Aparato respiratorio

Un respirador de circuito cerrado es muy eficaz para conservar el oxígeno almacenado, pero no utiliza el oxígeno ambiental, por lo que su eficacia para minimizar el consumo de oxígeno almacenado depende del lugar donde se utilice. Es más aplicable donde no es posible utilizar gas ambiental enriquecido, ya sea porque no está disponible (bajo el agua y en el espacio), porque su presión es demasiado baja (altitud extrema), porque no contiene una presión parcial de oxígeno útil o porque los contaminantes hacen que el riesgo sea inaceptable.

La administración de oxígeno suplementario en circuito abierto es más eficaz si se realiza en un punto del ciclo respiratorio en el que se inhalará hacia los alvéolos, donde se produce la transferencia de gases. Esto ocurre durante la primera parte de la inhalación. El oxígeno administrado más tarde en el ciclo se inhalará hacia el espacio muerto fisiológico , donde no cumple ninguna función útil, ya que no puede difundirse en la sangre. El oxígeno administrado durante las fases del ciclo respiratorio en las que no se inhala también se desperdicia, a menos que se almacene temporalmente. ^{[ 42 ]}

Un flujo continuo y constante suministrado a la boca y la nariz utiliza un regulador simple, pero es ineficiente ya que un alto porcentaje del gas suministrado no llega a los alvéolos y más de la mitad no se inhala en absoluto. Un sistema que acumula oxígeno de flujo libre durante las fases de reposo y exhalación ( cánulas de reservorio , máscaras de reinhalación parcial y máscaras sin reinhalación ) pone a disposición una mayor parte del oxígeno para la inhalación, y se inhalará selectivamente durante la parte inicial de la inhalación, que llega más adentro de los pulmones, y también puede recuperar el volumen inhalado en el espacio muerto para su reutilización en la siguiente respiración si la bolsa de reservorio lo permite. El caudal debe ajustarse al volumen de almacenamiento de la interfaz respiratoria y al volumen corriente y frecuencia respiratoria del usuario para lograr la máxima eficiencia, y el volumen corriente y la frecuencia respiratoria pueden variar considerablemente en un corto período de tiempo con los cambios en el esfuerzo, por lo que estos métodos no son muy efectivos para un usuario activo.

La administración mediante válvula de demanda evita el desperdicio de oxígeno cuando el usuario no está inhalando activamente y, cuando se combina con un orificio de dilución calibrado adecuadamente, puede conservar una gran proporción del oxígeno almacenado; sin embargo, aún se desperdicia oxígeno para llenar los espacios muertos anatómicos y mecánicos, y requiere cierto esfuerzo físico por parte del usuario.

Desde la década de 1980, existen dispositivos que conservan el oxígeno almacenado al suministrarlo durante la fase del ciclo respiratorio en la que se utiliza con mayor eficacia. Esto permite que el oxígeno almacenado dure más tiempo o que se pueda utilizar un sistema portátil de suministro de oxígeno más pequeño y, por lo tanto, más ligero. Este tipo de dispositivo también se puede utilizar con concentradores de oxígeno portátiles, lo que aumenta su eficiencia. ^{[ 42 ]}

Un dispositivo de dosificación pulsada de oxígeno (o dispositivo de pulso a demanda) detecta el inicio de la inhalación y proporciona un bolo dosificado que, si se ajusta correctamente a las necesidades, será suficiente y se inhalará eficazmente en los alvéolos. Estos sistemas pueden controlarse neumática o eléctricamente. ^{[ 42 ]}

Los sistemas de demanda adaptativa son un avance en la administración de oxígeno a demanda. Son dispositivos que ajustan automáticamente el volumen del bolo pulsátil para adaptarse al nivel de actividad del usuario. Esta respuesta adaptativa tiene como objetivo reducir las respuestas de desaturación causadas por la variación de la frecuencia del ejercicio. ^{[ 42 ]} El gas exhalado por estos dispositivos se descarga al ambiente y se pierde oxígeno, por lo que son menos eficientes en cuanto al uso de gas que los respiradores de circuito cerrado, pero no tienen un depurador de dióxido de carbono ni pulmones de compensación, lo que supone un ahorro de peso y volumen, y utilizan el oxígeno disponible en el aire ambiente, por lo que su eficiencia es mejor a altitudes más bajas.

