Un aparato de respiración o equipo de respiración es un equipo que permite a una persona respirar en un ambiente hostil donde de otra manera respirar sería imposible, difícil, dañino o peligroso, o ayuda a una persona a respirar. Un respirador , un ventilador médico o un resucitador también pueden considerarse aparatos respiratorios. El equipo que suministra o recicla gas respirable distinto del aire ambiente en un espacio utilizado por varias personas suele denominarse parte de un sistema de soporte vital , y un sistema de soporte vital para una persona puede incluir aparatos respiratorios, cuando el gas respirable se suministra específicamente al usuario en lugar de al recinto en el que el usuario es el ocupante.
Las series de respiración se pueden clasificar por tipo de varias formas:
La interfaz respiratoria del usuario es el sistema de suministro mediante el cual el aparato respiratorio guía el flujo de gas respirable hacia y desde el usuario. Es habitual algún tipo de máscara, capucha o casco, pero para algunas intervenciones médicas puede ser necesario un método invasivo.
Cualquier unidad determinada es miembro de varios tipos. El conocido equipo de buceo recreativo es un tipo de buceo submarino autónomo, de circuito abierto, suministrado según demanda, con aire almacenado a alta presión, presión ambiental, que se suministra a través de una boquilla asegurada con agarre de mordida.
Semánticamente , el término aparato respiratorio implica cualquier conjunto de equipos y materiales específicamente destinados a posibilitar o facilitar la respiración, que podría incluir equipos tan básicos como un snorkel o una vía aérea artificial , o tan complejos como una máquina de anestesia o un traje espacial . El uso real varía, y aparato respiratorio, equipo respiratorio, ventilador y respirador tienen significados similares y superpuestos que varían según las fuentes elegidas. [1] Equipo de respiración parece ser un sinónimo secundario de aparato de respiración, ya que todas las búsquedas en Internet parecen redirigirse a aparatos de respiración. Según Merriam-Webster , un ventilador puede ser un dispositivo médico para proporcionar respiración asistida artificialmente o un equipo para hacer circular aire fresco a través de un espacio, mientras que un respirador suele ser una máscara que se usa para proteger al usuario de las partículas contaminantes en el aire, pero puede También significa un dispositivo para proporcionar respiración artificial. El uso en el sentido de máscara filtrante se remonta a principios del siglo XIX y el sentido de respiración artificial data de la segunda mitad del siglo XIX, por lo que ambos están bien establecidos. [1]
El Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido (HSE) distingue entre respiradores y aparatos respiratorios. Los respiradores se describen como dispositivos de filtrado , que pueden funcionar con energía, utilizando un motor para hacer pasar el aire ambiente a través del filtro, o sin energía, dependiendo de la respiración del usuario para aspirar aire ambiente a través del filtro. Las características distintivas de un respirador en este contexto parecen ser que el aire no se comprime significativamente en ningún momento, se filtra y se encuentra aproximadamente a la presión ambiental. La definición de HSE para aparatos respiratorios es que utilizan un suministro de gas de calidad respirable de una fuente independiente, como compresores de aire o cilindros de gas comprimido. En este caso se implica la compresión del gas suministrado en algún momento. Tanto los respiradores como los aparatos respiratorios están clasificados como equipos de protección respiratoria por parte del HSE. [2]
Vocabulary.com describe un aparato respiratorio como "un dispositivo que facilita la respiración en casos de insuficiencia respiratoria", que es una descripción funcional de un ventilador médico o un resucitador. [3]
El Diccionario McGraw-Hill de términos científicos y técnicos define el aparato respiratorio como "Un aparato que permite a una persona funcionar en gases o fluidos irrespirables o venenosos; contiene un suministro de oxígeno y un regenerador que elimina el dióxido de carbono exhalado", que es la descripción. de cualquier tipo o aplicación de rebreather. [4]
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU . (OSHA) utiliza la fuente del gas respirable para distinguir entre tipos de aparatos respiratorios y considera que los respiradores son un tipo o clase de aparatos respiratorios: [5]
Un respirador que suministra atmósfera es un aparato respiratorio que suministra al usuario gas respirable desde una fuente independiente de la atmósfera ambiental, como los respiradores con suministro de aire (SAR) y los aparatos respiratorios autónomos (SCBA). [5]
Un aparato respiratorio autónomo (SCBA) es un tipo de aparato respiratorio que suministra atmósfera en el que el usuario lleva la fuente de gas respirable. [5]
Un respirador con suministro de aire (SAR), o respirador de línea aérea, es un tipo de aparato respiratorio que suministra atmósfera y que utiliza una manguera para suministrar gas respirable desde una fuente que no es transportada por el usuario. [5]
Un respirador purificador de aire es un aparato respiratorio que utiliza un filtro, cartucho o recipiente para eliminar contaminantes del aire específicos al hacer pasar aire ambiente a través del componente purificador de aire. [5] No se hace ninguna distinción según el mecanismo por el que el aire pasa a través del componente purificador: pueden ser los pulmones del usuario o un dispositivo mecánico.
La fuente de gas respirable puede ser la atmósfera ambiental, aire comprimido suministrado desde un compresor de baja presión en tiempo real, aire enriquecido con oxígeno suministrado desde un concentrador de oxígeno, aire comprimido almacenado a alta presión, aire comprimido supercrítico , [6] oxígeno o mezclas de gases. , oxígeno líquido , oxígeno generado químicamente o una combinación de la atmósfera ambiental y otra de estas fuentes.
Los aparatos respiratorios se pueden clasificar según si el gas se usa una sola vez, luego se descarga como desecho en un circuito abierto o se recicla en gran medida en un sistema de rebreather de circuito cerrado o semicerrado.
Un aparato respiratorio de circuito abierto es cualquier aparato respiratorio que no recicla nada del gas respirable y lo descarga todo al entorno. [7] Los aparatos respiratorios de circuito abierto pueden clasificarse además como de flujo continuo (o de flujo libre), en los que el gas fluye hacia el usuario a un caudal constante y una parte se inhala al pasar, o se suministra según la demanda, en el que el flujo se activa mediante una diferencia de presión causada por la inhalación, y se detiene automáticamente cuando no hay demanda. [8] El suministro de demanda se puede clasificar además como sistemas de presión positiva y negativa, según la presión mantenida cuando se detiene el flujo y si la presión del gas respirable en el aparato cae alguna vez por debajo de la presión ambiental. Los sistemas de circuito abierto sin mezcla durante la entrega son simples y el gas suministrado es consistente y confiable.
