Los efectos de la gran altitud sobre los seres humanos son principalmente consecuencia de la reducción de la presión parcial de oxígeno en la atmósfera. Los problemas médicos que son consecuencia directa de la gran altitud son causados por la baja presión parcial inspirada de oxígeno, que es causada por la presión atmosférica reducida, y la fracción de gas de oxígeno constante en el aire atmosférico en el rango en el que los seres humanos pueden sobrevivir. [1] El otro efecto importante de la altitud se debe a la temperatura ambiente más baja.
La saturación de oxígeno de la hemoglobina determina el contenido de oxígeno en la sangre. Después de que el cuerpo humano alcanza alrededor de 2100 metros (6900 pies) sobre el nivel del mar, la saturación de oxihemoglobina comienza a disminuir rápidamente. [2] Sin embargo, el cuerpo humano tiene adaptaciones a la altitud tanto a corto como a largo plazo que le permiten compensar parcialmente la falta de oxígeno. Hay un límite al nivel de adaptación; los montañistas se refieren a las altitudes superiores a los 8000 metros (26 000 pies) como la zona de la muerte , donde generalmente se cree que ningún cuerpo humano puede aclimatarse . [3] [4] [5] [6] En altitudes extremas , la presión ambiental puede caer por debajo de la presión de vapor del agua a la temperatura corporal, pero a tales altitudes incluso el oxígeno puro a presión ambiental no puede soportar la vida humana, y es necesario un traje de presión. Una despresurización rápida a las bajas presiones de las grandes altitudes puede desencadenar la enfermedad de descompresión de altitud .
Las respuestas fisiológicas a la gran altitud incluyen hiperventilación , policitemia , aumento de la densidad capilar en el músculo y vasoconstricción pulmonar hipóxica (aumento de las enzimas oxidativas intracelulares). Hay una variedad de respuestas a la hipoxia a nivel celular, demostradas por el descubrimiento de factores inducibles por hipoxia (HIF), que determinan las respuestas generales del cuerpo a la falta de oxígeno. Las funciones fisiológicas a gran altitud no son normales y la evidencia también muestra deterioro de la función neuropsicológica, que se ha relacionado con accidentes de montañismo y aviación. [1] Los métodos para mitigar los efectos del entorno de gran altitud incluyen el enriquecimiento de oxígeno del aire respirable y/o un aumento de la presión en un entorno cerrado. [1] Otros efectos de la gran altitud incluyen congelación , hipotermia , quemaduras solares y deshidratación .
Los tibetanos y los andinos son dos grupos relativamente bien adaptados a las grandes altitudes, pero que muestran fenotipos notablemente diferentes . [1]
El cuerpo humano puede funcionar mejor al nivel del mar , [7] donde la presión atmosférica es de 101.325 Pa o 1013,25 milibares (o 1 atm , por definición). La concentración de oxígeno (O 2 ) en el aire al nivel del mar es del 20,9 %, por lo que la presión parcial de O 2 (pO 2 ) es de 21,136 kilopascales (158,53 mmHg). En individuos sanos, esto satura la hemoglobina , el pigmento rojo que se une al oxígeno en los glóbulos rojos . [8]
La presión atmosférica disminuye según la fórmula barométrica con la altitud , mientras que la fracción de O2 permanece constante hasta aproximadamente 100 km (62 mi), por lo que la pO2 también disminuye con la altitud. Es aproximadamente la mitad de su valor a nivel del mar a 5000 m (16 000 pies), la altitud del campamento base del Everest , y solo un tercio a 8848 m (29 029 pies), la cumbre del monte Everest . [9] Cuando la pO2 disminuye , el cuerpo responde con la aclimatación a la altitud. [10]
La Sociedad Internacional de Medicina de Montaña reconoce tres regiones de altitud que reflejan la menor cantidad de oxígeno en la atmósfera: [11]
