Fisiología del buceo en relación al medio hiperbárico
| El aparato respiratorio generalmente incluye tubos, como los bronquios,
usados para cargar aire en los pulmones, donde ocurre el intercambio gaseoso. El
diafragma, como todo músculo puede contraerse y relajarse. Al relajarse los
pulmones al contar con espacio se expanden para llenarse de aire y al contraerse
el mismo es expulsado. Estos sistemas respiratorios varían de acuerdo al
organismo. En humanos y otros mamíferos, el sistema respiratorio consiste en vías aéreas, pulmones y músculos respiratorios que medían en el movimiento del aire tanto adentro como afuera del cuerpo. Intercambio de gases: es el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono, del animal con su medio. Dentro del sistema alveolar de los pulmones, las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono se intercambian pasivamente, por difusión, entre el entorno gaseoso y la sangre. Así, el sistema respiratorio facilita la oxigenación con la remoción concomitante del dióxido de carbono y otros gases que son desechos del metabolismo y de la circulación. El sistema también ayuda a mantener el balance entre ácidos y bases en el cuerpo a través de la eficiente remoción de dióxido de carbono de la sangre. |
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El hombre utiliza respiración pulmonar Su aparato respiratorio consta de: * Sistema de conducción: fosas nasales, boca, faringe, laringe, tráquea, bronquios principales, bronquios lobares, bronquios segmentarios y bronquiolos. * Sistema de intercambio: conductos y los sacos alveolares. El espacio muerto anatómico, o zona no respiratoria (no hay intercambios gaseosos) del árbol bronquial incluye las 16 primeras generaciones bronquiales, siendo su volumen de unos 150 ml. La función del aparato respiratorio consiste en desplazar volúmenes de aire desde la atmósfera a los pulmones y viceversa. Lo anterior es posible gracias a un proceso conocido como ventilación. La ventilación es un proceso cíclico y consta de dos etapas: la inspiración, que es la entrada de aire a los pulmones, y la espiración, que es la salida. La inspiración es un fenómeno activo, caracterizado por el aumento del volumen torácico que provoca una presión intrapulmonar negativa y determina el desplazamiento de aire desde el exterior hacia los pulmones. La contracción de los músculos inspiratorios principales, diafragma e intercostales externos, es la responsable de este proceso. Una vez que la presión intrapulmonar iguala a la atmosférica, la inspiración se detiene y entonces, gracias a la fuerza elástica de la caja torácica, esta se retrae, generando una presión positiva que supera a la atmosférica y determinando la salida de aire desde los pulmones. |
| En condiciones normales la respiración es un proceso pasivo. Los músculos
respiratorios activos son capaces de disminuir aún más el volumen
intratorácico y aumentar la cantidad de aire que se desplaza al exterior, lo
que ocurre en la espiración forzada. Mientras este ciclo ventilario ocurre, en los sacos alveolares, los gases contenidos en el aire que participan en el intercambio gaseoso, oxígeno y dióxido de carbono, difunden a favor de su gradiente de concentración, de lo que resulta la oxigenación y detoxificación de la sangre. El volumen de aire que entra y sale del pulmón por minuto, tiene cierta sincronía con el sistema cardiovascular y el ritmo circadiano (como disminución de la frecuencia de inhalación/exhalación durante la noche y en estado de vigilia/sueño). Variando entre 6 a 80 litros (dependiendo de la demanda). Se debe tener cuidado con los peligros que implica la ventilación pulmonar ya que junto con el aire también entran partículas sólidas que puede obstruir y/o intoxicar al organismo. Las de mayor tamaño son atrapadas por los vellos y el material mucoso de la nariz y del tracto respiratorio, que luego son extraídas por el movimiento ciliar hasta que son tragadas, escupidas o estornudadas. A nivel bronquial, por carecer de cilios, se emplean macrófagos y fagocitos para la limpieza de partículas. |
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Definición
de los órganos
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Fisiología respiratoria
La respiración se cumple en dos fases, una encargada de llevar el oxígeno de
la atmósfera hasta el alvéolo -ventilación pulmonar- y otra fase encargada
de llevar ese oxígeno hasta las células donde se realizará la verdadera
respiración, que consiste en utilizar el oxígeno para obtener energía.
La respiración consta de 4 partes:
1- Respiración externa: Intercambio gaseoso a nivel pulmonar (de
alvéolo a capilar) o primera hematosis.
2- Transporte de gases: De capilares pulmonares a capilares tisulares,
vía vascular.
3- Respiración interna: Intercambio gaseoso del medio capilar al
intracelular.
