Gas respirable

Gas respirable

Etiqueta para cilindro de buceo Trimix
Usos	Gas utilizado para la respiración humana.
Artículos relacionados	Aire , Heliox , Nitrox , Oxígeno , Trimix , Mezcla de gases para buceo , Cilindro de buceo , Equipo de buceo , Rebreather

Un gas respirable es una mezcla de elementos químicos gaseosos y compuestos que se utilizan para la respiración . El aire es el gas respirable natural más común y el único, pero también se utilizan otras mezclas de gases, o el oxígeno puro, en equipos de respiración y hábitats cerrados. El oxígeno es el componente esencial de cualquier gas respirable. Los gases respirables para uso hiperbárico se han desarrollado para mejorar el rendimiento del aire ordinario al reducir el riesgo de enfermedad por descompresión , reducir la duración de la descompresión , reducir la narcosis por nitrógeno o permitir un buceo profundo más seguro .

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

El oxígeno es el componente esencial de cualquier gas respirable, a una presión parcial de entre aproximadamente 0,16 y 1,60 bar a la presión ambiente , ocasionalmente menor para el montañismo a gran altitud , o mayor para el tratamiento con oxígeno hiperbárico . El oxígeno suele ser el único componente metabólicamente activo a menos que el gas sea una mezcla anestésica. Parte del oxígeno del gas respirable se consume en los procesos metabólicos, y los componentes inertes no se modifican y sirven principalmente para diluir el oxígeno a una concentración adecuada, por lo que también se conocen como gases diluyentes.

Por lo tanto, la mayoría de los gases respirables son una mezcla de oxígeno y uno o más gases metabólicamente inertes . ^{[1] [3]} Los gases respirables para uso hiperbárico se han desarrollado para mejorar el rendimiento del aire ordinario al reducir el riesgo de enfermedad por descompresión , reducir la duración de la descompresión , reducir la narcosis por nitrógeno o permitir un buceo profundo más seguro . ^{[1] [3]} Las técnicas utilizadas para llenar cilindros de buceo con gases distintos del aire se denominan mezcla de gases . ^{[4] [5]}

Los gases respirables que se utilizan a presiones ambientales inferiores a la presión atmosférica normal suelen ser oxígeno puro o aire enriquecido con oxígeno para proporcionar suficiente oxígeno para mantener la vida y la conciencia, o para permitir niveles de esfuerzo más elevados que los que serían posibles utilizando aire. Es habitual proporcionar el oxígeno adicional como gas puro añadido al aire respirable en la inhalación o a través de un sistema de soporte vital.

Un gas respirable seguro para uso hiperbárico tiene cuatro características esenciales:

• Debe contener suficiente oxígeno para sustentar la vida, la conciencia 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 respirables. Existen muchas otras posibilidades. ^{[1] [2] [3]}
• No debe volverse tóxico al respirarse a alta presión , como por ejemplo 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 cae alrededor del 50% cuando la densidad es equivalente a la del aire a 30 msw , y los niveles de dióxido de carbono aumentan de manera inaceptable para el ejercicio moderado con una densidad de gas que excede los 6 g/litro. La densidad del gas respirable de 10 g/litro o más puede causar hipercapnia descontrolada incluso a niveles de trabajo muy bajos, con efectos potencialmente fatales. ^[6]