Tanto el suministro de flujo constante como el de demanda también pueden proporcionar gas de dos fuentes, una de ellas es la atmósfera ambiental, en lo que generalmente se conoce como suministro de oxígeno suplementario, utilizado frecuentemente con fines médicos donde el usuario corre riesgo de sufrir hipoxia médica, y en altitudes elevadas donde la presión parcial de oxígeno es naturalmente baja. [9]
Los equipos de respiración de circuito cerrado y semicerrado, también conocidos como rebreathers y extensores de gas , son aparatos respiratorios que absorben el dióxido de carbono del aliento exhalado del usuario y le añaden oxígeno, lo que permite reciclar el oxígeno y el diluyente no utilizados (si están presentes). Se puede utilizar un sistema de rebreather para cualquier aplicación de un equipo de respiración de gas suministrado. Puede ser más complejo que el circuito abierto si es necesario controlar la mezcla y, para aplicaciones de resistencia corta, puede ser más pesado. Puede haber un mayor riesgo de incendio debido a la alta concentración de oxígeno. En otras aplicaciones, cuando se requiere una larga resistencia y un peso razonablemente ligero, puede permitir un gran ahorro de gas y ser mucho más simple o liviano que la opción equivalente de circuito abierto. Los sistemas de rebreather pueden ser de circuito cerrado o semicerrado, tener una configuración de trayectoria de flujo de péndulo o de circuito , y el gas puede circular mediante la respiración del usuario a través de válvulas antirretorno (casi todas las unidades autónomas), mediante la energía. del gas fresco inyectado (Dräger Modell 1915 "Bubikopf", DM20 y DM40, [10] y extensores de gas para cascos de helio Mk V de la Marina de los EE. UU., [11] ), o por una entrada de energía externa (el oxígeno en un traje espacial se circulado por un ventilador eléctrico). [12] Cuando se alimentan mediante esfuerzo respiratorio, las unidades de rebreather tendrán un trabajo respiratorio elevado, particularmente con altas densidades de gas a gran profundidad, lo cual es un factor limitante para los rebreathers de buceo, incluso cuando el diluyente es helio. [13]
Los aparatos respiratorios también pueden clasificarse como autónomos, donde todo lo lleva el usuario, o se suministran de forma remota, con una manguera para suministrar gas desde el panel de suministro y, en algunos casos, una manguera de retorno para el gas exhalado. [14]
Las aplicaciones suministradas de forma remota incluyen:
Las aplicaciones autónomas incluyen:
La interfaz respiratoria del usuario, también conocida comúnmente como pieza facial, es el sistema de suministro mediante el cual el aparato respiratorio controla el flujo de gas respirable hacia y desde el usuario. La elección del tipo de interfaz y el ajuste pueden influir significativamente en la comodidad, la eficacia, el confort y, en ocasiones, la seguridad. Se utilizan varios tipos: [18]
Una cánula nasal es relativamente discreta y se usa ampliamente para oxígeno suplementario. La versión básica se utiliza para suministrar oxígeno suplementario de flujo continuo a velocidades de 1 a 6 litros por minuto. Tiene dos puntas cortas que encajan en las fosas nasales para el parto, que están conectadas a un tubo común, que generalmente se engancha sobre las orejas como soporte. [19] La cánula de depósito más compleja es un dispositivo de administración de oxígeno suplementario que conserva el oxígeno y que acumula oxígeno de flujo constante en un pequeño depósito debajo de la nariz durante la exhalación y lo administra en un bolo al comienzo de la siguiente inhalación, lo que garantiza que la mayor parte del mismo. Llega a las partes del pulmón en las que se produce el intercambio de gases y una pequeña cantidad se desperdicia en el espacio muerto. [20]
Una mascarilla nasal cubre la nariz y sella el labio superior, los lados de la nariz y el puente de la nariz. [18]
Una mascarilla de almohada nasal sella el borde de las fosas nasales. Se utiliza en pacientes estables con trastornos respiratorios del sueño. [18]
Una vía aérea artificial utiliza un dispositivo médico para proporcionar una vía aérea permeable. Esto requiere la intervención de una persona competente y puede ser supraglótico, infraglótico o colocado quirúrgicamente. Estas aplicaciones se utilizan principalmente en medicina y cirugía de emergencia.
Una boquilla , generalmente sujeta en su lugar mediante una mordida y sellada por los labios, es común en los equipos de buceo, snorkels y algunos tipos de aparatos de respiración de escape. [21] Una boquilla es simple y efectiva, con un espacio muerto mínimo y sella de manera confiable sin necesidad de ajuste, pero el usuario debe mantenerla activamente en su lugar y puede causar fatiga en la mandíbula durante períodos prolongados. Una boquilla solo permite respirar por la boca el gas administrado y puede ser necesario bloquear la nariz para evitar el bypass. Una boquilla hace que el habla inteligible sea difícil o imposible, y para comer o beber es necesario retirarla temporalmente.
Una mascarilla bucal se coloca dentro de la boca entre los dientes y los labios, con una guía para evitar que la lengua obstruya las vías respiratorias. No se utilizan con frecuencia. [18]
Una mascarilla respiratoria, también llamada pieza facial, es un componente que cubre la boca y la nariz, a veces también los ojos y otras partes de la cara, y puede sellarse contra la cara. Una máscara respiratoria suele ser eficaz, permite respirar por la boca y la nariz y, por lo general, puede sellarse adecuadamente sin esfuerzo por parte del usuario. Se encuentra disponible una amplia gama de diseños según la aplicación. Las desventajas son que el usuario no puede comer ni beber mientras la máscara está colocada, y algunos modelos pueden interferir con el habla, mientras que otros pueden tener un espacio muerto relativamente grande. Se distinguen tres configuraciones básicas según el área que cubren.
La mascarilla orinasal, también llamada oronasal, buconasal o cuarta mascarilla, cubre la boca y las fosas nasales y sella la parte frontal de la cara en el puente y los lados de la nariz, la boca y el mentón con poco espacio muerto. [18]
La media máscara se extiende por debajo de la barbilla y la máscara facial completa cubre los ojos así como la nariz y la boca, y puede tener un espacio muerto tan grande que se proporciona una máscara orinasal interior para reducir el espacio muerto.
Una mascarilla facial completa generalmente solo se usa cuando es necesario incluir los ojos en el espacio protegido y, a menudo, incluye una mascarilla urinaria interna para reducir el espacio muerto.
Una capucha respiratoria es un tipo de interfaz respiratoria que cubre completamente la cabeza y el cuello, y opcionalmente los hombros o la parte superior del torso, [22] con una bolsa holgada, que puede tener un sello en el cuello o ajustarse relativamente cerca del cuello o espalda. Se utilizan en aparatos respiratorios de escape de varios tipos ( campanas de escape ), [23] y como vía para oxígeno suplementario ( campanas de oxígeno ). Las capuchas respiratorias con viseras de longitud completa se usan comúnmente con respiradores con suministro de aire de flujo libre para trabajos industriales como pintura en aerosol, construcción de barcos y talleres de carpintería. [24]
Un casco respiratorio generalmente se define como una interfaz de usuario respiratoria rígida que cubre la cabeza y que también brinda protección contra impactos y penetraciones. [22] En terminología médica, un casco respiratorio es sinónimo de una capucha respiratoria y no necesita tener ninguna estructura protectora rígida. [25] [18]
Los aparatos respiratorios se pueden utilizar en varios regímenes de presión: hiperbárico para buceo, túneles y trabajos de cajones , normobárico cuando la atmósfera ambiental es irrespirable o se necesita oxígeno suplementario por razones médicas, e hipobárico en altitudes elevadas y en el espacio.
Los aparatos respiratorios a gran altitud se utilizan para actividades aeronáuticas y de montañismo sin presión (presión ambiental) donde el contenido de oxígeno de la atmósfera natural es insuficiente para mantener la actividad física, la conciencia o la vida, pero la presión atmosférica es suficiente para que no se necesite un traje presurizado.
En esta aplicación se han utilizado equipos de circuito abierto y rebreather, donde el equipo proporciona oxígeno puro u oxígeno suplementario. Las fugas menores en cualquier dirección generalmente solo afectan la eficiencia y la resistencia del gas, ya que el aire ambiente generalmente solo es hipóxico debido a la baja presión ambiental. [9]
Los aparatos de respiración se utilizan para escape y rescate de minas, extinción de incendios o para trabajar en atmósferas hipóxicas o tóxicas a presiones cercanas a la presión atmosférica normal . Estos pueden suministrar gas respirable con una ligera sobrepresión, también conocida como presión positiva , para evitar la contaminación por el gas ambiental, ya que las fugas del equipo de respiración generalmente son menos dañinas que respirar el gas ambiental.
Esta subclase incluye unidades autónomas y suministradas por líneas aéreas, y las unidades autónomas pueden utilizar tecnología de rebreather para ampliar la resistencia al gas.
Un equipo de respiración destinado a ser utilizado en ambientes hiperbáricos no debe suministrar gas con una concentración tóxica de oxígeno . [21] La mayoría de los equipos de respiración para uso hiperbárico son aparatos de respiración subacuáticos a presión ambiente, pero pueden ser necesarios aparatos de respiración en un túnel o cajón presurizado debido a la contaminación por materiales peligrosos. Las fugas menores al medio ambiente suelen tener poca importancia.
