Un aparato respiratorio a gran altitud es un aparato respiratorio que permite a una persona respirar más eficazmente a una altitud donde la presión parcial de oxígeno en el aire atmosférico ambiental es insuficiente para la tarea o para mantener la conciencia o la vida humana a largo o corto plazo.
Las series de respiración a gran altura se pueden clasificar por tipo de varias maneras:
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.
Cualquier unidad determinada es miembro de varios tipos.
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. [1]
En esta aplicación se han utilizado equipos de circuito abierto y de rebreather, donde el equipo proporciona oxígeno puro u oxígeno suplementario. Las fugas menores en cualquier dirección normalmente sólo afectan la eficiencia y la resistencia del gas, ya que el aire ambiente suele ser sólo hipobárico debido a la baja presión ambiental. [1]
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. [2]
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. [2]
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. [2]
Por encima de esto está la zona donde el 100% de oxígeno a presión ambiental es insuficiente y se requiere alguna forma de presurización para proporcionar una presión de oxígeno de inhalación viable. Las opciones son la presurización parcial mediante trajes presurizados y la presurización total en trajes espaciales .
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 ). [3] 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, [4] 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).
La altitud de la zona de muerte es de 26.000 pies (7.900 m) o más.
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). [5]
En la aviación, generalmente no hay oportunidad de aclimatarse, y la necesidad de un aparato respiratorio generalmente supone que el usuario inicia el vuelo al nivel del mar o cerca de él.
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 oxígeno al 100% es esencial, ya que sin presión positiva incluso exposiciones muy breves a altitudes superiores a los 13.000 metros (43.000 pies) provocan la pérdida del conocimiento. [6] Los dispositivos de conservación de oxígeno pueden usarse con aparatos respiratorios de circuito abierto para mejorar la eficiencia del uso de gas en altitudes más bajas donde es viable respirar a presión ambiental con menos del 100 % de oxígeno.
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 (alrededor de 8000 pies) es suficiente para muchos propósitos, pero concentraciones más altas, como el equivalente al nivel del mar (PO 2 de aproximadamente 0,21 bar), pueden permitir una mayor capacidad de actividad aeróbica. trabajar. 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.
Para evitar cargar el peso de todos los cilindros hasta arriba y abajo de un pico, se pueden almacenar en caché uno o más cilindros a lo largo de la ruta para recuperarlos a la vuelta. Esto implica el uso de dos o más cilindros para transportar el suministro de oxígeno para el día de la cumbre, que puede durar hasta 18 horas, lo que hace que una resistencia de aproximadamente 6 horas con un cilindro lleno sea una opción práctica. [7] Esta estrategia no es posible si se utiliza un solo cilindro.
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 para que no se ahogue con la escarcha depositada por el gas exhalado, que está saturado con vapor de agua a la temperatura corporal. [8]
Tanto el oxígeno generado químicamente como el gas comprimido se han utilizado en sistemas experimentales de montañismo con oxígeno de circuito cerrado, pero se ha utilizado principalmente el circuito abierto, aunque relativamente derrochador, ya que el equipo es más confiable. [9] [5] 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. [10]
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, pero es vulnerable a la congelación durante los períodos en los que no está en uso activo. [9]
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. [10]
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. [11]
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. [10]
Una ventaja potencial adicional de un rebreather es que la reacción de lavado de dióxido de carbono es exotérmica y mantiene caliente el gas en el circuito respiratorio si está suficientemente aislado, y conserva la humedad, lo que reduce la deshidratación. Las desventajas incluyen el peso del depurador y los problemas de humedad que se condensa en el circuito y se congela, lo que puede bloquear los pasos de gas y ahogar el depurador. Si el depurador se congela, se debe descongelar antes de que se pueda reanudar la reacción, y tardará algún tiempo en calentarse a una temperatura a la que la reacción sea suficiente.