4- Respiración celular: Proceso de oxidación enzimática.
Mecánica: es el conjunto de mecanismos que permiten movilizar el aire
(respiración externa) por nuestro aparato respiratorio. Consta de dos
etapas, una de ingreso del aire, llamada inspiración, y otra de salida,
llamada espiración. Una inspiración seguida de una espiración completan un
movimiento respiratorio, esto se repite de doce a quince veces por minuto,
que es la frecuencia respiratoria normal (número de movimientos
respiratorios por minuto).
Las variaciones de presión intratorácica son las responsables de la mecánica
respiratoria. Durante la inspiración se contraen los músculos respiratorios
aumentando el volumen torácico, lo que provoca la disminución de la presión
intratorácica -presión negativa- y el consiguiente ingreso de aire al
alvéolo. Este mecanismo se basa en la ley de Boyle-Mariotte (variación de la
presión por alteración del volumen) y en los principios de la difusión de
los fluidos. En la espiración, los músculos respiratorios se relajan y la
elasticidad pulmonar y torácica determinan el retorno del volumen pulmonar a
su normalidad. Por lo tanto la presión intrapulmonar aumentará y el aire
saldrá hacia el exterior.
La inspiración se activa por contracción de los músculos respiratorios. La
espiración es pasiva por recuperación de los músculos respiratorios.
Mecánica inspiración y exhalación
Inhalación
La inhalación o inspiración es el proceso por el cual entra aire desde un medio exterior hacia el interior de un organismo (pulmones). La comunicación de los pulmones con el exterior se realiza por medio de la tráquea
Durante la inspiración (incorporación de aire al organismo) el músculo diafragma y los músculos intercostales se contraen. El diafragma desciende de su posición y los músculos intercostales, como consecuencia de la postura que adoptan, elevan las costillas. Al suceder esto, el volumen de la caja torácica aumenta conjuntamente con el volumen de los pulmones, y se dispone de un mayor espacio. Como el volumen de los pulmones asciende, la presión del aire que se encuentra en éstos disminuye. Producto de la diferencia de presiones (ahora mayor en el exterior) el aire penetra rápidamente por las vías respiratorias hasta el interior de los pulmones. Esta entrada de aire es la inspiración. El efecto contrario es conocido como exhalación.
Exhalación
La exhalación o espiración es el fenómeno opuesto a la inspiración, durante
el cual el aire que se encuentra en los pulmones sale de éstos. Es una fase
pasiva de la respiración, porque el tórax se retrae y disminuyen todos sus
diámetros, sin intervención de la contracción muscular, volviendo a recobrar
el tórax su forma primitiva. los músculos puestos en juego. al dilatarse el
tórax, se relajan en esta fase; las costillas vuelven a su posición inicial
así como el diafragma.
La exhalación se considera como un fenómeno pasivo y, no obstante, en parte
es también activo, como lo era la inspiración, puesto que intervienen en
este acto algunos músculos como los intercostales internos, a los que hay
que añadir los músculos abdominales en la espiración forzada y el dorsal
ancho en los accesos de tos.
En la espiración el aire sale con rapidez, lo que facilita la expulsión de
mucosidades y partículas extrañas que podrían obstruir las vías
respiratorias.
Capacidad pulmonar
Las
capacidades pulmonares se refieren a los distintos volúmenes de aire
característicos en la respiración humana. Un pulmón humano puede almacenar
alrededor de 6 litros de aire en su interior, pero una cantidad
significativamente menor es la que se inhala y exhala durante la
respiración.
Capacidades pulmonares [editar]
* La capacidad pulmonar total (CPT) es el volumen de aire que hay en el
aparato respiratorio, después de una inhalación máxima voluntaria.
Corresponde a aproximadamente 6 litros de aire.
* La capacidad vital es la cantidad de aire que es posible expulsar de los
pulmones después de haber inspirado completamente. Son alrededor de 4.6
litros.
