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Articulo de referencia

Gas respiratorio

Los marineros revisan sus equipos de respiración en alta mar. Un gas respiratorio es una mezcla de elementos y compuestos químicos gaseosos que se utiliza para la respiración . ...

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Los marineros revisan sus equipos de respiración en alta mar.

Un gas respiratorio es una mezcla de elementos y compuestos químicos gaseosos que se utiliza para la respiración . El aire es el gas respiratorio más común y el único natural, pero también se utilizan otras mezclas de gases, u oxígeno puro, en equipos de respiración y hábitats cerrados. El oxígeno es el componente esencial de cualquier gas respiratorio. Se han desarrollado gases respiratorios para uso hiperbárico con el fin de mejorar el rendimiento del aire común, reduciendo el riesgo de enfermedad por descompresión , disminuyendo la duración de la descompresión , reduciendo la narcosis por nitrógeno o disminuyendo el esfuerzo respiratorio , lo que permite realizar inmersiones profundas con mayor seguridad .

Descripción

Un gas respiratorio es una mezcla de elementos y compuestos químicos gaseosos que se utiliza para la respiración . El aire es el gas respiratorio más común y el único natural. Otras mezclas de gases, u oxígeno puro , también se utilizan en equipos de respiración y hábitats cerrados como equipos de buceo autónomo , equipos de buceo con suministro de aire desde la superficie , cámaras de recompresión , montañismo de alta montaña , aeronaves de gran altitud , submarinos , trajes espaciales , naves espaciales , equipos médicos de soporte vital y primeros auxilios , y máquinas de anestesia . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

Contenido

El oxígeno es el componente esencial de cualquier gas respiratorio, con una presión parcial de entre 0,16 y 1,60 bares a presión ambiente , a veces menor en el alpinismo de alta montaña o mayor en la oxigenoterapia hiperbárica . El oxígeno suele ser el único componente metabólicamente activo, a menos que se trate de una mezcla anestésica. Parte del oxígeno del gas respiratorio se consume en los procesos metabólicos, mientras que los componentes inertes permanecen inalterados y sirven principalmente para diluir el oxígeno a una concentración adecuada; por ello, también se les conoce como gases diluyentes.

La mayoría de los gases respiratorios son, por lo tanto, una mezcla de oxígeno y uno o más gases metabólicamente inertes . [ 1 ] [ 3 ] Se han desarrollado gases respiratorios para uso hiperbárico con el fin de mejorar el rendimiento del aire común, reduciendo el riesgo de enfermedad por descompresión , disminuyendo la duración de la descompresión , reduciendo la narcosis por nitrógeno o permitiendo inmersiones profundas más seguras . [ 1 ] [ 3 ] Las técnicas utilizadas para llenar las botellas de buceo con gases distintos del aire o el oxígeno puro se denominan mezcla de gases . [ 4 ] [ 5 ]

Los gases respiratorios utilizados a presiones ambientales inferiores a la presión atmosférica normal suelen ser oxígeno puro o aire enriquecido con oxígeno para proporcionar la cantidad suficiente para mantener la vida y la consciencia, o para permitir mayores niveles de esfuerzo físico que los que se lograrían con aire. Es común suministrar el oxígeno adicional como un gas puro añadido al aire respirable durante la inhalación, o mediante un sistema de soporte vital.

Para buceo y otros usos hiperbáricos.

Vista exterior de una campana cerrada, mostrando la puerta lateral a la izquierda, con una bombona de oxígeno de 50 litros y dos bombonas de heliox de 50 litros montadas en el marco al lado de la puerta.
Una campana cerrada utilizada para buceo de saturación que muestra los cilindros de suministro de gas de emergencia.

Cuando lo utiliza un buceador , un gas respiratorio también puede denominarse gas de buceo. [ 6 ] Un gas respiratorio seguro para uso hiperbárico tiene cuatro características esenciales:

  • Debe contener suficiente oxígeno para mantener la vida, la consciencia y el ritmo de trabajo del respirador. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
  • No debe contener contaminantes nocivos. El monóxido de carbono y el dióxido de carbono son venenos comunes que pueden contaminar los gases respiratorios. Existen muchas otras posibilidades. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
  • No debe volverse tóxico al ser respirado a alta presión , como ocurre bajo el agua . El oxígeno y el nitrógeno son ejemplos de gases que se vuelven tóxicos bajo presión. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
  • No debe ser demasiado denso para respirar. El trabajo respiratorio aumenta con la densidad y la viscosidad . La ventilación máxima disminuye aproximadamente un 50 % cuando la densidad es equivalente a la del aire a 30 msw , y los niveles de dióxido de carbono aumentan de forma inaceptable durante el ejercicio moderado con una densidad de gas superior a 6 g/litro. Respirar un gas con una densidad de 10 g/litro o más puede provocar hipercapnia descontrolada incluso a niveles de trabajo muy bajos, con efectos potencialmente fatales. [ 7 ]

