Terça-feira, 15 fevereiro 2011 19: 44

Aclimatação Ventilatória à Alta Altitude

Classifique este artigo
(5 votos)

As pessoas estão trabalhando cada vez mais em grandes altitudes. Operações de mineração, instalações recreativas, meios de transporte, atividades agrícolas e campanhas militares geralmente ocorrem em grandes altitudes, e tudo isso requer atividade física e mental humana. Todas essas atividades envolvem requisitos aumentados de oxigênio. Um problema é que, à medida que se sobe cada vez mais acima do nível do mar, tanto a pressão total do ar (a pressão barométrica, PB) e a quantidade de oxigênio no ar ambiente (aquela porção da pressão total devida ao oxigênio, PO2) caem progressivamente. Como resultado, a quantidade de trabalho que podemos realizar diminui progressivamente. Esses princípios afetam o local de trabalho. Por exemplo, descobriu-se que um túnel no Colorado requer 25% mais tempo para ser concluído a uma altitude de 11,000 pés do que um trabalho comparável ao nível do mar, e os efeitos da altitude foram implicados no atraso. Não só há aumento da fadiga muscular, mas também deterioração da função mental. Memória, computação, tomada de decisão e julgamento ficam prejudicados. Cientistas que fazem cálculos no Observatório Mona Loa a uma altitude acima de 4,000 m na ilha do Havaí descobriram que precisam de mais tempo para realizar seus cálculos e cometem mais erros do que no nível do mar. Devido ao crescente escopo, magnitude, variedade e distribuição das atividades humanas neste planeta, mais pessoas estão trabalhando em grandes altitudes e os efeitos da altitude se tornam um problema ocupacional.

Fundamentalmente importante para o desempenho ocupacional em altitude é manter o suprimento de oxigênio para os tecidos. Nós (e outros animais) temos defesas contra estados de baixo oxigênio (hipóxia). O principal deles é um aumento na respiração (ventilação), que começa quando a pressão de oxigênio no sangue arterial (PaO2) diminui (hipoxemia), está presente em todas as altitudes acima do nível do mar, é progressivo com a altitude e é nossa defesa mais eficaz contra o baixo nível de oxigênio no ambiente. O processo pelo qual a respiração aumenta em grandes altitudes é chamado aclimatação ventilatória. A importância do processo pode ser vista na figura 1, que mostra que a pressão de oxigênio no sangue arterial é maior em indivíduos aclimatados do que em não aclimatados. Além disso, a importância da aclimatação na manutenção da pressão arterial de oxigênio aumenta progressivamente com o aumento da altitude. De fato, é improvável que uma pessoa não aclimatada sobreviva acima de uma altitude de 20,000 pés, enquanto pessoas aclimatadas conseguiram escalar o cume do Monte Everest (29,029 pés, 8,848 m) sem fontes artificiais de oxigênio.

Figura 1. Aclimatação ventilatória

BA1020F1

Mecanismo

O estímulo para o aumento da ventilação em grandes altitudes surge em grande parte e quase exclusivamente em um tecido que monitora a pressão de oxigênio no sangue arterial e está contido em um órgão chamado corpo carotídeo, do tamanho aproximado de uma cabeça de alfinete, localizado em um ponto de ramificação. em cada uma das duas artérias carótidas, ao nível do ângulo da mandíbula. Quando a pressão arterial de oxigênio cai, células semelhantes a nervos (células quimiorreceptoras) no corpo carotídeo percebem essa diminuição e aumentam sua taxa de disparo ao longo do 9º nervo craniano, que transporta os impulsos diretamente para o centro de controle respiratório no tronco cerebral. Quando o centro respiratório recebe um número maior de impulsos, ele estimula um aumento na frequência e profundidade da respiração por meio de vias nervosas complexas, que ativam o diafragma e os músculos da parede torácica. O resultado é um aumento da quantidade de ar ventilado pelos pulmões, figura 2, que por sua vez atua para restaurar a pressão arterial de oxigênio. Se um sujeito respira oxigênio ou ar enriquecido com oxigênio, acontece o inverso. Ou seja, as células quimiorreceptoras diminuem sua taxa de disparo, o que diminui o tráfego nervoso para o centro respiratório, e a respiração diminui. Esses pequenos órgãos em cada lado do pescoço são muito sensíveis a pequenas mudanças na pressão de oxigênio no sangue. Além disso, eles são quase totalmente responsáveis ​​por manter o nível de oxigênio do corpo, pois quando ambos são danificados ou removidos, a ventilação não aumenta mais quando os níveis de oxigênio no sangue caem. Assim, um importante fator controlador da respiração é a pressão arterial de oxigênio; uma diminuição no nível de oxigênio leva a um aumento na respiração, e um aumento no nível de oxigênio leva a uma diminuição na respiração. Em cada caso, o resultado é, na verdade, o esforço do corpo para manter constantes os níveis de oxigênio no sangue.

