Hipoxia aguda
La descompresión rápida a grandes altitudes reduce inmediatamente la presión parcial de oxígeno en los alvéolos pulmonares a valores inferiores al de la sangre venosa, de tal forma que no solo cesa la captación de oxígeno por la sangre, sino que se produce una inversión en el gradiente de difusión del oxígeno. Es decir, la escasa cantidad de oxígeno existente en la sangre venosa vuelve a los pulmones y la sangre arterial queda virtualmente sin oxígeno. Como consecuencia, se produce una hipoxia fulminante en el cerebro y otros órganos vitales por la disminución de la presión parcial de oxígeno a nivel celular.
Los bastones son las células fotorreceptoras de la retina responsables de la visión en condiciones de baja luminosidad. Se ubican en casi toda la retina exceptuando la fóvea. Contienen rodopsina, que es una proteína que presenta una mayor sensibilidad a las longitudes de onda cercanas a 500 nanómetros, es decir, a la luz verde azulada. Estas células son extremadamente sensibles a la hipoxia.
Agravantes:
Durante el ejercicio intenso el flujo sanguíneo pulmonar aumenta mucho y el tiempo que el glóbulo rojo permanece normalmente en el capilar (aproximadamente 0,75 s) puede quedar reducido a sólo una tercera parte. Esto no tiene repercusiones en el individuo sano debido a que la difusión de oxígeno ocurre principalmente durante el tercio inicial del paso del eritrocito por el capilar alveolar; la situación es diferente si existe alguna patología que aumente el grosor de la membrana (fibrosis) o que disminuya su área total (enfisema), ya que la difusión sería más lenta y no alcanzaría a igualar la concentración de oxígeno en el alvéolo y en el eritrocito. En ambos casos se agravarían las consecuencias de una hipoxia por descompresión o por exceso de altitud en una cabina no presurizada.
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Respiración celular
Ley de Boyle:
Establece la relación inversa entre el volumen y la presión y explica el porqué el aire entra en los pulmones cuando la presión dentro de ellos es menor que la presión atmosférica y sale si la presión intrapulmonar es mayor que la que existe en la cabina de un avión.
Durante la inspiración, el tórax se expande y su presión es 2 ó 3 mmHg menor que la presión fuera del cuerpo. Como resultado, el aire entra y llena los pulmones hasta que las presiones se igualan. Por el contrario, en la espiración los músculos respiratorios se relajan y el tórax disminuye su tamaño, lo que hace aumentar la presión intratorácica en 2 ó 3 mmHg por encima de la presión en cabina y se produce la espiración.
Ley de Dalton:
La presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes. En el caso del aire, la presión estándar a nivel del mar es de 760 mmHg y está compuesto por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno y 1% de otros gases. En base a esas proporciones y según esta ley, éstas son las presiones parciales de cada gas:
- Nitrógeno - 78% de 760 mmHg = 592,8 mmHg
- Oxígeno - 21% de 760 mmHg = 159,6 mmHg ~ 160 mmHg
- Anhídrido carbónico - 0,04% de 760 mmHg = 0,3 mmHg
- Otros gases - 1% de 760 mmHg = 7,6 mmHg
Cuando una mezcla de gases se difunde a través de la membrana alvéolo-capilar, cada gas lo hace del área donde su presión parcial es mayor a otra donde es menor. Cada gas se comporta como si los demás gases estuvieran ausentes de la mezcla y se difunde con un ritmo que depende de su propia presión parcial.
Presión alveolar:
Depende de los siguientes factores:
- Presión atmosférica a nivel del mar = 760 mmHg
- Presión parcial del vapor de agua a 37 ºC = 47 mmHg
- Porcentaje de oxígeno en el aire inspirado = 21%
- Presión alveolar del anhídrido carbónico = 40 mmHg
- Cociente respiratorio (relación entre el volumen de CO2 eliminado y el del O2 absorbido) = 0,8
De todos esos valores, en aviación la gran variable corresponde a la presión atmosférica o presión en cabina. A nivel del mar, la presión parcial alveolar del oxígeno es de casi 100 mmHg (99,73 mmHg).