Los equipos de respiración para montañismo proporcionan oxígeno a una concentración mayor que la disponible en el aire atmosférico en un entorno naturalmente hipóxico. Respirar oxígeno puro produce una presión parcial de oxígeno elevada en la sangre: un escalador que respira oxígeno puro en la cima del Everest tiene una presión parcial de oxígeno arterial mayor que la que respira aire a nivel del mar. Esto le permite realizar un mayor esfuerzo físico en altitud. El equipo debe ser ligero y fiable en condiciones de frío extremo, evitando la asfixia por la acumulación de escarcha del gas exhalado, que está saturado de vapor de agua a la temperatura corporal. ^{[ 43 ]}

Para el montañismo a gran altitud, donde el usuario tiene que transportar el oxígeno almacenado, es deseable maximizar la duración del equipo mediante un uso eficiente del gas. ^{[ 15 ]} Los sistemas de suministro teóricamente disponibles son: un sistema de flujo constante sin depósito, que es simple y fiable, pero extremadamente derrochador; un sistema de flujo constante con depósito, que cuando se ajusta a la demanda del usuario es más eficiente que el flujo constante simple, y también es relativamente simple y fiable; un sistema de válvula de demanda, que sigue automáticamente la demanda del usuario, pero también desperdicia una parte significativa del gas inhalado en el espacio muerto; un sistema de demanda de dosis pulsada, que desperdicia menos gas en el espacio muerto, pero depende de un sistema de control relativamente complejo que introduce problemas de fiabilidad; o un sistema de circuito cerrado, que es muy eficiente, pero requiere un depurador de dióxido de carbono. La reacción de absorción exotérmica de dióxido de carbono de un rebreather ayuda a evitar que el contenido del depurador se congele mientras está en uso, y ayuda a reducir la pérdida de calor del usuario, pero es voluminoso y pesado, y es sensible a la congelación cuando no está en uso constante. ^{[ 25 ]} Tanto el oxígeno gaseoso generado químicamente como el comprimido se han utilizado en sistemas experimentales de oxígeno de circuito cerrado para montañismo, pero en el campo se ha utilizado habitualmente el flujo constante de circuito abierto mediante una máscara con depósito, aunque relativamente derrochador, ya que el equipo es fiable. ^{[ 44 ] [ 15 ]}

Aunque existe una considerable similitud en las condiciones básicas de uso de los aparatos respiratorios de aviación y alpinismo, existen diferencias suficientes para que el uso directamente transferible del equipo sea generalmente impracticable. Una de las principales consideraciones es que, a diferencia del aviador, el alpinista no puede descender rápidamente a una altitud segura si el equipo falla, por lo que debe ser fiable. Otra es que el alpinista debe transportar personalmente el aparato respiratorio, por lo que la ventaja de respirar oxígeno suplementario debe compensar la desventaja de cargar con el volumen y el peso adicionales del equipo. Otros requisitos son que el esfuerzo respiratorio adicional debe ser bajo, que el equipo debe funcionar a bajas temperaturas y que es deseable la conservación del calor y la humedad. El rango de altitud para el alpinismo también es limitado, y no existen requisitos de presurización. ^{[ 25 ]}

La oxigenoterapia es el uso de oxígeno suplementario como terapia médica . ^{[ 45 ]} Las indicaciones agudas para la terapia incluyen hipoxemia (niveles bajos de oxígeno en sangre), toxicidad por monóxido de carbono , cefalea en racimos y enfermedad por descompresión . También puede administrarse de forma profiláctica para mantener los niveles de oxígeno en sangre durante la inducción de la anestesia . ^{[ 46 ]} La oxigenoterapia suele ser útil en la hipoxemia crónica causada por afecciones como la EPOC grave o la fibrosis quística . ^{[ 47 ] [ 45 ]} Las presiones parciales administradas varían desde caudales bajos que producen ligeros aumentos sobre el aire ambiente hasta 2,8 bar absolutos utilizados en el tratamiento con oxígeno hiperbárico de la enfermedad por descompresión y algunas otras indicaciones. El oxígeno puede administrarse a pacientes con respiración espontánea mediante cánula nasal , mascarilla facial , vía aérea artificial o mediante mascarilla de demanda de sistema de respiración incorporado o capucha de oxígeno en una cámara hiperbárica . ^{[ 48 ] [ 49 ]} La administración puede ser mediante flujo continuo, mediante mascarilla con bolsa reservorio , a demanda o a demanda de pulso . ^{[ 42 ]}

A los pacientes que no pueden respirar suficientemente por sí mismos se les proporciona gas respiratorio mediante un ventilador o un resucitador. ^{[ 50 ]}

La máquina de anestesia se utiliza habitualmente junto con un ventilador mecánico , un sistema de respiración , un equipo de aspiración y dispositivos de monitorización del paciente . Estrictamente hablando, el término "máquina de anestesia" se refiere únicamente al componente que genera el flujo de gas, pero las máquinas modernas suelen integrar todos estos dispositivos en una unidad independiente, que coloquialmente se denomina máquina de anestesia por simplicidad. En los países desarrollados, el tipo más frecuente es la máquina de anestesia de flujo continuo , diseñada para suministrar gases medicinales mezclados con una concentración precisa de vapor anestésico y administrarlos de forma continua al paciente a una presión y un flujo seguros. Esto difiere de las máquinas de anestesia de flujo intermitente , que suministran gas solo a demanda, activado por la propia inspiración del paciente.

