Nivel celular: optimización de la oxidación biológica
La tarea principal de las células durante la deficiencia crónica de oxígeno es extraer el máximo de energía del mínimo disponible de oxígeno. Para ello, se reestructura radicalmente el sistema de oxidación biológica.
A nivel subcelular se producen los siguientes cambios:
- Aumenta el número total de mitocondrias en las células.
- Se incrementa el número de crestas mitocondriales y la concentración de enzimas en ellas.
- Aumenta el acoplamiento de los procesos de oxidación y fosforilación. Este es el mecanismo clave mediante el cual se incrementa la síntesis de moléculas de ATP por cada unidad de oxígeno consumido.
Como resultado, los tejidos comienzan a funcionar de forma más económica y la eficiencia del metabolismo tisular alcanza un nivel nuevo y óptimo.
Transporte de oxígeno: respiración externa y sistema hematopoyético
Para captar más oxígeno del medio externo y transportarlo a los tejidos, el organismo moderniza los sistemas respiratorio y circulatorio.
El sistema de respiración externa se adapta mediante cambios estructurales:
- Se produce la hipertrofia del tejido pulmonar con la formación de nuevos alvéolos.
- Se intensifica la vascularización: crecen nuevos capilares en el tejido pulmonar.
Todo esto conduce a un aumento significativo en el grado de oxigenación de la sangre en los pulmones.
El sistema hematopoyético reacciona aumentando su capacidad de transporte de oxígeno:
- Se activa el proceso de hematopoyesis (eritropoyesis).
- Aumenta la liberación (salida) de eritrocitos maduros desde la médula ósea hacia el torrente sanguíneo, lo que conduce al desarrollo de eritrocitosis.
- Se modifican las propiedades de la hemoglobina (Hb). En los pulmones, su afinidad por el oxígeno aumenta, lo que mejora la oxigenación. Al mismo tiempo, en los tejidos se acelera la disociación de la oxihemoglobina, lo que facilita la liberación de oxígeno a las células hambrientas.
Hemodinámica: reestructuración del corazón y los vasos sanguíneos
El sistema cardiovascular se adapta de tal manera que asegura una perfusión tisular adecuada incluso en condiciones de hipoxia.
Los cambios en el corazón están dirigidos a aumentar el gasto cardíaco:
- Se desarrolla hipertrofia de trabajo del miocardio.
- Directamente en los cardiocitos aumenta el número de mitocondrias y capilares.
- Se incrementa la velocidad de interacción de las proteínas contráctiles: actina y miosina.
- Aumenta la eficacia de los sistemas que regulan la actividad cardíaca.
El sistema vascular asegura el incremento del nivel de perfusión tisular:
- Aumenta el número de capilares funcionales (se abren vasos de reserva).
- En los órganos y tejidos con actividad intensa se desarrolla hiperemia arterial, lo que garantiza el suministro ininterrumpido de oxígeno allí donde más se necesita.
Sistemas de regulación: protección contra el agotamiento
El control de todas las reestructuraciones descritas requiere una gran eficacia y fiabilidad de los mecanismos de regulación. Durante la adaptación a largo plazo se producen cambios importantes en los sistemas nervioso y endocrino:
- Aumenta la resistencia (tolerancia) de las propias neuronas a la hipoxia.
- Disminuye el grado de activación de los sistemas de estrés.
Curiosamente, si durante la hipoxia aguda los sistemas de estrés trabajan al límite, en la adaptación crónica su actividad disminuye. En particular, se reduce la hiperactivación de los sistemas simpatoadrenal e hipotálamo-hipofisario-suprarrenal. Esto protege al organismo del agotamiento de sus reservas y lo transfiere a un modo de homeostasis fiable.
La naturaleza, la dinámica y el grado final de todos estos cambios en la actividad vital están determinados por un complejo de factores internos y externos.
La regla de las «5 C» para recordar los mecanismos de adaptación a la hipoxia: Células (aumento del número de mitocondrias), Células sanguíneas / Capacidad sanguínea (eritrocitosis), Captación de oxígeno (cambio en la afinidad de la hemoglobina), Capilares (vascularización pulmonar y miocárdica), Cardiocitos (hipertrofia cardíaca).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cómo cambia la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno durante la adaptación?
Varía de forma bidireccional: en los capilares pulmonares la afinidad aumenta para una captura máxima de oxígeno, mientras que en los tejidos se acelera la disociación de la oxihemoglobina para que las células reciban oxígeno de manera más rápida y sencilla.
¿Qué ocurre con los sistemas de estrés durante la hipoxia prolongada?
A diferencia de la escasez aguda de oxígeno, en la adaptación a largo plazo el grado de activación de los sistemas simpatoadrenal e hipotálamo-hipofisario-suprarrenal disminuye. Esto aumenta la fiabilidad de la regulación y previene el agotamiento del organismo.
¿A expensas de qué aumenta la síntesis de ATP si falta oxígeno?
Debido al aumento del número de mitocondrias, el número de sus crestas y enzimas, y gracias al incremento del acoplamiento de los procesos de oxidación biológica y fosforilación. Como resultado, aumenta la producción de ATP por cada unidad de oxígeno consumido.
¿Cómo se adapta el sistema de respiración externa?
Se desarrolla hipertrofia pulmonar con un aumento del número total de alvéolos. Simultáneamente se produce la vascularización (aumento del número de capilares en el tejido pulmonar), lo que en conjunto incrementa el grado de oxigenación de la sangre.
Qué más repasar sobre el tema
- El complejo de factores que determinan la naturaleza y la dinámica de los cambios adaptativos.
- Mecanismos para aumentar la resistencia de las neuronas a la deficiencia de oxígeno.
- Bases moleculares del acoplamiento de los procesos de oxidación y fosforilación.
- Fisiopatología de la hiperemia arterial en órganos con actividad intensa.
- Diferencias entre los mecanismos de adaptación a largo plazo y las reacciones compensatorias urgentes ante la hipoxia.
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