Se utilizan los siguientes gases respiratorios comunes para el buceo:

  • El aire es una mezcla de 21% de oxígeno , 78% de nitrógeno y aproximadamente 1% de otros gases traza, principalmente argón ; para simplificar los cálculos, este último 1% se suele tratar como si fuera nitrógeno. Al ser de libre acceso y fácil de usar, es el gas de buceo más común. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Dado que su componente de nitrógeno causa narcosis de nitrógeno , se considera que tiene un límite de profundidad seguro de unos 40 metros (130 pies) para la mayoría de los buceadores, aunque la profundidad máxima operativa (MOD) del aire que toma una presión parcial de oxígeno admisible de 1,6 bar es de 66,2 metros (217 pies) . [ 1 ] [ 3 ] [ 8 ] El aire respirable es aire que cumple con los estándares especificados para contaminantes.
  • El oxígeno puro se utiliza principalmente para acelerar las paradas de descompresión superficiales al final de una inmersión militar , comercial o técnica . El riesgo de toxicidad aguda por oxígeno aumenta rápidamente a presiones superiores a 6 metros de agua de mar. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 8 ] Se utilizó mucho en los rebreathers de buzos y todavía lo utilizan los nadadores de ataque. [ 2 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
  • Las mezclas de gases son combinaciones de dos o más gases específicamente preparados para su uso como gas respiratorio en buceadores. Pueden prepararse con la composición requerida antes de la inmersión, para su uso en circuito abierto, o producirse en el circuito respiratorio de un rebreather durante la inmersión. El buceo con mezclas de gases se denomina buceo con mezclas de gases. [ 11 ]

Respirar aire

El aire respirable es aire atmosférico con un grado de pureza adecuado para la respiración humana en la aplicación especificada. Para uso hiperbárico, la presión parcial de los contaminantes aumenta en proporción a la presión absoluta y debe limitarse a una composición segura para la profundidad o el rango de presión en el que se vaya a utilizar.

Clasificación por fracción de oxígeno

Los gases respiratorios para buceo se clasifican según su fracción de oxígeno . Los límites establecidos por las autoridades pueden variar ligeramente, ya que los efectos varían gradualmente con la concentración y entre las personas, y no son predecibles con exactitud. [ 21 ]

Normóxico
donde el contenido de oxígeno no difiere mucho del del aire y permite un uso continuo y seguro a presión atmosférica. [ 22 ]
Hiperóxico oenriquecido con oxígeno
donde el contenido de oxígeno supera los niveles atmosféricos, generalmente hasta un nivel en el que existe algún efecto fisiológico medible con el uso prolongado, y a veces requiere procedimientos especiales para su manipulación debido al mayor riesgo de incendio. Los riesgos asociados son la toxicidad del oxígeno a profundidad y el incendio, particularmente en el equipo de respiración. [ 21 ]
Hipóxico
donde el contenido de oxígeno es menor que el del aire, generalmente hasta el punto de que existe un riesgo significativo de efectos fisiológicos medibles a corto plazo. El riesgo inmediato suele ser la incapacitación hipóxica en la superficie o cerca de ella. [ 23 ]

gases componentes individuales

Los gases respiratorios para el buceo se elaboran mezclando un pequeño número de gases componentes que aportan características especiales a la mezcla, características que no se encuentran en el aire atmosférico.

Oxígeno

El oxígeno (O₂ ) debe estar presente en todos los gases respiratorios. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Esto se debe a que es esencial para el proceso metabólico del cuerpo humano , que sustenta la vida. El cuerpo humano no puede almacenar oxígeno para su uso posterior como lo hace con los alimentos. Si el cuerpo se ve privado de oxígeno durante más de unos minutos, se produce la inconsciencia y la muerte. Los tejidos y órganos del cuerpo (en particular el corazón y el cerebro) se dañan si se ven privados de oxígeno durante mucho más de cuatro minutos.

