250

Avaliação dos efeitos da altitude sobre a visãoAnalysis of vision effects at altitude

Luiz Filipe de Albuquerque Alves1, Alexandre Sampaio de Abreu Ribeiro2, Lívia Mello Brandão3, Roberto deAlmeida Teixeira4, Tiago Bisol5

RESUMO

Este trabalho de revisão bibliográfica é direcionado para a investigação dos efeitos dahipóxia da altitude sobre a visão. Pretende assim, ser uma contribuição na identificaçãodos sinais e sintomas presentes durante a exposição do aeronavegante às altas altitudes.O conhecimento sobre as características da atmosfera terrestre e o comportamento dosgases quando submetidos à variação de pressão atmosférica são muito importantespara o correto diagnóstico dos disbarismos, hipóxia e doença da descompressão para osprofissionais de saúde voltados para a atividade aeroespacial. O ambiente atmosféricoa que os aeronavegantes são expostos, é capaz de interferir de forma significativa nafunção visual, podendo gerar lesões de caráter reversíveis ou não, tais como: hemorra-gias retinianas, diminuição da visão noturna e da acuidade visual, restrição do campovisual, aparecimento de estrabismos latentes, diminuição da pressão intra-ocular e alte-rações refracionais em indivíduos previamente submetidos às cirurgias refrativas.

Descritores: Hipóxia Encefálica; Doença da descompressão; Medicina aeroespacial Altitude;Visão/fisiologia; Pressão atmosférica; Visão/fisiologia; Revisão

1Capitão Médico da seção de oftalmologia do Hospital Central da Aeronáutica – Rio de Janeiro (RJ), Brasil;

2Residente da seção de oftalmologia do Hospital Central da Aeronáutica – Rio de Janeiro (RJ), Brasil;

3Residente da seção de oftalmologia do Hospital Central da Aeronáutica – Rio de Janeiro (RJ), Brasil;

4Coronel Médico da seção de oftalmologia do Hospital Central da Aeronáutica – Rio de Janeiro (RJ), Brasil;

5Tenente Médico da seção de oftalmologia do Hospital Central da Aeronáutica – Rio de Janeiro (RJ), Brasil.

ARTIGO DE REVISÃO

Rev Bras Oftalmol. 2008; 67 (5): 250-4

251

INTRODUÇÃO

A nalisar os efeitos da hipóxia hipobárica sobrea visão durante a atividade aérea constitui oobjetivo geral desta revisão. A compreensão

dos mecanismos fisiopatológicos da hipóxia sobre a vi-são e a identificação dos sintomas iniciais constituemfatores importantes para segurança de vôo.

Considerando o perfeito funcionamento da visãocomo condição essencial para o aeronavegante em to-das as fases do vôo, é importante o conhecimento de queas alterações iniciais causadas pela hipóxia podem com-prometer a identificação de objetos à distância, além dedetalhes de forma e cor. Pelo mesmo motivo, o campovisual pode ser afetado, gerando erro de julgamento namedida das distâncias e no movimento de objetos nocampo periférico (1).

Embora muitas pesquisas tenham sido realizadasnesta área, a obtenção de dados sobre as reaçõesfisiopatológicas do ser humano exposto ao ambientehipobárico é obtida, em sua maioria, por estudos realiza-dos em altitude de montanha, sendo os resultados, repro-duzidos para condições de vôo.

Quando avaliamos os fatores que interferem navisão durante a atividade aérea podemos citar: hipóxiahipobárica, excessiva exposição à energia eletromag-nética, acelerações, descompressão, vibrações e outros (1).

O estudo da fisiologia relacionada às altitudes, aanálise dos limites fisiológicos relacionados ao exercí-cio da atividade aérea, assim como a observação dasalterações oftalmológicas relacionadas à hipóxiahipobárica têm como objetivo informar e facilitar a iden-tificação dos sintomas presentes durante o vôo de aero-naves militares ou não militares.