Los sistemas de circuito abierto y cerrado, autónomos y con suministro remoto son todos de uso común, pero la elección de la composición del gas se complica por la posibilidad de toxicidad del oxígeno y los requisitos de descompresión. Las posibilidades de narcosis por nitrógeno y la densidad excesiva del gas que causan un trabajo respiratorio inaceptablemente alto hacen que el uso de helio como diluyente sea necesario para su uso a mayores profundidades. El amplio rango de presiones posibles complica la descompresión necesaria para evitar la enfermedad por descompresión , y el uso de mezclas de gases especiales para acelerar la descompresión es bastante común. Esto requiere que el buzo utilice varias mezclas a diferentes profundidades, que podrían ser tóxicas si se usan a la profundidad incorrecta, o utilizar aparatos de circuito cerrado que proporcionen un control y seguimiento fiables de la mezcla de gases. Como un mal funcionamiento que corta el suministro de gas respirable a un buceador en profundidad podría ser rápidamente fatal, se puede llevar un aparato de respiración de rescate además del suministro de gas primario. [14]
En presiones ambientales extremas, el usuario debe estar aislado del entorno para sobrevivir, como en los trajes de buceo de una sola atmósfera , donde el ocupante se mantiene a la presión atmosférica de la superficie, aislado de la alta presión ambiental del entorno submarino profundo, y los trajes presurizados y Trajes espaciales donde el interior del traje está presurizado por encima de la presión ambiental externa. En estas aplicaciones es habitual utilizar sistemas de rebreather de oxígeno, ya que son relativamente seguros, simples y eficientes en comparación con los de circuito abierto, y no afectan inherentemente la presión interna del traje. El aire líquido también se ha utilizado para los trajes espaciales, [26] lo que implica una presión interna del traje cercana a la presión atmosférica normal y un circuito abierto. Las fugas hacia o desde el ambiente exterior generalmente indican una falla del sistema y una emergencia. [27]
Los sistemas de presión positiva y negativa pueden tener significados ligeramente diferentes en el contexto de los aparatos respiratorios dependiendo de si el contexto es de aplicaciones médicas o no médicas.
En este contexto, estos términos se refieren a la protección del circuito respiratorio contra fugas de contaminantes.
La presión positiva significa que el área alrededor de la boca o la nariz dentro de la pieza facial permanece ligeramente más alta que la presión ambiental fuera de la pieza facial del aparato respiratorio en todo momento mientras está en uso, de modo que el gas o líquido ambiental no pueda filtrarse al espacio para respirar. [5] Esto también tiene el efecto fisiológico de ayudar a la inhalación y resistir la exhalación, pero no debería afectar el trabajo total de la respiración.
Presión negativa significa que la presión dentro de la pieza facial es menor que la presión ambiental fuera de la pieza facial en algún momento durante la inhalación, y se requiere un buen sellado en la pieza facial para evitar fugas del gas o líquido ambiental al espacio para respirar. [5] Esta compensación de presión suele ser constante durante todas o varias respiraciones, según la causa, y tiene el efecto opuesto de ayudar a la exhalación y resistir la inhalación, además sin ningún efecto neto sobre el trabajo respiratorio total.
La presión ambiental bajo el agua varía con la profundidad, y la actitud del buzo en el agua puede afectar la variación de presión entre los pulmones y el gas entregado en la boquilla hasta aproximadamente 250 mm de agua (25 mb), pero generalmente menos, lo que puede ser positivo o negativo dependiendo de la posición relativa de los pulmones con respecto a la válvula de demanda, la válvula de escape de un casco de flujo libre o el contrapulmón de un rebreather. También llamada carga pulmonar estática positiva y carga pulmonar estática negativa [13]
En este contexto, los términos se refieren al mecanismo de inducir la inhalación en una persona que no respira espontáneamente.
La ventilación con presión positiva ocurre cuando el gas respirable se administra a una presión superior a la ambiental y se sopla gas hacia las vías respiratorias, inflando los pulmones. Este sistema es utilizado por la mayoría de los ventiladores y resucitadores mecánicos.
La ventilación con presión negativa ocurre cuando el torso del paciente está sujeto a una presión externa por debajo de la presión ambiental, y el aire a presión ambiental es atraído hacia los pulmones por la diferencia de presión inducida por la expansión del tórax. El equipo se conoce tradicionalmente como pulmón de acero .
Los equipos de respiración se pueden utilizar para el suministro de gas respirable en una variedad de aplicaciones donde el entorno no proporciona el gas respirable adecuado:
Un aparato de respiración subacuático es cualquier aparato de respiración destinado a permitir al usuario respirar bajo el agua e incluye equipos de buceo de circuito abierto, respiradores de buceo y equipos de buceo suministrados desde la superficie, y sistemas tanto de presión ambiental como de atmósfera única. [14]
Las principales categorías de aparatos respiratorios subacuáticos a presión ambiental son:
También se pueden identificar otros dos tipos:
Se debe suministrar gas respirable para trabajos en atmósferas normobáricas irrespirables, que pueden ser tóxicas, irritantes, narcóticas o hipóxicas, y pueden incluir trabajos de extinción de incendios, control de daños, exploración y rescate, y en ambientes normobáricos donde la contaminación de la persona (entornos peligrosos) o se debe evitar el medio ambiente ( sala limpia ). Se pueden utilizar sistemas de circuito abierto y rebreather, y se utilizan sistemas autónomos (SCBA) y de suministro remoto, según los requisitos de movilidad. Puede ser apropiado un equipo de presión positiva o negativa, dependiendo de lo que se deba proteger de la contaminación.
Un respirador con suministro de aire (SAR), también llamado respirador de línea aérea, es un tipo de equipo de protección respiratoria que se utiliza cuando la atmósfera ambiental no es adecuada para respirar directamente o después de filtrar al usuario. [28] [29] El equipo puede proporcionar aire según demanda, a presión positiva, o puede suministrar un flujo constante a una tasa mayor que la tasa de demanda máxima del usuario.
Dependiendo de la naturaleza de la atmósfera peligrosa, es posible que el usuario necesite usar equipo de protección personal para aislar todo el cuerpo del medio ambiente ( traje para materiales peligrosos ).
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Los aparatos de respiración de escape son una clase de aparatos de respiración autónomos que suministran atmósfera o purifican el aire para uso en emergencias, destinados a permitir al usuario pasar a través de áreas sin una atmósfera respirable hasta un lugar de relativa seguridad donde el aire ambiente es seguro para respirar. Estos son sistemas de presión ambiental e incluyen:
Los primeros equipos de escape eran a menudo rebreathers y normalmente se usaban para escapar de submarinos que no podían salir a la superficie. Los equipos de escape también se utilizan en tierra, en la industria minera y por el ejército para escapar de los tanques.
El pequeño dispositivo de respiración para tripulaciones de helicópteros de buceo de circuito abierto tiene el propósito similar de proporcionar gas respirable para escapar de un helicóptero abandonado.
Otro tipo de equipo de respiración de emergencia, que se suministra de forma remota, son los sistemas de respiración integrados en submarinos y cámaras hiperbáricas.
Un sistema de respiración incorporado es una fuente de gas respirable instalada en un espacio confinado donde puede ser necesaria una alternativa al gas ambiental para tratamiento médico, uso de emergencia o para minimizar un peligro. Se encuentran en cámaras de buceo , cámaras de tratamiento hiperbárico y submarinos .
El uso en cámaras de tratamiento hiperbárico suele ser para suministrar un gas de tratamiento rico en oxígeno que, si se utiliza como atmósfera de la cámara, constituiría un riesgo de incendio inaceptable . [30] [31] En esta aplicación, los gases de escape se ventilan fuera de la cámara. [30] En las cámaras de buceo de saturación y en las cámaras de descompresión de superficie la aplicación es similar, pero otra función es el suministro de gas respirable en caso de contaminación tóxica de la atmósfera de la cámara. [30] Esta función no requiere ventilación externa, pero normalmente se utiliza el mismo equipo para el suministro de gases enriquecidos con oxígeno, por lo que generalmente se ventilan al exterior.
