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 de los tejidos . [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 el oxígeno en la sangre es bajo o nulo . [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 del afectado. tejidos para extraer oxígeno o procesar metabólicamente un suministro adecuado de oxígeno a partir de un suministro de sangre adecuadamente oxigenada.
La hipoxia generalizada se produce en personas sanas cuando ascienden a gran altura , donde provoca el mal de altura que conduce a complicaciones potencialmente mortales: edema pulmonar de altura ( HAPE ) y edema cerebral de altura ( HACE ). [4] La hipoxia también ocurre en personas sanas cuando respiran mezclas inapropiadas de gases con un bajo contenido de oxígeno, por ejemplo, mientras bucean bajo el agua , especialmente cuando se utilizan sistemas de rebreather de circuito cerrado que no funcionan correctamente 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 altitud para desarrollar una adaptación del rendimiento atlético tanto a nivel sistémico como celular. [5]
La hipoxia es una complicación común del parto prematuro en recién nacidos. Debido a que los pulmones se desarrollan al final del embarazo , los bebés prematuros frecuentemente poseen pulmones subdesarrollados. Para mejorar la oxigenación de la sangre, los bebés con riesgo de hipoxia pueden colocarse dentro de incubadoras que les proporcionen 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 de la oxigenación arterial por debajo del rango normal, independientemente de si el intercambio de gases en el pulmón está alterado, el contenido arterial de oxígeno (C a O 2 , que representa la cantidad de oxígeno entregado a los tejidos) es adecuado o hipoxia tisular. existe. [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 periodos cortos como método de entrenamiento para mejorar el rendimiento deportivo. Esto no se considera una condición médica. [14] La hipoxia cerebral aguda que conduce a un desmayo puede ocurrir durante el buceo en apnea . Esto es consecuencia de una apnea voluntaria prolongada bajo el agua, y generalmente ocurre en deportistas 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 respiratorio para oxigenar la sangre a un nivel que soporte adecuadamente la normalidad. procesos metabólicos, [8] [13] [7] y que afectarán inherentemente a todos los tejidos perfundidos.
Los síntomas de la hipoxia generalizada dependen de su gravedad y aceleración de su aparición. En el caso del mal de altura , donde 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 hipoxia severa, o hipoxia de inicio muy rápido, ataxia , confusión, desorientación, alucinaciones , cambios de comportamiento, dolores de cabeza intensos , nivel reducido de conciencia, papiledema , dificultad para respirar , [17] palidez , [20] taquicardia e hipertensión pulmonar que eventualmente conducen a los signos tardíos son cianosis , ritmo cardíaco lento , cor pulmonale y presión arterial baja, seguidos de insuficiencia cardíaca que eventualmente conducen 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 intenso color rojo 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. al ojo. [23] En los casos en los que el oxígeno es desplazado por otra molécula, como el monóxido de carbono, la piel puede aparecer "rojo cereza" en lugar de cianótica. [24] La hipoxia puede provocar un parto prematuro y dañar el hígado, entre otros efectos nocivos. [ cita necesaria ]
Hipoxia que se localiza en una región del cuerpo, como un órgano o una extremidad. Suele ser consecuencia de la isquemia , la reducción de la perfusión de ese órgano o extremidad, y no necesariamente puede estar asociada a una hipoxemia general. Una perfusión localmente reducida generalmente es 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 de músculos u órgano, lo que provoca una escasez de oxígeno. [25] [26] 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 . [27] [28] También significa hipoxia local en una parte determinada del cuerpo, a veces como resultado de una oclusión vascular como vasoconstricción , trombosis o embolia . La isquemia comprende no sólo 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 presión dentro de uno de los compartimentos anatómicos del cuerpo da como resultado un suministro de sangre insuficiente al tejido dentro de ese espacio. [29] [30] Hay dos tipos principales: agudo y crónico . [29] Los compartimentos de la pierna o del brazo son los más comúnmente afectados. [31]
Si el tejido no se perfunde adecuadamente, es posible que se sienta frío y parezca pálido; si es grave, la hipoxia puede provocar cianosis , una coloración azul de la piel. Si la hipoxia es muy grave, un tejido puede llegar a gangrenarse.
Cualquier tejido vivo puede verse afectado por la hipoxia, pero algunos son especialmente sensibles, o tienen consecuencias más notorias o notables.