La ventilación mecánica consiste en el suministro de gas respiratorio al usuario mediante un ventilador o reanimador, cuando este no puede generar la fuerza necesaria para inducir el flujo de gas. Esta ventilación artificial es característica de la reanimación y puede ser proporcionada por ventiladores médicos cuando sea necesario. Se pueden distinguir dos tipos básicos de ventilación mecánica según su mecanismo de limitación. Algunas son controladas por presión, en las que el suministro se detiene al alcanzar una presión límite, y otras son controladas por volumen, en las que se administra un volumen fijo en cada respiración. Ambos métodos presentan limitaciones y pueden tener un rendimiento subóptimo en algunas circunstancias. ^{[ 50 ]}

Un respirador es un tipo de equipo que proporciona ventilación mecánica al introducir y extraer aire respirable de los pulmones , para suministrar respiraciones a un paciente que no puede respirar por sí mismo o que respira de forma insuficiente. Los respiradores son máquinas computarizadas controladas por microprocesador , pero los pacientes también pueden ser ventilados con una mascarilla con bolsa de reanimación manual . Los respiradores se utilizan principalmente en medicina intensiva , atención domiciliaria y medicina de urgencias (como unidades independientes) y en anestesiología (como componente de una máquina de anestesia ).

Un resucitador es un dispositivo que utiliza presión positiva para inflar los pulmones de una persona inconsciente que no respira , con el fin de mantenerla oxigenada y con vida. ^{[ 52 ]}

Existe una considerable superposición entre ventilador y reanimador . La diferencia radica principalmente en la forma en que se utiliza el equipo.

Existen tres modos de ventilación mecánica, que describen las formas en que un ventilador médico administra una respiración: En el modo controlado, cada respiración se administra mecánicamente, pero puede activarse mediante un mecanismo de temporización o por el esfuerzo del paciente. Estas respiraciones pueden controlarse por volumen o por presión. En el modo asistido o espontáneo, cada respiración es iniciada por el paciente y asistida por el ventilador. En el modo combinado, se combinan respiraciones controladas y asistidas, y puede haber una combinación de respiraciones controladas por volumen y asistidas o controladas por presión. ^{[ 53 ]}

A gran altitud , entre 1500 y 3500 metros (4900 y 11 500 pies), se producen efectos fisiológicos debido a la reducción de la presión parcial de oxígeno, que incluyen una disminución del rendimiento físico y un aumento de la frecuencia respiratoria. La saturación arterial de oxígeno generalmente se mantiene por encima del 90 % en personas sanas, pero la PO₂ arterial _{se reduce} . ^{[ 54 ]} 

A altitudes muy elevadas , entre 3500 y 5500 metros (11 500 y 18 000 pies) , la saturación arterial de oxígeno desciende por debajo del 90 % y la PO₂ arterial _{se reduce} hasta tal punto que puede producirse hipoxemia extrema durante el ejercicio y el sueño, y si se produce edema pulmonar de altura , es frecuente. En este rango, el mal de altura grave es común. ^{[ 54 ]} 

A altitudes extremas , por encima de los 5500 metros (18 000 pies) , cabe esperar hipoxemia, hipocapnia y alcalosis significativas , con un deterioro progresivo de la función fisiológica que supera la capacidad de aclimatación. Por consiguiente, no existen asentamientos humanos en este rango de altitud. ^{[ 54 ]} 

En la región que va desde el nivel del mar hasta aproximadamente los 3.000 m (10.000 pies) , conocida como la zona fisiológicamente eficiente , los niveles de oxígeno suelen ser lo suficientemente altos como para que los humanos funcionen sin oxígeno suplementario y la enfermedad por descompresión de altura es poco común.  