O incremento da altitude, por estar associado aodecréscimo da pressão barométrica e, paralelamente,ao da pressão parcial de oxigênio inspirada (PIO2), pro-move alterações no conteúdo arterial de oxigênio e as-sim, na quantidade de oxigênio fornecida aos tecidos. Avisão é o primeiro dos sentidos a ser afetado pela dimi-nuição do oxigênio tecidual, fato este evidenciado peladiminuição da visão noturna (1).

A atmosfera terrestre pode ser definida como umafina camada de gases sem cheiro, sem cor e sem gostopresa a Terra pela força da gravidade. Ao nível do mar,a pressão atmosférica é de aproximadamente 760mmHg e a fração de oxigênio na atmosfera é de 21%.Os efeitos fisiológicos dos gases inspirados são determi-nados pela pressão parcial do gás. Este valor é calcula-do multiplicando-se a pressão atmosférica (valor abso-luto 1 ATA = 760 mmHg) pela fração do gás existente

em determinada altitude. A pressão parcial do oxigênioao nível do mar, por exemplo, é de 0.21 ATA.

A partir da mesma fórmula, no ponto mais alto doMonte Everest, 29.028 pés, a pressão atmosférica seráde 253 mmHg ou 0.33 ATA. Nesta condição, a pressãoparcial de oxigênio esperada seria de 0.07 ATA,correspondendo a 7% da PO2 respirado ao nível do mar,resultando em hipóxia hipobárica (1).

A pressão atmosférica é influenciada pela altitu-de, latitude e temperatura. Uma altitude de 5.500m(18.000 pés) corresponde à metade da pressão ao níveldo mar, 10.000m, a um quarto e 30.000m, de 8mmHg.Considerando esse último um valor baixíssimo, pratica-mente toda a massa atmosférica está abaixo de 30 km (2).

A atmosfera encontra-se estruturada em três ca-madas relativamente quentes, separadas por duas ca-madas relativamente frias. São elas: troposfera (0-7 / 17km), estratosfera (7 / 17-50 km), mesosfera (50-80 / 85km) e termosfera (80 / 85-640 km).A troposfera é a ca-mada de maior importância para a aviação,correspondendo a 80% da densidade da atmosfera etambém, sendo o local onde ocorrem todos os fenôme-nos meteorológicos. Na estratosfera a temperatura au-menta com a altitude. Muitos aviões a jato circulam nes-ta camada por ser bastante estável. É nela que existemaior concentração de ozônio e onde começa a difusãoda luz solar que origina o “azul do céu” (2).

O conhecimento das propriedades físicas dos ga-ses (2) é fundamental para compreensão da resposta doorganismo à altitude. O estudo das leis dos gases permi-te o entendimento dos fenômenos relacionados aosdisbarismos, à hipóxia, à doença da descompressão eoutros. Tais eventos, sob as condições do meioaeroespacial, se apresentam de forma totalmente dife-rente quando comparados àqueles ocorridos na superfí-cie terrestre.

Segundo a Lei de Boyle-Mariotte, o volume ocu-pado por uma mesma massa gasosa é inversamente pro-porcional às pressões que o mesmo suporta, sob umamesma temperatura.Assim, podemos entender os efei-tos da altitude sobre os órgãos cavitários do organismo(estômago, intestinos, ouvidos, seios da face). Na subidade uma aeronave, ocorre uma expansão gasosa conse-qüente à queda da pressão barométrica. Na descida daaeronave, o inverso é verdadeiro.

De acordo com a Lei de Dalton, em uma misturagasosa, a pressão de cada componente gasoso é inde-pendente da pressão dos demais e a pressão total, deter-minada pela soma da pressão parcial de cada compo-nente da mistura. Embora, a percentagem de oxigêniodo ar permaneça constante em qualquer altitude atmos-

Avaliação dos efeitos da altitude sobre a visão

Rev Bras Oftalmol. 2008; 67 (5): 250-4

252

férica, a deficiência de oxigênio - a hipóxia - se instalacomo decorrência da queda da pressão atmosférica econseqüente queda da pressão parcial do oxigênio no arambiente e no ar alveolar, pela diminuição das trocasgasosas.