Se utilizan estos gases respirables 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% suele tratarse como si fuera nitrógeno. Al estar disponible libremente y ser fácil de usar, es el gas de buceo más común. ^{[1] [2] [3]} Como su componente de nitrógeno causa narcosis por 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 operativa máxima (MOD) del aire que toma una presión parcial de oxígeno permitida de 1,6 bar es de 66,2 metros (217 pies). ^{[1] [3] [7]} El aire respirable es aire que cumple con los estándares específicos para contaminantes.
• El oxígeno puro se utiliza principalmente para acelerar las paradas de descompresión poco profundas al final de una inmersión militar , comercial o técnica . El riesgo de toxicidad aguda por oxígeno aumenta rápidamente a presiones superiores a los 6 metros de agua de mar. ^{[1] [2] [3] [7]} Se utilizó mucho en los rebreathers de los hombres rana y todavía lo utilizan los nadadores de ataque. ^{[2] [7] [8] [9]}
• El Nitrox es una mezcla de oxígeno y aire, y generalmente se refiere a mezclas que contienen más de un 21 % de oxígeno. Se puede utilizar como herramienta para acelerar las paradas de descompresión en el agua o para disminuir el riesgo de enfermedad por descompresión y, por lo tanto, prolongar una inmersión (un error común es pensar que el buceador puede descender más, pero esto no es cierto debido a que la profundidad máxima de operación es menor que con el aire convencional). ^{[1] [2] [3] [10]}
• Trimix es una mezcla de oxígeno, nitrógeno y helio y se utiliza a menudo en profundidad en el buceo técnico y comercial en lugar de aire para reducir la narcosis por nitrógeno y evitar los peligros de la toxicidad del oxígeno. ^{[1] [2] [3]}
• El heliox es una mezcla de oxígeno y helio y se utiliza a menudo en la fase profunda de una inmersión profunda comercial para eliminar la narcosis por nitrógeno. ^{[1] [2] [3] [11] El heliox es el tipo de mezcla estándar para} el buceo de saturación en alta mar. ^[12]
• Heliair es una forma de trimix que se mezcla fácilmente a partir de helio y aire sin utilizar oxígeno puro. Siempre tiene una proporción de oxígeno a nitrógeno de 21:79; el resto de la mezcla es helio. ^{[3] [13]}
• Hydreliox es una mezcla de oxígeno, helio e hidrógeno y se utiliza para inmersiones por debajo de los 130 metros en el buceo comercial. ^{[1] [3] [11] [14] [15]}
• Hydrox , una mezcla de gases de hidrógeno y oxígeno , se utiliza como gas respirable en buceos muy profundos . ^{[1] [3] [11] [14] [16]}
• El Neox (también llamado neonox) es una mezcla de oxígeno y neón que se emplea a veces en el buceo comercial profundo. Se utiliza muy poco debido a su coste. Además, los síntomas de DCS producidos por el neón ("neox bends") tienen mala reputación, ya que se informa ampliamente que son más graves que los producidos por una mezcla de helio y una mesa de buceo exactamente equivalente. ^{[1] [3] [11] [17]}

Codificación de colores de contenedores de gas respirable comúnmente aceptada en la industria del buceo en alta mar. ^[18]

Gas	Símbolo	Colores típicos de los hombros	Hombro del cilindro	Extremo de válvula del bastidor superior cuádruple/ marco
Oxígeno médico	O2​		Blanco	Blanco
Mezclas de oxígeno y helio (Heliox)	O 2 / Él		Cuartos o bandas marrones y blancas	Bandas alternas cortas (20 cm [8 pulgadas]) de color marrón y blanco
Mezclas de oxígeno, helio y nitrógeno (Trimix)	O2 /He / N2		Cuartos o bandas de color negro, blanco y marrón.	Bandas alternas cortas (20 cm [8 pulgadas]) de color negro, blanco y marrón
Mezclas de oxígeno y nitrógeno (Nitrox), incluido el aire.	N2 / O2​		Cuartos o bandas en blanco y negro	Bandas alternas cortas (20 cm (8 pulgadas)) en blanco y negro

El aire respirable es aire atmosférico con un nivel de pureza adecuado para la respiración humana en la aplicación especificada. Para uso hiperbárico, la presión parcial de contaminantes se incrementa 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 va a utilizar.