En los submarinos la función es suministrar un gas respirable en caso de emergencia, que puede ser una contaminación de la atmósfera interna del ambiente o una inundación. En esta aplicación, la ventilación hacia el interior es aceptable y generalmente la única opción factible, ya que el exterior suele tener una presión más alta que el interior y la ventilación externa no es posible por medios pasivos.
El oxígeno de emergencia suministrado a los pasajeros de aviones comerciales que han perdido presión en la cabina es también una forma básica de sistema de respiración incorporado, en el que el oxígeno se genera y se suministra como un flujo constante durante un período limitado, que debería ser suficiente para permitir que el avión descender de forma segura a una altitud donde el contenido de oxígeno del aire ambiente sea suficiente para mantener la conciencia.
Las campanas antihumo y otros respiradores de escape se utilizan en muchos entornos industriales donde pueden ser necesarios para evacuar un edificio en caso de incendio u otro incidente que pueda comprometer la calidad del aire ambiente, pero es probable que quede suficiente oxígeno para mantener la actividad necesaria.
Los aparatos de respiración de emergencia y de escape pueden proporcionar aire ambiental purificado cuando tenga suficiente oxígeno y sea razonablemente posible purificarlo, o pueden suministrar gas respirable almacenado que se sepa que es respirable.
El oxígeno suplementario es oxígeno adicional al disponible en el aire atmosférico a la presión ambiental. Esto puede ser necesario o deseable en entornos hipobáricos o con fines médicos en cualquier régimen de presión. Con oxígeno suplementario, el caudal suele estar estipulado, pero es la presión parcial en los alvéolos lo que es importante para lograr el resultado deseado, y eso depende en gran medida del sistema de suministro del aparato respiratorio y de la presión ambiental. Los sistemas que proporcionan un flujo constante de oxígeno de circuito abierto en la nariz o la boca desperdiciarán una gran cantidad de gas en el espacio muerto y durante la exhalación.
Un rebreather 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 uso del oxígeno almacenado depende de dónde se utiliza. Es más aplicable donde no es posible utilizar gas ambiental enriquecido, ya sea porque no lo hay (bajo el agua y en el espacio), porque su presión es demasiado baja (altitud extrema), porque no contiene una presión parcial útil de oxígeno, 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 hasta los alvéolos, donde se produce la transferencia de gas. Esto es durante la primera parte de la inhalación. El oxígeno entregado más adelante en el ciclo será inhalado hacia el espacio muerto fisiológico , donde no tiene ningún propósito útil ya que no puede difundirse a la sangre. El oxígeno entregado durante las etapas del ciclo respiratorio en las que no se inhala también se desperdicia, a menos que se almacene temporalmente. [32]
Un caudal constante y continuo administrado a la boca y la nariz utiliza un regulador simple, pero es ineficiente ya que un alto porcentaje del gas administrado 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 etapas de reposo y exhalación ( cánulas reservorio , máscaras con rebreather parcial y máscaras sin rebreather ) hace que una mayor parte del oxígeno esté disponible para la inhalación, y será inhalado selectivamente durante la parte inicial de la inhalación. , que llega más profundamente a los pulmones y también puede recuperar el volumen inhalado en el espacio muerto para reutilizarlo en la siguiente respiración si la bolsa reservorio puede acomodarlo. El caudal debe coincidir con el volumen de almacenamiento de la interfaz respiratoria y el volumen corriente y la frecuencia respiratoria del usuario para una mejor eficiencia, y el volumen corriente y la frecuencia respiratoria pueden variar considerablemente durante un período corto con cambios en el esfuerzo, por lo que estos métodos no son muy eficaz para un usuario activo.
El suministro 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 adecuadamente calibrado, puede conservar una gran proporción del oxígeno almacenado, pero aún así desperdicia oxígeno para llenar los espacios muertos anatómicos y mecánicos, y requiere algún esfuerzo físico por parte del usuario.
Desde la década de 1980, existen dispositivos que conservan el oxígeno almacenado entregándolo durante la etapa del ciclo respiratorio en la que se utiliza con mayor eficacia. Esto tiene el efecto de que el oxígeno almacenado dure más tiempo, o que sea factible un sistema portátil de suministro de oxígeno más pequeño y, por tanto, más ligero. Esta clase de dispositivo también se puede utilizar con concentradores de oxígeno portátiles, haciéndolos más eficientes. [32]
Un dispositivo de conservación de oxígeno con dosis de pulso (o dispositivo de pulso a demanda) detecta el inicio de la inhalación y proporciona un bolo medido que, si se ajusta correctamente a los requisitos, será suficiente y se inhalará eficazmente en los alvéolos. Estos sistemas pueden controlarse neumática o eléctricamente. [32]
Los sistemas de demanda adaptativos son un desarrollo en la entrega de demanda por pulsos. Son dispositivos que ajustan automáticamente el volumen del bolo pulsado 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 tasa de ejercicio. [32] El gas exhalado de estos dispositivos se descarga al medio ambiente y el oxígeno se pierde, por lo que son menos eficientes que los rebreathers de circuito cerrado, pero no tienen un depurador de dióxido de carbono ni contrapulmones, lo que supone un ahorro de peso. y a granel, y utilizan el oxígeno disponible en el aire ambiente, por lo que su eficiencia es mejor en altitudes más bajas.
Los aparatos respiratorios para montañismo proporcionan oxígeno en una concentración más alta que la disponible en el aire atmosférico en un ambiente naturalmente hipóxico. Debe ser ligero y fiable en condiciones de frío extremo, incluso sin asfixiarse con la escarcha depositada por el gas exhalado, que está saturado con vapor de agua a la temperatura corporal. [33]
Tanto el oxígeno generado químicamente como el gas comprimido se han utilizado en sistemas experimentales de montañismo con oxígeno de circuito cerrado, pero también se ha utilizado un circuito abierto, aunque relativamente derrochador, ya que el equipo es confiable. [34] [9] Para montañismo a gran altura donde el usuario tiene que transportar el oxígeno almacenado, se puede utilizar un circuito abierto a demanda o un circuito cerrado para maximizar la resistencia del conjunto. [9]
Respirar oxígeno puro produce una presión parcial elevada de oxígeno en la sangre: un escalador que respira oxígeno puro en la cima del Monte Everest tiene una presión parcial de oxígeno arterial mayor que respirar aire al nivel del mar. Esto se traduce en poder realizar un mayor esfuerzo físico en altura. La reacción exotérmica de absorción 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 por parte del usuario.
Los aviones sin presión y el paracaidismo a gran altura tienen requisitos y entorno de trabajo similares a los del montañismo, pero el peso es un problema menor. [9]
La oxigenoterapia es el uso de oxígeno suplementario como terapia médica . [35] Las indicaciones agudas para la terapia incluyen hipoxemia (niveles bajos de oxígeno en la sangre), toxicidad por monóxido de carbono , cefalea en racimos y enfermedad por descompresión . También se puede administrar de forma profiláctica para mantener los niveles de oxígeno en sangre durante la inducción de la anestesia . [36] La oxigenoterapia suele ser útil en la hipoxemia crónica causada por afecciones como la EPOC grave o la fibrosis quística . [37] [35] Las presiones parciales administradas varían desde caudales bajos que dan ligeros aumentos con respecto al aire ambiente hasta 2,8 bar absolutos utilizados en el tratamiento con oxígeno hiperbárico de enfermedades por descompresión y algunas otras indicaciones. El oxígeno se puede administrar a pacientes que respiran espontáneamente a través de una cánula nasal , una mascarilla , una vía aérea artificial o mediante una máscara de demanda incorporada en el sistema de respiración o una campana de oxígeno en una cámara hiperbárica . [38] [39] La entrega puede realizarse mediante flujo continuo, mediante bolsa-reservorio-máscara , bajo demanda o bajo demanda por pulsos . [32]
Los pacientes que no pueden respirar lo suficiente por sí mismos reciben gas respirable mediante un ventilador o un resucitador.