Respostas fisiológicas à hipóxia da altitudeO aparecimento e a intensidade dos sintomas da

hipóxia dependerão dos seguintes fatores: altitude abso-luta de vôo, velocidade de ascensão, duração da exposi-ção à baixa pressão atmosférica, temperatura ambiente,atividade física e fatores individuais (enfermidades exis-tentes, tolerância própria, aptidão física, emotividade,aclimatação)(1).

Segundo Thomas, até certos limites, o mecanismocompensador de adaptação fisiológica permite a manu-tenção da homeostase, lançando mão de alguns meca-nismos compensatórios: aumento da ventilação pulmo-nar, aumento da afinidade da hemoglobina pelo oxigê-nio, aumento na capacidade de difusão pulmonar evascularização tissular, e aumento na concentração dehemoglobina (1).

A exposição do organismo humano a ambientescom baixa concentração de oxigênio pode ocorrer, basi-camente, de duas formas: aguda e crônica. A forma agu-da pode ser observada principalmente na aviação. Já aforma crônica, diz respeito a situações onde o organismopode se beneficiar através dos mecanismos compensa-tórios já mencionados anteriormente(1).

Durante a hipóxia aguda, observa-se umagradação de estágios, cujas alterações fisiológicas vari-am de acordo com a altitude da seguinte forma:

a) Estágio indiferente - ocorre do nível do maraté cerca de 2000 m (cerca de 6000 pés).A saturação dahemoglobina cai até 92%. As freqüências cardíaca erespiratória aumentam, compensando eficazmente a di-minuição da pressão parcial do oxigênio no ar inspirado.Ocasionalmente, o eletrocardiograma se altera;

b) Estágio compensatório - ocorre de 2000 m atécerca de 4000 m (cerca de 12000 pés). Observamos que-da na saturação da hemoglobina pelo oxigênio até 85%.Neste estágio, as compensações fisiológicas geralmenteproporcionam uma adequada proteção contra hipóxia,de modo que seus efeitos, via de regra, não se manifes-tam, a menos que o período de exposição seja prolonga-do ou que exercícios físicos sejam efetuados;

c) Estágio das perturbações - ocorre de 4000 maté 6500 m (cerca de 20000 pés). A saturação dahemoglobina pelo oxigênio cai para 80% ou 70%. Nes-te estágio, também chamado de estágio da hipóxia cres-cente, as compensações fisiológicas já não são suficien-tes para compensar o déficit de oxigênio nos tecidos.

Aparecem sintomas como a fadiga, sonolência, tonturas,cefaléia, às vezes, euforia. A visão e a audição estão di-minuídas e o raciocínio é deficiente. Há perda de me-mória e as reações se tornam lentas e descoordenadas.Já é possível observar cianose de extremidades (colora-ção azulada da pele, mãos e mucosas dos lábios);

d) Estágio crítico - ocorre acima de 6500 m. Asaturação de hemoglobina pelo oxigênio cai para 60%ou menos. Neste estágio teremos alterações de consci-ência, podendo ocorrer convulsão seguida de colapsorespiratório e morte;

e) Hipóxia fulminante - ocorre após a perda aci-dental do fornecimento de oxigênio de forma súbita.Nesta situação, se a perda de oxigênio se verifica abaixode 12000 m (38000 pés) as alterações descritas anterior-mente ocorrem de forma acelerada. Caso a perda ocor-ra acima desta altitude, o indivíduo torna-se inconscien-te e seu organismo entra em colapso abruptamente, semsintomas que prenunciem tais acontecimentos. Nesta si-tuação o indivíduo muitas vezes não se recorda do fato,quando reavivado.

Ainda avaliando os sintomas e limites fisiológi-cos encontrados na exposição à hipóxia aguda, define-seTempo Útil de Consciência (TCU) como o tempo decor-rido entre a perda de suprimento de oxigênio até a falhade desempenho (2). O TCU pode ser experimentalmentedeterminado, na câmara hipobárica (baixa pressão si-mulada), pelos testes psicomotores. A atividade física,mesmo moderada, reduz o TCU em até 50% (1).