Los viajes a cada una de estas regiones de altitud pueden provocar problemas médicos, desde los síntomas leves del mal agudo de montaña hasta el edema pulmonar de gran altitud ( HAPE ) y el edema cerebral de gran altitud ( HACE ), potencialmente mortales. Cuanto mayor sea la altitud, mayor será el riesgo. [12] Los médicos de expedición suelen almacenar un suministro de dexametasona para tratar estas afecciones en el lugar. [13] Las investigaciones también indican un riesgo elevado de daño cerebral permanente en personas que ascienden a más de 5.500 m (18.045 pies). [14]
En ocasiones, las personas que desarrollan mal agudo de montaña pueden ser identificadas antes de la aparición de los síntomas por cambios en las hormonas que regulan el equilibrio de líquidos y el metabolismo de la sal y el agua. Las personas predispuestas a desarrollar edema pulmonar de gran altitud pueden presentar una reducción en la producción de orina antes de que se manifiesten los síntomas respiratorios. [15]
Los humanos han sobrevivido durante dos años a 5.950 m (19.520 pies, 475 milibares de presión atmosférica), que es la altitud más alta tolerable permanentemente registrada; el asentamiento permanente más alto conocido, La Rinconada , está a 5.100 m (16.700 pies). [16]
A altitudes superiores a 7.500 m (24.600 pies, 383 milibares de presión atmosférica), dormir se vuelve muy difícil, digerir los alimentos es casi imposible y el riesgo de HAPE o HACE aumenta enormemente. [12] [17] [18]
La zona de muerte en el montañismo (originalmente la zona letal ) fue concebida por primera vez en 1953 por Edouard Wyss-Dunant , un médico y alpinista suizo. [19] Se refiere a altitudes por encima de un cierto punto donde la cantidad de oxígeno es insuficiente para sostener la vida humana durante un período de tiempo prolongado. Este punto generalmente se etiqueta como 8.000 m (26.000 pies, menos de 356 milibares de presión atmosférica). [20] Las 14 cumbres de la zona de muerte por encima de los 8000 m, llamadas ochomiles , se encuentran en las cordilleras del Himalaya y el Karakórum .
Muchas muertes en el montañismo de gran altitud han sido causadas por los efectos de la zona de la muerte, ya sea directamente por la pérdida de funciones vitales o indirectamente por decisiones equivocadas tomadas bajo estrés o debilitamiento físico que conducen a accidentes. En la zona de la muerte, el cuerpo humano no puede aclimatarse. Una estancia prolongada en la zona de la muerte sin oxígeno suplementario dará lugar al deterioro de las funciones corporales, pérdida de conciencia y, en última instancia, la muerte. [3] [4] [5]
A una altitud de 19.000 m (63.000 pies), la presión atmosférica es lo suficientemente baja como para que el agua hierva a la temperatura normal del cuerpo humano . Esta altitud se conoce como el límite de Armstrong . La exposición a una presión por debajo de este límite produce una rápida pérdida de conciencia, seguida de una serie de cambios en las funciones cardiovasculares y neurológicas y, finalmente, la muerte, a menos que se restablezca la presión en un plazo de 60 a 90 segundos. [21]
Incluso por debajo del límite de Armstrong, una disminución abrupta de la presión atmosférica puede causar burbujas de gas en las venas y enfermedad por descompresión . Un cambio repentino de la presión a nivel del mar a presiones tan bajas como las de 5.500 m (18.000 pies) puede causar enfermedad por descompresión inducida por la altitud. [22]
El cuerpo humano puede adaptarse a grandes altitudes mediante una aclimatación tanto inmediata como a largo plazo. A grandes altitudes, a corto plazo, la falta de oxígeno es detectada por los cuerpos carotídeos , lo que provoca un aumento de la profundidad y la frecuencia respiratoria ( hiperpnea ). Sin embargo, la hiperpnea también provoca el efecto adverso de la alcalosis respiratoria , que impide que el centro respiratorio mejore la frecuencia respiratoria tanto como sería necesario. La incapacidad para aumentar la frecuencia respiratoria puede deberse a una respuesta inadecuada de los cuerpos carotídeos o a una enfermedad pulmonar o renal. [2] [23]