Los gases respirables para el buceo se clasifican según la fracción de oxígeno. Los límites establecidos por las autoridades pueden diferir ligeramente, ya que los efectos varían gradualmente con la concentración y entre personas, y no son predecibles con precisión. ^{[ cita requerida ]}

Normóxico

donde el contenido de oxígeno no difiere mucho del del aire y permite un uso seguro y continuo a presión atmosférica. ^[19]

Hiperóxico , oenriquecido con oxígeno

donde el contenido de oxígeno excede los niveles atmosféricos, generalmente hasta un nivel en el que hay algún efecto fisiológico mensurable con el uso a largo plazo, y a veces se requieren procedimientos especiales para su manipulación debido al mayor riesgo de incendio. Los riesgos asociados son la toxicidad del oxígeno en profundidad y el incendio, en particular en el aparato respiratorio. ^{[ cita requerida ]}

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 mensurables a corto plazo. El riesgo inmediato suele ser la incapacitación hipóxica en la superficie o cerca de ella. ^[20]

Los gases respirables para el buceo se mezclan a partir de una pequeña cantidad de gases componentes que proporcionan a la mezcla características especiales que no están disponibles en el aire atmosférico.

El oxígeno (O ₂ ) debe estar presente en todos los gases que respiramos. ^{[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 pocos minutos, se produce pérdida de conocimiento y muerte. Los tejidos y órganos dentro del cuerpo (en particular el corazón y el cerebro) se dañan si se les priva de oxígeno durante mucho más de cuatro minutos.

Llenar un cilindro de buceo con oxígeno puro cuesta aproximadamente cinco veces más que llenarlo con aire comprimido. Como el oxígeno favorece la combustión y provoca óxido en los cilindros 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 oscilación de presión (PSA) y la adsorción por oscilación de vacío (VSA). ^[21]

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

• Las mezclas hipóxicas , estrictamente, contienen menos del 21% de oxígeno, aunque a menudo se utiliza un límite del 16%, y están diseñadas solo para ser respiradas en profundidad como un "gas de fondo" donde la presión más alta aumenta la presión parcial de oxígeno a un nivel seguro. ^{[1] [2] [3]} Trimix , Heliox y Heliair son mezclas de gases que se usan comúnmente para mezclas hipóxicas y se usan en buceo profesional y técnico como gases de respiración profunda. ^{[1] [3]} ASe puede asignar una profundidad operativa mínima a una mezcla de gases hipóxicos, en función de la profundidad a la cual la presión parcial sea igual a la presión parcial de oxígeno mínima aceptable para la persona u organización que utiliza el gas.
• Las mezclas normóxicas tienen la misma proporción de oxígeno que el aire, 21%. ^{[1] [3]} La profundidad máxima de funcionamiento de una mezcla normóxica podría ser de hasta 47 metros (154 pies). El trimix con entre 17% y 21% de oxígeno se describe a menudo como normóxico porque contiene una proporción de oxígeno lo suficientemente alta como para que sea seguro respirarlo en la superficie.
• Las mezclas hiperóxicas tienen más de un 21 % de oxígeno. El Nitrox de aire enriquecido (EANx) es un gas hiperóxico típico para respirar. ^{[1] [3] [10]} Las mezclas hiperóxicas, en comparación con el aire, causan toxicidad por oxígeno a profundidades menores, pero se pueden utilizar para acortar las paradas de descompresión al extraer los gases inertes disueltos del cuerpo más rápidamente. ^{[7] [10]}

La fracción de oxígeno determina la profundidad máxima a la que se puede utilizar la mezcla de forma segura para evitar la toxicidad del oxígeno . Esta profundidad se denomina profundidad máxima de operación . ^{[1] [3] [7] [10]}

La concentración de oxígeno en una mezcla de gases depende de la fracción y de la presión de la mezcla. Se expresa mediante la presión parcial de oxígeno (P _{O 2} ). ^{[1] [3] [7] [10]}

La presión parcial de cualquier gas componente de una mezcla se calcula como:

presión parcial = presión absoluta total × fracción de volumen del componente de gas

Para el componente de oxígeno,

PO2 ₌ P _{× F2O2​}

dónde:

