La teoría de la descompresión es el estudio de la transferencia de los gases inertes que componen el gas que respiran los seres vivos, los cuales son transferidos de los pulmones a los tejidos y viceversa ante cambios en la presión ambiente. En el caso del buceo recreativo, o el trabajo subacuático, la presión ambiental será mayor que la presión en la superficie, pero los astronautas, alpinistas y viajeros en aeronavesVan Liew, HD; Conkin, J. (2007) A start toward micronucleus-based decompression models:Altitude decompression. Undersea and Hyperbaric Medical Society, Inc. Annual Scientific Meeting, 14–16 June 2007. Ritz-Carlton Kapalua Maui, Hawaii (http://www.uhms.org), http://archive.rubicon-foundation.org/xmlui/handle/123456789/5075 . Retrieved 26 November 2015 que no se presurizan a la presión del nivel del mar, están generalmente expuestos a presiones de ambiente inferior a la presión atmosférica o a la del nivel del mar estándar. En todos los casos, los síntomas causados por la descompresión se producen durante o dentro de un período relativamente corto de horas, en ocasiones tarda días, después de una reducción significativa de presión. El término "descompresión" deriva de la reducción de la presión ambiental experimentada por el organismo y se refiere tanto a la reducción de la presión y el proceso de permitir que los gases inertes sean disueltos o eliminados de los tejidos durante y después de la reducción de la presión. La absorción de gas por medio de los tejidos se define como un estado disuelto y la eliminación también requiere que el gas se disuelva, sin embargo, una reducción suficiente de la presión ambiental puede causar la formación de burbujas en los tejidos, lo cual puede conducir a daños en los tejidos y a síntomas que se conocen como enfermedad por descompresión, y también retrasa la eliminación del gas.
La teoría de la descompresión trata de explicar y predecir el mecanismo de eliminación de gases y la formación de burbujas en el organismo durante y después de los cambios en la presión ambiental, los modelos matemáticos intentan predecir los síntomas aceptablemente bajo riesgos y procedimientos factibles para deducir la descompresión en el campo, mismos modelos que actualmente se utilizan.
Introducción El gas se respira a presión ambiente, y parte de este gas se disuelve en la sangre y otros fluidos. El gas inerte se sigue tomado hasta que el gas disuelto en los tejidos entra en un estado de equilibrio con el gas en los pulmones, la presión ambiente se reduce hasta que los gases inertes disueltos en los tejidos están en una concentración mayor que el estado de equilibrio, y se empieza a expandir de nuevo.
La absorción de gases en los líquidos depende de la solubilidad del gas específico en un líquido específico, la concentración del gas medido habitualmente por la presión parcial, y la temperatura. La variable principal en el estudio de la teoría de la descompresión es la presión.
Una vez disuelto, la distribución del gas puede ser por difusión, donde no hay flujo en mayor parte del disolvente, o por perfusión, en el que el disolvente (de la sangre) circula alrededor del cuerpo del buceador, el gas se difunde a regiones locales donde hay concentración más baja. Dado un tiempo suficiente a una presión parcial específica en el gas de respiración, la concentración en los tejidos se estabilizará o satura a una velocidad que dependerá de la solubilidad, velocidad de difusión y la perfusión.
Si la concentración de gases inertes en la respiración se introduce por debajo de cualquiera de los tejidos, el gas tiende a volver, a partir de los tejidos. Esto se conoce como desgasificación, y se produce durante la descompresión, cuando hay reducción de la presión ambiente o un cambio de gas respiratorio, se reduce la presión parcial de gases inertes en los pulmones.
Las concentraciones combinadas de los gases en cualquier tejido, dependerá del registro de la composición y la presión de gas. En condiciones de equilibrio, la concentración total de los gases disueltos será menor que la presión ambiente, el oxígeno se metaboliza en los tejidos y el dióxido de carbono producido es mucho más soluble. Sin embargo, durante una reducción de la presión ambiente, la presión puede exceder la velocidad a la que el gas se puede eliminar por difusión y perfusión, si la concentración es demasiado alta puede llegar a una etapa en la que la formación de burbujas puede ocurrir y sobresaturar los tejidos. Cuando en una burbuja la presión de gas excede la presión externa en conjunto a la presión ambiente y la tensión superficial de la burbuja, la interfaz de líquido hace que las burbujas crezcan, y este crecimiento puede causar daños a los tejidos. Los síntomas causados por este daño se conocen como síndrome de la descompresión.
La tasa real de difusión, perfusión y la solubilidad de los gases en los tejidos específicos no se conocen en general y varía considerablemente. Sin embargo modelos matemáticos proponen su aproximación en un grado mayor o menor y estos modelos se utilizan para predecir la probabilidad de formación de burbujas producidas en una exposición de alta presión.
Dos conceptos bastante diferentes se han utilizado para el modelado de descompresión. El primer concepto supone que el gas disuelto se elimina, y en la fase disuelta las burbujas no se forman durante la descompresión asintomática. La segunda, que es apoyada por la observación experimental, supone que se forman burbujas durante la mayor parte de las descompresiones asintomáticas, y que la eliminación de gas debe tener en cuenta tanto las fases de burbujas disueltas como los modelos de descompresión que tienden a usar la teoría de la fase disuelta y a ajustarse mediante factores arbitrarios para reducir el riesgo de formación de burbujas sintomáticas. Los modelos de fase disuelta tienen de dos grupos principales: modelos de compartimentos paralelos, donde varios compartimentos con diferentes tasas de absorción de gas (media hora) se consideran independientes el uno del otro y la condición limitante es controlada por el compartimiento que se crea en un perfil de exposición específica. Estos compartimentos representan tejidos conceptuales y no están destinados a representar tejidos orgánicos específicos, solamente representan la gama de posibilidades para los tejidos orgánicos. El segundo grupo utiliza compartimentos en serie, donde se asume un gas a difundirse a través de un compartimento antes de que llegue el siguiente.