Además, a gran altitud, el corazón late más rápido , el volumen sistólico disminuye ligeramente [24] y se suprimen funciones corporales no esenciales, lo que resulta en una disminución de la eficiencia de la digestión de los alimentos (ya que el cuerpo suprime el sistema digestivo a favor de aumentar sus reservas cardiopulmonares). [25]
La aclimatación completa requiere días o incluso semanas. Gradualmente, el cuerpo compensa la alcalosis respiratoria mediante la excreción renal de bicarbonato, lo que permite una respiración adecuada para proporcionar oxígeno sin riesgo de alcalosis. Toma alrededor de cuatro días a cualquier altitud dada y puede mejorarse con medicamentos como la acetazolamida . [23] Finalmente, el cuerpo experimenta cambios fisiológicos como menor producción de lactato (porque la degradación reducida de la glucosa disminuye la cantidad de lactato formado), disminución del volumen plasmático , aumento del hematocrito ( policitemia ), aumento de la masa de glóbulos rojos , una mayor concentración de capilares en el tejido muscular esquelético , aumento de mioglobina , aumento de mitocondrias , aumento de la concentración de enzimas aeróbicas , aumento de 2,3-BPG , vasoconstricción pulmonar hipóxica e hipertrofia ventricular derecha . [2] [26] La presión de la arteria pulmonar aumenta en un esfuerzo por oxigenar más sangre.
La adaptación hematológica completa a la gran altitud se logra cuando el aumento de glóbulos rojos alcanza una meseta y se detiene. La duración de la adaptación hematológica completa se puede calcular multiplicando la altitud en kilómetros por 11,4 días. Por ejemplo, para adaptarse a una altitud de 4000 metros (13 000 pies) se necesitarían 45,6 días. [27] El límite superior de altitud de esta relación lineal no se ha establecido por completo. [6] [16]
Incluso cuando se está aclimatado, la exposición prolongada a grandes altitudes puede interferir con el embarazo y causar restricción del crecimiento intrauterino o preeclampsia . [28] La gran altitud provoca una disminución del flujo sanguíneo a la placenta , incluso en mujeres aclimatadas, lo que interfiere con el crecimiento fetal. [28] En consecuencia, se ha descubierto que los niños nacidos a grandes altitudes nacen más bajos en promedio que los niños nacidos al nivel del mar. [29]
Se estima que 81,6 millones de personas viven a altitudes superiores a los 2.500 metros (8.200 pies). [30] Se han detectado cambios genéticos en grupos de población de gran altitud en el Tíbet en Asia, los Andes de las Américas y Etiopía en África. [31] Esta adaptación implica respuestas fisiológicas irreversibles y de largo plazo a entornos de gran altitud, asociadas con cambios genéticos y de comportamiento hereditarios . Los habitantes indígenas de estas regiones prosperan bien en las partes más altas del mundo. Estos humanos han experimentado amplios cambios fisiológicos y genéticos, particularmente en los sistemas reguladores de la respiración de oxígeno y la circulación sanguínea , en comparación con la población general de las tierras bajas. [32] [33]
En comparación con los recién llegados aclimatados, las poblaciones nativas andinas y del Himalaya tienen una mejor oxigenación al nacer, volúmenes pulmonares agrandados a lo largo de la vida y una mayor capacidad para el ejercicio. [1] Los tibetanos demuestran un aumento sostenido del flujo sanguíneo cerebral, una ventilación en reposo elevada, una concentración de hemoglobina más baja (a elevaciones inferiores a los 4000 metros), [34] y una menor susceptibilidad al mal crónico de montaña (CMS). [1] [35] Los andinos poseen un conjunto similar de adaptaciones, pero exhiben una concentración de hemoglobina elevada y una ventilación en reposo normal. [36] Estas adaptaciones pueden reflejar la historia más larga de habitación a gran altitud en estas regiones. [37] [38]
