Circulación Pulmonar a Nivel del Mar y cambios que ocurren en Nativos de Altura 13 de Mayo, 2004 Dr. Raúl Gamboa Profesor Investigador y Emérito UPCH 13 de Mayo, 2004 Dr. Raúl Gamboa Profesor Investigador y Emérito UPCH Biología y Fisiología de Altura

5,0004,0003,0002,0001, Altitud metros Presión Barométrica Torr P I O 2 ** Torr O2 %V.I.* Densidad de aire * Lima * Cali * Arequipa * Huancayo * Puno * La Paz * Quito * Bogotá * México OCEANO ** Presión parcial de oxígeno inspirado. * % Volumen de oxígeno inspirado. ** Presión parcial de oxígeno inspirado. * % Volumen de oxígeno inspirado Morococha * Cusco HIPOXIA HIPOBARICA

Vida Intrauterina (a cualquier nivel ≈ 8000m) PaO 2 40 mmHg 50 mmHg 90 mmHg Nivel del mar Altitud (metros) Morococha LIMA Altura y Vida Fetal

Circulación Fetal VDVI Hígado CA VCS VCI FO AORTA PULMONAR ARTERIASUMBILICALES VENAUMBILICAL Sangre altamente oxigenada AI Rowe y Mehrizi 1969 Pulmones no expandidos Placenta

Vena Umbilical VCI Foramen Oval permeable Pulmones no expandidos Conducto Arterioso permeable PLACENTA Arteria Pulmonar con muy poco flujo Arteria Aorta VD VI PLACENTA Arteria Pulmonar con mayor flujo Arteria Aorta VD VI Pulmones expandidos Conducto Arterioso cerrado Cierre del Cordón umbilical Foramen Oval cerrándose Venas pulmonares Flujo en Venas pulmonares VCS ADAI AD Circulación en la Vida FetalCirculación en el Recién nacido VCI VCS Arterias umbilicales

5,0004,0003,0002,0001, Altitud metros Presión Barométrica Torr P I O 2 ** Torr O2 %V.I.* Densidad de aire * Lima * Cali * Arequipa * Huancayo * Puno * La Paz * Quito * Bogotá * México OCEANO ** Presión parcial de oxígeno inspirado. * % Volumen de oxígeno inspirado. ** Presión parcial de oxígeno inspirado. * % Volumen de oxígeno inspirado Morococha * Cusco HIPOXIA HIPOBARICA

ARTERIA PULMONAR ARTERIA AORTA Arteriolas Capilares Venulas VENAS Circulación sistémica: circulación de alta resistencia Reposo: 5 litros / minuto; Ejercicio: 30 litros / minuto Circulación pulmonar: circulación de baja resistencia Gasto Cardiaco; Reposo: 5 litros/minuto; Ejercicio: 30 litros/minuto La Circulación Pulmonar y la Circulación Sistémica

VCI Conducto Arterioso permeable PLACENTA Arteria Pulmonar con mayor resistencia Arteria Aorta VD VI PLACENTA Arteria Pulmonar con menor resistencia Arteria Aorta VD VI Conducto Arterioso cerrado Cierre del Cordón umbilical Foramen Oval cerrándose Igual flujo en Venas pulmonares VCS ADAI AD Circulación en el Niño en la Altura Circulación en el Niño a Nivel del Mar VCI VCS Igual flujo en Venas pulmonares Foramen Oval cerrándose Cierre del Cordón umbilical Vasoconstricción hipóxica

NIVEL DEL MAR ALTURA HORAS1-5AÑOS PRESIONSISTOLICAPULMONAR PRESIONDIASTOLICAPULMONAR Circulación en el RN en la Altura (4,540 m ) y a Nivel del Mar Gamboa R, y Marticorena E. 1971

Pequeñas arterias pulmonares Nivel del Mar: Delgada capa de CMLs entre las capas elásticas interna y externa Nivel del Mar: Delgada capa de CMLs entre las capas elásticas interna y externa Altura: Gruesa capa de CMLs entre las capas elásticas interna y externa Altura: Gruesa capa de CMLs entre las capas elásticas interna y externa Arteriolas Nivel del Mar: Endotelio y lámina elástica única Nivel del Mar: Endotelio y lámina elástica única Altura: Muscularizadas con laminas elásticas interna y externa Altura: Muscularizadas con laminas elásticas interna y externa Pequeños vasos pulmonares a Nivel del Mar y en Altura