El regulador de demanda de diluyente fue desarrollado para vuelos a gran altura durante la Segunda Guerra Mundial. [5] Un regulador de demanda de diluyente aspira aire ambiente 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. [12] 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 permanece 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. [12] 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. [12] 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. [13]
El oxígeno embotellado , más conocido como oxígeno comprimido a alta presión, oxígeno médico y oxígeno de aviador, es oxígeno en cilindros de almacenamiento pequeños, portátiles y de alta presión. Para la aviación, el peso del cilindro no suele ser crítico y la elección del material puede verse afectada por consideraciones económicas como el precio de compra y la vida útil. Para el montañismo, muchos usuarios están dispuestos a pagar una prima por el peso más bajo que contendrá suficiente gas para la escalada, lo que tiende a favorecer los cilindros enrollados con filamentos de alta presión.
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. [14] 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 . [15] 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. [16] 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 importante de gas a través de la membrana. El rendimiento de la membrana depende de la permeabilidad y la selectividad. La permeabilidad se ve afectada por el tamaño del penetrante. Las moléculas de gas más grandes tienen un coeficiente de difusión 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. [17] 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. [18]
El oxígeno líquido es la forma líquida del oxígeno molecular. Tiene una densidad de 1,141 kilogramos por litro (71,2 lb/pie cúbico), ligeramente más densa que el agua líquida, y es criogénica con un punto de congelación de 54,36 K (-218,79 °C; -361,82 °F) y un punto de ebullición de 90,19. K (-182,96 °C; -297,33 °F) a 1 bar (15 psi). El oxígeno líquido tiene una relación de expansión de 1:861 [19] [20] y debido a esto, se utiliza en algunos aviones comerciales y militares como fuente transportable de oxígeno respirable.
Un generador químico de oxígeno es un dispositivo que libera oxígeno mediante una reacción química . La fuente de oxígeno suele ser un superóxido inorgánico , [21] clorato o perclorato ; Los ozónidos son otro grupo prometedor de fuentes de oxígeno. Los generadores generalmente se encienden con un percutor y la reacción química suele ser exotérmica , lo que convierte al generador en un riesgo potencial de incendio . El superóxido de potasio se utilizó como fuente de oxígeno en las primeras misiones tripuladas del programa espacial soviético .
Los aviones comerciales proporcionan oxígeno de emergencia a los pasajeros para protegerlos en caso de pérdida de presión en la cabina. La tripulación de cabina normalmente se abastece de cilindros de oxígeno comprimido. El núcleo del oxidante es clorato de sodio ( Na Cl O 3 ), que se mezcla con menos del 5 por ciento de peróxido de bario ( Ba O 2 ) y menos del 1 por ciento de perclorato de potasio ( K Cl O 4 ). Los explosivos en el casquillo de percusión son una mezcla explosiva de estifnato de plomo y tetrazeno . La reacción química es exotérmica y la temperatura exterior del recipiente alcanzará los 260 °C (500 °F). Producirá oxígeno durante 12 a 22 minutos. [22] [23]
Existen diferentes sistemas de oxígeno para aviación y métodos de administración disponibles según la aplicación específica. La fuente de oxígeno pueden ser generadores químicos de oxígeno, sistemas portátiles de almacenamiento de oxígeno gaseoso de alta presión (cilindros de gas), sistemas de generación de oxígeno a bordo (concentradores de oxígeno) o sistemas de oxígeno líquido. [4]
La generación química de oxígeno se utiliza comúnmente en grandes aviones comerciales como fuente para el sistema de oxígeno de emergencia para pasajeros en cabinas presurizadas. El sistema es liviano y generalmente está diseñado como un sistema disperso para proporcionar aproximadamente 10 minutos de suministro de oxígeno suplementario mientras la aeronave realiza un descenso de emergencia. El sistema no se puede desactivar una vez activado y debe recargarse después de cada uso. [4]
Los sistemas generadores de oxígeno a bordo (OBOGS) purgan el aire comprimido de los motores, enriquecen el contenido de oxígeno eliminando nitrógeno mediante un concentrador de oxígeno y regulan el suministro de presión y temperatura a la cabina. Están continuamente disponibles y producen gas fresco cuando el motor está en marcha. [4]
