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BOLETIN ENCIENDE - Nº 21 | Febrero 2015

Respirar en las alturas

Por Juan Carlos López-Ramos


Seguro que alguna vez habéis visto en algún programa de televisión a alpinistas andando muy cansados por las cimas de las montañas, como si les «faltara el aire». La verdad es que, si lo habéis pensado, no os estabais equivocando porque, en verdad, es eso lo que les pasa cuando se asciende a grandes alturas. Es un fenómeno llamado hipoxia, y que significa «falta de oxígeno». Pero eso, ¿por qué sucede?
Vamos a verlo paso a paso. El aire está compuesto por diferentes gases, que son principalmente oxígeno, nitrógeno, gases nobles y dióxido de carbono. El nitrógeno es el más abundante, pero a nosotros el que más nos interesa es el oxígeno, porque es el que necesitamos respirar para vivir. Como veis en el esquema, el oxígeno ocupa el 21% de todo el aire que respiramos. Esta proporción es siempre constante en toda la troposfera, que es la capa de la atmósfera que está más próxima a la Tierra, y la que cubre por tanto nuestras casas y nuestras montañas, y por donde están las nubes y viajan la mayoría de los aviones, y alcanza los 12 000 metros de altitud. Pero, entonces, ¿por qué a los alpinistas les falta el oxígeno en las alturas?

La razón es que los gases que componen el aire se expanden con la altitud, de modo que las moléculas de los gases se separan unas de otras. Como ejemplo, podéis observar los dos cubos de la imagen. El aire está representado por las moléculas de sus dos principales componentes: el nitrógeno, en azul celeste, y el oxígeno, en rojo. Los dos cubos tienen la misma capacidad, pero el que está a la altura de 0 metros, la altura que hay a nivel de la orilla del mar, tiene muchas más moléculas que el otro, que está a 5000 metros, a más altura que cualquier monte de España y casi de Europa. Lo que sucede es que a más altura hay menos capas de aire encima y por eso se dice que ahí hay menor presión atmosférica. A esa altura es lógico que no se pueda respirar bien, y por eso a los alpinistas les falta el oxígeno en las alturas.

Si una persona o animal acostumbrado a vivir a poca altura se desplaza a zonas de mucha altitud, tendrá problemas para respirar que le pueden llevar a padecer la enfermedad llamada mal agudo de montaña, que puede aparecer a partir de los 2500 metros y que, en algunas alturas extremas, puede llevar a padecer otras enfermedades. Así, a una altura a partir de 7500 metros se le llama zona de la muerte. Antes de llegar a esa altura, también se puede producir una sensación de euforia que lleva a despreciar el peligro, lo cual agrava el problema.

Sin embargo, si la exposición a la altura se realiza subiendo poco a poco, y durante varios días, el organismo se puede ir adaptando y no sufrirá esos problemas. A ese fenómeno se le conoce como aclimatación. Por eso hay poblaciones que pueden vivir a grandes alturas. La más alta se llama La Rinconada y está en Perú, a 5100 metros de altitud. Pero hay una cosa muy interesante que han experimentado los deportistas y que consiste en que cuando se entrena en una zona de altitud, luego el deportista tendrá mejores resultados cuando realice sus pruebas a nivel del mar. Eso es también debido a la aclimatación.

Para estudiar cómo afecta la altura en la salud y el fenómeno de la aclimatación, muchos investigadores viajan a esas zonas tan altas para hacer sus experimentos. Sin embargo, existe otro procedimiento para realizar estos estudios, que consiste en introducir a las personas, o los animales, en lo que se llaman cámaras hipobáricas. Estos dispositivos pueden situarse a cualquier altura, y hacer que en su interior haya una presión atmosférica inferior, y por tanto se respire como si se estuviera en la altura; además, esa altura simulada se puede regular a voluntad.


Cámara hipobárica para personas. Centro de Investigación en Medicina Aeroespacial.

Una cámara hipobárica consiste básicamente en una cámara cerrada herméticamente, conectada por un lado a una bomba de vacío, que es un motor capaz de extraer aire de la cámara, y a una llave de paso por otro. La llave de paso tiene la misma función que un grifo, pero en este caso regula la entrada de aire, en vez de agua.

Como puede verse en la animación adjunta:

En la imagen 1 se puede observar la cámara llena de moléculas de oxígeno y nitrógeno que representan el aire. A la derecha está situada la bomba de vacío, y a la izquierda la llave de paso, que está totalmente abierta. En esas condiciones, la presión atmosférica es la misma que en el exterior, y por tanto no se está simulando ninguna altura. Si, como vemos en la imagen 2, cerramos la llave de paso de aire y encendemos la bomba de vacío, comenzará a haber menos aire en ella. Entonces, en su interior comenzará a haber menor presión atmosférica y las moléculas de aire estarán más expandidas, como en la altura. En esas condiciones, ya habremos simulado la altura, y si hubiéramos introducido dentro personas o animales, empezarían a sentir los mismos efectos. El problema es que al respirar producimos dióxido de carbono (CO2), y de permanecer dentro de la cámara en esas condiciones tendríamos un problema añadido a la falta de oxígeno, que sería el exceso de este dióxido de carbono. La solución para ello es cerrar la llave de paso solo parcialmente, como se observa en la imagen 2, para así conseguir que entre dentro de la cámara algo de aire puro. De ese modo, y como se observa en la imagen 3, al final saldrá de la cámara la misma cantidad de aire que entra, pero dentro habrá continuamente menos aire que fuera. ¡Ya estaremos como en la altura!

Cámara hipobárica para experimentación animal. Universidad Pablo de Olavide.

Estas cámaras se usan para hacer experimentos sobre los efectos de la altura y para que los pilotos de aviación de misiones especiales aprendan cómo se sentirían volando a mucha altura si, por ejemplo, se les despresurizara por accidente la cabina del avión, ya que los aviones en su interior llevan más presión atmosférica que la que hay en el exterior, para que los pilotos y pasajeros no padezcan los efectos de la altura.

Actividad

Necesitarás: Una jeringa grande, sin aguja, y un pequeño animalito (gusanito, cochinilla, etc.)
Procedimiento: Introduce el animalito en la jeringa, como ves en la imagen 1, y empuja el émbolo hacia dentro, como en la imagen 2, sin aplastar al animal. Luego, tapona con un dedo la jeringa y extrae el émbolo, como en la imagen 3. Verás que cuesta trabajo sacar el émbolo y mantenerlo en esa posición. Se debe a que has hecho que el aire se expanda dentro de la jeringa, bajando su presión atmosférica interior. ¡Habrás hecho algo muy parecido a una cámara hipobárica! Observa el comportamiento del animal, y anota variaciones en su actividad, su postura, etc.



Enlaces y recursos

Encontrarás más información en los estos vídeos:



Esta noticia ha sido preparada por Juan Carlos López-Ramos, profesor de fisiología e investigador de la división de neurociencias de la Universidad Pablo de Olavide, del Departamento de Fisiología, Anatomia y Biología celular.