Llenar una botella de buceo con oxígeno puro cuesta considerablemente más que llenarla con aire comprimido. Dado que el oxígeno favorece la combustión y provoca la oxidación de las botellas de buceo , debe manipularse con precaución al mezclar gases . [ 4 ] [ 5 ]

Históricamente, el oxígeno se ha obtenido mediante destilación fraccionada de aire líquido , pero cada vez se obtiene más mediante tecnologías no criogénicas como la adsorción por cambio de presión (PSA) y la adsorción por cambio de vacío (VSA). [ 24 ]

La fracción del componente de oxígeno de una mezcla de gases respiratorios se utiliza a veces para nombrar dicha mezcla:

  • Las mezclas hipóxicas , estrictamente hablando, contienen menos del 21 % de oxígeno, aunque a menudo se utiliza un límite del 16 %, y están diseñadas únicamente para ser respiradas a profundidad como un «gas de fondo», donde la mayor presión aumenta la presión parcial de oxígeno a un nivel seguro. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Trimix , Heliox y Heliair son mezclas de gases comúnmente utilizadas para mezclas hipóxicas y se utilizan en el buceo profesional y técnico como gases de respiración profunda. [ 1 ] [ 3 ] ASe puede asignar una profundidad mínima de funcionamiento a una mezcla de gases hipóxicos, basándose en la profundidad a la que la presión parcial es igual a la presión parcial mínima de oxígeno aceptable para la persona u organización que utiliza el gas.
  • Las mezclas normóxicas tienen la misma proporción de oxígeno que el aire, un 21 %. [ 1 ] [ 3 ] La profundidad máxima de operación de una mezcla normóxica podría ser de tan solo 47 metros (154 pies) . El trimix con entre un 17 % y un 21 % de oxígeno se suele describir como normóxico porque contiene una proporción de oxígeno suficientemente alta como para que sea seguro respirarlo en la superficie.
  • Las mezclas hiperóxicas contienen más del 21 % de oxígeno. El aire enriquecido Nitrox (EANx) es un gas respiratorio hiperóxico típico. [ 1 ] [ 3 ] [ 12 ] Las mezclas hiperóxicas, en comparación con el aire, causan toxicidad por oxígeno a profundidades menores, pero pueden utilizarse para acortar las paradas de descompresión al extraer los gases inertes disueltos del cuerpo más rápidamente. [ 8 ] [ 12 ]

La fracción de oxígeno determina la profundidad máxima a la que la mezcla puede utilizarse de forma segura para evitar la toxicidad por oxígeno . Esta profundidad se denomina profundidad máxima de operación . [ 1 ] [ 3 ] [ 8 ] [ 12 ]

La concentración de oxígeno en una mezcla de gases depende de la fracción y la presión de la mezcla. Se expresa mediante la presión parcial de oxígeno (P O 2 ). [ 1 ] [ 3 ] [ 8 ] [ 12 ] La presión parcial de cualquier gas componente en una mezcla se calcula como:

presión parcial = presión absoluta total × fracción volumétrica del componente gaseoso

Para el componente de oxígeno,

PO₂ = P × F O₂

dónde:

P O 2 = presión parcial de oxígeno
P = presión total
F O 2 = fracción volumétrica del contenido de oxígeno

La presión parcial mínima segura de oxígeno en un gas respiratorio se suele establecer en 16 kPa (0,16 bar). Por debajo de esta presión parcial, el buceador puede correr el riesgo de perder el conocimiento e incluso morir por hipoxia , dependiendo de factores como la fisiología individual y el nivel de esfuerzo. Al respirar una mezcla hipóxica en aguas poco profundas, es posible que la presión parcial de oxígeno ( PO₂ ) no sea lo suficientemente alta como para mantener al buceador consciente. Por este motivo, se utilizan gases de viaje normóxicos o hiperóxicos a profundidades medias, entre las fases de fondo y descompresión de la inmersión. 

La P O 2 máxima segura en un gas respiratorio depende del tiempo de exposición, el nivel de ejercicio y la seguridad del equipo de respiración utilizado. Normalmente está entre 100  kPa (1 bar) y 160  kPa (1,6 bar); para inmersiones de menos de tres horas se suele considerar 140  kPa (1,4 bar), aunque se sabe que la Armada de los EE. UU. ha autorizado inmersiones con una P O 2 de hasta 180  kPa (1,8 bar). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 8 ] [ 12 ] Con una P O 2 alta o exposiciones más largas, el buceador corre el riesgo de toxicidad por oxígeno que puede provocar una convulsión . [ 1 ] [ 2 ] Cada gas respiratorio tiene una profundidad operativa máxima que está determinada por su contenido de oxígeno. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 8 ] [ 12 ] Para la recompresión terapéutica y la terapia de oxígeno hiperbárico, se suelen utilizar presiones parciales de 2,8 bar en la cámara, pero no hay riesgo de ahogamiento si el ocupante pierde el conocimiento. [ 2 ] Para períodos más largos, como en el buceo de saturación , se puede tolerar 0,4 bar durante varias semanas.