P _{O 2} = presión parcial de oxígeno

P = presión total

F _{O 2} = fracción de volumen del contenido de oxígeno

La presión parcial mínima segura de oxígeno en un gas respirable se considera comúnmente de 16  kPa (0,16 bar). Por debajo de esta presión parcial, el buceador puede correr el riesgo de perder el conocimiento y morir debido a la hipoxia , dependiendo de factores como la fisiología individual y el nivel de esfuerzo. Cuando se respira una mezcla hipóxica en aguas poco profundas, es posible que no tenga una P _{O 2} 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 respirable depende del tiempo de exposición, el nivel de ejercicio y la seguridad del equipo de respiración que se utilice. Normalmente está entre 100 kPa (1 bar) y 160 kPa (1,6 bar); para inmersiones de menos de tres horas, se considera comúnmente que es de 140 kPa (1,4 bar), aunque se sabe que la Marina de los EE. UU. autoriza inmersiones con una P _{O 2} de hasta 180 kPa (1,8 bar). ^{[1] [2] [3] [7] [10]} Con exposiciones altas a P _{O 2} o más prolongadas, el buceador corre el riesgo de sufrir toxicidad por oxígeno que puede provocar una convulsión . ^{[1] [2]} Cada gas respirable tiene una profundidad operativa máxima que está determinada por su contenido de oxígeno. ^{[1] [2] [3] [7] [10]} Para la recompresión terapéutica y la terapia con oxígeno hiperbárico, se utilizan comúnmente 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 pueden 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 respirable etiquetado para uso en buceo. En los Países Bajos , el oxígeno puro para fines respiratorios se considera medicinal a diferencia del oxígeno industrial, como el que se usa para soldar , y solo está disponible con receta médica . La industria del buceo registró Divox como marca comercial de oxígeno de grado respirable para eludir las estrictas reglas relativas al oxígeno medicinal, lo que facilita que los buceadores (recreativos) obtengan oxígeno para mezclar su gas respirable. En la mayoría de los países, no hay diferencia de pureza entre el oxígeno médico y el oxígeno industrial, ya que se producen exactamente con los mismos métodos y fabricantes, pero se etiquetan y se llenan de manera diferente. La principal diferencia entre ellos es que el registro de fabricación es mucho más extenso en el caso del oxígeno médico, para identificar más fácilmente el registro de fabricación exacto de un "lote" o partida de oxígeno, en caso de que se descubran problemas con su pureza. El oxígeno de grado de aviación es similar al oxígeno médico, pero puede tener un menor contenido de humedad. ^[4]

Los gases que no tienen ninguna función metabólica en el gas respirable se utilizan para diluir el gas, por lo que 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 pretende respirar. Los gases diluyentes también afectan a la densidad de la mezcla de gases y, por lo tanto, al trabajo respiratorio .

El nitrógeno (N2 ₎ es un gas diatómico y el principal componente del aire , el gas respirable más barato y más común que se utiliza para bucear. Provoca narcosis por nitrógeno en el buceador, por lo que su uso se limita a inmersiones más superficiales. El nitrógeno puede provocar enfermedad por descompresión . ^{[1] [2] [3] [22]}

La profundidad equivalente en el aire se utiliza para estimar los requisitos de descompresión de una mezcla de nitrox (oxígeno/nitrógeno). La profundidad equivalente en narcóticos se utiliza para estimar la potencia narcótica del trimix (mezcla de oxígeno/helio/nitrógeno). Muchos buceadores consideran que el nivel de narcosis causado por una inmersión de 30 m (100 pies), mientras se respira aire, es un máximo confortable. ^{[1] [2] [3] [23] [24]}

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

El helio (He) es un gas inerte que es menos narcótico que el nitrógeno a presión equivalente (de hecho, no hay evidencia alguna de narcosis causada por el helio), y tiene una densidad mucho menor, por lo que es más adecuado para inmersiones más profundas que el nitrógeno. ^{[1] [3]} El helio también puede causar enfermedad por descompresión . A altas presiones, el helio también causa el síndrome nervioso de alta presión , que es un síndrome de irritación del sistema nervioso central que, en algunos aspectos, es opuesto a la narcosis. ^{[1] [2] [3] [25]}