* El volumen residual es la cantidad de aire que permanece en el sistema
respiratorio luego de una espiración máxima. Esa cantidad es la mínima que
hay dentro de un pulmón, y no puede ser expulsada.
volumen circulante: 500ml volumen de reserva inspiratorio:3000ml(con
esfuerzo inspiratorio) volumen de reserva espiratorio:1000ml(con esfuerzo
inspiratorio) volumen residual:1200ml capacidad vital: volumen de reserva
inspiratorio(3000ml)+volumne de reserva espiratoria(1000ml)+volumen
circulante(500ml)= 4500ml capacidad inspiratoria: volumen circulante+volumen
de reserva inspiratoria capacidad espiratoria: volumen residual+volumen de
reserva espiratoria capacidad pulmonar total: capacidad total o
vital+volumen residual Ej.: si una persona en reposo realiza 12
respiraciones por minuto. si en cada respiración moviliza 500 ml en un
minuto o sea 6000ml esto es volumen minuto respiratorio
Consumo de aire en superficie SAC
Muchos buzos se preguntan sobre su consumo de aire. Oyen a otros buzos
hablar de ello, pero no saben como obtener el suyo porque nunca se discutió
en sus cursos. Muchos tratan erróneamente de hacerlo leyendo su presión
antes de brincar y después de regresar al bote. Aquí trataremos de
simplificar el proceso y explicar los errores más comunes que cometen los
novatos y veteranos por igual. Una vez sepan su Consumo de Aire de
Superficie (SAC), les será fácil estimar cuanto tiempo les durará el aire a
cualquier profundidad.
Primero, lo que NO se hace :
NO incluya el descenso ni el ascenso en los cómputos. Ya hay un margen de
error bastante alto para aumentarlo más con esto.
NO piense que unas lecturas le darán la respuesta. Su SAC cambia de acuerdo
con su experiencia, edad, estado físico o emocional, equipo, configuración y
más importante, su nivel de actividad (esfuerzo).
¡NO confie en su memoria! ¡Sorprendería la cantidad de errores cometidos en
esta simple tarea cuando se hace más profundo de 22m.
Ahora, lo que hacemos :
Trate de promediar largos periodos de tiempo (20-30 min. mejor que 5-10
min.).
Trate de determinar su nivel de actividad (descansada, normal, leve esfuerzo
o gran esfuerzo, etc.).
Trate de leer sus instrumentos BIEN y escriba sus lecturas.
Trate de mantener una misma profundidad con el mínimo de cambio.
Ignore los decimales (excepto atm.). Estos resultados son una aproximación
de su patrón de respirar que varía con muchos otros factores. Haga su
aritmética más simple, use números redondeados.
EL PROCESO : El consumo de su gas es tan
simple como es importante. Vamos a hacer un ejemplo de un buceo a 66' (20m)
usando un tanque de aluminio 80 pc @ 3000 psig.
En sistema métrico decimos: vamos a hacer un buceo a 20 metros utilizando un
tanque de 11litros con presión de trabajo 207 bar.
PASO 1 : Una vez en su profundidad planificada, tome una lectura inicial de
su presión y tiempo
(2800 psig; tiempo = 3 min.; Prof. = 66').
(sistema métrico 180bar; tiempo 3min; prof. = 20m)
Si cambia su profundidad significativamente, cierre sus medidas tomando una
lectura final de tiempo y presión. Recuerde, mientras más tiempo pase entre
lecturas, más precisos serán sus números.
PASO 2 : Incluya en sus preparativos previos al ascenso, las lecturas
finales de tiempo y presión
( 1000 psig; tiempo = 23 min.).Se consumieron 1800 psig en 20 min.
( Métrico 60bar; tiempo = 23 minutos) . Se consumieron 120bar en 20 minutos.
Ahora haga su ascenso regular. El resto es simple aritmética, entonces,
¿porqué hay tantos errores cuando hacemos esto en las profundidades
(¿narcosis?).
PASO 3 : Reste la presión final de la inicial y divida sobre los minutos
(i.e. 1800 psig / 20 min. = 90 psig/min.).
( Metrico: 120 bar/20 min = 6 bar/min a 20 metros o 3 ata.
Ahora se sabe cuantas unidades de presión se consumieron por minuto a 66'
(20m). Recordemos que el consumo aumenta por la profundidad, así que ahora
que conocemos cuanto respiramos a esa profundidad, tenemos que dividir por
la presión en atmósferas para obtener el consumo en la superficie
( 90 psig / 3 atm @66' = 30 psig/min.). o (6 bar / 3ata = 2 bar/min. )
¡Esto es su SAC! ¡Es tan sencillo que cualquiera puede sacarlo!
Entonces para los buzos que siempre usan el mismo tanque, esta información
les sirve para estimar su consumo a cualquier profundidad, pues solo tienen
que multiplicar por la profundidad en atm para 130 ft. o 40 metros tenemos
una presión de 5 ata entonces tenemos
(SAC 30 psig/min. X 5 atm @ 130' = 150 psig/min.). o
( 2 bar/min. x 5 ata = 10 bar/min.)
El procedimiento que hemos visto sirve para quien utiliza siempre el mismo
tanque, esto quiere decir que no cambia de volumen del recipiente ni de la
presión de trabajo del tanque.