Los analizadores de oxígeno se utilizan para medir la presión parcial de oxígeno en la mezcla de gases. [ 4 ]

Divox es oxígeno de grado respiratorio etiquetado para uso en buceo. En los Países Bajos , el oxígeno puro para respirar se considera medicinal, a diferencia del oxígeno industrial, como el que se usa en soldadura , y solo está disponible con receta médica . La industria del buceo registró Divox como marca comercial para oxígeno de grado respiratorio con el fin de eludir las estrictas normas relativas al oxígeno medicinal, facilitando así a los buceadores (recreativos) la obtención de oxígeno para mezclar su gas respiratorio. En la mayoría de los países, no hay diferencia en la pureza entre el oxígeno medicinal y el oxígeno industrial, ya que se producen con los mismos métodos y fabricantes, pero se etiquetan y envasan de forma diferente. La principal diferencia entre ellos es que el registro de datos es mucho más exhaustivo para el oxígeno medicinal, para identificar más fácilmente la ruta de fabricación exacta de un lote de oxígeno, en caso de que se detecten problemas con su pureza. El oxígeno de grado aeronáutico es similar al oxígeno medicinal, pero puede tener un menor contenido de humedad. [ 4 ]

Gases diluyentes

Los gases que no tienen función metabólica en el gas respiratorio se utilizan para diluirlo y, por lo tanto, se clasifican como gases diluyentes. Algunos de ellos tienen un efecto narcótico reversible a alta presión parcial, por lo que deben limitarse para evitar efectos narcóticos excesivos a la presión máxima a la que se pretenden respirar. Los gases diluyentes también afectan la densidad de la mezcla de gases y, por consiguiente, el trabajo respiratorio .

Nitrógeno

El nitrógeno (N₂ ) es un gas diatómico y el componente principal del aire , el gas respiratorio más barato y común utilizado para el buceo. Provoca narcosis por nitrógeno en el buceador, por lo que su uso se limita a inmersiones poco profundas. El nitrógeno puede provocar enfermedad por descompresión . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 25 ]

La profundidad equivalente de aire se utiliza para estimar los requisitos de descompresión de una mezcla de nitrox (oxígeno/nitrógeno). La profundidad equivalente de narcótico se utiliza para estimar la potencia narcótica del trimix (mezcla de oxígeno/helio/nitrógeno). Muchos buceadores consideran que el nivel de narcosis provocado por una inmersión de 30 m (100 pies) , respirando aire, es un máximo cómodo. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 26 ] [ 27 ]  

El nitrógeno en una mezcla de gases casi siempre se obtiene añadiendo aire a la mezcla.

Helio
Cuadrante de almacenamiento de heliox al 2%. Un 2% de oxígeno en volumen es suficiente a presiones superiores a 90 msw . 

El helio (He) es un gas inerte menos narcótico que el nitrógeno a presión equivalente (de hecho, no hay evidencia de narcosis por helio), y tiene una densidad mucho menor, por lo que es más adecuado para inmersiones profundas que el nitrógeno. [ 1 ] [ 3 ] El helio también puede causar enfermedad por descompresión . A altas presiones, el helio también causa síndrome nervioso de alta presión , que es un síndrome de irritación del sistema nervioso central que, en cierto modo, es opuesto a la narcosis. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 28 ]

Los rellenos con mezcla de helio son considerablemente más caros que los rellenos con aire debido al coste del helio y al coste de mezclar y comprimir la mezcla.

El helio no es adecuado para el inflado de trajes secos debido a sus malas propiedades de aislamiento térmico  : comparado con el aire, que se considera un aislante razonable, el helio tiene seis veces la conductividad térmica. [ 29 ] El bajo peso molecular del helio (monoatómico PM=4, comparado con el nitrógeno diatómico PM=28) aumenta el tono de la voz del respirador, lo que puede impedir la comunicación. [ 1 ] [ 3 ] [ 30 ] Esto se debe a que la velocidad del sonido es mayor en un gas de menor peso molecular, lo que aumenta la frecuencia de resonancia de las cuerdas vocales. [ 1 ] [ 30 ] El helio se escapa de las válvulas dañadas o defectuosas más fácilmente que otros gases porque los átomos de helio son más pequeños, lo que les permite pasar a través de huecos más pequeños en los sellos .

El helio se encuentra en cantidades significativas únicamente en el gas natural , del cual se extrae a bajas temperaturas mediante destilación fraccionada.