La zona fisiológicamente deficiente se extiende desde 3600 m (12 000 pies) hasta aproximadamente 15 000 m (50 000 pies) . En esta zona existe un mayor riesgo de hipoxia , disbarismo por gases atrapados (donde el gas atrapado en el cuerpo se expande) y disbarismo por gases liberados (donde gases disueltos como el nitrógeno pueden formarse en los tejidos, es decir, enfermedad por descompresión ). ^{[ 55 ]} Por encima de aproximadamente 4300 m (14 000 pies) se requiere una mezcla respiratoria rica en oxígeno para aproximarse al oxígeno disponible en la atmósfera inferior, ^{[ 22 ]} mientras que por encima de 12 000 m (40 000 pies) el oxígeno debe proporcionarse bajo presión positiva. Por encima de 15 000 m (49 000 pies) , la respiración no es posible porque la presión a la que los pulmones excretan dióxido de carbono (aproximadamente 87 mmHg) supera la presión del aire exterior. Por encima de los 19 000 m (62 000 pies) , conocido como el límite de Armstrong , los fluidos expuestos en la garganta y los pulmones se evaporan a la temperatura corporal normal, por lo que se necesitan trajes presurizados. Generalmente, se utiliza oxígeno al 100 % para mantener una altitud equivalente a 3000 m (10 000 pies) .              

Las personas pueden aclimatarse a una altitud de 5200 a 5500 metros (17 000 a 18 000 pies) si permanecen a gran altitud el tiempo suficiente, pero para el trabajo de rescate en altura, los equipos de rescate deben desplegarse rápidamente y no se dispone del tiempo necesario para la aclimatación, lo que hace necesario el equipo de respiración de oxígeno por encima de aproximadamente 3700 metros (12 000 pies) . ^{[ 15 ]}  

Se puede mantener una presión parcial de oxígeno equivalente al nivel del mar a una altitud de 10 000 metros (34 000 pies) con oxígeno al 100 %. Por encima de los 12 000 metros (40 000 pies) , la respiración con presión positiva con oxígeno al 100 % es esencial, ya que sin presión positiva, incluso exposiciones muy breves a altitudes superiores a los 13 000 metros (43 000 pies) provocan pérdida de conciencia. ^{[ 56 ]} Se pueden utilizar dispositivos de conservación de oxígeno con aparatos respiratorios de circuito abierto para mejorar la eficiencia del uso del gas a altitudes más bajas donde es viable respirar a presión ambiente.   

A altitudes suficientemente elevadas, la presión parcial de oxígeno en el aire es insuficiente para mantener la actividad física y la consciencia, incluso después de la aclimatación, y a altitudes aún mayores, resulta insostenible para la vida humana. En altitudes donde el problema es la hipoxia, respirar un gas con mayor contenido de oxígeno a presión ambiente es una solución viable. El oxígeno suplementario suficiente para proporcionar una altitud equivalente a la de la cabina presurizada de un avión (unos 2400 metros) es suficiente para muchos fines, pero concentraciones más altas, como la equivalente al nivel del mar (PO₂ _{de aproximadamente 0,21 bares), permiten una mayor capacidad para el ejercicio aeróbico. Sin embargo ,} esto debe sopesarse con la necesidad de conservar el oxígeno y minimizar el peso que transporta el usuario del equipo de respiración.

En actividades como el montañismo y las labores de rescate, donde el usuario debe transportar el suministro suplementario de oxígeno y realizar un trabajo considerable durante un período prolongado, la eficiencia en el uso del oxígeno y la fiabilidad del aparato respiratorio son más importantes, y existe una relación de compromiso entre estas características y el peso que se debe transportar.

La cantidad de oxígeno suplementario necesaria para que la presión parcial inhalada sea equivalente a la del nivel del mar, o a cualquier otro valor fijo superior al de la atmósfera ambiente, depende de la altitud y aumenta con ella en proporción directa a la caída de presión. La cantidad de oxígeno suplementario realmente utilizada también es proporcional al volumen respiratorio por minuto , que depende del nivel de esfuerzo.

Cuando no hay limitaciones en el uso de energía y el trabajo se realiza en una ubicación fija, los concentradores de oxígeno pueden ser una solución eficaz. ^{[ 6 ]} Un concentrador de oxígeno es un dispositivo que concentra el oxígeno de un suministro de gas (normalmente aire ambiente) eliminando selectivamente el nitrógeno para suministrar una corriente de gas producto enriquecida con oxígeno. También se utilizan industrialmente y como dispositivos médicos para la oxigenoterapia . ^{[ 57 ]} Dos métodos de uso común son la adsorción por cambio de presión y la separación de gases por membrana . Son más eficientes cuando el oxígeno suplementario no necesita estar en un alto porcentaje.