Se observa una menor tasa de mortalidad por enfermedades cardiovasculares en los residentes que viven a mayor altitud. [39] De manera similar, existe una relación dosis-respuesta entre el aumento de la altitud y la disminución de la prevalencia de la obesidad en los Estados Unidos. [40] Esto no se explica solo por la migración. [41] Por otro lado, las personas que viven a mayor altitud también tienen una mayor tasa de suicidio en los Estados Unidos. [42] La correlación entre la altitud y el riesgo de suicidio estuvo presente incluso cuando los investigadores controlaron los factores de riesgo de suicidio conocidos, incluidos la edad, el género, la raza y los ingresos. La investigación también ha indicado que es poco probable que los niveles de oxígeno sean un factor, considerando que no hay indicios de un aumento de los trastornos del estado de ánimo a gran altitud en las personas con apnea del sueño o en los fumadores empedernidos a gran altitud. La causa del aumento del riesgo de suicidio aún se desconoce. [42]
La mitigación puede realizarse mediante oxígeno suplementario, presurización del hábitat o del traje de protección ambiental, o una combinación de ambos. En todos los casos, el efecto crítico es el aumento de la presión parcial de oxígeno en el gas respirable. [1]
El aire ambiente a gran altitud puede enriquecerse con oxígeno sin introducir un riesgo inaceptable de incendio. A una altitud de 8000 m, la altitud equivalente en términos de presión parcial de oxígeno puede reducirse por debajo de los 4000 m sin aumentar el riesgo de incendio más allá del aire atmosférico normal al nivel del mar. En la práctica, esto puede hacerse utilizando concentradores de oxígeno. [43]
La temperatura del aire ambiente se ve afectada previsiblemente por la altitud, y esto también tiene efectos fisiológicos en las personas expuestas a grandes altitudes. Los efectos de la temperatura y su mitigación no son inherentemente diferentes de los efectos de la temperatura por otras causas, pero los efectos de la temperatura y la presión son acumulativos.
La temperatura de la atmósfera disminuye a una tasa de disminución gradual , principalmente causada por la convección y la expansión adiabática del aire con la disminución de la presión. [44] En la cima del Monte Everest, la temperatura promedio en verano es de -19 °C (-2 °F) y la temperatura promedio en invierno es de -36 °C (-33 °F). [45] A temperaturas tan bajas, la congelación y la hipotermia se convierten en riesgos para los humanos. La congelación es una lesión de la piel que ocurre cuando se expone a temperaturas extremadamente bajas, causando el congelamiento de la piel u otros tejidos, [46] afectando comúnmente a las áreas de los dedos de las manos y los pies , la nariz , las orejas , las mejillas y el mentón . [47] La hipotermia se define como una temperatura corporal central por debajo de 35,0 °C (95,0 °F) en humanos. [48] Los síntomas van desde escalofríos y confusión mental, [49] hasta alucinaciones y paro cardíaco . [48]
Además de las lesiones por frío, respirar aire frío puede causar deshidratación , porque el aire se calienta a la temperatura corporal y se humedece a partir de la humedad corporal. [15]
También existe un mayor riesgo de quemaduras solares debido al bloqueo reducido de los rayos ultravioleta por la atmósfera más delgada. [50] [51] La cantidad de UVA aumenta aproximadamente un 9% con cada aumento de altitud de 1.000 metros (3.300 pies). [52] Los síntomas de las quemaduras solares incluyen piel roja o enrojecida que está caliente al tacto o dolorosa , fatiga general y mareos leves . Otros síntomas incluyen ampollas , descamación de la piel , hinchazón, picazón y náuseas.