Los rellenos de mezcla de helio son considerablemente más caros que los rellenos de aire debido al costo del helio y al costo de mezclar y comprimir la mezcla. ^{[ cita requerida ]}

El helio no es adecuado para el inflado de trajes secos debido a sus pobres propiedades de aislamiento térmico : en comparación con el aire, que se considera un aislante razonable, el helio tiene seis veces la conductividad térmica. ^[26] El bajo peso molecular del helio (PM monoatómico = 4, comparado con el PM del nitrógeno diatómico = 28) aumenta el timbre de la voz del respirador, lo que puede impedir la comunicación. ^{[1] [3] [27]} Esto se debe a que la velocidad del sonido es más rápida en un gas de menor peso molecular, lo que aumenta la frecuencia de resonancia de las cuerdas vocales. ^{[1] [27] El helio se fuga de} 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 espacios más pequeños en los sellos .

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

El neón (Ne) es un gas inerte que se utiliza a veces en el buceo comercial profundo, pero es muy caro. ^{[1] [3] [11] [17]} 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 de aislamiento térmico superiores. ^[28]

El hidrógeno (H ₂ ) 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 respirable). ^{[1] [3] [11] [14]} Esto limita el uso de hidrógeno a inmersiones profundas e impone protocolos complicados para garantizar que se elimine el exceso de oxígeno del equipo de respiración antes de comenzar a respirar hidrógeno. Al igual que el helio, eleva el timbre de la 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 hidrógeno y helio como diluyentes se denominan Hydreliox.

Muchos gases no son adecuados para su uso como gases respirables para buceo. ^{[5] [29]} A continuación se presenta una lista incompleta de gases comúnmente presentes en un entorno de buceo:

El argón (Ar) es un gas inerte que es más narcótico que el nitrógeno, por lo que no suele ser adecuado como gas respirable para buceo. ^[30] El argón se utiliza para la investigación de la descompresión. ^{[1] [3] [31] [32]} A veces lo utilizan para el inflado de trajes secos los buceadores cuyo gas respirable 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. ^[33]

El dióxido de carbono (CO ₂ ) es producido por el metabolismo en el cuerpo humano y puede causar intoxicación por dióxido de carbono . ^{[29] [34] [35]} Cuando el gas respirable se recicla en un rebreather o en un sistema de soporte vital , el dióxido de carbono se elimina mediante depuradores antes de que el gas se reutilice.

El monóxido de carbono (CO) es un gas altamente tóxico que compite con el dioxígeno para unirse a la hemoglobina, impidiendo así que la sangre transporte oxígeno (ver intoxicación por monóxido de carbono ). Generalmente se produce por combustión incompleta . ^{[1] [2] [5] [29]} Cuatro fuentes comunes son:

• Gases de escape de motores de combustión interna que contienen CO en el aire que se aspiran hacia un compresor de aire de buceo . El CO en el aire de admisión no puede detenerse con ningún filtro. Los gases de escape de todos los motores de combustión interna que funcionan con combustibles derivados del petróleo contienen algo de CO, y esto es un problema particular en los barcos, donde la entrada del compresor no se puede mover arbitrariamente tan lejos como se desee 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 para 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 el aceite puede (y generalmente lo hará) experimentar combustión, encendiéndose por la enorme relación de compresión y el consiguiente aumento de temperatura. Dado que los aceites pesados ​​no se queman bien, especialmente cuando no están atomizados correctamente, una combustión incompleta dará como resultado la producción de monóxido de carbono.
• Se cree ^{[ ¿quién? ] [ ¿ investigación original? ]} que un proceso similar puede ocurrir con cualquier material particulado que contenga materia "orgánica" (que contenga carbono), especialmente en cilindros que se utilizan para mezclas de gases hiperóxicos. Si fallan los filtros de aire del compresor, se introducirá polvo ordinario en el cilindro, que contiene materia orgánica (ya que normalmente contiene humus ). Un peligro más grave es que las partículas del aire en los barcos y las áreas industriales, donde se llenan los cilindros, a menudo contienen productos de combustión de partículas de carbono (estos son los que hacen que un trapo sucio se vuelva negro), y estos representan un peligro de CO más grave cuando se introducen en un cilindro. ^{[ cita requerida ]}