Los concentradores de oxígeno por adsorción por cambio de presión utilizan un tamiz molecular para adsorber gases y funcionan según el principio de adsorción rápida por cambio de presión del nitrógeno atmosférico sobre minerales de zeolita a alta presión. Este tipo de sistema de adsorción es, por lo tanto, funcionalmente un depurador de nitrógeno, dejando pasar los demás gases atmosféricos, con el oxígeno como gas principal restante. ^{[ 58 ]} La separación de gases a través de una membrana también es un proceso impulsado por presión, donde la fuerza impulsora es la diferencia de presión entre la entrada de materia prima y la salida del producto. La membrana utilizada en el proceso es una capa generalmente no porosa, por lo que no habrá una fuga importante de gas a través de la membrana. El rendimiento de la membrana depende de la permeabilidad y la selectividad. La permeabilidad se ve afectada por el tamaño del penetrante. Las moléculas de gas más grandes tienen un coeficiente de difusión menor. El equipo de separación de gases por membrana normalmente bombea gas al módulo de membrana y los gases objetivo se separan en función de la diferencia en difusividad y solubilidad. ^{[ 59 ]} El gas producto se puede suministrar directamente al usuario a través de un aparato respiratorio adecuado.

Los concentradores de oxígeno portátiles de dosis pulsada (también llamados de flujo intermitente o a demanda) son las unidades más pequeñas, que pueden pesar tan solo 2,3 kilogramos (5 lb). Su pequeño tamaño permite al usuario gastar menos energía del tratamiento en transportarlos. La unidad administra un volumen fijo (bolo) de aire enriquecido con oxígeno al inicio de cada respiración, que es la parte de la respiración con mayor probabilidad de llegar a las regiones de intercambio gaseoso del pulmón más allá del espacio muerto fisiológico. Su capacidad para hacer un uso eficiente del oxígeno es clave para mantener las unidades compactas. ^{[ 60 ]} 

En un sistema de circuito cerrado, el oxígeno no utilizado se retiene y se vuelve a respirar, por lo que su utilización es cercana al 100%, si bien pueden producirse algunas pérdidas debido a la expansión a mayor altitud y a fugas incidentales del circuito respiratorio.

Existe riesgo de toxicidad pulmonar por oxígeno si la presión del oxígeno supera aproximadamente 0,5 bar durante períodos prolongados, lo que podría ocurrir a altitudes inferiores a 5500 m, donde la presión atmosférica es aproximadamente la mitad del valor a nivel del mar. ^{[ 30 ]}

Un respirador de oxígeno de circuito cerrado es el más eficiente en términos de uso de oxígeno, pero es relativamente voluminoso y requiere el uso de un absorbente de dióxido de carbono, que debe ser suficiente para el suministro de oxígeno o debe reemplazarse periódicamente. Si falla el suministro de oxígeno, el gas del circuito puede volverse más hipóxico que la atmósfera ambiente si el circuito no se purgó adecuadamente o si se contamina con aire ambiente. En ausencia de monitorización de oxígeno, el usuario puede no notar la reducción en la concentración de oxígeno. ^{[ 15 ]}

Tom Bourdillon y Charles Evans probaron un sistema de oxígeno de circuito cerrado durante la expedición británica al Monte Everest en 1953. ^{[ 15 ]}

El regulador de demanda de dilución se desarrolló y se utilizó ampliamente para vuelos a gran altitud durante la Segunda Guerra Mundial. Este regulador aspira aire ambiente hacia la máscara a través de un orificio, mientras que simultáneamente se le suministra oxígeno puro mediante una válvula de demanda. Para uso aeronáutico, el tamaño del orificio de aire ambiente se controla mediante un actuador de válvula aneroide y es directamente proporcional a la presión atmosférica. A medida que aumenta la altitud, la presión disminuye y el orificio se reduce, proporcionando así al usuario una mayor proporción de oxígeno. Con una calibración adecuada, la presión parcial de oxígeno en la mezcla se mantiene bastante constante en un valor similar a los 0,21 bar a nivel del mar. Este sistema aprovecha eficientemente una combinación de oxígeno ambiente y almacenado. ^{[ 15 ]} Para uso terrestre, la función del actuador de válvula aneroide puede sustituirse por un selector de orificio manual, más sencillo, ligero y robusto, que ofrece un rango gradual de concentraciones. Este selector es más ligero, más fiable, aunque un poco menos eficiente, y requiere una selección adecuada por parte del usuario. También permite al usuario ajustar manualmente la mezcla para adaptarla a sus necesidades personales. Dado que se selecciona manualmente, es menos adecuada para volar y más adecuada para peatones que no experimentarán cambios de altitud bruscos. ^{[ 15 ]} Los caudales a través del orificio y el regulador son sensibles al caudal de inhalación y pueden diseñarse para proporcionar una presión parcial de oxígeno ligeramente mayor a caudales de inhalación más elevados, lo que ayuda a compensar un mayor esfuerzo. ^{[ 15 ]}

Esta es la zona donde el oxígeno al 100% a presión ambiente resulta insuficiente, y se requiere algún tipo de presurización para proporcionar una presión de oxígeno inhalatorio viable. Las opciones son la presurización parcial y la presurización total.