Neón

El neón (Ne) es un gas inerte que a veces se usa en el buceo comercial profundo , pero es muy caro. [ 1 ] [ 3 ] [ 14 ] [ 19 ] Al igual que el helio, es menos narcótico que el nitrógeno, pero a diferencia del helio, no distorsiona la voz del buceador. En comparación con el helio, el neón tiene propiedades aislantes térmicas superiores. [ 21 ] El neón tiene un peso atómico y molecular de aproximadamente 20, en comparación con 14 para el nitrógeno y 4 para el helio, pero el gas nitrógeno (N 2 ) tiene un peso molecular de 28.

Hidrógeno

El hidrógeno (H₂ ) se ha utilizado en mezclas de gases para buceo profundo, pero es muy explosivo cuando se mezcla con más de un 4 a 5 % de oxígeno (como el oxígeno que se encuentra en el gas respiratorio). [ 1 ] [ 3 ] [ 14 ] [ 16 ] Esto limita el uso de hidrógeno a inmersiones profundas e impone protocolos complejos para asegurar que el exceso de oxígeno se elimine del equipo respiratorio antes de comenzar a respirar hidrógeno. Al igual que el helio, eleva el tono de voz del buceador. La mezcla de hidrógeno y oxígeno cuando se usa como gas de buceo a veces se denomina Hydrox . Las mezclas que contienen tanto hidrógeno como helio como diluyentes se denominan hidreliox .

Componentes indeseables de los gases respiratorios para el buceo

Muchos gases no son adecuados para su uso como gases respiratorios en buceo. [ 5 ] [ 31 ] A continuación se presenta una lista incompleta de gases comúnmente presentes en un entorno de buceo:

Argón

El argón (Ar) es un gas inerte más narcótico que el nitrógeno, por lo que generalmente no es adecuado como gas respiratorio para buceo. [ 32 ] El Argox se utiliza para la investigación de la descompresión. [ 1 ] [ 3 ] [ 33 ] [ 34 ] A veces se utiliza para inflar trajes secos por buceadores cuyo gas respiratorio principal es el helio, debido a las buenas propiedades de aislamiento térmico del argón. El argón es más caro que el aire o el oxígeno, pero considerablemente menos caro que el helio. El argón es un componente del aire natural y constituye el 0,934 % en volumen de la atmósfera terrestre. [ 35 ]

Dióxido de carbono

El dióxido de carbono (CO₂ ) se produce por el metabolismo en el cuerpo humano y puede causar intoxicación por dióxido de carbono . [ 31 ] [ 36 ] [ 37 ] Cuando el gas respiratorio se recicla en un rebreather o sistema de soporte vital , el dióxido de carbono se elimina mediante depuradores antes de que el gas se reutilice.

monóxido de carbono

El monóxido de carbono (CO) es un gas altamente tóxico que compite con el dioxígeno por la unión a la hemoglobina, impidiendo así que la sangre transporte oxígeno (véase intoxicación por monóxido de carbono ). Generalmente se produce por combustión incompleta . [ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] [ 31 ] Cuatro fuentes comunes son:

  • Los gases de escape de un motor de combustión interna contienen monóxido de carbono (CO) en el aire que ingresa a un compresor de aire para buceo . Ningún filtro puede eliminar el CO presente en el aire de admisión. Los gases de escape de todos los motores de combustión interna que funcionan con combustibles derivados del petróleo contienen CO, lo cual representa un problema particular en embarcaciones, donde la entrada del compresor no puede ubicarse a la distancia deseada de los gases de escape del motor y del compresor.
  • El calentamiento de los lubricantes dentro del compresor puede vaporizarlos lo suficiente como para que estén disponibles para la entrada del compresor o la línea del sistema de admisión.
  • En algunos casos, el aceite lubricante de hidrocarburos puede ser aspirado directamente al cilindro del compresor a través de sellos dañados o desgastados, y dicho aceite puede (y generalmente lo hace) sufrir combustión, al encenderse debido a la enorme relación de compresión y el consiguiente aumento de temperatura. Dado que los aceites pesados ​​no arden bien, especialmente cuando no están atomizados correctamente, la combustión incompleta produce monóxido de carbono.
  • Se cree que un proceso similar podría ocurrir con cualquier material particulado que contenga materia orgánica (carbonosa), especialmente en cilindros utilizados para mezclas de gases hiperóxicos. Si fallan los filtros de aire del compresor, entrará polvo común en el cilindro, el cual contiene materia orgánica (ya que generalmente contiene humus ). Un peligro aún mayor es que las partículas en suspensión presentes en embarcaciones y áreas industriales, donde se llenan los cilindros, suelen contener productos de combustión de partículas de carbono (que son los que ennegrecen un trapo sucio), lo que representa un riesgo de monóxido de carbono (CO) más grave al entrar en un cilindro.

