirador. [54]
La prevención puede ser tan sencilla como la gestión de riesgos de la exposición ocupacional a entornos hipóxicos y, por lo general, implica el uso de vigilancia ambiental y equipos de protección personal. La prevención de la hipoxia como consecuencia previsible de afecciones médicas requiere la prevención de esas afecciones. La detección sistemática de grupos demográficos que se sabe que corren riesgo de padecer trastornos específicos puede ser útil.
Para contrarrestar los efectos de las enfermedades de gran altitud, el cuerpo debe devolver la P O 2 arterial a la normalidad. La aclimatación , el medio por el cual el cuerpo se adapta a mayores altitudes, solo restaura parcialmente la P O 2 a los niveles estándar. La hiperventilación , la respuesta más común del cuerpo a las condiciones de gran altitud, aumenta la P O 2 alveolar al aumentar la profundidad y la frecuencia de la respiración. Sin embargo, aunque la P O 2 mejora con la hiperventilación, no vuelve a la normalidad. Los estudios de mineros y astrónomos que trabajan a 3000 metros y más muestran una P O 2 alveolar mejorada con la aclimatación completa, pero el nivel de P O 2 permanece igual o incluso por debajo del umbral para la terapia de oxígeno continuo para pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). [100] Además, existen complicaciones involucradas con la aclimatación. La policitemia , en la que el cuerpo aumenta la cantidad de glóbulos rojos en circulación, espesa la sangre, lo que aumenta el riesgo de coágulos sanguíneos. [101]
En situaciones de gran altitud, sólo el enriquecimiento de oxígeno o la presurización del compartimento pueden contrarrestar los efectos de la hipoxia. La presurización es posible en vehículos y para emergencias en instalaciones terrestres. Al aumentar la concentración de oxígeno a presión ambiente, se contrarrestan los efectos de la presión barométrica más baja y el nivel de PO2 arterial se restablece hasta alcanzar la capacidad normal. Una pequeña cantidad de oxígeno suplementario reduce la altitud equivalente en habitaciones con clima controlado. A 4000 m, aumentar el nivel de concentración de oxígeno en un 5% mediante un concentrador de oxígeno y un sistema de ventilación existente proporciona una altitud equivalente a 3000 m, que es mucho más tolerable para el número cada vez mayor de personas de tierras bajas que trabajan a gran altitud. [102] En un estudio de astrónomos que trabajaban en Chile a 5050 m, los concentradores de oxígeno aumentaron el nivel de concentración de oxígeno en casi un 30 por ciento (es decir, del 21 por ciento al 27 por ciento). Esto dio como resultado una mayor productividad de los trabajadores, menos fatiga y mejor sueño. [100]
Los concentradores de oxígeno son adecuados para enriquecer con oxígeno a gran altitud los entornos con clima controlado. Requieren poco mantenimiento y electricidad, utilizan una fuente de oxígeno disponible localmente y eliminan la costosa tarea de transportar cilindros de oxígeno a áreas remotas. Las oficinas y las viviendas a menudo ya cuentan con salas con clima controlado, en las que la temperatura y la humedad se mantienen a un nivel constante. [ cita requerida ]
El tratamiento y la gestión dependen de las circunstancias. En la mayoría de las situaciones de gran altitud, el riesgo es conocido y la prevención es adecuada. En altitudes bajas, es más probable que la hipoxia esté asociada a un problema médico o una contingencia inesperada, y es más probable que se proporcione un tratamiento adaptado al caso específico. Es necesario identificar a las personas que necesitan oxigenoterapia, ya que se requiere oxígeno suplementario para tratar la mayoría de las causas de hipoxia, pero pueden ser adecuadas diferentes concentraciones de oxígeno. [103]
El tratamiento dependerá de la causa de la hipoxia. Si se determina que existe una causa externa y se puede eliminar, el tratamiento puede limitarse a brindar apoyo y devolver al sistema la oxigenación normal. En otros casos, puede ser necesario un tratamiento más prolongado, que puede requerir oxígeno suplementario durante un período bastante prolongado o de manera indefinida.
Hay tres aspectos principales del tratamiento de oxigenación: mantener las vías respiratorias permeables, proporcionar suficiente contenido de oxígeno en el aire inspirado y mejorar la difusión en los pulmones. [8] En algunos casos, el tratamiento puede extenderse a mejorar la capacidad de oxígeno de la sangre, lo que puede incluir intervención y soporte volumétrico y circulatorio, terapia con oxígeno hiperbárico y tratamiento de la intoxicación.