Figura 2. Sequência de eventos na aclimatação

BA1020F3

Curso de tempo (fatores que se opõem ao aumento da ventilação em altitude)

O oxigênio é necessário para a produção sustentada de energia e, quando o suprimento de oxigênio aos tecidos é reduzido (hipóxia), a função do tecido pode ficar deprimida. De todos os órgãos, o cérebro é o mais sensível à falta de oxigênio e, como observado acima, os centros do sistema nervoso central são importantes no controle da respiração. Quando respiramos uma mistura de baixo teor de oxigênio, a resposta inicial é um aumento na ventilação, mas depois de 10 minutos ou mais o aumento é atenuado até certo ponto. Embora a causa desse embotamento não seja conhecida, sua causa sugerida é a depressão de alguma função neural central relacionada à via de ventilação e tem sido chamada de depressão ventilatória hipóxica. Essa depressão foi observada logo após a ascensão a grandes altitudes. A depressão é transitória, durando apenas algumas horas, possivelmente porque há alguma adaptação tecidual dentro do sistema nervoso central.

No entanto, algum aumento na ventilação geralmente começa imediatamente ao ir para grandes altitudes, embora seja necessário algum tempo antes que a ventilação máxima seja alcançada. Na chegada à altitude, o aumento da atividade do corpo carotídeo tenta aumentar a ventilação e, assim, elevar a pressão arterial de oxigênio de volta ao valor do nível do mar. No entanto, isso apresenta ao corpo um dilema. Um aumento na respiração causa um aumento na excreção de dióxido de carbono (CO2) no ar expirado. Quando CO2 está nos tecidos do corpo, cria uma solução aquosa ácida e, quando é perdida no ar exalado, os fluidos corporais, incluindo o sangue, tornam-se mais alcalinos, alterando assim o equilíbrio ácido-base do corpo. O dilema é que a ventilação é regulada não apenas para manter a pressão de oxigênio constante, mas também para o equilíbrio ácido-base. CO2 regula a respiração na direção oposta ao oxigênio. Assim, quando o CO2 a pressão (ou seja, o grau de acidez em algum lugar dentro do centro respiratório) aumenta, a ventilação aumenta e, quando diminui, a ventilação diminui. Na chegada a grandes altitudes, qualquer aumento na ventilação causado pelo ambiente de baixo oxigênio levará a uma queda no CO2 pressão, que causa alcalose e atua para se opor ao aumento da ventilação (figura 2). Portanto, o dilema na chegada é que o corpo não consegue manter a constância tanto na pressão de oxigênio quanto no equilíbrio ácido-base. Os seres humanos requerem muitas horas e até dias para recuperar o equilíbrio adequado.