La hipoxia cerebral es una 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 las células neuronales mediante apoptosis , lo que resulta en una lesión cerebral hipóxica. [32] [33]
La privación de oxígeno puede ser de origen hipóxico (disponibilidad general reducida de oxígeno) o isquémica (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 isquémica hipóxica (EHI) es una afección que se produce 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 falta de oxígeno en el recién nacido debido a la asfixia al nacer , puede ocurrir en todos los grupos de edad y, a menudo, es una complicación del paro cardíaco . [34] [35] [36]
Aunque la hipoxia corneal puede surgir por varias causas, es principalmente atribuible al uso prolongado de lentes de contacto . [37] 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 tanto, pueden provocar daños en 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. [37]
La hipoxia intrauterina, también conocida como hipoxia fetal, ocurre cuando el feto se ve privado de un suministro adecuado de oxígeno . Puede deberse a diversas razones, como prolapso u oclusión del cordón umbilical , infarto de placenta , diabetes materna (pregestacional o gestacional ) [38] 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 da como resultado 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 recién nacido se ha implicado como factor de riesgo primario o contribuyente a numerosos trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos como la epilepsia , el trastorno por déficit de atención con hiperactividad , los trastornos alimentarios y la parálisis cerebral . [39] [40] [41] [42] [43] [44]
La hipoxia tumoral es la situación en la que las células tumorales se han visto privadas de oxígeno. A medida que un tumor crece, rápidamente supera su suministro de sangre, dejando partes 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 70 a 150 μm de la vasculatura del tumor mediante la rápida proliferación de células tumorales, lo que limita la cantidad de oxígeno disponible para difundir más en el tejido tumoral. La gravedad de la hipoxia está relacionada con los tipos de tumores y varía entre los diferentes tipos. Las investigaciones han demostrado que el nivel de oxigenación en los tejidos tumorales hipóxicos es más pobre que el de los tejidos normales y se informa entre 1% y 2% de O2. [45] 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 se asocia con la remodelación de la matriz extracelular y un mayor comportamiento migratorio y metastásico. [46] [47] La hipoxia tumoral generalmente se asocia con tumores altamente malignos, que con frecuencia no responden bien al tratamiento. [48]
En la exposición aguda a la hipoxia hipóxica en el sistema vestibular y las interacciones visuo-vestibulares, la ganancia del reflejo vestíbulo-ocular (VOR) disminuye bajo hipoxia leve en 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. [49]
La tensión de oxígeno arterial se puede medir mediante un análisis de gases en sangre de una muestra de sangre arterial y, de manera menos confiable, mediante oximetría de pulso , que no es una medida completa de la suficiencia de oxígeno circulatorio. Si hay un flujo sanguíneo insuficiente o una hemoglobina insuficiente en la sangre (anemia), los tejidos pueden estar hipóxicos incluso cuando hay una alta saturación arterial de oxígeno.
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 hacia la sangre arterial , donde su presión parcial ronda los 100 mmHg (13,3 kPa). [56] 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 lo describe la curva de disociación oxígeno-hemoglobina . Una menor cantidad de oxígeno se transporta en solución en la sangre. [ cita necesaria ]
En los tejidos sistémicos, el oxígeno nuevamente se difunde siguiendo 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 . [57] La hipoxia puede resultar de una falla en cualquier etapa en el suministro de oxígeno a las células. Esto puede incluir presiones parciales bajas de oxígeno en el gas respirable, 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 con respecto a la frecuencia. y volumen, y espacio muerto fisiológico y mecánico . Experimentalmente, la difusión de oxígeno se vuelve limitante cuando la presión parcial de oxígeno arterial cae a 60 mmHg (5,3 kPa) o menos. [ se necesita aclaración ] [58]
Casi todo el oxígeno de la sangre está unido 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 transporte de oxígeno de la sangre aproximadamente 40 veces, [59] y la capacidad de la hemoglobina para transportar oxígeno está influenciada por la presión parcial de oxígeno en el ambiente 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. [60]
La isquemia, es decir, un flujo sanguíneo insuficiente a un tejido, también puede provocar hipoxia en los tejidos afectados. Esto se llama "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 produce 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 ocurre en la diabetes . [61]
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 se puede sentir como resultado del aumento de iones de hidrógeno que conducen a una disminución del pH de la sangre ( acidosis ) creada como resultado del metabolismo anaeróbico . [62]