La ventilación invasiva puede ser necesaria o una opción electiva en la cirugía. Esto generalmente implica un ventilador de presión positiva conectado a un tubo endotraqueal y permite una administración precisa de ventilación, un control preciso de la FiO2 y una presión positiva al final de la espiración, y puede combinarse con la administración de gas anestésico. En algunos casos, puede ser necesaria una traqueotomía . [8] La disminución de la tasa metabólica mediante la reducción de la temperatura corporal reduce la demanda y el consumo de oxígeno y puede minimizar los efectos de la hipoxia tisular, especialmente en el cerebro, y la hipotermia terapéutica basada en este principio puede ser útil. [8]
Cuando el problema se debe a una insuficiencia respiratoria, es conveniente tratar la causa subyacente. En casos de edema pulmonar, se pueden utilizar diuréticos para reducir los edemas. Los esteroides pueden ser eficaces en algunos casos de enfermedad pulmonar intersticial y, en casos extremos, se puede utilizar la oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO). [8]
Se ha descubierto que el oxígeno hiperbárico es útil para tratar algunas formas de hipoxia localizada, incluidas las lesiones traumáticas mal perfundidas, como la lesión por aplastamiento, el síndrome compartimental y otras isquemias traumáticas agudas. [104] [105] Es el tratamiento definitivo para la enfermedad por descompresión grave , que es en gran medida una afección que implica hipoxia localizada causada inicialmente por embolia de gas inerte y reacciones inflamatorias al crecimiento de burbujas extravasculares. [106] [107] [108] También es eficaz en el envenenamiento por monóxido de carbono [109] y el pie diabético . [110] [111]
La renovación de la prescripción de oxígeno domiciliario después de una hospitalización requiere una evaluación del paciente para detectar hipoxemia persistente. [112]
El pronóstico está fuertemente afectado por la causa, la gravedad, el tratamiento y la patología subyacente.
La hipoxia, que conduce a una capacidad reducida para responder adecuadamente o a la pérdida de la conciencia, se ha relacionado con incidentes en los que la causa directa de la muerte no fue la hipoxia. Esto se ha registrado en incidentes de buceo, en los que el ahogamiento se ha mencionado a menudo como causa de muerte, en montañismo a gran altura, en los que la exposición, la hipotermia y las caídas han sido las consecuencias, en vuelos en aeronaves no presurizadas y en maniobras acrobáticas, en las que es posible la pérdida de control que conduzca a un accidente.
La hipoxia es un trastorno común, pero existen muchas causas posibles. [8] La prevalencia es variable. Algunas de las causas son muy comunes, como la neumonía o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica; otras son bastante raras, como la hipoxia debida al envenenamiento por cianuro. Otras, como la tensión reducida de oxígeno a gran altitud, pueden estar distribuidas regionalmente o asociadas con un grupo demográfico específico. [8]
La hipoxia generalizada es un riesgo laboral en varias ocupaciones de alto riesgo, entre ellas la lucha contra incendios, el buceo profesional, la minería y el rescate subterráneo, y los vuelos a grandes altitudes en aeronaves no presurizadas.
La hipoxemia potencialmente mortal es común en pacientes gravemente enfermos. [113]
La hipoxia localizada puede ser una complicación de la diabetes, de la enfermedad por descompresión y de un trauma que afecta el suministro de sangre a las extremidades.
La hipoxia debida a un desarrollo insuficiente de la función pulmonar es una complicación frecuente del nacimiento prematuro. En los Estados Unidos, la hipoxia intrauterina y la asfixia al nacer se clasificaron juntas como la décima causa principal de muerte neonatal. [114]
La hipoxia silenciosa (también conocida como hipoxia feliz) [115] [116] es una hipoxia generalizada que no coincide con dificultad para respirar . [117] [118] [119] Se sabe que esta presentación es una complicación de la COVID-19 , [120] [121] y también se conoce en la neumonía atípica , [122] el mal de altura, [123] [124] [125] y los accidentes por mal funcionamiento del rebreather . [126] [127]
El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2019 fue otorgado a William G. Kaelin Jr. , Sir Peter J. Ratcliffe y Gregg L. Semenza en reconocimiento a su descubrimiento de los mecanismos celulares para detectar y adaptarse a diferentes concentraciones de oxígeno, estableciendo una base para la forma en que los niveles de oxígeno afectan la función fisiológica. [128] [129]
El uso del término hipoxia parece ser relativamente reciente, ya que el primer uso registrado en una publicación científica data de 1945. Antes de esto, el término anoxia se utilizaba ampliamente para todos los niveles de privación de oxígeno. Las investigaciones sobre los efectos de la falta de oxígeno datan de mediados del siglo XIX. [130]
La hipoxia se forma a partir de las raíces griegas υπo (hipo), que significa debajo, por debajo y menos que, y oξυ (oxi), que significa agudo o ácido, que es la raíz de oxígeno. [130]