Efeitos da hipóxia sobre a visãoDenomina-se hipóxia a diminuição de oxigê-

nio fornecido aos tecidos através do sangue. Relacio-nado aos fatores determinantes, pode-se classificar ahipóxia em quatro tipos: A hipóxia hipoxêmica ouhipobárica, resultante da queda da PIO2 (pressão par-cial do oxigênio no ar inspirado), encontrada em altasaltitudes. Hipóxia estagnante, também chamada deisquêmica, resulta de uma deficiência circulatória e éo tipo encontrado na vigência de uma insuficiênciacardíaca congestiva, de uma insuficiência circulató-ria periférica ou de um efeito G positivo. A hipóxiaanêmica resulta da deficiência no transporte do oxi-gênio aos tecidos, causada pela baixa concentraçãode hemoglobina no sangue. A hipóxia histotóxica éencontrada nos quadros de intoxicações por cianetos,onde se observa bloqueio bioquímico do oxigênio nonível celular (2).

A visão é o primeiro sentido a ser afetado peladiminuição de oxigênio tecidual, sendo tal fato eviden-ciado pela diminuição da visão noturna. Nota-se enfra-

Alves LFA, Ribeiro ASA, Brandão LM, Teixeira RA, Bisol T

Rev Bras Oftalmol. 2008; 67 (5): 250-4

253

quecimento e incoordenação da musculatura extra-ocu-lar, além da diminuição da amplitude de acomodação,gerando borramento visual para perto (1).

Na chamada zona de indiferença, compreendidaentre o nível do mar até 3000m, a visão diurna não éafetada, entretanto, pequena diminuição na visão notur-na já pode ser observada, sendo preconizado aos comba-tentes de aeronaves, o uso de equipamentos de oxigêniodurante missões noturnas (1).

Na zona de adaptação ou estágio compensató-rio, localizada entre 3000m a 5000m, observa-se algunsprejuízos na visão, porém essas dificuldades podem sersuperadas para conclusão da tarefa ou missão. A essaaltitude observa-se vasos retinianos escurecidos ecianóticos; arteríolas demonstram um aumento com-pensatório de 10% a 20% no seu diâmetro; o volumede sangue na retina aumenta em aproximadamentequatro vezes; ocorre leve aumento pressórico nasarteríolas retinianas e ao longo de todo sistemapressórico vascular; o diâmetro pupilar diminui; e a 5000m ocorre perda de aproximadamente 40% da visãonoturna. O reflexo de acomodação-convergência dimi-nui significativamente, podendo descompensar as foriasou estrabismos latentes. Todas essas alterações citadaspodem se normalizar quando o piloto retornar a baixaaltitude ou usar oxigênio complementar. Mecanismosfisiológicos de compensação são capazes de manter odesempenho dos pilotos e sua tripulação por longo pe-ríodo até o retorno ao solo (1).

A zona de compensação parcial ou estágio dasperturbações, compreendida entre 5000 a 8000 m, é as-sim chamada porque os mecanismos fisiológicos de com-pensação se tornam ineficazes no combate à falta deoxigênio. Os distúrbios visuais descritos anteriormentese tornam mais severos, o tempo de reação e a respostaaos estímulos visuais se tornam mais lentos. As forias ouestrabismos latentes não podem ser mais compensados,surgindo as heterotropias e diplopias. A acomodação e aconvergência estão enfraquecidas tornando a visão deperto borrada e com diplopia.A visão noturna está, nes-te estágio, seriamente comprometida. Caso a permanên-cia não seja muito prolongada, ainda é possível a recu-peração e reversão total deste quadro com o uso de oxi-gênio ou retorno ao solo (1).

Acima de 8000m, na chamada zona dedescompensação ou estágio crítico, ocorre colapso cir-culatório com perda da visão e consciência, podendo le-var a lesões permanentes na retina e no cérebro, causa-das pela falta de circulação e hipóxia (1).

Aeronaves comerciais e militares com cabinepressurizada mantêm uma altitude equivalente de

2500m (1). Observando os efeitos visuais citados anterior-mente, a essa altitude, exceto pela visão noturna, não seobserva alterações significativas. Porém, é importanteconsiderar que essas zonas de adaptação são classifica-das em altitudes menores para fumantes, devido aos efei-tos do monóxido de carbono (1).