Un traje presurizado es un traje protector que usan los pilotos de gran altitud, quienes pueden volar a altitudes donde la presión atmosférica es demasiado baja para que una persona sin protección pueda sobrevivir, incluso respirando oxígeno puro a presión positiva . Estos trajes pueden ser de presión total (por ejemplo, un traje espacial ) o de presión parcial (como los que usan las tripulaciones aéreas ). Los trajes de presión parcial funcionan proporcionando una contrapresión mecánica para facilitar la respiración en altitud.

Un traje espacial es una prenda que se usa para mantener con vida a un ser humano en el duro entorno del espacio exterior , principalmente como protección contra el vacío y las temperaturas extremas. El gas respiratorio es oxígeno puro, lo que permite la menor presión posible en el traje. Los trajes espaciales se usan a menudo dentro de las naves espaciales como medida de seguridad en caso de pérdida de presión en la cabina , y son esenciales para la actividad extravehicular (EVA). Los trajes espaciales modernos complementan la prenda de presión básica con un complejo sistema de equipos y sistemas ambientales diseñados para mantener al usuario cómodo y minimizar el esfuerzo necesario para flexionar las extremidades, contrarrestando la tendencia natural de una prenda de presión blanda a endurecerse contra el vacío. Se puede utilizar un sistema autónomo de suministro de oxígeno y control ambiental para permitir una mayor libertad de movimiento, independientemente de la nave espacial. ^{[ 20 ]}

Existen tres tipos de trajes espaciales para diferentes propósitos: IVA (actividad intravehicular), EVA (actividad extravehicular) e IEVA (actividad intra/extravehicular). Los trajes IVA están diseñados para usarse dentro de una nave espacial presurizada y, por lo tanto, son más ligeros y cómodos. Los trajes IEVA están diseñados para usarse dentro y fuera de la nave espacial, como el traje Gemini G4C . Ofrecen mayor protección contra las duras condiciones del espacio, como la protección contra micrometeoritos y cambios extremos de temperatura. Los trajes EVA, como el EMU , se usan fuera de la nave espacial, ya sea para exploración planetaria o caminatas espaciales. Deben proteger al usuario contra todas las condiciones del espacio, además de proporcionar movilidad y funcionalidad. ^{[ 20 ]}

Si la máscara está diseñada para usarse en un entorno hostil y se debe evitar la contaminación del suministro de gas, debe formar un sello hermético alrededor de los bordes, independientemente de la posición del usuario. Este sello se produce entre el faldón de elastómero de la máscara y la piel del rostro. El ajuste de la máscara afecta al sellado y la comodidad, y debe tener en cuenta la variabilidad de formas y tamaños faciales. Esto es menos problemático con las máscaras faciales completas y aún menos con los cascos de buceo, pero otros factores influyen en estos últimos, como el tamaño general de la cabeza, la longitud y la circunferencia del cuello, por lo que sigue siendo necesario un ajuste y varias opciones de tamaño. ^{[ 30 ]}

Los sellos pueden verse comprometidos por el paso de cabellos por debajo del sello, y la cantidad de fuga dependerá de la cantidad de cabello y, en algunos casos, de la posición de la parte comprometida del sello. ^{[ 30 ]}

El espacio de gas en una mascarilla respiratoria se autoequilibra inherentemente ante cambios de presión relativamente graduales. Si la mascarilla se va a utilizar en un entorno donde la presión ambiental pueda variar significativamente, el usuario debe poder igualar la presión en los oídos medios, lo que para muchas personas requiere un método para bloquear las fosas nasales. ^{[ 30 ]}

Los cascos de buceo y la mayoría de las máscaras faciales completas no permiten que el usuario acceda a la nariz con los dedos, y se han probado diversas ayudas mecánicas con distintos niveles de comodidad y conveniencia. ^{[ 75 ] [ 30 ]} Las máscaras para oxígeno suplementario pueden ser lo suficientemente suaves como para cubrir la nariz con la máscara puesta, o pueden retirarse temporalmente. Las máscaras para usar en atmósferas contaminadas generalmente se usan a una presión ambiental constante, por lo que este problema puede no presentarse.