Um método para o reequilíbrio é os rins aumentarem a excreção de bicarbonato alcalino na urina, o que compensa a perda respiratória de acidez, ajudando assim a restaurar o equilíbrio ácido-base do corpo em direção aos valores do nível do mar. A excreção renal de bicarbonato é um processo relativamente lento. Por exemplo, indo do nível do mar até 4,300 m (14,110 pés), a aclimatação requer de sete a dez dias (figura 3). Essa ação dos rins, que reduz a inibição alcalina da ventilação, já foi considerada a principal razão para o aumento lento da ventilação após a subida, mas pesquisas mais recentes atribuem um papel dominante a um aumento progressivo na sensibilidade da detecção hipóxica. capacidade dos corpos carotídeos durante as primeiras horas até dias após a subida à altitude. Este é o intervalo de aclimatação ventilatória. O processo de aclimatação permite, de fato, que a ventilação aumente em resposta à baixa pressão arterial de oxigênio, mesmo que o CO2 pressão está caindo. À medida que a ventilação aumenta e o CO2 a pressão cai com a aclimatação em altitude, há um aumento resultante e concomitante na pressão de oxigênio dentro dos alvéolos pulmonares e no sangue arterial.

Figura 3. Tempo de aclimatação ventilatória para indivíduos ao nível do mar levados a 4,300 m de altitude

BA1020F4

Devido à possibilidade de depressão ventilatória hipóxica transitória na altitude, e porque a aclimatação é um processo que começa apenas ao entrar em um ambiente com baixo teor de oxigênio, a pressão arterial mínima de oxigênio ocorre na chegada à altitude. A partir daí, a pressão arterial de oxigênio aumenta relativamente rápido nos primeiros dias e depois aumenta mais lentamente, como na figura 3. Como a hipóxia piora logo após a chegada, a letargia e os sintomas que acompanham a exposição à altitude também pioram durante as primeiras horas e dias . Com a aclimatação, geralmente se desenvolve uma sensação restaurada de bem-estar.

O tempo necessário para aclimatação aumenta com o aumento da altitude, consistente com o conceito de que maior aumento da ventilação e ajustes ácido-base requerem intervalos maiores para que ocorra a compensação renal. Assim, enquanto a aclimatação pode exigir de três a cinco dias para um nativo do nível do mar se aclimatar a 3,000 m, para altitudes acima de 6,000 a 8,000 m, a aclimatação completa, mesmo que seja possível, pode exigir seis semanas ou mais (figura 4). Quando a pessoa aclimatada à altitude retorna ao nível do mar, o processo se inverte. Ou seja, a pressão arterial de oxigênio agora sobe para o valor do nível do mar e a ventilação cai. Agora há menos CO2 exalado e CO2 a pressão aumenta no sangue e no centro respiratório. O equilíbrio ácido-base é alterado para o lado ácido e os rins devem reter o bicarbonato para restabelecer o equilíbrio. Embora o tempo necessário para a perda da aclimatação não seja tão bem compreendido, parece exigir um intervalo aproximadamente tão longo quanto o próprio processo de aclimatação. Se assim for, então o retorno da altitude, hipoteticamente, dá uma imagem espelhada da subida da altitude, com uma exceção importante: as pressões arteriais de oxigênio tornam-se imediatamente normais na descida.

 

 

 

 

 

Figura 4. Efeitos da altitude na pressão barométrica e na PO2 inspirada

BA1020F5

Variabilidade entre indivíduos

Como seria de esperar, os indivíduos variam em relação ao tempo necessário e à magnitude da aclimatação ventilatória a uma determinada altitude. Uma razão muito importante é a grande variação entre os indivíduos na resposta ventilatória à hipóxia. Por exemplo, ao nível do mar, se mantivermos o CO2 pressão constante, de modo que não confunda a resposta ventilatória ao baixo nível de oxigênio, algumas pessoas normais apresentam pouco ou nenhum aumento na ventilação, enquanto outras apresentam um aumento muito grande (até cinco vezes). A resposta ventilatória à respiração de misturas com baixo teor de oxigênio parece ser uma característica inerente ao indivíduo, pois os membros da família se comportam de maneira mais semelhante do que as pessoas não aparentadas. As pessoas que têm respostas ventilatórias pobres ao baixo nível de oxigênio ao nível do mar, como esperado, também parecem ter respostas ventilatórias menores ao longo do tempo em grandes altitudes. Pode haver outros fatores que causam variabilidade interindividual na aclimatação, como variabilidade na magnitude da depressão ventilatória, na função do centro respiratório, na sensibilidade a alterações ácido-base e no manuseio renal de bicarbonato, mas estes não avaliado.