Circulación Pulmonar en el niño l En el recién nacido, la circulación pulmonar muestra caracteres estructurales y hemodinámicos similares a nivel del mar y en la altura l En ambos niveles la PAPm es elevada (≈ 60 mmHg) l Existe alta RVP debido a que las pequeñas arterias pulmonares tienen gruesa capa de CMLs y las arteriolas están muscularizadas con luz del vaso reducida l También contribuye a la HP la vasoconstricción debida a la hipoxia y la acidosis respiratoria inducidas por la transitoria “asfixia” post-natal l Existe predominio anatómico del ventrículo derecho Peñaloza D. 2004

Presión Arterial Pulmonar Peso del Corazón Orientación del ÂQRS° Recién nacido 1 sem. 3 meses meses años años años años años Altura (4500m) Nivel del mar PAPm mmHg Indice VI / VD ÂQRS° Peñaloza D, y Gamboa R. 1986

Arteria Pulmonar en Adultos: de la Altura y del Nivel del Mar Saldaña M y Arias-Stella J. Circulation 27:1098,1963 ALTURANIVEL DEL MAR

Representación de la evolución del grosor de la capa media de tronco de la arteria pulmonar, grosor del tronco del segmento ascendente de la aorta y de la relación: grosor de la capa media del tronco de la arteria pulmonar/grosor de la media de la aorta ascendente (Relación P/A), en la altura y a nivel del mar Ratio P/A Grandes alturas Nivel del mar aorta asc tronco pulmon. Grandes alturas Nivel del mar Saldaña M y Arias-Stella J. Circulation 27:1102,1963

Evolución de la Masa Ventricular Izquierda (VI) y Ventricular Derecha (VD):a Nivel del Mar y en la Altura Niños de ocho años de edad Niños de tres meses de edad Niños de una semana de edad Recién nacidos Peñaloza, D, Arias-Stella, J, Sime F, Recavarren S, Marticorena E. Pediatrics 34:572,1964 NIVEL DEL MAR ALTURA VI VD VI VD HVD

Cambios post-natales a nivel del mar l Con adecuada oxigenación, luego de la interrupción de la circulación placentaria y de la expansión pulmonar, el oxígeno alveolar dilata las pequeñas arterial y arteriolas pulmonares l Se reduce la RVP y hay un abrupto incremento del flujo sanguíneo pulmonar l Desde las primeras horas de vida hasta las 24 horas la PAPm desciende en forma rápida y a las 72 horas alcanza niveles similares a los del adulto (12 a 16 mmHg) l Paralelamente la estructura vascular pulmonar evoluciona al tipo adulto en el curso de varios meses. l El lúmen de las pequeñas arterias incrementa debido a la reducción de su capa media de CMLs en tanto que las arteriolas pierden su estrato de CMLs y fusionan sus láminas elásticas l La relación pared-luz es 1:1 en el recién nacido, 1:3 en los primeros días y 1:10 entre los 6 y 12 meses l Igualmente el predominio anatómico y eléctrico del ventrículo derecho se reduce y evoluciona al predominio ventricular izquierdo Peñaloza D. 2004

Cambios post-natales en los Andes l En contraste con la rápida transición observada a nivel del mar, el proceso de remodelación vascular pulmonar y la reducción de la PAPm ocurren lentamente l Luego del nacimiento a 4540 m, a las 72 horas la PAPm se reduce de 60 mmHg a 50 mmHg. l Mayor frecuencia de permeabilidad del Conducto Arterioso, 30 veces mayor que a nivel del mar l En niños de 1 a 5 años la PAPm disminuye a un promedio de 45 mmHg y de 6 a 14 años se reduce a 28 mmHg, valor similar al observado en adultos a esa altura. l De igual manera la estructura fetal de las pequeñas arterias y arteriolas pulmonares involuciona lentamente Peñaloza D. 2004

Cambios post-natales en los Himalayas l Habitantes entre 2,500 y 5,500 m de altura desde hace más de 50,000 años l En los niños se observa que la vasculatura pulmonar y la preponderancia ventricular derecha evolucionan al tipo adulto “normal” dentro de 4 a 6 meses de edad l Es posible que el nativo tibetano haya logrado óptima adaptación a la altura por un proceso de selección natural a través de milenios y de numerosas generaciones l Esta mejor adaptación se expresa en mayor saturación arterial de oxígeno, menor grado de policitemia, mayor peso corporal, y menor mortalidad neonatal. Monge C y León-Velarde. 2003, El Reto Fisiológico de Vivir en los Andes. UPCH