En general, se evita la presencia de monóxido de carbono en la medida de lo posible mediante la colocación de la toma de aire en una zona con aire no contaminado, la filtración de partículas del aire de admisión, el uso de un compresor con un diseño adecuado y lubricantes apropiados, y asegurándose de que las temperaturas de funcionamiento no sean excesivas. Si el riesgo residual es elevado, se puede utilizar un catalizador de hopcalita en el filtro de alta presión para convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono, que es mucho menos tóxico.

hidrocarburos

Los hidrocarburos (C x H y ) están presentes en los lubricantes y combustibles de los compresores . Pueden entrar en las botellas de buceo como resultado de la contaminación, fugas o debido a una combustión incompleta cerca de la entrada de aire. [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 31 ] [ 38 ]

Contenido de humedad

El proceso de comprimir gas en una botella de buceo elimina la humedad del gas. [ 5 ] [ 31 ] Esto es bueno para la prevención de la corrosión en la botella, pero significa que el buceador inhala gas muy seco. El gas seco extrae la humedad de los pulmones del buceador mientras está bajo el agua, lo que contribuye a la deshidratación , que también se cree que es un factor de riesgo predisponente de la enfermedad por descompresión . La evaporación en los pulmones causa una pérdida de calor significativa. El gas seco también es incómodo, causando sequedad en la boca y la garganta y haciendo que el buceador tenga sed. Este problema se reduce en los rebreathers porque la reacción de cal sodada , que elimina el dióxido de carbono, también devuelve la humedad al gas respiratorio, [ 10 ] y la humedad relativa y la temperatura del gas exhalado son relativamente altas y hay un efecto acumulativo debido a la reinhalación. [ 40 ] En climas cálidos, el buceo con circuito abierto puede acelerar el agotamiento por calor debido a la deshidratación. Otra preocupación con respecto al contenido de humedad es la tendencia de la humedad a condensarse a medida que el gas se expande al pasar por el regulador; Esto, sumado a la drástica disminución de la temperatura, también debida a la descompresión, puede provocar que la humedad se solidifique en forma de hielo. Esta formación de hielo en un regulador puede causar que las piezas móviles se atasquen y que el regulador falle o presente un flujo libre. Esta es una de las razones por las que los reguladores de buceo suelen estar fabricados de latón y cromados (para su protección). El latón, gracias a sus buenas propiedades de conductividad térmica, conduce rápidamente el calor del agua circundante al aire frío recién descomprimido, lo que ayuda a prevenir la formación de hielo.

Análisis de gases

Pila de combustible electrogalvánica utilizada en un respirador de buceo.

Las mezclas de gases generalmente deben analizarse durante el proceso o después de la mezcla para el control de calidad. Esto es particularmente importante para las mezclas de gases respiratorios, donde los errores pueden afectar la salud y la seguridad del usuario final. Es difícil detectar la mayoría de los gases que probablemente estén presentes en las botellas de buceo porque son incoloros, inodoros e insípidos. Existen sensores electrónicos para algunos gases, como analizadores de oxígeno , analizadores de helio , detectores de monóxido de carbono y detectores de dióxido de carbono . [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ] Los analizadores de oxígeno se encuentran comúnmente bajo el agua en los rebreathers . [ 10 ] Los analizadores de oxígeno y helio se utilizan a menudo en la superficie durante la mezcla de gases para determinar el porcentaje de oxígeno o helio en una mezcla de gases respiratorios. [ 4 ] Los métodos químicos y otros tipos de detección de gases no se utilizan a menudo en el buceo recreativo, pero se utilizan para las pruebas de calidad periódicas del aire comprimido respiratorio de los compresores de aire de buceo. [ 4 ]

Normas sobre gases respiratorios

Las normas sobre la calidad de los gases respiratorios son publicadas por organizaciones nacionales e internacionales y pueden ser de obligado cumplimiento mediante legislación. En el Reino Unido, la Dirección de Salud y Seguridad (Health and Safety Executive) indica que los requisitos para los gases respiratorios de los buceadores se basan en la norma BS EN 12021:2014. Las especificaciones se recogen para aire compatible con oxígeno, mezclas de nitrox producidas mediante la adición de oxígeno, la eliminación de nitrógeno o la mezcla de nitrógeno y oxígeno, mezclas de helio y oxígeno (heliox), mezclas de helio, nitrógeno y oxígeno (trimix) y oxígeno puro, tanto para sistemas de circuito abierto como de recuperación, y para suministro a alta y baja presión (por encima y por debajo de 40 bar). [ 41 ]