G-LOC , o pérdida de conciencia inducida por fuerza g, es un caso especial de hipoxia isquémica que ocurre cuando el cuerpo es sometido a una aceleración lo suficientemente alta y sostenida durante el tiempo suficiente para reducir la presión arterial y la circulación cerebral hasta el punto en que se produce la pérdida de conciencia. por hipoxia cerebral. El cuerpo humano es más sensible a la aceleración longitudinal hacia la cabeza, ya que ésta provoca el mayor déficit de presión hidrostática en la cabeza. [63]
Esto se refiere específicamente a estados hipóxicos donde el contenido arterial de oxígeno es insuficiente. [64] Esto puede ser causado por alteraciones en el impulso respiratorio , como en la alcalosis respiratoria , derivaciones sanguíneas fisiológicas o patológicas, enfermedades que interfieren en la función pulmonar que resultan en un desajuste ventilación-perfusión , como una embolia pulmonar , o alteraciones en el sistema respiratorio parcial. presión de oxígeno en el ambiente o en los alvéolos pulmonares, como puede ocurrir en altitud o al bucear. [ cita necesaria ]
Los trastornos comunes que pueden causar disfunción respiratoria incluyen traumatismos en la cabeza y la médula espinal, mielopatías agudas no traumáticas, trastornos desmielinizantes, accidentes cerebrovasculares, 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 soporte ventilatorio en etapas avanzadas. [52]
El monóxido de carbono compite con el oxígeno por los sitios de unión de las moléculas de hemoglobina. Como el monóxido de carbono se une a la hemoglobina cientos de veces más fuerte que el oxígeno, puede impedir el transporte de oxígeno. [65] La intoxicación por monóxido de carbono puede ocurrir de forma aguda, como ocurre con la intoxicación por humo, o durante un período de tiempo, como ocurre con el tabaquismo. Debido a procesos fisiológicos, el monóxido de carbono se mantiene en un nivel de reposo de 4 a 6 ppm. Esto aumenta en las zonas urbanas (7 a 13 ppm) y en los fumadores (20 a 40 ppm). [66] Un nivel de monóxido de carbono de 40 ppm equivale a una reducción en los niveles de hemoglobina de 10 g/L. [66] [nota 1]
El monoxie de carbono tiene un segundo efecto tóxico: eliminar el desplazamiento alostérico de la curva de disociación del oxígeno y desplazar el pie de la curva hacia la izquierda. [ se necesita aclaración ] Al hacerlo, es menos probable que la hemoglobina libere oxígeno en los tejidos periféricos. [ se necesita aclaración ] [59] Ciertas variantes anormales de hemoglobina también tienen una afinidad mayor de lo normal por el oxígeno y, por lo tanto, también son deficientes para transportar oxígeno a la periferia. [ se necesita aclaración ] [ se necesita cita ]
La presión atmosférica se reduce con la altitud y proporcionalmente, también lo hace el contenido de oxígeno del aire. [67] La reducción de la presión parcial de oxígeno inspirado en altitudes más altas reduce la saturación de oxígeno de la sangre, lo que en última instancia conduce a la hipoxia. [67] Las características clínicas del mal de altura incluyen: problemas para dormir, mareos, dolor de cabeza y edema. [67]
El gas respirable puede contener una presión parcial de oxígeno insuficiente. Estas situaciones pueden provocar pérdida del conocimiento sin síntomas, ya que los niveles de dióxido de carbono permanecen normales y el cuerpo humano detecta mal la hipoxia pura. Los gases respirables hipóxicos se pueden definir como mezclas con una fracción de oxígeno más baja que el aire, aunque los gases que contienen suficiente oxígeno para mantener de manera confiable la conciencia a la presión atmosférica normal al nivel del mar pueden describirse como normóxicos incluso cuando la fracción de oxígeno está ligeramente por debajo de la normóxica. Las mezclas de gases respirables hipóxicos en este contexto son aquellas que no mantienen de manera confiable la conciencia a la presión del nivel del mar. [68]
Una de las circunstancias más extendidas de exposición al gas respirable hipóxico es el ascenso a altitudes donde la presión ambiental cae lo suficiente como para reducir la presión parcial de oxígeno a niveles hipóxicos. [67]
Para operaciones de buceo profundo se utilizan gases con tan solo un 2% de oxígeno por volumen en un diluyente de helio . La presión ambiental de 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. [69]
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. presión 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. [70]
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 permanece suficiente en la profundidad, y cuando cae durante el ascenso, se vuelve demasiado hipóxica para mantener la conciencia. y el buzo pierde el conocimiento antes de llegar a la superficie. [15] [10]
Los gases hipóxicos también pueden producirse en entornos industriales, mineros y de extinción de incendios. Algunos de ellos también pueden ser tóxicos o narcóticos, otros son simplemente asfixiantes. Algunos son reconocibles por el olfato, otros son inodoros.