En general, se evita el monóxido de carbono en la medida de lo posible colocando la entrada de aire en un lugar no contaminado, filtrando las partículas del aire de entrada, utilizando un diseño de compresor adecuado y lubricantes apropiados, y garantizando que las temperaturas de funcionamiento no sean excesivas. Cuando el riesgo residual es excesivo, 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.

Los hidrocarburos (C _x H _y ) están presentes en los lubricantes y combustibles de los compresores . Pueden ingresar a los cilindros de buceo como resultado de contaminación, fugas, ^{[ aclaración necesaria ]} o debido a una combustión incompleta cerca de la entrada de aire. ^{[2] [4] [5] [29] [36]}

• Pueden actuar como combustible en la combustión aumentando el riesgo de explosión , especialmente en mezclas de gases con alto contenido de oxígeno.
• La inhalación de niebla de aceite puede dañar los pulmones y, en última instancia, provocar su degeneración con neumonía lipídica grave ^[37] o enfisema .

El proceso de compresión de gas en un cilindro de buceo elimina la humedad del gas. ^{[5] [29]} Esto es bueno para la prevención de la corrosión en el cilindro, pero significa que el buceador inhala gas muy seco. El gas seco extrae 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 . 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 la cal sodada , que elimina el dióxido de carbono, también devuelve la humedad al gas respirable, ^[9] y la humedad relativa y la temperatura del gas exhalado son relativamente altas y hay un efecto acumulativo debido a la re-inhalación. ^[38] En climas cálidos, el buceo en 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 descomprime al pasar por el regulador; Esto, junto con la reducción extrema de la temperatura, también debido a la descompresión, puede hacer que la humedad se solidifique en forma de hielo. Esta formación de hielo en un regulador puede provocar que las piezas móviles se atasquen y que el regulador falle o deje de fluir. Esta es una de las razones por las que los reguladores de buceo generalmente se construyen de latón y se croman (para protegerlos). El latón, con sus buenas propiedades de conducción térmica, conduce rápidamente el calor del agua circundante al aire frío recién descomprimido, lo que ayuda a evitar la formación de hielo.

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 respirables 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 los cilindros 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 . ^[9] 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 respirables. ^[4] Los métodos químicos y de otro tipo de detección de gases no se utilizan a menudo en el buceo recreativo, pero se utilizan para pruebas periódicas de calidad del aire respirable comprimido de los compresores de aire de buceo. ^[4]

Las normas de calidad de los gases respirables son publicadas por organizaciones nacionales e internacionales y pueden aplicarse en términos de legislación. En el Reino Unido, la Dirección de Salud y Seguridad indica que los requisitos de los gases respirables para buceadores se basan en la norma BS EN 12021:2014. Las especificaciones se enumeran 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 de alta y baja presión (suministro por encima y por debajo de 40 bar). ^[39]

El contenido de oxígeno es variable dependiendo de la profundidad de operación, pero la tolerancia depende del rango de fracción de gas, siendo ±0,25% para una fracción de oxígeno por debajo del 10% en volumen, ±0,5% para una fracción entre el 10% y el 20%, y ±1% para una fracción por encima del 20%. ^[39]

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 generalmente es un factor del punto de rocío . ^[39]

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 detección de contaminantes también se basa en la evaluación de riesgos. ^[39]

En Australia, la calidad del aire respirable está especificada en la Norma Australiana 2299.1, Sección 3.13 Calidad del gas respirable. ^[40]

La mezcla de gases (o mezclado de gases) de gases respirables para el buceo es el llenado de cilindros de gas con gases respirables distintos del aire .