El campo de visión del usuario de una máscara o casco de respiración de cara completa se reduce por las partes opacas del casco o máscara. La visión periférica puede verse particularmente reducida en las zonas inferiores debido al volumen de la válvula de demanda. El diseño del casco es un compromiso entre baja masa e inercia, con un volumen interior relativamente pequeño y ventanas que proporcionan un campo de visión restringido, y ventanas grandes con un gran volumen interior. Colocar la ventana cerca de los ojos ayuda a proporcionar una mejor visión, pero se complica por la necesidad de suficiente espacio libre delante de la nariz para una amplia gama de buceadores. Las ventanas curvas cilíndricas pueden introducir distorsiones visuales bajo el agua que pueden reducir la eficacia del buceador para juzgar la distancia, pero son comunes en máscaras utilizadas en aire. Las superficies esféricas de las ventanas se utilizan generalmente en los trajes atmosféricos modernos por razones estructurales y funcionan bien cuando el volumen interior es suficientemente grande. Se pueden hacer lo suficientemente anchas para una visión periférica adecuada. El campo de visión en los cascos se ve afectado por la movilidad del casco. Un casco apoyado directamente en la cabeza puede girar con ella, lo que permite al usuario apuntar la ventana de visión hacia el objetivo, pero la visión periférica está limitada por las dimensiones de la ventana. El peso en el aire y las fuerzas de flotación desequilibradas al sumergirse deben ser soportados por el cuello, así como las cargas inerciales e hidrodinámicas. Un casco fijado a una coraza o traje espacial se apoya en el torso, que puede soportar con seguridad cargas mucho mayores, pero no gira con la cabeza. Todo el torso debe girar para dirigir el campo de visión. Esto hace necesario utilizar ventanas de visión más grandes para que el usuario tenga un campo de visión aceptable cuando girar el cuerpo no es práctico. La necesidad de girar la cabeza dentro del casco no giratorio requiere espacio libre interno, por lo tanto, un gran volumen.

La superficie interior de la ventana de visualización de una máscara o casco tiende a empañarse cuando la temperatura exterior es inferior al punto de rocío del gas en su interior. En estos casos, pequeñas gotas de agua condensada dispersan la luz que atraviesa el material transparente, difuminando la visión. Tratar la superficie interior con un tensioactivo antivaho puede reducir el empañamiento, pero este puede producirse igualmente, por lo que debe ser posible desempañarla activamente, ya sea enjuagándola con agua o soplando aire seco sobre ella hasta que quede despejada. Los cascos estándar pueden incluir una escupidera para enjuagar. Los cascos de suministro de aire a demanda pueden tener una válvula de suministro de flujo libre que dirige aire seco sobre el interior de la máscara. Las máscaras de buceo integrales pueden utilizar tanto enjuague como flujo libre, según estén destinadas principalmente al buceo autónomo o al suministro de aire desde la superficie. Las máscaras faciales completas y los cascos también pueden dirigir el flujo de gas seco fresco sobre la superficie interna de la mirilla antes de su inhalación, y evitar que el gas exhalado cálido y húmedo llegue a la visera mediante el uso de un inserto oronasal con una válvula antirretorno en el conducto de escape. En situaciones donde el enjuague no es una opción, se puede aplicar un tensioactivo antivaho a la superficie de la mirilla para evitar la formación de gotas. Ocasionalmente, también se ha utilizado una escobilla limpiaparabrisas manual para eliminar la condensación de la mirilla.

Los usuarios que necesitan corrección óptica tienen varias opciones. Se pueden usar lentes de contacto debajo de todo tipo de máscaras y cascos. Las gafas convencionales se pueden usar con la mayoría de los cascos, pero no se pueden ajustar. Se pueden colocar lentes correctivas en el interior de algunas máscaras faciales completas, pero la distancia entre los ojos y las lentes puede no ser la óptima. Existen lentes bifocales. El desempañado de las lentes laminadas es el mismo que el de los cristales normales.

Los equipos de respiración de circuito abierto para buceo producen burbujas de gas de exhalación en los puertos de escape. Los sistemas de flujo libre producen los mayores volúmenes, pero la salida puede estar detrás de las mirillas para no obstruir la visión del buceador. Los sistemas de demanda deben tener el diafragma de la segunda etapa y los puertos de escape aproximadamente a la misma profundidad que la boca o los pulmones para minimizar el esfuerzo respiratorio. Para obtener un esfuerzo respiratorio constante en la gama de posturas que el buceador pueda necesitar adoptar, esto es más práctico cuando los puertos de escape y las válvulas están cerca de la boca, por lo que se requiere algún tipo de conducto para dirigir las burbujas lejos de las mirillas del casco o la máscara. Esto generalmente desvía los gases de escape alrededor de los lados de la cabeza, donde tienden a ser bastante ruidosos a medida que las burbujas ascienden pasando por encima de los oídos. Los sistemas de circuito cerrado ventilan mucho menos gas, que puede liberarse detrás del buceador, y son significativamente más silenciosos. Se han probado sistemas difusores, pero no han tenido éxito en equipos de circuito abierto, aunque se han utilizado en rebreathers, donde mejoran las características de sigilo.