La asfixia con gas inerte puede ser deliberada con el uso de una bolsa suicida . Se han producido muertes accidentales en casos en los que no se han detectado o apreciado concentraciones de nitrógeno en atmósferas controladas, o de metano en las minas. [71]
La función de la hemoglobina también se puede perder al oxidar químicamente su átomo de hierro a su forma férrica. Esta forma de hemoglobina inactiva se llama metahemoglobina y se puede producir ingiriendo nitrito de sodio [72] [¿ fuente médica poco confiable? ] así como ciertos medicamentos y otras sustancias químicas. [73]
La hemoglobina desempeña un papel importante en el transporte de oxígeno por todo el cuerpo, [59] y cuando es deficiente, puede producirse anemia , provocando "hipoxia anémica" si disminuye la oxigenación de los tejidos. 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. [60] : 997–99
La anemia suele ser un proceso crónico que se compensa con el tiempo mediante niveles elevados de glóbulos rojos a través de la eritropoyetina regulada positivamente . Un estado hipóxico crónico puede resultar de una anemia mal compensada. [60] : 997–99
La hipoxia histotóxica (también llamada hipoxia históxica) es la incapacidad de las células para absorber o utilizar oxígeno del torrente sanguíneo, a pesar del suministro fisiológicamente normal de oxígeno a dichas células y tejidos. [74] La hipoxia histotóxica resulta de una intoxicación tisular, como la causada por el cianuro (que actúa inhibiendo la citocromo oxidasa ) y otros venenos como el sulfuro de hidrógeno (subproducto de las aguas residuales y utilizado en el curtido del cuero). [75]
La hipoxia tisular por un bajo suministro de oxígeno puede deberse a una baja concentración de hemoglobina (hipoxia anémica), un bajo gasto cardíaco (hipoxia estancada) o una baja saturación de hemoglobina (hipoxia hipóxica). [76] La consecuencia de la privación de oxígeno en los tejidos es un cambio al metabolismo anaeróbico a nivel celular. Como tal, la reducción del flujo sanguíneo sistémico puede provocar un aumento del lactato sérico. [77] Los niveles de lactato sérico se han correlacionado con la gravedad de la enfermedad y la mortalidad en adultos críticamente enfermos y en recién nacidos ventilados con dificultad respiratoria. [77]
Todos los vertebrados deben mantener la homeostasis del oxígeno para sobrevivir y han desarrollado sistemas fisiológicos para garantizar una oxigenación adecuada de todos los tejidos. En los vertebrados que respiran aire, esto se basa en los pulmones para adquirir el oxígeno, la hemoglobina en los glóbulos rojos para transportarlo, una vasculatura 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 más largo plazo, mediante la regulación de la transcripción genética. La hipoxia también interviene en la patogénesis de algunas patologías comunes y graves. [78]
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 forma adaptativa a las condiciones hipóxicas, de manera que les ayuden a afrontar estas condiciones adversas. Varios sistemas pueden detectar la concentración de oxígeno y pueden responder con adaptaciones a la hipoxia aguda y prolongada. [78] Los sistemas activados por la hipoxia generalmente ayudan a las células a sobrevivir y superar las condiciones hipóxicas. La eritropoyetina , que los riñones producen en mayores cantidades en condiciones hipóxicas, es una hormona esencial que estimula la producción de glóbulos rojos, que son el principal transportador de oxígeno en la sangre, y las enzimas glicolíticas participan en la formación anaeróbica de ATP. [48]
Los factores inducibles por hipoxia (HIF) son factores de transcripción que responden a la disminución del oxígeno disponible en el entorno celular, o hipoxia. [79] [80] La cascada de señalización 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 favorece la migración de los queratinocitos y la restauración del epitelio . [81] Por lo tanto, no es sorprendente que la modulación de HIF-1 fuera identificada como un paradigma de tratamiento prometedor en la curación de heridas. [82]
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 una exposición isquémica prolongada. Esto se conoce como precondicionamiento isquémico y se sabe que ocurre en muchos tejidos. [48]
Si el suministro de oxígeno a las células es insuficiente para la demanda (hipoxia), los electrones se trasladarán al ácido pirúvico en el proceso de fermentación del ácido láctico . Esta medida temporal (metabolismo anaeróbico) permite liberar 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. [83] Si es grave o prolongado, podría provocar la muerte celular. [84]
En los seres humanos, la hipoxia es detectada por los quimiorreceptores periféricos del cuerpo carotídeo y del cuerpo aórtico , siendo los quimiorreceptores del cuerpo carotídeo los principales mediadores de las respuestas reflejas a la hipoxia. [85] Esta respuesta no controla la tasa de ventilación con una P O 2 normal , pero por debajo de lo normal la actividad de las neuronas que inervan estos receptores aumenta dramáticamente, hasta el punto de anular las señales de los quimiorreceptores centrales en el hipotálamo , aumentando la P O 2 a pesar de una caída. P CO 2 [ cita necesaria ]
