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Los fundamentos del Tratamiento de Oxigenación Hiperbárica (TOHB) requieren una capacitación completa referente a la fisiología del oxígeno. Esto incluye sus mecanismos, sus leyes físicas, su efecto volumétrico y sus limitaciones en el tratamiento de diferentes patologías.
Contexto
El oxígeno respirado por los organismos aerobios y liberado por las plantas mediante la fotosíntesis, participa en la conversión de nutrientes en energía (ATP) y es imprescindible para la vida. Todas las células del cuerpo humano precisan del oxígeno para poder vivir. Su disminución provoca hipoxia y la falta total de él anoxia, pudiendo provocar la muerte del organismo.
El contenido necesario mínimo para mantener estas funciones vitales es un contenido intracelular de 5 a 8 mmHg. Puede incluso mantenerse las funciones vitales de la célula con niveles tan bajos como 1 a 3 mmHg. Sin embargo, en estas condiciones la célula se convierte en hipóxica. Es decir, se reactiva el metabolismo anaerobio que culmina en la producción de ácido láctico en los animales. Para volver a reactivar la respiración aerobia y el metabolismo con el fin de producir las moléculas de adenosín trifosfato (ATP), la célula debe acceder al oxígeno molecular nuevamente.
El oxígeno hiperbárico aumenta la difusión y perfusión del oxígeno a los tejidos para que estas células hipóxicas puedan acceder al oxígeno necesario y producir una reactivación mitocondrial. En condiciones normales, dentro de la célula, el 80% del oxígeno es utilizado por la mitocondria. En la mitocondria, la presión del oxígeno puede ser cercana a cero, pero no puede interrumpirse en ningún momento. Es imperceptible pero imprescindible.
Para mantener la integridad celular, así como sus funciones facultativas, es necesario que las mismas cuenten con una cantidad de energía suficiente. Se obtiene a través del metabolismo del oxígeno (aerobiosis) mediante la degradación de un compuesto de alta energía (ATP).
Respiración celular
Como la vida representa un trabajo constante de todas las células del organismo, se requiere de una hidrólisis constante de millones de moléculas de ATP. Consecuentemente, la reposición de este para que el proceso pueda continuar. Hay que recordar que una oxidación básicamente es un proceso que se produce por la incorporación de oxígeno (respiración aeróbica mitocondrial), pero también lo es la pérdida de aceptores de oxígeno (e- o H+`). En este caso (con la respiración anaeróbica o citoplasmática) es también posible producir ATP, pero su rendimiento es muchísimo menor.
Los tres principios inmediatos son suministradores de acetilos que la coenzima A introduce en el ciclo tricarboxílico de Krebs. Para obtener estos acetilos, los hidratos de carbono complejos han debido desdoblarse hasta glucosa. Tras sufrir la glucólisis (ruta anaeróbica de 10 pasos) y el piruvato resultante, aún debe sufrir su descarboxilación (dependiente de la vitamina B1 activa) que convertirá este compuesto de tres carbonos en otro de dos carbonos (acetilo). Las proteínas para uso energético se desdoblan en aminoácidos suministradores del sustrato elemental que se incorpora en el ciclo de Krebs. Las grasas suministran los ácidos grasos. Estos, para penetrar en la mitocondria, pueden hacerlo con su larga cadena alifática a través de una variedad de Coenzima A. El Acil-coenzima A tiene la particularidad de precisar de la Carnitina para su funcionamiento. Una vez dentro de la mitocondria, se convierten en dos carbonos=acetilos (proceso conocido como beta oxidación). Son aptos para penetrar en el ciclo de Krebs en su primer escalón uniéndose al oxalacetato (4c), para formar ácido cítrico (6c). Siguen las sucesivas descarboxilaciones generadoras de CO2 y energía para la fosforilación acoplada (transformación de ADP o adenosina di fosfato en ATP o adenosina trifosfato).
El ATP será el elemento que utilizará la célula para dar energía a las distintas reacciones y procesos fisiológicos del organismo: transporte activo de moléculas a través de las membranas celulares, contracción de músculos y ejecución del trabajo mecánico, síntesis de hormonas, membranas celulares y muchas otras moléculas esenciales, conducción de impulsos nerviosos, división y crecimientos celulares, etcétera.