Si cambiamos de tanque calculamos el RMV Volumen Respiratorio por Minuto
Para otros buzos que usan tanques de capacidades diferentes se requiere un
paso más, es necesario computar el Volumen Respiratorio por Minuto (RMV) que
es la medida verdadera del volumen del gas que respiramos es decir en el
sistema métrico, los litros que consumimos en cada minuto.
Si partimos del calculo ya realizado del SAC y queremos conocer el RMV es
necesario obtener del tanque que utilizamos para hacer la prueba, otros
datos: la capacidad del tanque y su presión de trabajo. Estos datos los
obtenemos del fabricante, centro de buceo o hasta del Internet.
Como dato estandar podemos pensar que un tanque de aluminio de 80ft.cu y
3000 psi de trabajo contiene un volumen de aire de 2265 litros y equivale
aproximadamente a un tanque cuyo volumen es de 11 litros con una presión de
trabajo de 207 bar y que un tanque de acero de 95 ft. contiene un volumen de
aire de 2640 litros y equivale aproximadamente a un tanque cuyo volumen es
15 litros con una presión de trabajo de 180 bar.
Entonces conociendo la demanda de presión por minuto podemos calcular los
litros de aire demandado por litros en función del tanque con el que hicimos
la prueba, para ello en el sistema Imperial, vasta con dividir la presión de
trabajo del tanque por el volumen de aire que contiene el mismo para obtener
el factor de conversión, el cual aplicado a la demanda de presión por minuto
nos da el Volumen Respiratorio por Minuto (RMV)
Paso 1.- Calculemos el factor de conversión: para aluminio 3000 psi /
80cuft. = 38 psi/pc y para acero 2640 psi / 95cuft = 28psi/cuft
Como se visualiza esto, si se respira 1 pie cúbico (cuft/min.)
por minuto, se reduce la presión de un tanque 80 pc de aluminio en unos 38
psig o en un tanque 95 pc de acero en unos 28 psig.
Paso 2.- Calculemos el RMV
La ventaja principal del RMV es que se puede determinar la
tasa de respiración para cualquier tanque (que se tenga su presión y
capacidad) a cualquier profundidad. En el ejemplo anterior, el buzo tenía un
SAC de 30 psig/min, eso daría: RMV = 30psig/min / 38psig/pc =0,8 pc/min, es
lo que el buzo extrae del tanque cada minuto y por ello se puede decir que
un tanque de 80 cuft le dura 80/0,8 = 100 minutos.
Para sistema métrico
Si usamos el sistema métrico todo el calculo se puede simplificar si
pensamos que cada bar que disminuye la presión del tanque es que hemos
consumido un volumen físico del tanque de aire. Esto significa que si
tenemos un tanque de 11 litros y disminuye la presión de 200 bar a 199 bar
hemos consumido 11 litros de aire.
Si vemos el ejemplo anterior donde en superficie teníamos un consumo de 2
bar/min. y utilizamos para la prueba un tanque cuyo volumen es de 11 litros,
entonces podemos decir que el volumen respirado por minuto en la superficie
es de 2 bar/min. * 11litros/bar = 22 litros/minuto.
En este caso un tanque de 11 litros a 207 bar tiene 2277 litros y si usamos
22 l/min. tenemos unos 2277/22 = 103 minutos de uso.
Veamos un ejemplo sistema imperial
Hagamos otro ejemplo : Un buzo usa un tanque de 95 pc de acero @ 2640 psig
(con la sobrecarga del 10%) a 66' (20m) y hace un segundo buceo a 50´ con
uno de aluminio de 65 pc @ 3000 psig . ¿Cuanto consumirá en este ultimo?
Primer buceo a 66', presión inicial 2600 psig, tiempo = 30min, justo antes
del ascenso el manómetro indica presión = 800 psig, entonces 2600 psig - 800
psig = 1800 psig / 30 min. = 60 psig/min. @ 66'.
Calculo del SAC : 60 psig / 3 atm = 20 psig/min.
Factor de conversión: 2640 psig / 95 pc = 28 psig/pc.
Calculo del RMV : 20 psig/min / 28 psig/pc = 0,7 pc/min.
Segundo buceo a 50´y con tanque de aluminio 65 pc @ 3000 psig, factor de
conversión: 3000 psig / 65pc = 46 psig/pc
Calculo de SAC segundo buceo, 0,7 pc/min X 46 psig/pc = 32 psig/min.
Consumo a 50' (2.5 atm), ese buzo consumiría 32 psig/min X 2.5 atm = 80 psig/min.