En el caso de los deportistas, la altitud produce dos efectos contradictorios en el rendimiento. En las pruebas explosivas (carreras de hasta 400 metros, salto de longitud, triple salto), la reducción de la presión atmosférica implica que hay menos resistencia de la atmósfera y el rendimiento del deportista será generalmente mejor a gran altitud. [53] En las pruebas de resistencia (carreras de 800 metros o más), el efecto predominante es la reducción del oxígeno, que generalmente reduce el rendimiento del deportista a gran altitud. [54] Una forma de medir esta reducción es mediante el control del VO2máx , una medida de la capacidad máxima de un individuo para utilizar el O2 durante el ejercicio extenuante. En el caso de un individuo no aclimatado, el VO2máx comienza a disminuir significativamente a una altitud moderada, comenzando a los 1.500 metros y bajando entre un 8 y un 11 por ciento por cada 1.000 metros adicionales. [55]
Las organizaciones deportivas reconocen los efectos de la altitud en el rendimiento: por ejemplo, el organismo rector del atletismo , World Athletics , ha dictaminado que los resultados conseguidos a una altitud superior a los 1.000 metros serán aprobados para fines de récord mundial , pero llevarán la notación "A" para indicar que se alcanzaron en altitud.
Los Juegos Olímpicos de Verano de 1968 se celebraron en altura en la Ciudad de México . Allí se batieron los récords mundiales en la mayoría de las pruebas de velocidad corta y salto. También se establecieron otros récords en altura en previsión de esos Juegos Olímpicos. El récord de Bob Beamon en salto de longitud se mantuvo durante casi 23 años y solo se ha batido una vez sin la ayuda de la altitud o del viento . Muchos de los otros récords establecidos en la Ciudad de México fueron superados posteriormente por marcas establecidas en altura.
En Sestriere (Italia) se celebró anualmente una reunión de atletismo de élite entre 1988 y 1996, y nuevamente en 2004. La ventaja de su gran altitud en las pruebas de velocidad y salto ofrecía esperanzas de récords mundiales, y el patrocinador Ferrari ofrecía un coche como bonificación. [56] [57] Se estableció un récord en el salto con pértiga masculino por Sergey Bubka en 1994; [57] también se batieron los récords masculino y femenino en salto de longitud , pero el viento ayudó . [58]
Los atletas también pueden aprovechar la aclimatación a la altura para aumentar su rendimiento. [10] Los mismos cambios que ayudan al cuerpo a afrontar la gran altitud aumentan el rendimiento a nivel del mar. Sin embargo, esto no siempre es así. Cualquier efecto positivo de la aclimatación puede verse anulado por un efecto de desentrenamiento, ya que los atletas normalmente no pueden hacer ejercicio con tanta intensidad a grandes altitudes en comparación con el nivel del mar. [59]
Este enigma condujo al desarrollo de la modalidad de entrenamiento en altura conocida como "Live-High, Train-Low", en la que el atleta pasa muchas horas al día descansando y durmiendo a una altitud (alta), pero realiza una parte importante de su entrenamiento, posiblemente todo, a otra altitud (más baja). Una serie de estudios realizados en Utah a fines de la década de 1990 mostraron mejoras significativas en el rendimiento en atletas que siguieron este protocolo durante varias semanas. [59] [60] Otro estudio de 2006 ha demostrado mejoras en el rendimiento simplemente realizando algunas sesiones de ejercicio a gran altitud, pero viviendo al nivel del mar. [61]
El efecto de mejora del rendimiento del entrenamiento en altura podría deberse a un mayor recuento de glóbulos rojos, [62] un entrenamiento más eficiente, [63] o cambios en la fisiología muscular. [64] [65]
En 2007, la FIFA emitió una moratoria de corta duración para los partidos de fútbol internacionales celebrados a más de 2.500 metros sobre el nivel del mar, lo que en la práctica prohibía a determinados estadios de Bolivia, Colombia y Ecuador albergar partidos de clasificación para la Copa del Mundo , incluidas sus capitales. [66] En su fallo, el comité ejecutivo de la FIFA citó específicamente lo que creía que era una ventaja injusta para los equipos locales aclimatados a esa altitud. La prohibición se revocó en 2008. [66]
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