Cadena de transporte de electrones
La función principal de la primer parte de la respiración celular o metabolismo aerobio es suministrar el hidrógeno de la molécula de glucosa en formas oxidables. La oxidación del hidrógeno sucede a través de una serie de reacciones que desdoblan cada átomo de H en un protón y un electrón (H+ + e-). Los electrones se combinarán con el oxígeno disuelto con las moléculas de agua y generarán iones hidroxilo. Después éstos, junto con el hidrógeno, se combinarán para formar agua.
Durante esta secuencia se liberan enormes cantidades de energía para formar ATP. Esta síntesis de ATP recibe el nombre de fosforilación oxidativa. Se produce enteramente en las mitocondrias, en la llamada cadena transportadora de electrones (CTE). Esencialmente constituye la respiración interna y tiene lugar en la membrana interna mitocondrial, mediante un proceso muy especializado llamado mecanismo quimiosmótico. Básicamente la CTE comprende 2 procesos:
- Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportador a otro.
- Los protones son translocados a través de la membrana. Significa que son pasados desde el interior o matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana provocando un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor final del electrón, combinándose con ellos y con el ión H para producir agua.
Balance de la respiración
Por cada molécula de glucosa degradada a CO2 y agua se producen 38 ATP que almacenan 456 000 calorías. Mientras tanto, se han liberado 686 000 calorías durante la oxidación completa de la glucosa. Esto supone una eficiencia máxima global de transferencia de energía del 66%. El 34% restante se convierte en calor que no puede ser aprovechado por la célula.
Se llaman ‘especies reactivas del oxígeno’ a aquellos elementos químicos relacionados con el oxígeno. Es decir, elementos que provienen de este y que poseen reactividad. Dentro de estas EROs se encuentra que no todas ellas son radicales libres. Difieren, además, en la magnitud de reactividad que poseen.
La principal fuente de origen de los radicales libres en el ser humano es la respiración celular. Entre un 1% y un 3% del oxígeno consumido se transforma en EROs. Esta paradoja en la cual el oxígeno es un elemento indispensable para la vida pero que también genera toxicidad es un hecho esencial. Es una muestra del equilibrio que necesita nuestro cuerpo para mantenerse sano.
Hipoxia celular
Cuando no hay presencia de oxígeno, la célula minimiza al máximo sus funciones. También utiliza la glucólisis anaerobia o fermentación para producir energía. Cuando hay oxígeno, la glucólisis forma el piruvato y se desencadena la respiración celular a partir del funcionalismo mitocondrial. En ausencia de oxígeno, la célula realiza la utilización de la glucosa a través de un proceso de fermentación que tiene como producto final la producción de ácido láctico o lactato. Este termina siendo un marcador de hipoxia en numerosas patologías.
Es necesario comprender la importancia del oxígeno como sustrato en la última fase de la cadena de transporte de energía para producir ATP. En ausencia o con presiones menores de oxígeno, la mitocondria se convierte en disfuncional. La célula entra en condiciones de hipoxia y se producen cambios en la homeostasis que se relaciona con la inflamación crónica y el estrés oxidativo. El oxígeno hiperbárico restaura el oxígeno necesario para la funcionalidad mitocondrial, la respiración celular.
A partir de moléculas bioenergéticas, por catabolismo, se van a generar moléculas transportadoras de electrones de alta energía como son los NADH Y FADH. Ante la ausencia de oxígeno, el sistema de transporte de electrones se satura, se frena la cadena respiratoria y así la síntesis de ATP. Todos los mecanismos biológicos que necesitan ATP se ven interrumpidos. La mitocondria tiene un rol fundamental en la regulación del sistema inmune, del flujo de calcio intracelular, la homeostasis celular y la apoptosis o muerte celular programada.
Medicina hiperbárica
La creación de diferentes tratamientos relacionados al proceso respiratorio en el organismo humano, ha llevado a TECH Universidad Tecnológica a a profundizar en algunos de ellos. Con el fin de capacitar estudiantes capaces de comprender el funcionamiento global de estas intervenciones, la institución hoy ofrece programas de alta calidad como el Máster en Fisioterapia Respiratoria en Medicina Rehabilitadora y el Máster en Actualización en Medicina Intensiva.
Ante el resurgimiento en la utilización de las técnicas involucradas en el Máster en Medicina Hiperbárica como instrumento coadyuvante de múltiples especialidades médicas, parece fundamental que los diferentes profesionales incorporen esta herramienta académica en su perfil laboral y, en consecuencia, en su práctica habitual.