Así que el SAC de 20 psig/min. que tenía en su primer tanque se convierte en
32 psig/min. en su segundo tanque, aunque se mantiene constante el 0,7 pc/min
de consumo volumétrico de aire en superficie.
CONCLUSIÓN
El buceo requiere más planificación de la que verdaderamente le damos. Y en
casos de buceo más serio el SAC y el RMV juegan un papel muy importante,
para asegurarnos que tenemos suficiente aire para cumplir con lo planificado
sin tener que hacer un ascenso abrupto por falta de aire.
En los casos de buceo de descompresión, una falta de gas tiene que ser
evitada a toda costa, por ello todo buzo debe saber su SAC y RMV para buceo
descansado, de esfuerzo moderado, y con gran esfuerzo.
En nuestros cursos IANTD, el estudiante trabaja estos conceptos en su plan
de buceo rutinario. Al llegar a cursos avanzados, el SAC y RMV son parte
integral del plan de buceo. ¡ Y debería ser de todos!
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Calculadora de SAC |
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Accidentes hiperbáricos
Se deben a los efectos del aumento de la presión ambiental sobre el
organismo humano. El cuerpo humano está sometido a una presión de 1
atmósfera a nivel del mar. Dado que el agua es prácticamente incompresible,
la presión del agua contra el cuerpo de un buceador aumenta directamente con
la profundidad. Aproximadamente una columna de agua de 10 metros ejerce la
presión de 1 atmósfera.
El organismo humano está principalmente compuesto por agua y es por lo tanto
prácticamente incompresible, pero existen cavidades ocupadas por aire que sí
son compresibles. Así, un volumen pulmonar de 6 litros a nivel del mar, a 30
metros de profundidad se reduciría a 1,5 litros, con las consecuencias que
esta reducción de volumen y la alteración de la composición del aire que
contiene tendrá sobre el organismo.
Durante el ascenso se debe expulsar gran cantidad del aire inspirado ya que
éste aumenta de volumen, y de no ser así se producirían graves lesiones a
nivel pulmonar. Un volumen de 5 litros a 20 metros de profundidad se
convertirían en 15 litros en la superficie, cantidad imposible de albergar
en los pulmones produciéndose una sobre expansión pulmonar que determina la
rotura de las pare- des alveolares y capilares y la inyección de aire en el
tejido celular subcutáneo, en el mediastino, en la cavidad pleural y en los
vasos, originando así la aparición de neumotórax, enfisemas mediastínico y
subcutáneo y embolias aéreas.
El ascenso debe ser gradual, lento, dando tiempo a que se expulse volumen de
aire y a que se estabilicen los cambios en la mezcla de aire y en la
bioquímica de la sangre.
Al igual que se comprime el aire en el aumento de presión, se comprimen las
sustancias inertes en él como el oxígeno y el nitrógeno, que de alcanzar
ciertas presiones se convertirían en tóxicos para el organismo humano. Los
efectos que producen estos gases son muy variados y van desde un simple
dolor muscular o articular hasta grandes alteraciones a nivel cardíaco o
nervioso (temblores, mareos, euforia, inconsciencia...) que pueden llegar en
ocasiones a causar la muerte.
Ante un buceador con patología por mala descompresión, hay que tratar de
llegar a la cámara de descompresión más cercana.
MEDIDAS A TOMAR
* Mantener acostado al paciente en decúbito supino. Si estuviera
inconsciente, colocarlo en decúbito lateral izquierdo.
* Retirar las ropas húmedas y los trajes de goma que opriman, y se le
mantendrá abrigado para evitar que pierda calor
* Controlar constantemente el estado cardiorrespiratorio, para detectar
obstrucción de vías respiratorias, paro cardíaco, paro respiratorio o shock,
teniendo en cuenta que pueden presentarse todas estas anomalías al mismo
tiempo, ya que el paciente puede tener también graves heridas internas.
* Durante el transporte debe mantenerse al paciente respirando oxígeno
siempre que sea posible.
* Asegurar en todo momento, que el paciente está adecuadamente hidratado.
Administrarle agua por vía oral si está consciente y lo tolera.
* Si el paciente es trasladado en helicóptero u otro medio aéreo
despresurizado, se debe volar lo más bajo posible, preferentemente amenos de
300 metros. De ser posible recomienda siempre utilizar un medio aéreo
presurizado a una atmósfera.
* Contactar a la mayor brevedad posible con la cámara hiperbárica para que
ésta sea preparada y el personal médico cualificado permanezca en espera.