Las máscaras que se sujetan con correas ajustables pueden soltarse o desplazarse de su posición correcta, permitiendo la entrada de aire ambiente o agua y la consiguiente pérdida de gas respiratorio. Las máscaras de respiración facial completa se desprenden con mayor facilidad debido a su tamaño y requieren una sujeción más segura, generalmente mediante 4 o 5 correas ajustables conectadas en la parte posterior de la cabeza. Sin embargo, es posible que se suelten, por lo que el usuario debe poder volver a ajustarlas y purgar la máscara lo suficiente para seguir respirando. Los cascos se sujetan de forma mucho más segura y se considera una emergencia si se desprenden de la cabeza.

El volumen del espacio muerto es importante para todos los aparatos de respiración. Las máscaras oronasales internas se utilizan a menudo para minimizar el espacio muerto interno en cascos y máscaras faciales completas, y también pueden reducir la tendencia a que se empañe la superficie interior de la ventana de visualización.

Un casco de buceo ligero está lastrado para tener una flotabilidad casi neutra bajo el agua, de modo que no suponga una carga estática excesiva en el cuello.

Los cascos de buceo de flujo libre compensan un espacio muerto potencialmente grande mediante un alto caudal de gas, de modo que el gas exhalado se elimina antes de que pueda ser reinhalado. Suelen tener un gran volumen interno y ser más pesados ​​que los cascos de demanda, y normalmente se apoyan sobre los hombros para evitar sobrecargar el cuello, por lo que no se mueven con la cabeza. Bajo el agua, el exceso de flotabilidad se contrarresta mediante la conexión al sistema de lastre del buceador o mediante un suspensorio .

Cuando el usuario debe transportar el suministro de gas, el peso, el equilibrio y la inercia del aparato, así como la distribución de la carga del arnés, pueden marcar una gran diferencia en la comodidad y la seguridad, especialmente cuando se le exige realizar trabajos pesados ​​en condiciones difíciles, como en la extinción de incendios, el rescate y el alpinismo. El usuario debe tener la mayor libertad de movimiento posible, y al menos la suficiente para realizar con seguridad las tareas previstas, mientras que el equipo debe permanecer firmemente sujeto durante las maniobras necesarias. El acceso a las válvulas y al manómetro es importante para la gestión del gas, y resulta útil, cuando el equipo es compartido por un equipo, que el ajuste se pueda adaptar fácil y rápidamente a cada persona. Para el buceo, la flotabilidad y su distribución son importantes para la seguridad.

El aspecto más fundamental de la gestión del gas es tener una idea realista de la duración esperada del gas disponible y cómo se verá afectada por el esfuerzo en circunstancias previsibles. ^{[ 9 ]} Las comprobaciones periódicas de la presión del gas restante son el método de monitorización habitual, para lo cual el equipo habitual es un manómetro de presión de la botella conectado a la primera etapa del regulador. Cuando es probable que el usuario esté sometido a una carga de trabajo tal que sea razonablemente probable que no compruebe la presión del gas, es prudente una alarma de bajo nivel de gas, una conmutación manual de reserva o ambas. Los tres sistemas pueden encontrarse en equipos de respiración industriales utilizados para rescate y extinción de incendios. Para el buceo, los manómetros son estándar, con un sistema de suministro de gas alternativo seleccionado entre una opción contextualmente aceptable de equipo de rescate de buceo, gas suministrado por un compañero de buceo o ascenso de emergencia a la superficie. La elección depende de la evaluación de riesgos y, en algunos casos, de los procedimientos operativos estándar o el código de buenas prácticas. Las válvulas de reserva también se siguen utilizando ocasionalmente en condiciones de baja visibilidad. El sistema de compañero y los ascensos de emergencia son utilizados con frecuencia por buceadores recreativos en aguas abiertas poco profundas sin obligación de descompresión planificada. Los buzos profesionales pueden estar obligados a llevar un equipo de rescate independiente , ^{[ 68 ]} y los buzos técnicos pueden tener varios planes de contingencia para las situaciones razonablemente previsibles que podrían ocurrir y que comprometerían su suministro de gas respiratorio. ^{[ 76 ]}

Cuando se dispone de más de una mezcla de gases respiratorios, debe minimizarse el riesgo de seleccionar un gas inadecuado para la situación actual. ^{[ 76 ]}

En los equipos médicos, la interfaz de usuario del sistema de control y monitorización puede influir en la probabilidad de error del operador. ^{[ 77 ]}