Biología y Fisiología de Altura
Circulación Pulmonar a Nivel del Mar
y
cambios que ocurren en Nativos de
Altura
13 de Mayo, 2004
Dr. Raúl Gamboa
Profesor Investigador y Emérito
UPCH
HIPOXIA HIPOBARICA
Altitud
metros
5,000
Presión
Barométrica
Torr
PIO2**
Torr
405
O2
%V.I.*
75
50
87
58
Morococha *
4,000
462
* Puno
3,000
* Huancayo
529
2,000
596
1,000
674
760
* Arequipa
Cusco
* La Paz
* Quito
* Bogotá
* México
* Cali
* Lima
OCEANO
** Presión parcial de oxígeno inspirado. * % Volumen de oxígeno inspirado.
101
115
137
150
67
77
88
100
Densidad
de aire
Altura y Vida Fetal
Vida Intrauterina
(a cualquier nivel ≈ 8000m)
PaO2
5000
Altitud (metros)
4540
40 mmHg
Morococha
50 mmHg
4000
2000
LIMA
Nivel del mar
90 mmHg
Pulmones
no
expandidos
VCS
Circulación
Fetal
CA
AI
FO
VD
VI
Hígado
Sangre altamente
oxigenada
VCI
VENA
UMBILICAL
Placenta
Rowe y Mehrizi 1969
ARTERIAS
UMBILICALES
Circulación en la Vida Fetal
Circulación en el Recién nacido
Pulmones
expandidos
Foramen
Oval
permeable
AD
VD
VCI
AI
VI
Conducto Arterioso
permeable
Foramen Oval
cerrándose
VCI
Vena
Umbilical
PLACENTA
AD
AI
VD
VI
Conducto Arterioso
cerrado
Cierre del
Cordón umbilical
PLACENTA
Arterias umbilicales
VCS
Arteria Aorta
VCS
Arteria Pulmonar
con mayor flujo
Flujo en Venas
pulmonares
Arteria Aorta
Arteria Pulmonar con muy poco flujo
Pulmones no
expandidos
HIPOXIA HIPOBARICA
Altitud
metros
5,000
Presión
Barométrica
Torr
PIO2**
Torr
405
O2
%V.I.*
75
50
87
58
Morococha *
4,000
462
* Puno
3,000
* Huancayo
529
2,000
596
1,000
674
760
* Arequipa
Cusco
* La Paz
* Quito
* Bogotá
* México
* Cali
* Lima
OCEANO
** Presión parcial de oxígeno inspirado. * % Volumen de oxígeno inspirado.
101
115
137
150
67
77
88
100
Densidad
de aire
La Circulación Pulmonar y la Circulación Sistémica
Circulación pulmonar: circulación de baja resistencia
Gasto Cardiaco; Reposo: 5 litros/minuto; Ejercicio: 30 litros/minuto
Capilares
Arteriolas
Venulas
ARTERIA PULMONAR
VENAS
Arteriolas
Capilares
ARTERIA AORTA
Circulación sistémica: circulación de alta resistencia
Reposo: 5 litros / minuto; Ejercicio: 30 litros / minuto
Venulas
VENAS
Circulación en el Niño
en la Altura
Circulación en el Niño
a Nivel del Mar
Vasoconstricción hipóxica
VD
VCI
AI
VI
Conducto Arterioso
permeable
Foramen Oval
cerrándose VCS
VCI
Cierre del
Cordón umbilical
PLACENTA
AD
AI
VD
VI
Conducto Arterioso
cerrado
Cierre del
Cordón umbilical
PLACENTA
Arteria Aorta
AD
Igual flujo en Venas
pulmonares
Arteria Pulmonar
con menor resistencia
Foramen Oval VCS
cerrándose
Arteria Aorta
Arteria Pulmonar
con mayor resistencia
Igual flujo en Venas
pulmonares
Circulación en el RN en la Altura (4,540 m ) y
a Nivel del Mar
80
PRESION
SISTOLICA
PULMONAR
60
40
0
60
PRESION
DIASTOLICA
PULMONAR
50
40
30
20
0
0
ALTURA
NIVEL DEL MAR
1
5
10
30
50
70
HORAS
1-5
AÑOS
Gamboa R, y Marticorena E. 1971
Pequeños vasos pulmonares a Nivel del Mar y en Altura
Pequeñas arterias pulmonares
Nivel del Mar:
Delgada capa de CMLs
entre las capas elásticas
interna y externa
Altura:
Gruesa capa de CMLs
entre las capas elásticas
interna y externa
Arteriolas
Nivel del Mar:
Endotelio y lámina
elástica única
Altura:
Muscularizadas con
laminas elásticas
interna y externa
Circulación Pulmonar en el niño