El oxígeno líquido (LOX) se utiliza en algunos aviones a reacción porque es más liviano y requiere menos espacio que el almacenamiento de gas a alta presión. [4]
Se instala equipo respiratorio de protección fijo (PBE) para uso de la tripulación de vuelo, y al menos una unidad portátil debe estar disponible en o cerca de la cabina de vuelo para uso de un miembro de la tripulación. Los miembros de la tripulación deben disponer de equipo respiratorio protector portátil adicional para combatir incendios en cualquier compartimento accesible durante el vuelo. El equipo debe estar disponible para el número máximo de miembros de la tripulación que probablemente se encuentren en el área durante el vuelo. [24]
El PBE debe proteger al usuario del humo, dióxido de carbono y otros gases nocivos mientras está de servicio en la cabina de vuelo o combatiendo un incendio, y debe incluir una máscara que cubra los ojos, la nariz y la boca (máscara completa) o los ojos y la boca (máscara orinasal). ) con protección ocular adicional. La máscara debe permitir una comunicación efectiva con otros miembros de la tripulación y el uso de equipos de radio. La protección ocular debe permitir el uso de gafas y no afectar negativamente a la visión. [24]
El equipo debe suministrar gas respirable a todos los usuarios durante al menos 15 minutos a una altitud de cabina de 8.000 pies a un volumen respiratorio minuto de 30 litros por minuto, ya sea mediante flujo continuo o mediante un sistema de demanda, y no debe causar un aumento significativo en Contenido de oxígeno del ambiente local. [24]
Los sistemas de oxígeno de emergencia de las aeronaves o máscaras de aire son equipos de emergencia instalados en aeronaves comerciales presurizadas , destinados a usarse cuando el sistema de presurización de la cabina falla y la altitud de la cabina ha subido por encima de un nivel seguro. Consiste en una serie de máscaras de oxígeno amarillas individuales almacenadas en compartimentos cerca de los asientos de los pasajeros y cerca de áreas como baños y cocinas, y una fuente o fuentes de oxígeno, como un cilindro centralizado de oxígeno gaseoso de alta presión o generadores de oxígeno químico descentralizados .
La escalada a gran altitud generalmente requiere el uso de aparatos de oxígeno portátiles al escalar el Monte Everest u otros ochomiles , aunque algunos montañeros han ascendido al Everest sin oxígeno. El aparato puede ser de circuito abierto (suplementario) o de circuito cerrado; La expedición británica al Monte Everest de 1953 utilizó ambos tipos.
Aunque existen considerables similitudes en las condiciones básicas en las que se utilizan los aparatos respiratorios de aviación y montañismo, existen diferencias suficientes para hacer que el uso directamente transferible de equipos sea generalmente impracticable. Una de las principales consideraciones es que, a diferencia del aviador, el alpinista no puede descender rápidamente a una altitud segura si el equipo falla, por lo que debe ser fiable. Otra es que el montañista debe llevar personalmente el aparato respiratorio, por lo que la ventaja obtenida al respirar oxígeno suplementario debe superar la desventaja de llevar el volumen y el peso adicionales del equipo. Otros requisitos son que el trabajo respiratorio adicional debe ser bajo, el equipo debe funcionar a bajas temperaturas y es deseable la conservación del calor y la humedad. El rango de altitud para el montañismo también es limitado, no hay requisitos de presurización. [25]
Los sistemas de entrega teóricamente disponibles son: un sistema de flujo constante sin depósito, que es simple y confiable, pero extremadamente derrochador, un sistema de flujo constante con depósito, que cuando se adapta a la demanda del usuario es más eficiente que el simple flujo constante, y también es relativamente simple y confiable, un sistema de válvula de demanda, que sigue automáticamente la demanda del usuario, pero que también desperdicia una parte significativa del gas inhalado en el espacio muerto, un sistema de demanda de dosis por pulsos, que desperdicia menos gas en el espacio muerto, pero se basa en un sistema de control relativamente complejo que introduce problemas de confiabilidad, o un sistema de circuito cerrado, que es muy eficiente, pero requiere un depurador de dióxido de carbono, que es voluminoso y pesado, y es sensible a la congelación cuando no se usa constantemente. [25] El sistema de flujo constante que utiliza una máscara de depósito se ha utilizado principalmente porque es relativamente confiable.