Ley de Henry:
La presión parcial de un gas en un líquido (sangre) depende del volumen de gas disuelto en el líquido. Por lo tanto, la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono de la sangre suelen ser iguales o muy semejantes a sus presiones parciales alveolares:
| Presión parcial | En atmósfera | En alvéolos | En sangre arterial |
| Oxígeno | 160 mmHg | 100 mmHg | 100 mmHg |
| Anhídrido carbónico | 0,3 mmHg | 40 mmHg | 40 mmHg |
Ley de Flick:
Durante la respiración se establece el intercambio de gases, pasando el oxígeno al interior del capilar y eliminándose el dióxido de carbono. Esta transferencia se realiza por difusión, gracias a la tedencia de las moléculas a moverse desde una región de mayor concentración a otras con menor concentración de gas, situación regulada por la ecuación de Flick:
Vgas = (área/grosor) * (P1-P2) * D
La cantidad de gas que se difunde (Vgas) es inversamente proporcional al grosor del área que ha de salvar y directamente proporcional a la superficie de intercambio y a la diferencia de presiones entre el alvéolo (P1) y el capilar (P2) y a una constante de difusión (D) que, a su vez, es directamente proporcional a la solubilidad del gas e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. Esto hace que el dióxido de carbono se difunda unas 20 veces más rapido que el oxígeno, ya que su solubilidad es mayor.
Existen aproximadamente 300 millones de alvéolos en el pulmón humano adulto, con una proporción de 1.000 capilares por cada unidad alveolar. La superficie de la barrera hemato-gaseosa del pulmón es de aproximadamente 50 a 100 m2.
La sangre procedente de la periferia, a través de la arteria pulmonar y sus ramas, llega al capilar venoso con una presión parcial de oxígeno de 40 y una presión parcial de anhídrido carbónico de 46. A nivel alveolar, la presión parcial de oxígeno es aproximadamente de 100 y la presión parcial de anhídrido carbónico de 40, lo que facilita el normal intercambio.
| Presión parcial | Atmósfera | Alvéolos | Sangre arterial | Sangre venosa |
| Oxígeno | 160 mmHg | 100 mmHg | 100 mmHg | 40 mmHg |
| CO2 | 0,3 mmHg | 40 mmHg | 40 mmHg | 46 mmHg |
Saturación de la hemoglobina:
Una molécula de hemoglobina puede unirse en forma reversible a un máximo de 4 moleculas de oxígeno.
Hb + 4O2 <---> Hb(O2)4
Esta unión es de tipo cooperativo: la unión de la primera molécula de oxígeno provoca un cambio en su estructura que genera mayor afinidad.
Esta mayor afinidad favorece la unión de la segunda molécula de oxígeno y así sucesivamente hasta que se completa la unión de la cuarta molécula de oxígeno, alcanzando el 100% de afinidad.
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Para una presión parcial de oxígeno de 20 mmHg, la afinidad de unión a la hemoglogina (Hb) es del 25%. Hay unión de 1 molécula de oxígeno.
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Cuando la presión parcial de oxígeno asciende a 40 mmHg, la afinidad es del 75%. Hay unión de 3 moléculas de oxígeno.
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Cuando en el alvéolo pulmonar, la presión parcial de oxígeno alcanza los 100 mmHg la afinidad es del 100% y se observa la unión de 4 moléculas de oxígeno.
Células:
A nivel celular la presión parcial de oxígeno es muy baja, alrededor de 40 mmHg. Este gradiente de presiones permite la difusión pasiva del oxígeno desde los capilares tisulares, a través del espacio intersticial, hasta las células. Con esta presión la hemoglobina cede el oxígeno debido a que reduce su afinidad.
El metabolismo y la integridad celular dependen de la capacidad de la célula para generar energía y la fosforilación oxidativa es el mecanismo más eficiente para ello. Constituye la principal fuente de consumo de oxígeno del cuerpo.
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