El contenido de oxígeno es variable dependiendo de la profundidad de operación, pero la tolerancia depende del rango de fracción de gas, siendo de ±0,25% para una fracción de oxígeno inferior al 10% en volumen, ±0,5% para una fracción entre el 10% y el 20%, y ±1% para una fracción superior al 20%. [ 41 ]

El contenido de agua está limitado por los riesgos de formación de hielo en las válvulas de control y la corrosión de las superficies de contención; una mayor humedad no es un problema fisiológico y, por lo general, es un factor del punto de rocío . [ 41 ]

Otros contaminantes especificados son el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el petróleo y los hidrocarburos volátiles, que están limitados por sus efectos tóxicos. Otros posibles contaminantes deben analizarse en función de la evaluación de riesgos, y la frecuencia requerida de las pruebas de contaminantes también se basa en dicha evaluación. [ 41 ]

En Australia, la calidad del aire respirable se especifica en la Norma Australiana 2299.1, Sección 3.13 Calidad del Gas Respirable. [ 42 ]

Mezcla de gases para buceo

Sistema de mezcla de gases a presión parcial de aire, oxígeno y helio
Instalación de compresor de mezcla continua de Nitrox

La mezcla de gases respiratorios para buceo consiste en llenar las bombonas con mezclas de gases distintos del aire . Este proceso conlleva riesgos tanto para quien llena las bombonas como para el buceador. Durante el llenado, existe riesgo de incendio por el uso de oxígeno y riesgo de explosión por el uso de gases a alta presión. La composición de la mezcla debe ser segura para la profundidad y la duración de la inmersión prevista. Si la concentración de oxígeno es demasiado baja, el buceador puede perder el conocimiento por hipoxia , y si es demasiado alta, puede sufrir toxicidad por oxígeno . La concentración de gases inertes, como el nitrógeno y el helio, se planifica y controla para evitar la narcosis por nitrógeno y la enfermedad por descompresión.

Los métodos empleados incluyen la mezcla por lotes mediante presión parcial o fracción másica, y procesos de mezcla continua. Las mezclas finales se analizan para determinar su composición y garantizar la seguridad del usuario. En algunos casos, la legislación puede exigir a los operadores de mezclas de gas que demuestren su competencia si realizan el llenado para otras personas.

Densidad

Una densidad excesiva de un gas respiratorio puede elevar el esfuerzo respiratorio a niveles intolerables y provocar retención de dióxido de carbono a densidades más bajas. [ 7 ] El helio se utiliza como componente para reducir la densidad y la narcosis a profundidad. Al igual que la presión parcial, la densidad de una mezcla de gases es proporcional a la fracción volumétrica de los gases que la componen y a la presión absoluta. Las leyes de los gases ideales son suficientemente precisas para gases a presiones respirables.

La densidad de una mezcla de gases a una temperatura y presión dadas se puede calcular como:

ρ m = (ρ 1 V 1 + ρ 2 V 2 + .. + ρ n V n ) / (V 1 + V 2 + ... + V n )

dónde

ρ m = densidad de la mezcla de gases
ρ 1 ... ρ n = densidad de cada uno de los componentes
V 1 ... V n = volumen parcial de cada uno de los gases componentes [ 43 ]

Dado que la fracción de gas F i (fracción volumétrica) de cada gas se puede expresar como V i / (V 1 + V 2 + ... + V n )

por sustitución,

ρ metro = (ρ 1 F 1 + ρ 2 F 2 + .. + ρ norte F norte )

gases respiratorios hipobáricos

Astronauta con un traje espacial Orlan , en las afueras de la Estación Espacial Internacional.

Los gases respiratorios para uso a presión ambiente reducida se utilizan en vuelos a gran altitud en aeronaves no presurizadas , en vuelos espaciales (especialmente en trajes espaciales ) y en alpinismo de alta montaña . En todos estos casos, la consideración principal es proporcionar una presión parcial de oxígeno adecuada. En algunos casos, el gas respiratorio contiene oxígeno añadido para alcanzar una concentración suficiente, y en otros, puede ser oxígeno puro o casi puro. Se pueden utilizar sistemas de circuito cerrado para conservar el gas respiratorio, cuyo suministro puede ser limitado; en el caso del alpinismo, el usuario debe llevar oxígeno suplementario, y en los vuelos espaciales, el coste de transportar masa a órbita es muy elevado.

gases respiratorios medicinales

Entre los usos médicos de gases respiratorios distintos del aire se incluyen la oxigenoterapia y las aplicaciones de anestesia.

Oxigenoterapia

Una persona que lleva una mascarilla facial sencilla para la terapia de oxígeno.