Mecanismos de la Hipertensión Pulmonar en la Altura l La vasoconstricción pulmonar hipóxica es una respuesta de las CMLs de las pequeñas arterias y arteriolas pulmonares a la hipoxia alveolar l En un mecanismo bíomolecular, la hipoxia causa la apertura de Canales de Calcio y cierre de Canales de Potasio, señales para la liberación del Calcio Citosólico, fosforilación de la Miosina y en consecuencia contracción de las CMLs Factores funcionales actúan en la porción terminal del árbol arterial pulmonar Peñaloza D. 2004

Mecanismos de la Hipertensión Pulmonar en la Altura l Hipertrofia vascular pulmonar hipóxica está representada por el engrosamiento de la capa media de CMLs, que persiste después del nacimiento como consecuencia de un retardo en la remodelación vascular pulmonar en los segmentos distales. En las pequeñas arterias persiste el grueso estrato muscular y en las arteriolas hay un proceso de neomuscularización l Su significado en el proceso adaptativo a la hipoxia crónica no es claro. La hipótesis teleológica de mejorar la perfusión de los vértices pulmonares es discutible l Es un fenómeno perfectamente aceptado por el niño nacido en los Andes. Podría tratarse de un epifenómeno paralelo al proceso “adaptativo” ? l Su ausencia en el nativo tibetano se podría considerar como evidencia de plena adaptación fenotípica a la vida en las grandes alturas Factores estructurales actúan en la porción terminal del árbol arterial pulmonar Peñaloza D. 2004

El Chasqui: el prototipo del Atleta de la Altura

mm Hg Altitud (km) Presión Arterial Pulmonar, Nivel de Altitud y efecto del Ejercicio Presión Arterial Pulmonar, Nivel de Altitud y efecto del Ejercicio Peñaloza D, Gamboa R. Hipertensión Pulmonar. En: Cardiología Pediátrica. Ed. P. Sánchez. Salvat Ed. Barcelona, España, Reposo Ejercicio

Efecto del ejercicio sobre la presión arterial pulmonar en nativos de grandes alturas (4,540 m) Reposo EjercicioReposoEjercicioValor p Nativos de alturaResidentes del nivel del mar IC (l/min/m²) PAPm (mmHg) RVP (dinas/seg/cmˉ5) 4,0±0,727,7± ± ±1.03NS 29±10.860±17.012±2.218±2.7< ±1372± ±24.465±16.7<0.02 Adaptado de Banchero N et al. 1966

Nivel del Mar Grandes Alturas Propios datos Otros Consumo de Oxígeno (cc./min./m 2 ) GASTO CARDIACO (L./min./m 2 ) Banchero,Sime,Peñaloza y col Relación directa entre esfuerzo (Consumo de oxígeno ) y Gasto Cardiaco Figura 5

Determinantes de la Capacidad para el Ejercicio Aeróbico en el Nativo de las Grandes Alturas Determinantes de la Capacidad para el Ejercicio Aeróbico en el Nativo de las Grandes Alturas Presión de O 2 en el aire ambiental Capacidad ventilatoria Difusión alveolo-capilar Contenido arterial de oxígeno ~ Afinidad de la hemoglobina por el oxígeno Gasto cardiaco ~ Distribución del gasto cardiaco ~ Intercambio de O 2 entre capilares y mitocondria Volumen mitocondrial y niveles de enzimas oxidativas Fibras Tipo I Energía ATP Captación Transporte Consumo La Cascada de Oxígeno Ejercicio Sub - Máximo Figura 6 Adaptado de Rahn H. 1966

Nivel del MarGrandes Alturas Tipo I Tipo II Tipo I Tipo II CAPACIDAD OXIDATIVA ~ MANEJO DE LACTATOS RECAMBIO DE ATP ~ CAPACIDAD OXIDATIVA MANEJO DE LACTATOS RECAMBIO DE ATP Características de las fibras Musculares a Nivel del Mar y en las Grandes Alturas LIPIDOS COMO SUBSTRATO CARBOHID. COMO SUBSTRATO CON ENTRENAMIENTO Hoppeler 2001 APORTE CAPILAR SIN ENTRENAMIENTO MIOGLOBINA ~ MIOGLOBINA Figura 8

5,0004,0003,0002,0001,000 Altitud metros OCEANO ATP Recambio de ATP mayor en Grandes Alturas en relación con el Nivel del Mar Adaptado de Reynafarje B Figura 9

Cuando el hombre andino viene a la costa

Cambios hemodinámicos en nativos de altura trasladados a nivel del mar Nativos en altura 2 años después a nivel del mar Valor p IC (l/min/m²) PAPm (mmHg) RVP (dinas/seg/cmˉ5) 3.8± ±0.67 < ± ± ±1.9 < ±35.5 Adaptado de Sime et al.1971