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El tratamiento de oxigenación hiperbárica (TOHB) consiste en respirar altas concentraciones de oxígeno (O2) (~100 %). Esto dentro de una cámara presurizada por encima de la presión atmosférica normal (a nivel del mar, 1.0 atmósferas absolutas o atm). Para su uso clínico, según la Undersea Hyperbaric Medicine Society (UHMS), la presión debe ser de al menos 1,4 atm. TOHB se utiliza como terapia primaria en algunas patologías e intoxicaciones. Aunque, mayormente como terapia adyuvante en patologías que cursan con inadecuado suministro de oxígeno a los tejidos, o con base hipóxicas.
Las cámaras hiperbáricas son dispositivos médicos donde se lleva a cabo la TOHB de manera no invasiva y segura. Esto administrando O2 al paciente por medio de un inhalador en un ambiente bajo presión. Para entender el funcionamiento de esta terapia, es necesario recordar la función principal de la respiración. Esta es ingresar oxígeno al organismo, para ser distribuido por el sistema circulatorio a todos los órganos y tejidos.
Consideraciones teóricas
La terapia de oxigenación hiperbárica (TOHB) involucra el uso de oxígeno bajo presión, mayor al que se encuentra en la superficie de la tierra a nivel del mar.
Leyes físicas
El oxígeno es el elemento más importante de la tierra. La atmósfera es una mezcla de gas conteniendo un volumen de 20,94 % de oxígeno, 78,08 % de nitrógeno, 0,04 % de CO₂ y trazas de otros gases. La presión de la mezcla total a nivel del mar es 760 milímetros de mercurio (mm Hg). Así, la presión parcial de oxígeno (pO2) en el aire es: (760)× (21/100)=160 mmHg.
Ley de Dalton
El fundamento físico-químico de la terapia se apoya esencialmente en leyes físicas que describen el comportamiento de los gases. Por un lado, la Ley de Dalton establece que, a temperatura constante, la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales (Pp) de cada uno de los gases que la componen. Dicho en otras palabras, que cada gas ejerce una presión proporcional a su fracción en el volumen total de la mezcla(1). Por lo tanto, al administrar concentraciones de O2 cercanas al 100% y bajo presión, se obtiene una Pp de O2 en el organismo muchas veces mayor que en condiciones normales (respirando aire normal, 21%O2, a 1,0 atm).
Ley de Henry
La presión ejercida por un gas disuelto en agua o líquidos del cuerpo, es ciertamente diferente. Esto de aquella producida en la fase gaseosa; la concentración de un gas en un líquido es determinada no solo por la presión sino por el “coeficiente de solubilidad” del gas. La ley de Henry establece que los gases se disuelven en líquidos cuando son sometidos a presión. Esto haciendo que el O2 administrado en un ambiente presurizado, se disuelva y distribuya en el plasma y otros líquidos, con los cuales está en contacto el gas.
Este efecto tiene lugar una vez que aumenta la cantidad de O2 inspirado, que genera un gradiente local de presión en el alvéolo, favoreciendo la difusión de O2 hacia el plasma y sometido al mismo tiempo a mayor presión. Así la concentración de un gas disuelto= (presión) x (coeficiente de solubilidad). El coeficiente de solubilidad varía en diferentes líquidos, y es temperatura dependiente, siendo inversamente proporcional a la temperatura.
Cuando la concentración es expresada como volumen de gas disuelto en cada unidad de volumen de agua. La presión es expresada en atmósferas, el coeficiente de solubilidad de los gases respiratorios importantes da temperatura corporal. Se expone de la siguiente manera: Oxígeno: 0,024 ml plasma/atm pO2 Dióxido de carbono: 0,5 ml/ml plasma/atm pCO2 Nitrógeno: 0,067 ml/ml plasma/atm pN2 Nótese que el CO₂ es 20 veces más soluble que el oxígeno.
Ley de Boyle-Mariotte
Según esta ley física, a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión. Sin embargo, las cavidades normales o anormales que contienen gas en el cuerpo tendrán cambios en el volumen cuando la TOHB sea aplicada. Esta ley es la base del efecto volumétrico deseado para diluir las burbujas en enfermedades barométricas. Estas como enfermedad descompresiva del buzo o embolismo gaseoso, además es considerada ante la emergencia de efectos adversos. Será discutida en profundidad más adelante.