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 "VPH" y tiene el efecto de redirigir la sangre lejos de las regiones mal ventiladas, lo que ayuda a hacer coincidir la perfusión con la ventilación, proporcionando una oxigenación más uniforme de la sangre de diferentes partes de los pulmones. [78] En condiciones de gas respiratorio hipóxico, como a gran altitud, el VPH se generaliza en todo el pulmón, pero con una exposición sostenida a la hipoxia generalizada, el VPH se suprime. [86] 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 velocidades más altas. Inicialmente es elevado en las personas de las tierras bajas que viajan a grandes altitudes, pero se reduce significativamente con el tiempo a medida que las personas se aclimatan . [4] [87]
Cuando la presión capilar pulmonar permanece elevada crónicamente (durante al menos 2 semanas), los pulmones se vuelven aún más resistentes al edema pulmonar porque los vasos linfáticos se expanden mucho, aumentando su capacidad de transportar líquido fuera de los espacios intersticiales tal vez hasta 10 veces. . Por lo tanto, en pacientes con estenosis mitral crónica , se han medido presiones capilares pulmonares de 40 a 45 mm Hg sin que se desarrolle edema pulmonar letal. [88]
Existen varios mecanismos fisiológicos potenciales para la hipoxemia, pero en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica ( EPOC ), el desajuste entre ventilación y 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 como 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 a la supervivencia en la EPOC, de forma proporcional a la elevación media de la presión de la arteria pulmonar 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. Los estudios a gran escala sobre 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 adecuadamente seleccionados puede producir un beneficio significativo en la supervivencia. [6]
El cerebro tiene necesidades energéticas relativamente altas, utilizando alrededor del 20% del oxígeno en condiciones de reposo, pero reservas bajas, lo que lo hace especialmente vulnerable a la hipoxia. En condiciones normales, una mayor demanda de oxígeno se compensa fácilmente con un aumento del 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 duración más prolongada de la hipoxia cerebral generalmente resultará en áreas más grandes del cerebro afectadas. El tronco del encéfalo , 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, lo que aumenta aún más la entrada de Ca 2+ y provoca 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. [78]
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 reperfunde en aproximadamente 20 minutos, sin que se desarrolle 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. [78] El metabolismo energético en el área afectada pasa de la respiración mitocondrial a la glucólisis anaeróbica casi de inmediato, con una reducción simultánea 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 eventualmente conduce a la necrosis celular. Se debe restablecer el flujo arterial para volver al metabolismo aeróbico y prevenir la necrosis de las células musculares afectadas, pero esto también provoca un daño mayor por lesión por reperfusión . El aturdimiento miocadial se ha descrito como una "disfunción postisquémica prolongada del tejido viable rescatado por reperfusión", que se manifiesta como una falla contráctil temporal en el tejido muscular oxigenado. Esto puede deberse a una liberación de especies reactivas de oxígeno durante las primeras etapas de la reperfusión. [78]
A medida que los tumores crecen, se desarrollan regiones de hipoxia relativa a medida 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, como ruta por la que las células cancerosas se transportan a otros sitios. [78]
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. Se puede desarrollar taquicardia (pulso rápido) para compensar la baja tensión arterial de oxígeno. Se puede escuchar 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 de los órganos ocurren cuando el suministro de oxígeno se ve gravemente comprometido. En la hipoxia moderada, puede producirse inquietud, dolor de cabeza y confusión, siendo posible el coma y la muerte final en casos graves. [8]
En la presentación crónica, la disnea después del esfuerzo es la que se menciona con mayor frecuencia. Los síntomas de la afección subyacente que causó la hipoxia pueden ser evidentes y pueden ayudar con el diagnóstico diferencial. En la infección pulmonar puede haber tos productiva y fiebre, 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 (cuánta parte de la hemoglobina transporta oxígeno), presión arterial parcial de oxígeno (P a O 2 ), presión parcial de dióxido de carbono (P a CO 2 ), nivel de pH sanguíneo y bicarbonato (HCO 3 ) [89]
Las radiografías o las tomografías computarizadas del tórax y las vías respiratorias pueden revelar anomalías que pueden afectar la ventilación o la perfusión. [92]