El llenado de cilindros con una mezcla de gases presenta peligros tanto para el que lo realiza como para el buceador. Durante el llenado existe riesgo de incendio debido al uso de oxígeno y riesgo de explosión debido al uso de gases a alta presión. La composición de la mezcla debe ser segura para la profundidad y la duración de la inmersión planificada. Si la concentración de oxígeno es demasiado pobre, el buceador puede perder el conocimiento debido a la hipoxia y si es demasiado rica, puede desarrollar toxicidad por oxígeno . La concentración de gases inertes, como nitrógeno y helio, se planifica y se controla para evitar la narcosis por nitrógeno y la enfermedad por descompresión.

Los métodos utilizados incluyen la mezcla por lotes mediante presión parcial o por fracción de masa, y procesos de mezcla continua. Las mezclas completadas se analizan para determinar su composición, con el fin de garantizar la seguridad del usuario. La legislación puede exigir a los mezcladores de gases que demuestren su competencia si realizan el llenado para otras personas.

La densidad excesiva de un gas respirable puede aumentar el trabajo respiratorio a niveles intolerables y puede causar retención de dióxido de carbono a densidades más bajas. ^[6] El helio se utiliza como componente para reducir la densidad, así como para reducir la narcosis en profundidad. Al igual que la presión parcial, la densidad de una mezcla de gases es proporcional a la fracción volumétrica de los gases componentes y a la presión absoluta. Las leyes de los gases ideales son suficientemente precisas para los gases a presiones respirables.

La densidad de una mezcla de gases a una temperatura y presión determinadas 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 ^[41]

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 )

Los gases respirables para uso a presión ambiente reducida se utilizan para vuelos a gran altitud en aeronaves no presurizadas , en vuelos espaciales , particularmente en trajes espaciales , y para montañismo a gran altitud . En todos estos casos, la consideración principal es proporcionar una presión parcial adecuada de oxígeno. En algunos casos, al gas respirable se le agrega oxígeno para lograr una concentración suficiente, y en otros casos, el gas respirable puede ser oxígeno puro o casi puro. Se pueden utilizar sistemas de circuito cerrado para conservar el gas respirable, que puede estar en suministro limitado; en el caso del montañismo, el usuario debe llevar el oxígeno suplementario, y en los vuelos espaciales el costo de elevar masa a órbita es muy alto.

El uso médico de gases respirables distintos del aire incluye aplicaciones de oxigenoterapia y anestesia.

Las personas necesitan oxígeno para el metabolismo celular normal . ^[42] El aire normalmente contiene un 21 % de oxígeno por volumen. ^[43] Esto normalmente es suficiente, pero en algunas circunstancias el suministro de oxígeno a los tejidos se ve comprometido.

La terapia de oxígeno , también conocida como oxígeno suplementario, es el uso de oxígeno como tratamiento médico . ^[44] Esto puede incluir niveles bajos de oxígeno en sangre , toxicidad por monóxido de carbono , dolores de cabeza en racimo y para mantener suficiente oxígeno mientras se administran anestésicos inhalados . ^[45] El oxígeno a largo plazo suele ser útil en personas con niveles bajos de oxígeno crónicos, como en casos de EPOC grave o fibrosis quística . ^{[46] [44]} El oxígeno se puede administrar de varias formas, incluida la cánula nasal , la mascarilla facial y dentro de una cámara hiperbárica . ^{[47] [48]}

Las altas concentraciones de oxígeno pueden causar toxicidad por oxígeno, como daño pulmonar, o provocar insuficiencia respiratoria en personas predispuestas. ^{[45] [43]} También puede resecar la nariz y aumentar el riesgo de incendios en quienes fuman . La saturación de oxígeno objetivo recomendada depende de la afección que se esté tratando. En la mayoría de las afecciones se recomienda una saturación del 94-98%, mientras que en aquellos con riesgo de retención de dióxido de carbono se prefieren saturaciones del 88-92%, y en aquellos con toxicidad por monóxido de carbono o paro cardíaco la saturación debe ser lo más alta posible. ^[44]