Un sistema de uso común fabricado por Poisk utiliza tres cilindros compuestos de alta presión llenos a 260 bar a 20 grados Celsius. Las dimensiones de los cilindros son 19 pulgadas (480 mm) de largo, 4,25 pulgadas (108 mm) de diámetro y pesan menos de 2,7 kilogramos (6,0 libras). Con un flujo de dos litros por minuto, los cilindros duran aproximadamente 6,5 horas cada uno. [7] Poisk calcula el volumen interno ( capacidad de agua ) entre 3 y 4 litros. [26] [27] Se utilizan dos tipos de mascarillas respiratorias. Uno es para escalar y otro para descansar y dormir, que incluye un intercambiador de calor y humedad. Estas mascarillas se sellan contra diferentes áreas de la piel del rostro para reducir los problemas de presión de contacto. Ambos tipos de mascarillas utilizan una bolsa reservorio que puede ahorrar en el consumo de oxígeno cuando el caudal está configurado correctamente para la frecuencia respiratoria actual al garantizar que la bolsa reservorio se desinfle completamente al final de la inhalación y se infle completamente al final de la exhalación. Es posible realizar algunas tareas de mantenimiento por parte del usuario de campo utilizando el kit de piezas de repuesto. El diagrama esquemático indica un tipo de máscara con rebreather parcial . [27]
El regulador Poisk es un dispositivo de flujo constante que se puede ajustar entre 1 y 4 litros por minuto en incrementos de 0,25 litros por minuto. [ se necesita aclaración ] Tiene una masa de 0,35 kg. [7]
El sistema Summit utilizaba una pequeña máscara con cánula nasal y suministraba oxígeno en pulsos, activados por la caída de presión al inicio de la inhalación. Este es un sistema eficiente para el uso de gas y se necesita transportar menos gas, pero depende de componentes electrónicos y baterías que no duran bien en las bajas temperaturas. También es menos voluminoso y obstruye menos la visión que los sistemas de máscara con rebreather [26]. Se descubrió que el sistema no era confiable y Summit volvió al sistema de flujo constante. La cánula de silicona todavía está disponible como componente médico. [28]
El sistema Summit Oxygen comercializado en 2023 utiliza un regulador de flujo constante con pasos de 0,5 litros por minuto hasta un máximo de 4 litros por minuto. Una innovación es que el selector de caudal está en la manguera de suministro, donde se puede alcanzar fácilmente y, por lo tanto, es probable que se ajuste con más frecuencia para adaptarse al esfuerzo actual, haciendo así un uso más eficiente del oxígeno. Las bombonas utilizadas son de 4 litros y 300 bar con una masa llena de 3,89 kg. Una válvula de entrada de aire ambiente evita la inhalación de aire ambiente hasta que se haya inhalado el oxígeno del depósito, y la válvula de escape proporciona suficiente contrapresión para desviar el gas exhalado a la bolsa del depósito al comienzo de la exhalación, cuando contiene muy poco dióxido de carbono. Estaba en un espacio muerto fisiológico . [29]
Todas las expediciones británicas utilizaron aparatos de oxígeno de circuito abierto, como lo recomendaron los escaladores pioneros George Finch , Noel Odell y Peter Lloyd . Se probaron aparatos de oxígeno de circuito abierto en las expediciones británicas al Everest de 1922 y 1924 ; No se utilizó el oxígeno embotellado que se llevó la expedición de 1921 . El marco de transporte para oxígeno de circuito abierto diseñado por George Finch y utilizado en 1922 y 1924 con cuatro cilindros de oxígeno pesaba 32 libras (14,5 kg). Con Geoffrey Bruce , Finch alcanzó los 27.250 pies en el Monte Everest en 1922. [30]
Los escaladores a veces llevaban sólo dos cilindros cada uno. Cuatro cilindros contenían un total de 960 litros de oxígeno, que durarían ocho horas a la velocidad estándar de 2 litros por minuto o siete horas a 2,2 L/min. [31] El intento de alcanzar la cima del Everest por George Mallory y Andrew Irvine en 1924 fue el primer intento de alcanzar la cima utilizando oxígeno en el Everest. [30] Mallory e Irvine llevaban dos cilindros cada uno. [31]