Analisando-se os efeitos da hipóxia sobre a visãoem exercício da atividade aérea, os trabalhos demons-tram alguns aspectos mais relevantes que devem serconsiderados.

É descrito que a hipóxia diminui a atividade dascélulas ganglionares da retina, interferindo na visãofotópica (visão diurna e percepção das cores) e escotópica(visão noturna) (3).As alterações no campo visual, carac-terizada por marcada contração de isópteras, foram ob-servadas à altitude de 20.000 pés, sendo revertida após 5minutos de oxigênio. Já o reflexo de acomodação-con-vergência apresenta decréscimo de 47% a 20.000 pés,em estudo realizado em câmara hipobárica, sendo re-vertido rapidamente com o uso de oxigênio (4).A pressãointra-ocular (PIO) sofre significativo decréscimo com aaltitude, devido a hipóxia levar à alcalose respiratória eà inibição da anidrase carbônica, gerando menor produ-ção de humor aquoso e diminuição da PIO(5).

A altitude não parece ter efeito significativo so-bre o sistema refrativo dos olhos de indivíduos que nãoapresentam patologias ou cirurgias oculares prévias. Aestabilidade do poder refracional do sistema óptico ocu-lar foi demonstrada em altitudes de até 17.000 pés (cer-ca de 5.100 metros), onde medidas de curvatura corneanae refração sob cicloplegia não se alteraram, sugerindonão haver alteração do poder dióptrico da córnea, docristalino ou do comprimento axial do globo ocular (6).

Entretanto, indivíduos que possuem córneas alte-radas por cirurgias refrativas corneanas e são submeti-dos à hipóxia podem sofrer repercussões ceratométricase refracionais, que variam conforme a técnica cirúrgicautilizada e dioptria corrigida no procedimento.

Ao contrário da córnea normal, que, apesar deapresentar espessamento na altitude causado pelahipóxia, não apresenta alteração na sua curvatura (7), ascórneas submetidas à ceratotomia radial desenvolvemum aplanamento significativo de sua curvatura central,que pode chegar a até 4 dioptrias, e que parece variarconforme a intensidade de miopia corrigida pela cirur-gia e o tempo e intensidade de exposição a hipóxia (8).Este aplanamento se manifesta por umahipermetropização, com redução da acuidade visual nãocorrigida e capacidade de leitura de perto. Afisiopatogenia provável deste processo seria o desen-volvimento de edema estromal peri-incisional na região

Avaliação dos efeitos da altitude sobre a visão

Rev Bras Oftalmol. 2008; 67 (5): 250-4

254

periférica corneana, causando aumento de sua curvatu-ra nessa área e aplanamento da região central, respon-sável pela acuidade visual. Mesmo com aumento da es-pessura corneana causado pela hipóxia da altitude, acurvatura central corneana se mantém estável, bemcomo a refração (9).

A refração de indivíduos submetidos aceratotomia foto-refrativa (Photorefractive Kera-tectomy – PRK) na altitude não demonstra variaçãosignificativa, ao contrário da CR, a qual induzhipermetropia na altitude (9).

As limitações da técnica PRK em relação à alti-tude parecem se limitar a problemas como opacidadecorneana difusa superficial, conhecida como haze, queocorre com maior freqüência na correção cirúrgica dedioptrias elevadas, e alterações como ofuscamento evisualização de halos quando da dilatação da pupila emcondições de baixa luminosidade (9).

Já nos indivíduos submetidos à técnica deceratomileusis in situ por laser (Laser in situKeratomileusis – LASIK), atualmente preferida porgrande parte dos cirurgiões refrativos pela sua menorincidência de haze corneano quando da correção dedioptrias mais elevadas, o comportamento da refraçãona altitude é bastante peculiar. Estudo recente demons-trou que em correção de baixas dioptrias (-2,5 a -4,0) demiopia o comportamento da refração é estável na altitu-de, sem queixas subjetivas em altitudes de até 26000 pés(cerca de 7.800 metros. Já em correções de miopias maiselevadas (de –4,5 a –8,0) têm-se observado a ocorrênciade miopização, com piora da acuidade não corrigida paralonge e melhora para perto (10).A hipótese aventada paratal miopização baseia-se em princípio semelhante ao daCR, com o diferencial que a incisão do LASIK se dá deforma paralela ao plano da córnea, formando um discocentral de epitélio e estroma superficial (flap). Pelahipóxia da altitude, o edema estromal que ocorreria nestedisco, separado do restante do estroma por uma linha deincisão e cicatrização produzida na cirurgia, causariaaumento da curvatura corneana central (no flapcorneano), levando à indução de miopia.