El uso de oxígeno en medicina se volvió común alrededor de 1917. ^{[49] [50]} Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud . ^{[51] [52]} El costo del oxígeno domiciliario es de aproximadamente US$150 al mes en Brasil y US$400 al mes en los Estados Unidos. ^[46] El oxígeno domiciliario puede ser proporcionado por tanques de oxígeno o un concentrador de oxígeno . ^[44] Se cree que el oxígeno es el tratamiento más común que se administra en los hospitales del mundo desarrollado . ^{[53] [44]}

El método más común para la anestesia general es el uso de anestésicos generales inhalados. Cada uno tiene su propia potencia, que se correlaciona con su solubilidad en aceite. Esta relación existe porque los fármacos se unen directamente a las cavidades de las proteínas del sistema nervioso central, ^{[ aclaración necesaria ]} aunque se han descrito varias teorías sobre la acción de los anestésicos generales . Se cree que los anestésicos inhalados ejercen sus efectos sobre diferentes partes del sistema nervioso central. Por ejemplo, el efecto inmovilizador de los anestésicos inhalados resulta de un efecto sobre la médula espinal, mientras que la sedación, la hipnosis y la amnesia afectan a zonas del cerebro. ^{[54] : 515}

Un anestésico inhalatorio es un compuesto químico que posee propiedades anestésicas generales y que puede administrarse por inhalación. Entre los agentes de gran interés clínico contemporáneo se encuentran los agentes anestésicos volátiles , como el isoflurano , el sevoflurano y el desflurano , y los gases anestésicos, como el óxido nitroso y el xenón .

Los gases anestésicos son administrados por anestesistas (un término que incluye anestesiólogos , enfermeras anestesistas y asistentes de anestesiólogos ) a través de una máscara de anestesia, una vía aérea con máscara laríngea o un tubo traqueal conectado a un vaporizador de anestesia y un sistema de suministro de anestesia . La máquina de anestesia (inglés del Reino Unido) o máquina de anestesia (inglés de EE. UU.) o máquina de Boyle se utiliza para apoyar la administración de anestesia . El tipo más común de máquina de anestesia en uso en el mundo desarrollado es la máquina de anestesia de flujo continuo, que está diseñada para proporcionar un suministro preciso y continuo de gases médicos (como oxígeno y óxido nitroso ), mezclados con una concentración precisa de vapor anestésico (como isoflurano ), y entregarlo al paciente a una presión y flujo seguros. Las máquinas modernas incorporan un ventilador , una unidad de succión y dispositivos de monitoreo del paciente . El gas exhalado pasa a través de un depurador para eliminar el dióxido de carbono, y el vapor anestésico y el oxígeno se reponen según sea necesario antes de devolver la mezcla al paciente. ^{[ cita requerida ]}

• Ventilación mecánica  – Método para asistir o reemplazar mecánicamente la respiración espontánea
• Compresor de aire para buceo  : máquina que se utiliza para comprimir el aire respirable para uso de los buceadores.
• Cilindro de buceo  : recipiente para suministrar gas respirable a alta presión a los buceadores.
• Bomba de refuerzo  : máquina para aumentar la presión de un fluido.
• Gas industrial  – Materiales gaseosos producidos para su uso en la industria.

• Medios relacionados con Gases respiratorios en Wikimedia Commons
• Westfalen (2004). "Hoja informativa sobre Divox" (PDF) (en holandés). Westfalen. Archivado desde el original (PDF) el 24 de julio de 2011. Consultado el 29 de agosto de 2008 .
• Taylor, L. "Una breve historia del buceo con mezcla de gases" . Consultado el 29 de agosto de 2008 .
• OSHA. "Reglamento de buceo comercial (normas - 29 CFR) - Buceo con mezcla de gases - 1910.426". Departamento de Trabajo de los EE. UU., Administración de Seguridad y Salud Ocupacional . Consultado el 29 de agosto de 2008 .