Una máquina de anestesia ( inglés británico ) o máquina de anestesia ( inglés americano ) es un dispositivo médico utilizado para generar y mezclar un flujo de gas fresco de gases médicos y agentes anestésicos inhalados con el fin de inducir y mantener la anestesia .
La máquina de anestesia se utiliza comúnmente junto con un ventilador mecánico , un sistema de respiración , un equipo de succión y dispositivos de monitoreo del paciente ; estrictamente hablando, el término "máquina de anestesia" se refiere sólo al componente que genera el flujo de gas, pero las máquinas modernas suelen integrar todos estos dispositivos en una unidad independiente combinada, a la que coloquialmente se le llama máquina de anestesia en aras de la simplicidad. En el mundo desarrollado, el tipo más frecuente en uso es la máquina de anestesia de flujo continuo , que está diseñada para proporcionar un suministro de gases médicos mezclados con una concentración precisa de vapor anestésico, y para administrarlo continuamente al paciente a una presión segura. y fluir. Esto se diferencia de las máquinas de anestesia de flujo intermitente , que proporcionan flujo de gas sólo según demanda cuando son activadas por la propia inspiración del paciente.
La ventilación mecánica es el suministro de gas respirable al usuario por medio del ventilador o resucitador, cuando el usuario no puede proporcionar las fuerzas impulsoras para inducir el flujo de gas. Esta ventilación artificial es una característica de la reanimación y puede ser proporcionada por ventiladores médicos cuando sea necesario. Se pueden distinguir dos tipos básicos de ventilación mecánica según el mecanismo de limitación. Algunos están controlados por presión, en los que la administración se detiene cuando se alcanza una presión límite, y otros están controlados por volumen, en los que se administra un volumen determinado para cada respiración. Ambos métodos tienen limitaciones y pueden funcionar de manera subóptima en algunas circunstancias. [40]
Un ventilador es un tipo de equipo que proporciona ventilación mecánica moviendo aire respirable dentro y fuera de los pulmones , para administrar aire a un paciente que no puede respirar físicamente o que respira de manera insuficiente. Los ventiladores son máquinas computarizadas controladas por microprocesador , pero los pacientes también pueden ser ventilados con una simple máscara de válvula de bolsa accionada manualmente . Los ventiladores se utilizan principalmente en medicina de cuidados intensivos , atención domiciliaria y medicina de emergencia (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 mantenerlos oxigenados y vivos. [41] Hay tres tipos básicos: una versión manual (también conocida como máscara de válvula de bolsa ) que consiste en una máscara y una pera de plástico grande apretada a mano usando aire ambiente o con oxígeno suplementario de un tanque de alta presión. El segundo tipo es el resucitador de aire espirado o de respiración, y el tercer tipo es un resucitador de oxígeno . Estos funcionan mediante gas presurizado suministrado por un regulador y pueden controlarse de forma automática o manual. El tipo más popular de resucitador a gas son los ventiladores de volumen controlado y cíclicos por tiempo (o ventiladores de volumen constante). En los primeros días de los servicios de emergencia prehospitalarios, los dispositivos de ciclos de presión como el Pulmotor eran populares pero daban resultados menos satisfactorios. La mayoría de los resucitadores modernos están diseñados para permitir que el paciente respire por sí solo si recupera la capacidad de hacerlo. Todos los dispositivos de reanimación deben poder administrar más del 85 % de oxígeno cuando haya una fuente de gas disponible. [ cita necesaria ]
Existe una superposición considerable entre ventilador y resucitador . La diferencia puede estar principalmente en la forma en que se utiliza el equipo.
Hay tres modos de ventilación mecánica, que son las formas en que un ventilador médico administra una respiración: en el modo de control, cada respiración se administra mecánicamente, pero puede activarse mediante un mecanismo de sincronización o por el esfuerzo del paciente. Estas respiraciones pueden controlarse por volumen o presión. En el modo asistido o espontáneo, cada respiración la activa el paciente y la respalda el ventilador. En el modo combinado, hay una combinación de respiraciones controladas y asistidas, y puede haber una combinación de respiraciones controladas por volumen y presión asistida o controlada. [42]
Los aparatos respiratorios a gran altitud se utilizan en la aviación como equipo estándar en aviones sin presión capaces de volar a gran altitud, como equipo de emergencia en aviones sin presión y en montañismo a gran altura.
A gran altitud , de 1.500 a 3.500 metros (4.900 a 11.500 pies), hay efectos fisiológicos de la presión parcial de oxígeno reducida que incluyen una reducción del rendimiento en el ejercicio y un aumento de la frecuencia respiratoria. La saturación arterial de oxígeno generalmente sigue siendo superior al 90% en personas sanas, pero la P O 2 arterial está reducida. [43]
A muy gran altitud , de 3.500 a 5.500 metros (11.500 a 18.000 pies), la saturación arterial de oxígeno cae por debajo del 90% y la P O 2 arterial se reduce hasta el punto de que puede producirse hipoxemia extrema durante el ejercicio y el sueño, y si se produce edema pulmonar a gran altura. . En esta zona el mal de altura grave es común. [43]
En altitudes extremas , por encima de los 5.500 metros (18.000 pies), se puede esperar hipoxemia, hipocapnia y alcalosis importantes , con un deterioro progresivo de la función fisiológica, que supera la aclimatación. En consecuencia, no hay viviendas humanas en este rango de altitud. [43]
En la región desde el nivel del mar hasta alrededor de 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 el mal de descompresión de la altitud es raro.
La zona de deficiencia fisiológica se extiende desde 3.600 m (12.000 pies) hasta aproximadamente 15.000 m (50.000 pies). En esta zona existe un mayor riesgo de hipoxia , disbarismo de gases atrapados (donde el gas atrapado en el cuerpo se expande) y disbarismo de gases desprendidos (donde se pueden formar gases disueltos como el nitrógeno en los tejidos, es decir, enfermedad por descompresión ). [44] Por encima de aproximadamente 4.300 m (14.000 pies), se requiere una mezcla respirable rica en oxígeno para aproximarse al oxígeno disponible en la atmósfera inferior, [17] mientras que por encima de 12.000 m (40.000 pies), el oxígeno debe proporcionarse bajo presión positiva. Por encima de los 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) excede la presión del aire exterior. [ cita necesaria ] 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 evaporarán a la temperatura corporal normal y 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 5.200 a 5.500 metros (17.000 a 18.000 pies) si permanecen a gran altura durante el tiempo suficiente, pero para el trabajo de rescate a gran altura, los equipos de rescate deben desplegarse rápidamente y el tiempo necesario para aclimatarse no es suficiente. disponible, lo que hace necesario el equipo de respiración de oxígeno por encima de aproximadamente 3.700 metros (12.000 pies). [9]
Se puede mantener una presión parcial de oxígeno equivalente al nivel del mar a una altitud de 10.000 metros (34.000 pies) con 100% de oxígeno. Por encima de los 12.000 metros (40.000 pies), la respiración con presión positiva con 100% de oxígeno es esencial, ya que sin presión positiva incluso exposiciones muy breves a altitudes superiores a los 13.000 metros (43.000 pies) provocan la pérdida del conocimiento. [45] Los dispositivos de conservación de oxígeno pueden usarse con aparatos respiratorios de circuito abierto para mejorar la eficiencia del uso del gas en altitudes más bajas donde la respiración a presión ambiental es viable.