La expedición británica al Monte Everest de 1938 probó aparatos de circuito cerrado y de circuito abierto, pero el aparato de circuito cerrado no tuvo éxito. [32]
En 1953, el primer grupo de asalto formado por Tom Bourdillon y Charles Evans utilizó respiradores de oxígeno de circuito cerrado , desarrollados por Bourdillon y su padre, y ascendió a una velocidad sin precedentes hasta 90 m de la cima, pero no llegó a ella como uno de los los rebreathers fallaron cuando se rellenó el depurador. [33] [10] [34] Su capacidad para escalar tan rápido se ha atribuido a la ventaja fisiológica de respirar oxígeno puro suministrado por los rebreathers. Otros escaladores utilizaron equipos similares en las décadas de 1930 y 1950, pero se descubrió que los rebreathers disponibles eran demasiado pesados e incómodos para el montañismo, se desarrolló un equipo de circuito abierto más liviano y se ignoró el circuito cerrado durante los siguientes 50 años. [34]
Dos días después de Bourdillon y Evans, el segundo grupo de asalto de Edmund Hillary y Tenzing Norgay alcanzó la cima con un sistema de flujo continuo de circuito abierto de 22 libras muy mejorado. [30] Después de diez minutos tomando fotografías en la cumbre sin usar su equipo de oxígeno, Hillary dijo que "se estaba volviendo bastante torpe y lento". [35]
John Hunt consideró que dos grupos de asalto que utilizaran el tipo experimental de circuito cerrado eran demasiado arriesgados a pesar de que los usuarios habían logrado una velocidad de ascenso más rápida y también tenían potencialmente un mayor alcance para un suministro determinado (de modo que sería posible llegar a la cima desde un campamento en el Collado Sur). Por lo tanto, propuso un asalto en circuito cerrado seguido poco después por un asalto en circuito abierto (y un tercer asalto si fuera necesario). Los cilindros utilizados fueron cilindros de aleación ligera de dural con capacidad para 800 litros o cilindros enrollados con alambre de acero de la RAF con capacidad para 1.400 litros de oxígeno (ambos a 3.300 psi; 227,5 bar o 22,75 MPa). La expedición contó con 8 equipos de circuito cerrado y 12 de circuito abierto; el equipo de circuito abierto utilizaba 1 cilindro RAF o 1, 2 o 3 cilindros de dural; con un peso total establecido de 28 lb, 18 lb, 29 1 ⁄ 2 lb o 41 lb (12,7, 8,2, 13,4 o 18,6 kg). [9] Las personas que dormían a más de 21.500 pies (6.600 m) usaban "oxígeno nocturno" a razón de 1 litro/minuto; y con adaptadores podían utilizar el oxígeno de los tanques de Drägerwerk que los suizos habían abandonado en 1952 . [36] Tanto los equipos de circuito abierto como los de circuito cerrado están congelados; el circuito cerrado se activa cuando se inserta un bote de cal sodada nuevo y frío. [37]
El fisiólogo Griffith Pugh también había estado en la expedición británica Cho Oyu de 1952 para estudiar los efectos del frío y la altitud. Pugh y Michael Ward hicieron las siguientes recomendaciones para 1953, basadas en experimentos realizados en Menlung La a 20.000 pies (6.100 m) en 1952: [38]
También notaron una gran variación entre los individuos: algunos hombres no podían superar los 21.000 pies (6.400 m), probablemente solo hombres excepcionales podían superar los 27.000 pies (8.200 m) sin oxígeno suplementario, y pocos hombres podían superar los 26.000 pies ( 7.900 m) dos veces en una expedición. El rendimiento fue algo mejor de lo previsto a partir de 1952; el efecto principal fue aumentar el trabajo realizado en un día, y una gran mejora en su estado subjetivo al tener una mayor apreciación del entorno. La sensación de bienestar continuó durante una hora o más después de suspender el oxígeno. Pugh también recomendó aclimatarse a más de 15.000 pies (4.600 m) durante al menos 36 días y el uso de equipos de circuito cerrado.