Fisiología de la oxigenación
El oxígeno pasa del aire alveolar y continúa a través del pulmón a los capilares, sangre venosa y luego al sistema arterial y capilares. Luego se desplaza a través de los fluidos intersticiales a los puntos microscópicos del consumo de oxígeno en los peroxisomas, retículo endoplasmático y mitocondria.
Fase de ventilación
El objetivo de la respiración es la inhalación del aire con atrapamiento de O2 y la exhalación donde se realiza la remoción del CO₂ del cuerpo. En reposo, un ser humano respira de 12 a 15 veces por minuto. Con cada respiración conteniendo ~ 500 ml de aire, lo que cuenta una cantidad total de 6 a 8 litros de aire que es inspirado y expirado por minuto.
Una vez que el aire alcanza la profundidad del pulmón en el alvéolo, la difusión simple permite que el O2 entre a la sangre por los capilares pulmonares y el CO₂ difunda hacia el alveolo para ser expirado. Así, en promedio, 250 ml de O2 entra al cuerpo por minuto y se excretan 200 ml de CO₂. El oxígeno es continuamente absorbido en la sangre y entra al sistema circulatorio a través de la presión ejercida por el O2 en el alvéolo.
Fase de transporte
La diferencia entre la presión alveolar de O2 (pAO2) que es 104 mmHg y la presión venosa de O2 (pvO2) que es aproximadamente 40 mmHg causa la difusión y el transporte a través de la membrana alveolar. Este es transportado en su mayoría en combinación con la hemoglobina hacia los capilares de tejido donde es liberado para la utilización por las células. Se realiza el intercambio con el CO₂ que es transportado hacia los pulmones.
El 97 % del oxígeno normalmente es transportado desde los pulmones hacia los tejidos. Esto sucede en una combinación química con la hemoglobina de los glóbulos rojos y el remanente 3 % es disuelto en el plasma. La hemoglobina activamente regula el transporte de oxígeno a través de la curva de disociación de la oxihemoglobina que depende de un número de condiciones que pueden desplazar la curva hacia la derecha o hacia la izquierda modificando la afinidad del oxígeno por el grupo hemo y el transporte del mismo hacia los tejidos.
Transporte del oxígeno hacia los tejidos
Durante el transporte hacia las estructuras celulares, la presión parcial de oxígeno cae de 160 mmHg a unos pocos mmHg dentro de la mitocondria. Esta caída gradual es descripta como la “cascada de oxígeno” La relación entre el transporte de oxígeno y su utilización es descripta por la ley de Fick (1870), quien describe que el consumo de oxígeno de los tejidos es igual al flujo de sangre de los tejidos (Q) multiplicado por la cantidad de oxígeno extraído por el tejido, la cual es la diferencia entre el contenido de oxígeno entre la sangre arterial y la venosa mixta., C(a − v) O.
Cuando aumenta el consumo de oxígeno (VO2), la respuesta del flujo de sangre local aumenta para mantener la diferencia del contenido de oxígeno arterial y venoso. En condiciones de deterioro de la circulación esta diferencia aumenta, la extracción de oxígeno aumenta para cubrir las necesidades metabólicas locales.
Utilización del oxígeno en la célula
El sitio de mayor utilización del oxígeno molecular dentro de la célula es la mitocondria. Esta utiliza cerca del 80 %, mientras que el restante 20 % es utilizado por otras organelas, tales como microsomas, núcleo, membrana plasmática, etc. La combinación del oxígeno con los electrolitos deriva en varios sustratos que liberan energía libre usada para las bombas de hidrógeno de adentro hacia afuera de la mitocondria contra un gradiente electroquímico. Así los iones protones H+ están disponibles para la adenosina di fosfato (ADP) y se genera la adenosina tri fosfato (ATP).
Solo un minuto de cantidad de oxígeno es requerido para que la reacción química se lleve a cabo. El sistema de enzimas respiratorias necesita una presión de oxígeno tisular de 1-3 mmHg. Bajo condiciones normales, la tasa de utilización del oxígeno por célula es controlada por la tasa de energía producida dentro de la célula (pasaje de ADP a ATP) La distancia de difusión del capilar a la célula es raramente mayor a 50 um y normalmente el oxígeno puede alcanzar esta distancia rápidamente.
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