Una exploración de ventilación/perfusión , [93] también llamada exploración pulmonar V/Q, es un tipo de imágenes médicas que utiliza gammagrafía e isótopos médicos para evaluar la circulación del aire y la sangre dentro de los pulmones de un paciente , [94] [95] para para 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 [92] 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 solo puede proporcionar 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 (P a O 2 ) es generalmente una indicación de incapacidad de los pulmones para oxigenar adecuadamente la sangre. Las causas internas incluyen hipoventilación, alteración de la difusión alveolar y cortocircuito pulmonar. Las causas externas incluyen un entorno hipóxico, que podría deberse a una presión ambiental baja o a un gas respirable inadecuado. [8] Tanto la hipoxia como la hipercapnia aguda y crónica causadas por disfunción respiratoria pueden producir síntomas neurológicos como encefalopatía, convulsiones, dolor de cabeza, papiledema y asterixis . [52] El síndrome de apnea obstructiva del sueño puede causar dolores de cabeza matutinos [52]
Hipoxia circulatoria: Provocada por una perfusión insuficiente de los tejidos afectados por sangre adecuadamente oxigenada. Esta puede ser generalizada, por insuficiencia cardíaca o hipovolemia, o localizada, por 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 lleva a un suministro inadecuado generalizado de oxígeno. [8]
La hipoxia histotóxica (disoxia) es una consecuencia de que las células no pueden 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 el uso de oxígeno para producir ATP. [8]
Se debe considerar la polineuropatía o miopatía por enfermedad crítica en la unidad de cuidados intensivos cuando los pacientes tienen dificultades para desconectarse del ventilador. [52]
La prevención puede ser tan simple como la gestión de riesgos de exposición ocupacional a ambientes hipóxicos y comúnmente implica el uso de monitoreo ambiental y equipo de protección personal. La prevención de la hipoxia como consecuencia predecible de condiciones médicas requiere la prevención de esas condiciones. Puede ser útil realizar pruebas de detección en grupos demográficos que se sabe que están en riesgo de padecer trastornos específicos.
Para contrarrestar los efectos de las enfermedades de las alturas, el cuerpo debe devolver la Pa a O 2 arterial a la normalidad. La aclimatación , el medio por el cual el cuerpo se adapta a altitudes más altas, restaura sólo parcialmente la P O 2 a los niveles estándar. La hiperventilación , la respuesta más común del cuerpo a condiciones de gran altitud, aumenta la P O 2 alveolar al aumentar la profundidad y la frecuencia de la respiración. Sin embargo, si bien la P O 2 mejora con la hiperventilación, no vuelve a la normalidad. Los estudios de mineros y astrónomos que trabajan a 3.000 metros y más muestran una mejora de la P O 2 alveolar con una aclimatación completa, sin embargo, el nivel de P O 2 permanece igual o incluso por debajo del umbral para la oxigenoterapia continua para pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). [97] Además, existen complicaciones relacionadas con la aclimatación. La policitemia , en la que el cuerpo aumenta la cantidad de glóbulos rojos en circulación, espesa la sangre y aumenta el riesgo de coágulos sanguíneos. [98]
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 practicable en vehículos y para emergencias en instalaciones terrestres. Al aumentar la concentración de oxígeno a la presión ambiental, se contrarrestan los efectos de una presión barométrica más baja y el nivel de P O 2 arterial se restablece hacia la capacidad normal. Una pequeña cantidad de oxígeno suplementario reduce la altitud equivalente en habitaciones con clima controlado. A 4.000 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 3.000 m, que es mucho más tolerable para el creciente número de habitantes de tierras bajas que trabajan en gran altitud. [99] 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 resultó en una mayor productividad de los trabajadores, menos fatiga y un mejor sueño. [97]
Los concentradores de oxígeno son adecuados para el enriquecimiento de oxígeno a gran altitud en 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 climatizadas, en las que la temperatura y la humedad se mantienen constantes. [ cita necesaria ]
El tratamiento y el manejo dependen de las circunstancias. En la mayoría de las situaciones de gran altitud, el riesgo es conocido y la prevención es apropiada. En altitudes bajas, es más probable que la hipoxia esté asociada con un problema médico o una contingencia inesperada, y es más probable que se proporcione un tratamiento adecuado 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 apropiadas diferentes concentraciones de oxígeno. [100]
El tratamiento dependerá de la causa de la hipoxia. Si se determina que existe una causa externa y se puede eliminar, entonces el tratamiento puede limitarse a apoyar y devolver el sistema a la oxigenación normal. En otros casos, puede ser necesario un tratamiento más prolongado, y esto puede requerir oxígeno suplementario durante un período bastante largo o indefinidamente.