El médico y montañista de la Marina de los EE. UU., Tom Hornbein, modificó el diseño de una máscara respiratoria utilizada por los pilotos de la Marina y que fue fabricada por Maytag para la expedición estadounidense de 1963. Se trataba de una máscara sin rebreather que tenía una única válvula de retención para evitar el reflujo hacia la bolsa reservorio que acumulaba oxígeno de un regulador de flujo constante y lo entregaba al inicio de la inhalación. A partir de 2013, este diseño básico todavía se utiliza para equipos de respiración de montañismo de circuito abierto [30].
El 8 de mayo de 1978 , Reinhold Messner y Peter Habeler realizan la primera ascensión del monte Everest sin oxígeno suplementario. [39] Messner había ascendido a los 14 "ochomiles" sin oxígeno suplementario en 1986.
La falta de oxígeno embotellado fue un factor en las muertes de Ray Genet y Hannelore Schmatz en 1979 en el Monte Everest. [40]
El fabricante ruso Poisk suministra aparatos respiratorios desde 1982, utilizando un pequeño y liviano cilindro enrollado con filamentos de titanio y kevlar de 3,5 kg con una autonomía de 6 horas a 2 litros por minuto, con reguladores que podían ajustarse en incrementos de 0,25 litros por minuto hasta a 4 litros por minuto. [30] Los múltiples cilindros pequeños permiten el almacenamiento en caché.
Los guías internacionales de montaña eligieron en 1991 un cilindro más grande que podía suministrar oxígeno durante 10 horas a 3 litros por minuto. [30]
En el siglo XXI, uno de los sistemas de oxígeno más populares en el Monte Everest utilizaba botellas de aluminio reforzadas con fibra de carbono, con un cilindro de oxígeno de 3 litros que pesaba 7 libras (3,2 kg) (3,2 kg) cuando se llenaba a 3000 libras por pulgada cuadrada ( 210 bares). [41]
En 2003, Summit Oxygen introdujo un sistema experimental con cánula nasal y sistema de pulso a demanda con control eléctrico mediante batería, pero el caudal fue insuficiente para la demanda, y volvieron al sistema más tradicional de máscara de rebreather parcial de flujo continuo . [30]
La máscara TopOut se introdujo en 2004, basada en la máscara del respirador 3M R6311. [30] [42]
De las más de 6.500 cumbres del Everest en 2013, menos de 100 estaban sin oxígeno. [30]
Ha habido un número significativo de muertes en el Everest que se han asociado con fallas en los aparatos respiratorios. En una sola expedición en 2019, nueve series de respiración fallaron el mismo día, pero el grupo ya estaba descendiendo y compartiendo equipo logró evitar víctimas mortales. Las fallas no fueron investigadas oficialmente por causa y mecanismo, pero los testigos afirman que durante las dos décadas anteriores se han producido al menos otros 21 casos de fallas peligrosas en equipos respiratorios. Esto debe considerarse en la perspectiva del número total de ascensos que utilizan oxígeno, que supera los 6.500, lo que supone una tasa de fallo de los equipos de soporte vital críticos de alrededor del 0,5% en una primera estimación. El New York Times informó que las prácticas de mantenimiento y recarga de equipos son cuestionables. Los fabricantes de equipos, con razón, no se hacen responsables de los cilindros no llenados en sus propias instalaciones, y no consta si alguna de las fallas fue de llenados de fábrica. Lo que sí se sabe es que los cilindros a menudo se rellenan localmente. Los modos de falla reportados incluyen fugas en los cilindros, mal funcionamiento del regulador y errores del operador por parte de escaladores sin experiencia. Es probable que la mayoría de las fallas fueran en equipos Poisk , principalmente porque es, con diferencia, la marca más común en uso, pero también se ha informado que los reguladores Summit Oxygen fallan. Tanto Poisk como Summit Oxygen tienen en general una buena reputación de calidad. El artículo del New York Times sugiere que la falta de regulación en la industria en Nepal y el mantenimiento deficiente de los equipos pueden ser la causa del problema. [43]