En altitudes suficientemente elevadas, la presión parcial de oxígeno en el aire es insuficiente para sustentar el trabajo útil y la conciencia, incluso después de la aclimatación, y en altitudes aún mayores no puede sustentar la vida humana. En altitudes donde el problema es la hipoxia, respirar gas con un mayor contenido de oxígeno a presión ambiental es una solución viable. El oxígeno suplementario suficiente para proporcionar una altitud equivalente a la de una cabina de avión presurizada (aproximadamente 8000 pies) es suficiente para muchos propósitos, pero concentraciones más altas, como el equivalente al nivel del mar (P O 2 de aproximadamente 0,21 bar), pueden permitir una mayor capacidad para el trabajo aeróbico. . En contrapartida de esto está la necesidad de conservar oxígeno y minimizar el peso transportado por el usuario del aparato respiratorio.
Cuando el usuario debe llevar el suministro de oxígeno suplementario y también realizar un trabajo importante durante un período bastante largo, como en el montañismo y el trabajo de rescate, la eficiencia del uso de oxígeno y la confiabilidad del aparato respiratorio son más importantes, y existe un comercio. fuera de estas características con el peso que se debe transportar.
La cantidad de oxígeno suplementario necesaria para llevar la presión parcial inhalada al equivalente al nivel del mar, o cualquier otro valor fijo mayor que el de la atmósfera ambiental, es función de la altitud y aumenta con el aumento de la altitud en proporción directa a la caída de presión. La cantidad de oxígeno suplementario realmente utilizada también es proporcional al volumen respiratorio minuto , que depende del nivel de esfuerzo.
Cuando no hay limitación en el uso de energía y el trabajo debe realizarse en un lugar fijo, los concentradores de oxígeno pueden ser una solución eficaz. [46] Un concentrador de oxígeno es un dispositivo que concentra el oxígeno de un suministro de gas (normalmente aire ambiente) eliminando selectivamente nitrógeno para suministrar una corriente de gas producto enriquecido en oxígeno. También se utilizan industrialmente y como dispositivos médicos para oxigenoterapia . [47] Dos métodos de uso común son la adsorción por cambio de presión y la separación de gases por membrana . Son más eficientes cuando no es necesario que el oxígeno suplementario esté en un porcentaje alto.
Los concentradores de oxígeno por adsorción por cambio de presión utilizan un tamiz molecular para adsorber gases y funcionan según el principio de adsorción por cambio de presión rápida de nitrógeno atmosférico sobre minerales de zeolita a alta presión. Por lo tanto, este tipo de sistema de adsorción es funcionalmente un depurador de nitrógeno, dejando pasar los demás gases atmosféricos, quedando el oxígeno como gas primario. [48] La separación de gases a través de una membrana también es un proceso impulsado por la presión, donde la fuerza impulsora es la diferencia de presión entre la entrada de la 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 grave 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 más bajo. 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 de difusividad y solubilidad. [49] El gas producto puede entregarse directamente al usuario a través de un aparato respiratorio adecuado.
Los concentradores de oxígeno portátiles de dosis pulsada (también llamados flujo intermitente o bajo demanda) son las unidades más pequeñas, que pueden pesar tan solo 2,3 kilogramos (5 libras). Su pequeño tamaño permite al usuario desperdiciar menos energía obtenida del tratamiento en llevándolos. La unidad administra un volumen determinado (bolo) de aire enriquecido con oxígeno al comienzo de cada respiración, que es la parte de la respiración con mayor probabilidad de llegar a las regiones de intercambio de gases del pulmón más allá del espacio muerto fisiológico. Su capacidad para hacer un uso eficiente del oxígeno es clave para mantener las unidades compactas. [50]
En un sistema de circuito cerrado, el oxígeno no utilizado se retiene y se vuelve a respirar, por lo que la utilización es cercana al 100%, con algunas pérdidas posibles debido a la expansión al aumentar la altitud y fugas incidentales del circuito de respiración.
Existe riesgo de toxicidad pulmonar por oxígeno si la presión del oxígeno excede aproximadamente 0,5 bar durante períodos prolongados, lo que podría ocurrir en altitudes inferiores a 5500 m, donde la presión atmosférica es aproximadamente la mitad del valor al nivel del mar. [21]
Un rebreather 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 ambiental si el circuito no se purgó adecuadamente o si se contamina con el aire ambiental. En ausencia de control de oxígeno, es posible que el usuario no note la reducción en la concentración de oxígeno. [9]
Tom Bourdillon y Charles Evans probaron un sistema de oxígeno de circuito cerrado durante la expedición británica de 1953 al Monte Everest. [9]
El regulador de demanda de diluyente fue desarrollado y utilizado ampliamente para vuelos a gran altitud durante la Segunda Guerra Mundial. Un regulador de demanda de diluyente aspira aire ambiental hacia la mascarilla a través de un orificio en el regulador, mientras que al mismo tiempo se alimenta con oxígeno puro a través de una válvula de demanda en el regulador. Para uso aeronáutico, el tamaño del orificio de aire ambiente lo controla un operador de válvula aneroide y es directamente proporcional a la presión atmosférica. A medida que aumenta la altitud, la presión disminuye y el orificio se hace más pequeño, por lo que el usuario recibe una mayor proporción de oxígeno y, cuando se calibra correctamente, la presión parcial de oxígeno en la mezcla se mantiene bastante constante en un valor similar a los 0,21 bar. al nivel del mar. Este sistema hace un uso eficiente de una combinación de oxígeno ambiental y almacenado. [9] La función del operador de válvula aneroide se puede sustituir para uso terrestre por una perilla selectora de orificio operada manualmente, más simple, liviana y resistente, que brinda un rango gradual de concentraciones que es más liviano, más confiable, un poco menos eficiente y requiere una selección adecuada por parte del usuario. También permite al usuario ajustar manualmente la mezcla para satisfacer sus necesidades personales. Como se selecciona manualmente, es menos adecuado para volar y más adecuado para peatones que no cambian de altitud rápidamente. [9] 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 algo mayor a caudales de inhalación más altos, lo que ayuda a compensar un mayor esfuerzo. [9]
Esta es la zona donde el oxígeno al 100% a presión ambiental es insuficiente y se requiere alguna forma de presurización para proporcionar una presión de oxígeno de inhalación viable. Las opciones son presurización parcial y presurización total.
Un traje presurizado es un traje protector que usan los pilotos de gran altitud que pueden volar a altitudes donde la presión del aire es demasiado baja para que una persona desprotegida sobreviva, incluso respirando oxígeno puro a presión positiva . Dichos 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 contrapresión mecánica para ayudar a respirar en altitud.
Un traje espacial es una prenda que se usa para mantener vivo a un ser humano en el duro entorno del espacio exterior , principalmente como protección contra el vacío y las temperaturas extremas. El gas respirable es oxígeno puro, lo que permite la presión más baja del 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 aumentan la prenda de presión básica con un complejo sistema de equipos y sistemas ambientales diseñados para mantener cómodo al usuario y minimizar el esfuerzo requerido para doblar las extremidades, resistiendo la tendencia natural de una prenda de presión suave 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. [15]
Existen tres tipos de trajes espaciales para diferentes propósitos: IVA (actividad intravehicular), EVA (actividad extravehicular) e IEVA (actividad intra/extravehicular). Los trajes IVA están pensados para usarse dentro de una nave espacial presurizada y, por 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 . Incluyen más protección contra las duras condiciones del espacio, como protección contra micrometeoroides y cambios extremos de temperatura. Los trajes EVA, como el EMU , se utilizan fuera de las naves espaciales, ya sea para exploración planetaria o paseos espaciales. Deben proteger al usuario contra todas las condiciones del espacio, además de proporcionar movilidad y funcionalidad. [15]
Los aparatos respiratorios se utilizan generalmente como equipo de protección personal, y el usuario debe estar más seguro al usarlos que sin ellos en el mismo entorno si es necesario, pero existen peligros asociados con su uso. Algunas son específicas del aparato y otras son más generales. Los peligros genéricos más obvios son la pérdida del suministro de gas, la contaminación del suministro de gas y el suministro inadecuado de gas. Las consecuencias pueden incluir hipoxia, hiperoxia, hipercapnia e intoxicación o infección por contaminación del gas respirable debido a fugas. Cuando se proporcionan altas concentraciones de oxígeno, puede haber riesgo de incendio, cuando se utiliza almacenamiento de gas a alta presión, existen riesgos asociados con el equipo de alta presión y cuando se utiliza oxígeno líquido, existen riesgos de frío extremo.