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, oxigenoterapia hiperbárica 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, una monitorización precisa de la F i O 2 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]
Donde el problema se debe a insuficiencia respiratoria. es deseable 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. [101] [102] Es el tratamiento definitivo para la enfermedad de descompresión grave , que es en gran medida una afección que implica hipoxia localizada inicialmente causada por embolia de gas inerte y reacciones inflamatorias al crecimiento de burbujas extravasculares. [103] [104] [105] También es eficaz en la intoxicación por monóxido de carbono [106] y en el pie diabético . [107] [108]
La renovación de una receta de oxígeno domiciliario después de una hospitalización requiere una evaluación del paciente para detectar hipoxemia en curso. [109]
El pronóstico depende en gran medida de la causa, la gravedad, el tratamiento y la patología subyacente.
La hipoxia que conduce a una capacidad reducida para responder apropiadamente, o a la pérdida del conocimiento, ha sido implicada en incidentes donde la causa directa de la muerte no fue la hipoxia. Esto se registra en incidentes de buceo submarino, donde a menudo se ha señalado como causa de muerte el ahogamiento, el montañismo a gran altura, donde la exposición, la hipotermia y las caídas han sido consecuencias, los vuelos en aviones despresurizados y las maniobras acrobáticas, donde la pérdida de control conduce a un accidente. es posible.
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; algunos son bastante raros, como la hipoxia debida al envenenamiento por cianuro. Otros, como la reducción de la tensión de oxígeno a gran altura, pueden estar distribuidos regionalmente o asociados con un grupo demográfico específico. [8]
La hipoxia generalizada es un riesgo laboral en varias ocupaciones de alto riesgo, incluidas la extinción de incendios, el buceo profesional, la minería y el rescate subterráneo, y el vuelo a gran altura en aviones sin presión.
La hipoxemia potencialmente mortal es común en pacientes críticamente enfermos. [110]
La hipoxia localizada puede ser una complicación de la diabetes, la enfermedad de descompresión y de un traumatismo que afecta el suministro de sangre a las extremidades.
La hipoxia debida a una función pulmonar subdesarrollada es una complicación común del parto prematuro. En los Estados Unidos, la hipoxia intrauterina y la asfixia al nacer figuran juntas como la décima causa de muerte neonatal. [111]
La hipoxia silenciosa (también conocida como hipoxia feliz) [112] [113] es una hipoxia generalizada que no coincide con la dificultad para respirar . [114] [115] [116] Se sabe que esta presentación es una complicación de COVID-19 , [117] [118] y también se conoce en neumonía atípica , [119] mal de altura, [120] [121] [122 ] y accidentes por mal funcionamiento del rebreather . [123] [124]
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 por su descubrimiento de mecanismos celulares para detectar y adaptarse a diferentes concentraciones de oxígeno, estableciendo una base para Cómo los niveles de oxígeno afectan la función fisiológica. [125] [126]
El uso del término hipoxia parece ser relativamente reciente; el primer uso registrado en una publicación científica data de 1945. Antes de esto, el término anoxia se usaba 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.[127]
La hipoxia se forma a partir de las raíces griegas υπo (hypo), que significa debajo, debajo y menos que, y oξυσ (oxys), que significa agudo o ácido, que es la raíz de oxígeno. [127]
