Altitud, Hipoxia y Concentración de Oxígeno

Con el gran desarrollo que están teniendo en los últimos años los sistemas de generación de hipoxia, está aumentando su utilización y se generaliza el uso de la altitud o del contenido de oxígeno del aire, como medida de la intensidad del estímulo hipóxico.

Cuando usamos Generadores de Hipoxia, lo habitual es utilizar concentraciones de oxígeno que remedan una altitud simulada determinada y para su control utilizamos los Analizadores de Oxígeno. Sin embargo hay personas –y no por falta de conocimiento- que nos comentan que la concentración de oxígeno del aire no cambia con la altitud, que siempre es del 20,9%.

Con el fin de intentar aclarar esta discordancia entre el uso de la concentración de oxígeno para medir la intensidad de la hipoxia y el mantenimiento de la concentración de oxígeno del aire independientemente de la altitud, hemos considerado interesante desarrollar este post, con un ánimo exclusivamente divulgativo.

Cambia la Concentración de Oxígeno del Aire en Función de la Altitud?

La composición del aire no varía con la altitud, con lo que si a nivel del mar la concentración de oxígeno del aire ambiente es del 20,9%, esta concentración se mantiene intacta independientemente de la altitud (al menos hasta la estratosfera). Por lo tanto, a 6000 metros la concentración de oxígeno del aire ambiente es también del 20,9%.

A nivel del mar la Presión Atmosférica es mayor y ello hace que las moléculas que componen el aire, se encuentren más ‘juntas’. Al ir subiendo altura, la Presión Atmosférica va disminuyendo por lo que podríamos hacernos a la idea de que las moléculas del aire se van separando.

En la imagen de la derecha hemos realizado una representación de lo que podría ser el aire a nivel del mar, donde hemos considerado que existen sólo moléculas de Oxígeno (21 %) y Nitrógeno (79 %), dejando fuera a otros gases que también conforman el aire como el Argón (0,93 %), Dióxido de carbono (0,040 %), Neón (0,0018 %), Helio (0,0005 %) y otros gases en cantidades mucho más pequeñas todavía. La Presión Atmosférica no es exacta en un nivel de altitud sino que puede variar ligeramente dependiendo de factores como la temperatura, la humedad y las condiciones meteorológicas. A Nivel del Mar la presión atmosférica promedio es de aproximadamente 1013 milibares o 760 mm de Hg. En esta imagen la Presión Atmosférica está representada por las flechas rojas que de alguna manera comprimen el aire y su contenido, dando lugar a que en un cuadrado ficticio (habría que hablar de un cubo, pero dada la representación en 2 dimensiones no vamos a referir a un cuadrado aunque sea inexacto) entren 100 moléculas, y dado que la concentración de O2 es del 21 %, vamos a encontrar 79 moléculas de N2 y 21 moléculas de O2.

En esta segunda imagen –siguiendo las mismas pautas que en la imagen anterior- representamos cómo podemos encontrar el aire en altitud, en torno a los 6000 metros. Ya vemos que hay menos flechas rojas, lo que está en relación con la disminución de la Presión Atmosférica ligada a la altitud. La Presión Atmosférica a 6000 metros es de aproximadamente 500 milibares, un poco menos que la mitad que encontramos a nivel del mar. Esta disminución de Presión trae consigo que la presión sobre los componentes del aire sea menor; las moléculas del aire (Oxígeno y Nitrógeno) están más separadas aunque mantienen la misma proporción que a Nivel del Mar, 21 % para el Oxígeno y 79 % para el Nitrógeno. Pero como apreciamos en la imagen, esa disminución de presión trae consigo una mayor separación entre moléculas y en términos absolutos sólo encontramos 10 moléculas de oxígeno (en el cuadrado con las mismas dimensiones que antes) lo que supone un aire Hipóxico (comparándolo con el oxígeno que encontramos en el aire a nivel del mar).

Por qué relacionamos la Altitud con Cambios en la Concentración de Oxígeno?

La absorción del Oxígeno por parte de nuestro organismo se basa en el paso del Oxígeno del aire que tenemos en los alvéolos pulmonares a la sangre, donde se une a la Hemoglobina para ser transportado a todas las células. El paso de Oxígeno del alvéolo a la Sangre está ligado a la presión parcial del Oxígeno, con lo que una disminución de la Presión Atmosférica trae consigo una disminución de la presión parcial de Oxígeno y ello a su vez disminuye el paso de Oxígeno a la Sangre.

Nivel del Mar. Con el objetivo de comprender mejor esta limitación de la absorción de oxígeno con la altitud, hemos incluido en la imagen de la derecha una representación de la composición del aire que encontramos a nivel del mar, pero en esta ocasión hemos incluido un cuadro (que en tridimensional podría ser un cubo) que representa un volumen; y puestos a hacernos una idea, podríamos asimilar dicho volumen con el volumen pulmonar. Vemos de esta forma, cómo en el volumen pulmonar ‘entrarían’ aproximadamente 21 moléculas de Oxígeno (por lo del 21%) que serían las que podrían entrar en la sangre y ser distribuidas por el organismo.

Altitud. Tal y como hemos comentado con anterioridad, la composición del aire en altitud no varía, pero sí que podríamos decir que las moléculas están más dispersas; ello trae consigo que cuando miramos cuántas moléculas entran en el mismo volumen que hemos tomado en la imagen anterior (y que lo hemos asimilado al volumen pulmonar) vemos que ya no hay tantas y podrían estar en torno a 10 moléculas de oxígeno, en lugar de las 21 que estaban disponibles a nivel del mar. Debido a esa ‘disponibilidad’ limitada de moléculas de oxígeno, y dado que es más sencillo y mucho más sugerente de la situación funcional, se toma como referencia la concentración de oxígeno.

Por tanto, cuando hablamos de la relación entre altitud y concentración de oxígeno en el ámbito de la hipoxia y su utilización, podríamos decir que la concentración de oxígeno supone la disponibilidad de oxígeno en referencia al volumen de aire que tendríamos a nivel del mar. De esta forma obtenemos diferentes tablas en las que se relaciona la Altitud con la Concentración de Oxígeno, sabiendo que esta denominación de Concentración de Oxígeno está ‘alterada’ o ‘redefinida’.