Los métodos habituales de gestión de riesgos incluyen normas de diseño, control de calidad durante la fabricación, pruebas y certificación de equipos, formación adecuada de los operadores, regulación de uso, según corresponda al equipo específico y situaciones en las que se utiliza, y selección correcta del equipo para la situación. Para algunos equipos, se requiere un mantenimiento adecuado y una inspección y prueba previas al uso.
Los factores humanos en el diseño de aparatos respiratorios son la influencia de la interacción entre el usuario y el equipo en el diseño del equipo. El usuario de un aparato respiratorio depende del equipo para mantenerse vivo o saludable, en una comodidad razonable y para realizar las tareas requeridas durante el uso del equipo. El diseño del equipo puede influir fuertemente en su eficacia para realizar las funciones deseadas. Debe ser cómodo de usar y no causar lesiones por estrés ni reacciones alérgicas a los materiales que lo componen. Debe ser confiable y no debe requerir atención o ajustes constantes durante el uso y, si es posible, el rendimiento debe degradarse gradualmente en caso de mal funcionamiento, dando tiempo para tomar acciones correctivas con un riesgo mínimo. [51]
Los usuarios varían considerablemente en dimensiones antropométricas , fuerza física , resistencia, flexibilidad de las articulaciones, etc. Los aparatos de respiración deben permitir una gama tan completa de funciones físicas como sea razonablemente posible y deben adaptarse al usuario, el entorno y la tarea. La interfaz entre el equipo y el usuario puede influir fuertemente en la funcionalidad. [52] Los aparatos respiratorios pueden ser utilizados por una amplia gama de usuarios y deben funcionar para todos ellos. Cuando la operación y el uso correctos del equipo son críticos para la seguridad del usuario, es deseable que diferentes marcas y modelos para la misma aplicación funcionen de manera similar, para facilitar una rápida familiarización con el nuevo equipo. Cuando esto no sea posible, puede ser necesaria capacitación adicional para las habilidades requeridas y, para intervenciones médicas, puede ser necesario que un operador capacitado configure el aparato y supervise su funcionamiento mientras está en uso.
El usuario del aparato respiratorio puede contar con el apoyo de un equipo que esté disponible para ayudarlo en la medida necesaria para reducir el riesgo asociado con el uso del aparato a un nivel aceptable en términos de las regulaciones vigentes y los códigos de práctica. [53] [54] [55]
Los aparatos de respiración se utilizan para facilitar la respiración en condiciones peligrosas o cuando el usuario necesita ayuda para respirar adecuadamente. Los requisitos principales son mantener al usuario vivo y saludable durante y después de su uso. Los requisitos secundarios incluyen proporcionar comodidad al usuario y capacidad suficiente para realizar las actividades previstas. El usuario es una parte integral del sistema, que puede depender de su competencia así como del correcto funcionamiento del equipo para una operación segura. [56]
La tolerancia a fallos es la propiedad que permite que un sistema siga funcionando correctamente en caso de fallo de alguno de sus componentes. Si su calidad operativa disminuye, la disminución es proporcional a la gravedad de la falla, en comparación con un sistema diseñado ingenuamente, en el que incluso una falla pequeña puede causar una falla total. La tolerancia a fallas es particularmente importante en sistemas de alta disponibilidad o críticos para la seguridad . La capacidad de mantener la funcionalidad cuando partes de un sistema fallan se conoce como " degradación elegante ". [57] Algunos elementos del aparato respiratorio, y el usuario, pueden considerarse componentes críticos para la seguridad del sistema y, por lo tanto, deben ser tolerantes a las fallas. En el caso del usuario, esto se logra mediante una aptitud suficiente para realizar la tarea prevista, competencia y conocimiento de la situación . Se debe seleccionar el equipo que sea apropiado para el uso específico y que pueda diseñarse, fabricarse y mantenerse para proporcionar una tolerancia a fallas adecuada. Un buen diseño ergonómico minimiza la posibilidad de error del usuario.
El aparato respiratorio debe permitir al usuario respirar con un mínimo trabajo respiratorio adicional y minimizar el espacio muerto adicional .
El trabajo respiratorio (WOB) es la energía gastada para inhalar y exhalar un gas respirable . Generalmente se expresa como trabajo por unidad de volumen, por ejemplo, julios/litro, o como tasa de trabajo (potencia), como julios/min o unidades equivalentes, ya que no es particularmente útil sin una referencia al volumen o al tiempo. Puede calcularse en términos de la presión pulmonar multiplicada por el cambio en el volumen pulmonar o en términos del consumo de oxígeno atribuible a la respiración. [58]
El trabajo respiratorio total cuando se utiliza un aparato respiratorio es la suma del trabajo respiratorio fisiológico y el trabajo respiratorio mecánico del aparato. En un estado de reposo normal, el trabajo fisiológico de la respiración constituye aproximadamente el 5% del consumo total de oxígeno del cuerpo. Puede aumentar considerablemente debido a una enfermedad [59] o restricciones en el flujo de gas impuestas por el aparato respiratorio, la presión ambiental o la composición del gas respirable. [60]
Tanto las máscaras respiratorias como los cascos de buceo proporcionan un suministro de gas respirable al usuario. Otras funciones pueden diferir o superponerse parcialmente. [61]
Si la máscara está destinada a ser utilizada en un ambiente hostil y se debe evitar la contaminación del suministro de gas, la máscara debe formar un sello hermético o hermético alrededor de los bordes, independientemente de la posición del usuario. Este sello se encuentra entre el faldón de elastómero de la mascarilla y la piel del rostro. El ajuste de la mascarilla afecta el sellado y la comodidad y debe tener en cuenta la variabilidad de las formas y tamaños de la cara. Esto es un problema menor con las máscaras completas y menos con los cascos de buceo, pero otros problemas los afectan, como el tamaño general de la cabeza y la longitud y circunferencia del cuello, por lo que todavía es necesario realizar ajustes y algunas opciones de tamaño. [21]
Los sellos pueden verse comprometidos por el cabello que pasa 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. [21]
El espacio de gas en una máscara respiratoria es inherentemente autoequilibrado para cambios de presión razonablemente graduales. Si la mascarilla se va a utilizar donde la presión ambiental puede cambiar significativamente, el usuario debe poder igualar la presión en el oído medio, lo que para muchas personas requiere un método para bloquear las fosas nasales. [21]
Los cascos de buceo y la mayoría de las máscaras completas no permiten al usuario acceder a la nariz con los dedos, y se han probado varias ayudas mecánicas con distintos niveles de comodidad y conveniencia. [62] [21] Las mascarillas para oxígeno suplementario pueden ser lo suficientemente suaves como para cerrar la nariz con la mascarilla puesta, o pueden retirarse temporalmente. Las mascarillas para uso en atmósferas contaminadas se suelen utilizar a una presión ambiental constante, por lo que es posible que este problema no surja.