Una variación reciente sobre el modelo de compartimentos en serie es el modelo Goldman de compartimentos interconectados por sus siglas en inglés ICM.
Los modelos más recientes intentan denotar la dinámica de burbujas, también los modelos simplificados para facilitar el cálculo de tablas y más tarde para permitir predicciones en tiempo real durante una inmersión. Los modelos utilizados para aproximar la dinámica de burbujas son variados y van desde aquellos que son menos complejos que los modelos de fase disuelta, a los que requieren un mayor tipo de cálculo.
Ninguno de los modelos de descompresión se ha demostrado como una representación exacta de los procesos fisiológicos, aunque se han propuesto interpretaciones de los modelos matemáticos que corresponden con diversas hipótesis. Todos ellos son aproximaciones que predicen la realidad a una mayor o menor medida y son viables dentro de los límites de la calibración con los datos experimentales recogidos.
Física y fisiología de la descompresión La descompresión implica una compleja interacción en la solubilidad del gas, presión parcial y gradientes en la concentración, la difusión sirve como transporte a granel en la mecánica de burbujas en los tejidos vivos.
Solubilidad La solubilidad es la propiedad de un gas, líquido o sustancia sólida (el soluto) que tendrá lugar en la dispersión homogénea en forma de moléculas o iones en un medio líquido o sólido (el disolvente).
Teóricamente la descompresión de la solubilidad de los gases en líquidos es primordial,
y la solubilidad de gases en líquidos está influenciada por tres factores principales: La nomenclatura del líquido, disolvente y el soluto. Temperatura (los gases son menos solubles en agua pero pueden ser más solubles en disolventes orgánicos a temperaturas más altas.)John W. Hill, Ralph H. Petrucci, General Chemistry, 2nd edition, Prentice Hall, 1999. Presión (la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas en el líquido —la ley de Henry—) La presencia de otros solutos en el disolvente también puede influir en la solubilidad. + La solubilidad de los gases a los 37°C Gas Peso Molecular Solubilidad en agua Solubilidad del lípido Radio de solubilidad entre agua y lípido Hidrógeno 2 0.016 0.048 3.1 Helio 4 0.0085 0.015 1.7 Neón 20 0.0097 0.019 2.07 Nitrógeno 28 0.013 0.067 5.2 Oxígeno 32 0.024 0.12 5.0 Dióxido de carbono 44 0.56 0.876 1.6
Difusión La difusión es el movimiento de las moléculas o iones en un medio cuando no hay flujo de masa en el mismo y puede ocurrir en gases, líquidos o sólidos, o cualquier combinación.
La difusión es impulsada por la energía cinética de las moléculas, es más rápido en los gases y más lento en los sólidos cuando se compara con los líquidos debido a la variación en la distancia entre colisiones, la difusión es más rápido cuando la temperatura es más alta y cuando la energía entre las moléculas es mayor. La difusión también es más rápida en moléculas más pequeñas y ligeras, en las cuales el helio es el ejemplo extremo. La difusividad del helio es 2,65 veces más rápido que el nitrógeno.
Gradiente de presión parcial También conocido como gradiente de concentración, se puede utilizar como un modelo para el mecanismo de accionamiento de la difusión.
El gradiente de presión parcial es la variación de la presión (o la concentración) del soluto (gas disuelto) en un punto a otro en el disolvente. Las moléculas de soluto chocan al azar con las otras moléculas presentes y con el tiempo tienden a extenderse hasta la distribución uniforme estadísticamente. Esto tiene el efecto de que las moléculas se difunden desde las regiones de mayor concentración (presión parcial) a las regiones de menor concentración, y la velocidad de difusión es proporcional a la velocidad de cambio de la concentración.
Los tejidos en los que un gas inerte es más soluble, presentan un contenido de gas disuelto mayor que los tejidos en el que el gas es menos soluble.
Absorción de gas inerte (Ingassing) thumb|255x255px|alt=Graph showing dissolved gas concentration change over time for a step pressure increment in an initially saturated solvent. El gas inerte se refiere a un gas que no es metabólicamente activo, el nitrógeno atmosférico (N2) es el ejemplo más común y el helio (He) es otro gas inerte utilizado comúnmente en mezclas de respiración para los buceadores.
El nitrógeno atmosférico tiene una presión de aproximadamente 0,78bar a nivel del mar. El aire en los alvéolos de los pulmones se diluye por el vapor del agua saturada (H2O) y dióxido de carbono (CO2), un producto metabólico que se desprende de la sangre y contiene menos oxígeno (O2) que el aire atmosférico, parte de ella es absorbida por la sangre para su utilización metabólica. La presión parcial del nitrógeno resultante es de aproximadamente 0,758bar.
A presión atmosférica los tejidos del cuerpo se saturan con nitrógeno a 0.758bar (569mmHg).
Por el aumento de la presión ambiental debido a la profundidad o la presurización del hábitat, los pulmones del buceador se llenan de gas de respiración en el aumento de la presión, y las presiones parciales de los gases constituyentes se incrementará proporcionalmente.
Por ejemplo:
A 10 metros de agua de mar (RSU) la presión parcial de nitrógeno en el aire será de 1,58bar.