Dormir

A má qualidade do sono, principalmente antes da aclimatação ventilatória, não é apenas uma queixa comum, mas também um fator que prejudicará a eficiência ocupacional. Muitas coisas interferem no ato de respirar, incluindo emoções, atividade física, alimentação e o grau de vigília. A ventilação diminui durante o sono e a capacidade da respiração ser estimulada por baixo oxigênio ou alto CO2 também diminui. A frequência respiratória e a profundidade da respiração diminuem. Além disso, em grandes altitudes, onde há menos moléculas de oxigênio no ar, a quantidade de oxigênio armazenada nos alvéolos pulmonares entre as respirações é menor. Assim, se a respiração cessar por alguns segundos (denominado apnéia, que é um evento comum em grandes altitudes), a pressão arterial de oxigênio cai mais rapidamente do que ao nível do mar, onde, em essência, o reservatório de oxigênio é maior.

A interrupção periódica da respiração é quase universal durante as primeiras noites após a ascensão a grandes altitudes. Isso é um reflexo do dilema respiratório da altitude, descrito anteriormente, funcionando de maneira cíclica: a estimulação hipóxica aumenta a ventilação, que por sua vez reduz os níveis de dióxido de carbono, inibe a respiração e aumenta a estimulação hipóxica, que novamente estimula a ventilação. Geralmente há um período de apnéia de 15 a 30 segundos, seguido de várias respirações muito grandes, que muitas vezes despertam brevemente o indivíduo, após o que ocorre outra apnéia. A pressão arterial de oxigênio às vezes cai a níveis alarmantes como resultado dos períodos de apnéia. Pode haver despertares frequentes e, mesmo quando o tempo total de sono é normal, sua fragmentação prejudica a qualidade do sono, dando a impressão de ter tido uma noite agitada ou sem dormir. A administração de oxigênio elimina o ciclo da estimulação hipóxica e a inibição alcalótica abole a respiração periódica e restaura o sono normal.

Os homens de meia-idade, em particular, também correm o risco de outra causa de apnéia, ou seja, obstrução intermitente das vias aéreas superiores, a causa comum do ronco. Embora a obstrução intermitente na parte posterior das passagens nasais geralmente cause apenas ruído irritante ao nível do mar, em grandes altitudes, onde há um reservatório menor de oxigênio nos pulmões, essa obstrução pode levar a níveis gravemente baixos de pressão arterial de oxigênio e sono ruim qualidade.

Exposição intermitente

Existem situações de trabalho, principalmente nos Andes da América do Sul, que exigem que um trabalhador passe vários dias em altitudes acima de 3,000 a 4,000 m, e depois passe vários dias em casa, ao nível do mar. Os horários de trabalho específicos (quantos dias devem ser gastos na altitude, digamos quatro a 14, e quantos dias, digamos três a sete, ao nível do mar) são geralmente determinados pela economia do local de trabalho mais do que por considerações de saúde. Porém, um fator a ser considerado na economia é o intervalo necessário tanto para aclimatação quanto para perda de aclimatação à altitude em questão. Atenção especial deve ser dada à sensação de bem-estar e desempenho do trabalhador no trabalho na chegada e nos primeiros dois dias seguintes, em relação à fadiga, tempo necessário para executar funções rotineiras e não rotineiras e erros cometidos. Também devem ser consideradas estratégias para minimizar o tempo necessário para aclimatação em altitude e para melhorar a função durante as horas de vigília.

 

Voltar

Leia 16473 vezes Última modificação em quinta-feira, 13 de outubro de 2011 20:54

" ISENÇÃO DE RESPONSABILIDADE: A OIT não se responsabiliza pelo conteúdo apresentado neste portal da Web em qualquer idioma que não seja o inglês, que é o idioma usado para a produção inicial e revisão por pares do conteúdo original. Algumas estatísticas não foram atualizadas desde a produção da 4ª edição da Enciclopédia (1998)."

Conteúdo

Pressão barométrica, referências reduzidas

Dempsey, JA e HV Forster. 1982. Mediação de adaptações ventilatórias. Physiol Rev 62: 262-346. 