Conforme foi possível observar, o conhecimentodos aspectos físicos e da composição química da atmos-fera é de grande importância para a compreensão dahipóxia da altitude. Esta pesquisa bibliográfica não es-gota o assunto, servindo como fonte para desenvolvimen-to de novos trabalhos que possam contribuir, cada vezmais, para o fortalecimento da medicina aeroespacialcomo especialidade médica e aperfeiçoando os profissi-onais de saúde da aviação civil e militar.

ABSTRACT

This bibliographic review work is pointed to the effectsof altitude hypoxia on sight. It intends to contribute forthe identification of signs and symptoms of hypoxiaduring high altitude exposition. The understanding ofthe terrestrial atmosphere and the laws of physicsrelated to gas behavior under atmospheric pressurevariation are very important for the correct diagnosisof the dysbarisms, hypoxia, decompression disease andothers, by the aerospace health professionals. Theatmospheric environment that pilots are exposed is ableto interfere in a significant way on visual function andcan lead to reversible or irreversible lesions such as:retinal bleeding, decrease of the night vision and visionacuity, restriction of the visual field, emergence of latentstrabismus, decrease of the intra-ocular pressure andrefractive alterations in individuals that went throughrefractive surgery.

Keywords: Hypoxia, brain ; Decompressionsickness; Aerospace medicine Altitude; Vision/physiology;Atmospheric pressure;Vision/physiology; Review

REFERÊNCIAS

1. Thomas JT, Douglas JI. Ophthalmology in aerospace medicine.In: DeHart RL, Davis JR. Fundamentals of aerospacemedicine. 3rd ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins;2002. p.362-88.

2. Temporal W. Medicina aeroespacial. Rio de Janeiro: Luzes;2005.

3. Vingrys AJ, Garner LF. The effect of a moderate level ofhypoxia on human color vision. Doc Ophthalmol.1987;66(2):171-85.

4. Wilmer WH, Berens C Jr. Medical studies in aviation: V. Theeffect of altitude on ocular functions. 1918. Aviat SpaceEnviron Med. 1989;60(10 Pt 1):1018-23.

5. Pavlidis M, Stupp T, Georgalas I, Georgiadou E, Moschos M,Thanos S. Intraocular pressure changes during high-altitudeacclimatization. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol.2006;244(3):298-304.

6. Mader TH, White LJ. Refractive changes at extreme altitudeafter radial keratotomy. Am J Ophthalmol. 1995;119(6):733-7.

7. Winkle RK, Mader TH, Parmley VC, White LJ, Polse KA.The etiology of refractive changes at high altitude after ra-dial keratotomy. Hypoxia versus hypobaria. Ophthalmology.1998;105(2):282-6.

8. Ng JD, White LJ, Parmley VC, Hubickey W, Carter J, MaderTH. Effects of simulated high altitude on patients who havehad radial keratotomy. Ophthalmology. 1996;103(3):452-7.

9. Mader TH, Blanton CL, Gilbert BN, Kubis KC, Schallhorn SC,White LJ, Parmley VC, Ng JD. Refractive changes during 72-hour exposure to high altitude after refractive surgery.Ophthalmology. 1996;103(8):1188-95.

10. Dimmig JW, Tabin G. The ascent of Mount Everest followinglaser in situ keratomileusis. J Refract Surg. 2003;19(1):48-51.

Alves LFA, Ribeiro ASA, Brandão LM, Teixeira RA, Bisol T

Rev Bras Oftalmol. 2008; 67 (5): 250-4