El campo de visión del usuario de una máscara respiratoria completa o de un casco se reduce mediante partes opacas del casco o de la máscara. La visión periférica puede verse especialmente 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 ofrecen un campo de visión restringido, y ventanas grandes con un gran volumen interior. Situar la ventana de visualización cerca de los ojos ayuda a proporcionar una mejor visión, pero resulta complicado por la necesidad de suficiente espacio libre delante de la nariz para una amplia gama de buceadores. Las ventanas de visualización curvadas cilíndricamente pueden introducir distorsiones visuales bajo el agua que pueden reducir la efectividad del buzo para juzgar la distancia, pero son comunes en las máscaras utilizadas en el aire. Las superficies de ventanas esféricas se utilizan generalmente en trajes atmosféricos recientes por razones estructurales y funcionan bien cuando el volumen interior es lo suficientemente grande. Se pueden ampliar lo suficiente para permitir 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 la cabeza, lo que permite al usuario apuntar la ventana de visualización al objetivo, pero la visión periférica está limitada por las dimensiones de la ventana de visualización. El peso en el aire y las fuerzas de flotación desequilibradas cuando se sumerge deben ser soportados por el cuello, y las cargas inerciales e hidrodinámicas deben ser soportadas por el cuello. Un casco fijado a una coraza o un traje espacial está sostenido por el torso, que puede soportar cargas mucho mayores con seguridad, pero no gira con la cabeza. Toda la parte superior del cuerpo debe girar para dirigir el campo de visión. Esto hace que sea necesario utilizar ventanas de visualización más grandes para que el usuario tenga un campo de visión aceptable en momentos en que rotar el cuerpo no es práctico. La necesidad de girar la cabeza dentro del casco no giratorio requiere un espacio interno y, por tanto, un gran volumen.
La superficie interior de la ventana de visualización de una máscara o casco tiende a ser propensa a empañarse cuando el ambiente externo es más frío que el rocío del gas del interior, donde pequeñas gotas de agua condensada dispersan la luz que pasa a través del material transparente, borrando la vista. Tratar la superficie interior con un tensioactivo antivaho puede reducir el empañamiento, pero puede ocurrir de todos modos y debe ser posible desempañar activamente, ya sea enjuagando con agua o soplando aire seco sobre ella hasta que quede transparente. Los cascos estándar pueden disponer de un grifo para enjuagar. Los cascos de demanda pueden tener una válvula de suministro de flujo libre que dirige el aire seco sobre el interior de la máscara. Las máscaras de buceo de cara completa pueden usar enjuague o flujo libre, dependiendo de si están destinadas principalmente para buceo o suministro de superficie. Las máscaras completas y los cascos también pueden dirigir el flujo de gas fresco y seco sobre la superficie interior de la ventana de visualización antes de inhalarlo, y evitar que el gas exhalado húmedo y tibio llegue a la placa frontal mediante el uso de un inserto oronasal con válvula antirretorno. válvula en la ruta del flujo de escape. En situaciones en las que el enjuague no es una opción, se puede aplicar un surfactante antivaho a la superficie de la ventana gráfica para evitar la formación de gotas. Ocasionalmente también se ha utilizado una escobilla limpiadora operada manualmente para eliminar la condensación de la ventana gráfica.
Los usuarios que necesitan corrección óptica tienen opciones. Las lentes de contacto se pueden usar debajo de todo tipo de máscaras y cascos. Se pueden usar gafas normales en la mayoría de los cascos, pero no se pueden ajustar. Se pueden colocar lentes correctivos en el interior de algunas máscaras faciales completas, pero la distancia entre los ojos y los lentes puede no ser óptima. Hay arreglos bifocales disponibles. El desempañamiento de las lentes adheridas es el mismo que para el vidrio simple.
Los aparatos respiratorios de circuito abierto para buceo producen burbujas de gas exhalado en los puertos de escape. Los sistemas de flujo libre producen los volúmenes más grandes, pero la salida puede estar detrás de las ventanillas para no oscurecer la visión del buceador. Los sistemas a 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 trabajo respiratorio. Para obtener un esfuerzo respiratorio constante para la variedad de posturas que el buceador puede necesitar asumir, esto es más factible 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 ventanas del casco. o máscara. Esto generalmente desvía los gases de escape hacia los lados de la cabeza, donde tienden a ser bastante ruidosos cuando las burbujas pasan por las orejas. Los sistemas de circuito cerrado expulsan mucho menos gas, que puede liberarse detrás del buceador, y son mucho 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 sujetas con correas ajustables se pueden quitar o mover de la posición correcta, lo que permite que la atmósfera ambiental o el agua entren y se pierda el gas respirable. Las máscaras respiratorias que cubren toda la cara se quitan más fácilmente debido a su tamaño y necesitan un soporte más seguro, generalmente mediante 4 o 5 correas ajustables, conectadas en la parte posterior de la cabeza, pero es posible que se salgan, por lo que El usuario debe poder volver a colocarlos y purgar la mascarilla lo suficiente para seguir respirando. Los cascos están sujetos de forma mucho más segura y se considera una emergencia si se salen de la cabeza.
El volumen del espacio muerto es importante para todos los aparatos respiratorios. Las máscaras oronasales internas se utilizan a menudo para minimizar el espacio muerto interno en cascos y máscaras completas, y también pueden reducir la tendencia a empañar la superficie interior de la ventana gráfica.
Un casco de buceo liviano está lastrado para tener una flotabilidad casi neutra bajo el agua, por lo que no representa 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 se pueda volver a respirar. Suelen tener un gran volumen interno, ser más pesados que los cascos exigidos y suelen descansar 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 correas deportivas .
Cuando el usuario debe llevar el suministro de gas, el peso, el equilibrio y la inercia del aparato y la distribución de la carga del arnés pueden marcar una gran diferencia en cuanto a comodidad y seguridad, particularmente cuando se le puede exigir al usuario que realice trabajos pesados en condiciones difíciles, como en extinción de incendios, salvamento y montañismo. El usuario debe tener tanta libertad de movimiento como sea razonablemente posible y al menos la suficiente para realizar con seguridad las tareas previstas, mientras que el equipo debe permanecer en su lugar de forma segura durante las maniobras necesarias. El acceso a las válvulas y al manómetro es importante para la gestión del gas y, cuando un equipo comparte el equipo, resulta útil que el ajuste se pueda ajustar fácil y rápidamente para adaptarse a cada persona. Para el buceo, la flotabilidad y su distribución son importantes para la seguridad.
En el caso de los aparatos respiratorios con gas suministrado, suele ser muy indeseable, y bien puede ser una emergencia, quedarse sin gas inesperadamente. Monitorear el gas restante, identificar los niveles bajos de gas a tiempo para tomar las medidas adecuadas y, cuando sea necesario, recurrir a un sistema de respaldo disponible son elementos necesarios de la gestión del gas. [63]
El aspecto más fundamental de la gestión del gas es tener una idea realista de la resistencia esperada del gas actualmente disponible y de cómo se verá afectada por el esfuerzo en circunstancias previsibles. El método habitual de control es comprobar periódicamente la presión restante del gas, para lo cual el equipo habitual es un manómetro de botella acoplado a la primera etapa del regulador. Cuando es probable que el usuario tenga una carga de tareas tal que es razonablemente probable que no pueda verificar la presión del gas, se activa una alarma de nivel bajo de gas. es prudente realizar un cambio de reserva manual, o ambas cosas. Los tres se pueden encontrar en equipos de respiración industrial utilizados para rescate y extinción de incendios. Para el buceo submarino, los manómetros son estándar, con un sistema de suministro de gas alternativo seleccionado entre una opción 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 del código de prácticas. Las válvulas de reserva también se siguen utilizando ocasionalmente en condiciones de baja visibilidad. Los buceadores recreativos utilizan con frecuencia el sistema de compañeros y los ascensos de emergencia en aguas abiertas poco profundas sin obligación de descompresión planificada. Los buzos profesionales pueden verse obligados a llevar un equipo de rescate independiente , [55] 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 respirable. [63]
Cuando se dispone de más de una mezcla de gases respirables, se debe minimizar el riesgo de seleccionar un gas inadecuado para la situación actual. [63]
En los equipos médicos, la interfaz de usuario del sistema de control y monitorización puede influir en la probabilidad de error del operador. [64]
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