El oxígeno es necesario para el metabolismo celular normal . [ 44 ] El aire contiene típicamente un 21 % de oxígeno en volumen. [ 45 ] Normalmente esto es suficiente, pero en algunas circunstancias el suministro de oxígeno a los tejidos se ve comprometido.

La oxigenoterapia , también conocida como oxígeno suplementario, es el uso de oxígeno como tratamiento médico . [ 46 ] Esto puede incluir casos de hipoxemia , intoxicación por monóxido de carbono , cefaleas en racimos y para mantener un nivel suficiente de oxígeno durante la administración de anestésicos inhalados . [ 47 ] El oxígeno a largo plazo suele ser útil en personas con hipoxemia crónica, como en casos de EPOC grave o fibrosis quística . [ 48 ] [ 46 ] El oxígeno se puede administrar de diversas maneras, incluyendo cánula nasal , mascarilla facial y dentro de una cámara hiperbárica . [ 49 ] [ 50 ]

Las altas concentraciones de oxígeno pueden causar toxicidad por oxígeno, como daño pulmonar o insuficiencia respiratoria en personas predispuestas. [ 47 ] [ 45 ] También pueden resecar la nariz y aumentar el riesgo de incendios en fumadores . La saturación de oxígeno recomendada depende de la afección que se esté tratando. En la mayoría de los casos, se recomienda una saturación del 94-98%, mientras que en personas con riesgo de retención de dióxido de carbono se prefieren saturaciones del 88-92%, y en casos de intoxicación por monóxido de carbono o paro cardíaco , la saturación debe ser lo más alta posible. [ 46 ]

El uso de oxígeno en medicina se generalizó alrededor de 1917. [ 51 ] [ 52 ] Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud . [ 53 ] [ 54 ] El costo del oxígeno doméstico es de aproximadamente US$150 al mes en Brasil y US$400 al mes en Estados Unidos. [ 48 ] El oxígeno doméstico puede proporcionarse mediante tanques de oxígeno o un concentrador de oxígeno . [ 46 ] Se cree que el oxígeno es el tratamiento más común que se administra en los hospitales del mundo desarrollado . [ 55 ] [ 46 ]

Gases anestésicos

Un vaporizador contiene un anestésico líquido y lo convierte en gas para su inhalación (en este caso, sevoflurano).
Una máquina de anestesia.
Frascos de sevoflurano , isoflurano , enflurano y desflurano , los anestésicos fluorados de éter más comunes en la práctica clínica. Estos agentes están codificados por colores para mayor seguridad. Nótese el adaptador especial para el desflurano, que hierve a temperatura ambiente .

El método más común para la anestesia general es mediante el uso de anestésicos generales inhalados. Cada uno tiene su propia potencia, la cual se correlaciona con su solubilidad en aceite. Esta relación existe porque los fármacos se unen directamente a cavidades en las proteínas del sistema nervioso central, aunque se han descrito varias teorías sobre la acción de los anestésicos generales . Se cree que los anestésicos inhalados ejercen sus efectos en diferentes partes del sistema nervioso central. Por ejemplo, el efecto inmovilizador de los anestésicos inhalados resulta de un efecto en la médula espinal, mientras que la sedación, la hipnosis y la amnesia involucran sitios en el cerebro. [ 56 ] : 515

Un anestésico inhalatorio es un compuesto químico con propiedades anestésicas generales que se administra por inhalación. Entre los agentes de gran interés clínico actual se incluyen los anestésicos volátiles como el isoflurano , el sevoflurano y el desflurano , y los gases anestésicos como el óxido nitroso y el xenón .

Administración

Los gases anestésicos son administrados por anestesistas (término que incluye anestesiólogos , enfermeros anestesistas y asistentes de anestesiología ) a través de una mascarilla de anestesia, una mascarilla laríngea o un tubo traqueal conectado a un vaporizador de anestesia y un sistema de administración de anestesia . La máquina de anestesia (en inglés británico), máquina de anestesia (en inglés estadounidense) o máquina de Boyle se utiliza para facilitar la administración de la anestesia . El tipo más común de máquina de anestesia en los países desarrollados es la máquina de anestesia de flujo continuo, diseñada para proporcionar un suministro preciso y continuo de gases medicinales (como oxígeno y óxido nitroso ), mezclados con una concentración precisa de vapor anestésico (como isoflurano ), y administrarlos al paciente a una presión y un flujo seguros. Las máquinas modernas incorporan un ventilador , una unidad de aspiración y dispositivos de monitorización del paciente . El gas exhalado se hace pasar por un depurador para eliminar el dióxido de carbono, y el vapor anestésico y el oxígeno se reponen según sea necesario antes de que la mezcla se devuelva al paciente.

Véase también

Referencias

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