En el recién nacido, la circulación pulmonar muestra
caracteres estructurales y hemodinámicos similares a nivel
del mar y en la altura
En ambos niveles la PAPm es elevada (≈ 60 mmHg)
Existe alta RVP debido a que las pequeñas arterias
pulmonares tienen gruesa capa de CMLs y las arteriolas están
muscularizadas con luz del vaso reducida
También contribuye a la HP la vasoconstricción debida a la
hipoxia y la acidosis respiratoria inducidas por la transitoria
“asfixia” post-natal
Existe predominio anatómico del ventrículo derecho
Peñaloza D. 2004
PAPm 60
mmHg 50
40
30
Altura (4500m)
20
Presión
Arterial
Pulmonar
10
Nivel del mar
0
Indice 1.80
VI / VD
1.60
Nivel del mar
Peso del
Corazón
1.40
1.20
Altura (4500m)
1.00
0.00
ÂQRS° 150
Altura (4500m)
125
Orientación
del ÂQRS°
100
75
50
0
Recién 1 sem.
nacido 3 meses
Nivel del mar
4 - 11
meses
1-5
años
6 - 14
años
15 - 20
años
21 - 40
años
41 - 60
años
Peñaloza D, y Gamboa R. 1986
Arteria Pulmonar en Adultos: de la
Altura y del Nivel del Mar
ALTURA
Saldaña M y Arias-Stella J. Circulation 27:1098,1963
NIVEL DEL MAR
Ratio P/A
1
.9
1500
.8
.7
1400
.6
.5
1300
0
0
10 2 0 3 0 4 0 50 6 0
Ed ad es ( año s)
1200
Espesor de la media (µ)
Representación de la
evolución del grosor
de la capa media de
tronco de la arteria
pulmonar, grosor del
tronco del segmento
ascendente de la
aorta y de la relación:
grosor de la capa
media del tronco de
la arteria
pulmonar/grosor de
la media de la aorta
ascendente (Relación
P/A), en la altura y a
nivel del mar
1100
1000
900
800
700
600
Grandes alturas
Nivel del mar
500
400
0
10
20
30
Edades (años)
Saldaña M y Arias-Stella J. Circulation 27:1102,1963
40
50
60
Evolución de la Masa Ventricular Izquierda (VI) y Ventricular Derecha (VD):a
Nivel del Mar y en la Altura
NIVEL DEL MAR
ALTURA
Recién
nacidos
VI
VD
VI
VD
VI
VD
Niños de una
semana de edad
VI
VD
HVD
Niños de tres
meses de edad
VI
VD
VI
VD
HVD
Niños de ocho
años de edad
VI
VD
VI
Peñaloza, D, Arias-Stella, J, Sime F, Recavarren S, Marticorena E. Pediatrics 34:572,1964
VD
Cambios post-natales a nivel del mar







Con adecuada oxigenación, luego de la interrupción de la
circulación placentaria y de la expansión pulmonar, el oxígeno
alveolar dilata las pequeñas arterial y arteriolas pulmonares
Se reduce la RVP y hay un abrupto incremento del flujo
sanguíneo pulmonar
Desde las primeras horas de vida hasta las 24 horas la PAPm
desciende en forma rápida y a las 72 horas alcanza niveles
similares a los del adulto (12 a 16 mmHg)
Paralelamente la estructura vascular pulmonar evoluciona al
tipo adulto en el curso de varios meses.
El lúmen de las pequeñas arterias incrementa debido a la
reducción de su capa media de CMLs en tanto que las
arteriolas pierden su estrato de CMLs y fusionan sus láminas
elásticas
La relación pared-luz es 1:1 en el recién nacido, 1:3 en los
primeros días y 1:10 entre los 6 y 12 meses
Igualmente el predominio anatómico y eléctrico del ventrículo
derecho se reduce y evoluciona al predominio ventricular
izquierdo
Peñaloza D. 2004
Cambios post-natales en los Andes





En contraste con la rápida transición observada a
nivel del mar, el proceso de remodelación vascular
pulmonar y la reducción de la PAPm ocurren
lentamente
Luego del nacimiento a 4540 m, a las 72 horas la
PAPm se reduce de 60 mmHg a 50 mmHg.
Mayor frecuencia de permeabilidad del Conducto
Arterioso, 30 veces mayor que a nivel del mar
En niños de 1 a 5 años la PAPm disminuye a un
promedio de 45 mmHg y de 6 a 14 años se reduce a
28 mmHg, valor similar al observado en adultos a
esa altura.
De igual manera la estructura fetal de las pequeñas
arterias y arteriolas pulmonares involuciona
lentamente
Peñaloza D. 2004
Cambios post-natales en los
Himalayas




Habitantes entre 2,500 y 5,500 m de altura desde
hace más de 50,000 años
En los niños se observa que la vasculatura
pulmonar y la preponderancia ventricular derecha
evolucionan al tipo adulto “normal” dentro de 4 a 6
meses de edad
Es posible que el nativo tibetano haya logrado
óptima adaptación a la altura por un proceso de
selección natural a través de milenios y de
numerosas generaciones
Esta mejor adaptación se expresa en mayor
saturación arterial de oxígeno, menor grado de
policitemia, mayor peso corporal, y menor
mortalidad neonatal.
Monge C y León-Velarde. 2003, El Reto Fisiológico de Vivir en los Andes. UPCH
Mecanismos de la Hipertensión Pulmonar
en la Altura
Factores funcionales actúan en la porción
terminal del árbol arterial pulmonar