Gazenko, OG (ed.) 1987. Fisiologia do Homem em Grandes Altitudes (em russo). Moscou: Nauka.

Hackett, PH e Oelz. 1992. O consenso de Lake Louise sobre a definição e quantificação da doença da altitude. No Hipóxia e Medicina da Montanha, editado por JR Sutton, G Coates e CS Houston. Burlington: Queen City Printers.

Hornbein, TF, BD Townes, RB Schoene, JR Sutton e CS Houston. 1989. O custo para o sistema nervoso central de subir a altitudes extremamente altas. New Engl J Med 321: 1714-1719.

Lahiri, S. 1972. Aspectos dinâmicos da regulação da ventilação no homem durante a aclimatação a grandes altitudes. Resp Physiol 16: 245-258.

Leichnitz, K. 1977. Uso de tubos detectores em condições extremas (umidade, pressão, temperatura). Am Ind Hyg Assoc J 38: 707.

Lindenboom, RH e ED Palmes. 1983. Efeito da pressão atmosférica reduzida em um amostrador difusional. Am Ind Hyg Assoc J 44: 105.

Masuyama, S, H Kimura e T Sugita. 1986. Controle de ventilação em escaladores de altitude extrema. J Appl Physiol 61: 500-506.

Monge, C. 1948. Aclimatação nos Andes: Confirmações Históricas da “Agressão Climática” no Desenvolvimento do Homem Andino. Baltimore: Johns Hopkins Univ. Imprensa.

Paustenbach, DJ. 1985. Limites de exposição ocupacional, farmacocinética e horários de trabalho incomuns. No Patty's Higiene Industrial e Toxicologia, editado por LJ Cralley e LV Cralley. Nova York: Wiley.

Rebuck, AS e EJ Campbell. 1974. Um método clínico para avaliar a resposta ventilatória à hipóxia. Am Rev Respira Dis 109: 345-350.

Richalet, JP, A Keromes e B Bersch. 1988. Características fisiológicas de alpinistas de alta altitude. esporte científico 3: 89-108.

Roth, EM. 1964. Atmosferas de Cabine Espacial: Parte II, Riscos de Incêndio e Explosão. Relatório da NASA SP-48. Washington, DC: NASA.

Schoen, RB. 1982. Controle de ventilação em escaladores de altitude extrema. J Appl Physiol 53: 886-890.

Schoene, RB, S Lahiri e PH Hackett. 1984. Relação da resposta ventilatória hipóxica ao desempenho do exercício no Monte Everest. J Appl Physiol 56: 1478-1483.

Ward, MP, JS Milledge e JB West. 1995. Medicina e Fisiologia de Alta Altitude. Londres: Chapman & Hall.

Oeste, JB. 1995. Enriquecimento de oxigênio do ar ambiente para aliviar a hipóxia de grandes altitudes. Resp Physiol 99: 225-232.

—. 1997. Risco de incêndio em atmosferas enriquecidas com oxigênio em baixas pressões barométricas. Aviat Espaço Ambiente Med. 68: 159-162.

Oeste, JB e S Lahiri. 1984. Alta Altitude e Homem. Bethesda, MD: Sociedade Fisiológica Americana.

Oeste, JB e PD Wagner. 1980. Troca de gás prevista no cume do Monte Everest. Resp Physiol 42: 1-16.

West, JB, SJ Boyer, DJ Graber, PH Hackett, KH Maret, JS Milledge, RM Peters, CJ Pizzo, M Samaja, FH Sarnquist, RB Schoene e RM Winslow. 1983. Exercício máximo em altitudes extremas no Monte Everest. J Appl Physiol. 55: 688-698. 

Whitelaw, WA, JP Derenne e J Milic-Emili. 1975. Pressão de oclusão como medida do débito do centro respiratório em homem consciente. Resp Physiol 23: 181-199.

Winslow, RM e CC Monge. 1987. Hipóxia, policitemia e doença crônica da montanha. Baltimore: Johns Hopkins Univ. Imprensa.