La vasoconstricción pulmonar hipóxica es una
respuesta de las CMLs de las pequeñas arterias
y arteriolas pulmonares a la hipoxia alveolar

En un mecanismo bíomolecular, la hipoxia causa
la apertura de Canales de Calcio y cierre de
Canales de Potasio, señales para la liberación
del Calcio Citosólico, fosforilación de la Miosina
y en consecuencia contracción de las CMLs
Peñaloza D. 2004
Mecanismos de la Hipertensión Pulmonar
en la Altura
Factores estructurales actúan en la porción
terminal del árbol arterial pulmonar

Hipertrofia vascular pulmonar hipóxica está representada por el
engrosamiento de la capa media de CMLs, que persiste después del
nacimiento como consecuencia de un retardo en la remodelación
vascular pulmonar en los segmentos distales. En las pequeñas
arterias persiste el grueso estrato muscular y en las arteriolas hay un
proceso de neomuscularización

Su significado en el proceso adaptativo a la hipoxia crónica no es
claro. La hipótesis teleológica de mejorar la perfusión de los vértices
pulmonares es discutible

Es un fenómeno perfectamente aceptado por el niño nacido en los
Andes. Podría tratarse de un epifenómeno paralelo al proceso
“adaptativo” ?

Su ausencia en el nativo tibetano se podría considerar como evidencia
de plena adaptación fenotípica a la vida en las grandes alturas
Peñaloza D. 2004
El Chasqui: el prototipo del Atleta de la Altura
Presión Arterial Pulmonar,
Nivel de Altitud y efecto del Ejercicio
6060
Ejercicio
mm Hg
4040
2020
Reposo
Altitud (km)
00
0
1
2
3
4
5
Peñaloza D, Gamboa R. Hipertensión Pulmonar. En: Cardiología Pediátrica. Ed. P. Sánchez. Salvat Ed.
Barcelona, España, 1986
Efecto del ejercicio sobre la presión arterial pulmonar
en nativos de grandes alturas (4,540 m)
Nativos de altura
Residentes del nivel del mar
Reposo
Ejercicio
Reposo
Ejercicio
Valor p
IC
(l/min/m²)
4,0±0,72
7,7±1.27
4.0±1.00
6.8±1.03
NS
PAPm
(mmHg)
29±10.8
60±17.0
12±2.2
18±2.7
<0.001
RVP
332±1
65±16.7
<0.02
372±144.2 73±24.4
(dinas/seg/cmˉ5)
Adaptado de Banchero N et al. 1966
Figura 5
Relación directa entre esfuerzo (Consumo de
oxígeno ) y Gasto Cardiaco
GASTO CARDIACO (L./min./m2)
15
10
5
Nivel
del Mar
Grandes
Alturas
Propios datos
Otros
0
500
0
1000
Consumo de Oxígeno (cc./min./m2)
Banchero,Sime,Peñaloza y col.1966
1500
2000
Figura 6
Determinantes de la Capacidad para el Ejercicio Aeróbico
en el Nativo de las Grandes Alturas
Presión de O2 en el aire ambiental
Capacidad ventilatoria
Captación
Difusión alveolo-capilar
Contenido arterial de oxígeno ~
Afinidad de la hemoglobina por el oxígeno
La Cascada
de Oxígeno
Gasto cardiaco ~
Transporte
Distribución del gasto cardiaco ~
Intercambio de O2 entre capilares y mitocondria
Volumen mitocondrial y niveles de enzimas oxidativas
Fibras Tipo I
Energía ATP
Adaptado de Rahn H. 1966
Ejercicio Sub - Máximo
Consumo
Figura 8
Características de las fibras Musculares a Nivel del Mar y en las Grandes Alturas
Nivel del Mar
Grandes Alturas
Tipo I
Tipo I
Tipo I
Tipo II
Tipo II
Tipo II
SIN
ENTRENAMIENTO
CAPACIDAD OXIDATIVA
~
MANEJO DE LACTATOS
~
RECAMBIO DE ATP
LIPIDOS COMO SUBSTRATO
MIOGLOBINA
Hoppeler 2001
~
CAPACIDAD OXIDATIVA
MANEJO DE LACTATOS
RECAMBIO DE ATP
LIPIDOS COMO SUBSTRATO
CARBOHID. COMO SUBSTRATO
APORTE CAPILAR
MIOGLOBINA
CON
ENTRENAMIENTO
Figura 9
Recambio de ATP mayor en Grandes Alturas en
relación con el Nivel del Mar
Altitud
ATP
metros
5,000
4,000
3,000
2,000
ATP
1,000
OCEANO
Adaptado de Reynafarje B. 1966
Cuando el hombre andino viene a la costa
Cambios hemodinámicos en nativos de
altura trasladados a nivel del mar
Nativos en altura 2 años después
a nivel del mar
IC
(l/min/m²)
3.8±0.71
4.3±0.67
<0.05
24±5.2
12±1.9
<0.001
334±90.9
145±35.5
<0.001
PAPm
(mmHg)
RVP
(dinas/seg/cmˉ5)
Valor p
Adaptado de Sime et al.1971
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