Un equipo de respiración para grandes altitudes es un aparato respiratorio que permite a una persona respirar de manera más efectiva 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.
Los equipos de respiración a gran altitud se pueden clasificar por tipo de varias maneras:
La interfaz respiratoria del usuario es el sistema de suministro mediante el cual el aparato respiratorio dirige el flujo de gas respiratorio hacia y desde el usuario. Lo habitual es utilizar algún tipo de máscara, capucha o casco.
Cualquier unidad dada es miembro de varios tipos.
Los aparatos de respiración para grandes altitudes se utilizan para actividades aeronáuticas y de montañismo sin presión (presión ambiental) en las que 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 de presión. [1]
En esta aplicación se han utilizado equipos de circuito abierto y de rebreather, en los que 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 es solo hipobárico debido a la baja presión ambiental. [1]
A gran altitud , de 1.500 a 3.500 metros (4.900 a 11.500 pies), la presión parcial de oxígeno reducida tiene efectos fisiológicos, como una reducción del rendimiento físico y un aumento de la frecuencia respiratoria. La saturación arterial de oxígeno sigue siendo, por lo general, superior al 90 % en personas sanas, pero la PO2 arterial está reducida . [2]
A grandes altitudes , de 3.500 a 5.500 metros (11.500 a 18.000 pies), la saturación de oxígeno arterial cae por debajo del 90% y la PO2 arterial se reduce hasta el punto de que puede producirse una hipoxemia extrema durante el ejercicio y el sueño, y si se produce a gran altitud, un edema pulmonar . En este rango es común el mal de altura grave. [2]
En altitudes extremas , por encima de los 5.500 metros (18.000 pies), se puede esperar una hipoxemia, hipocapnia y alcalosis significativas , con un deterioro progresivo de la función fisiológica que supera la aclimatación. En consecuencia, no hay asentamientos humanos en este rango de altitud. [2]
Por encima de esta zona se encuentra la zona en la que el oxígeno al 100 % a presión ambiente es insuficiente y se requiere algún tipo de presurización para proporcionar una presión de oxígeno inhalable viable. Las opciones son la presurización parcial mediante trajes presurizados y la presurización total con trajes espaciales .
En la región que va 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 puedan funcionar sin oxígeno suplementario y la enfermedad por descompresión de altitud es rara.
La zona de deficiencia fisiológica se extiende desde los 3.600 m (12.000 pies) hasta aproximadamente los 15.000 m (50.000 pies). En esta zona hay un mayor riesgo de hipoxia , disbarismo por gas atrapado (donde el gas atrapado en el cuerpo se expande) y disbarismo por gas evolucionado (donde los gases disueltos como el nitrógeno pueden formarse en los tejidos, es decir, enfermedad por descompresión ). [3] Por encima de aproximadamente 4.300 m (14.000 pies) se requiere una mezcla de respiración 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 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 requerida ] 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 temperatura corporal normal, y se necesitarán trajes de presión. Generalmente, se utiliza oxígeno al 100% para mantener una altitud equivalente de 3.000 m (10.000 pies).
La altitud de la zona de muerte es de 8.000 metros (26.000 pies) 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 altitud durante el tiempo suficiente, pero para el trabajo de rescate a gran altitud, los equipos de rescate deben desplegarse rápidamente y no se dispone del tiempo necesario para aclimatarse, lo que hace necesario el uso de equipos de respiración con oxígeno por encima de aproximadamente 3.700 metros (12.000 pies). [5]
En la aviación, generalmente no hay posibilidad de aclimatación y la necesidad de utilizar un aparato de respiración generalmente supone que el usuario inicia el vuelo al nivel del mar o cerca de él.
A una altitud de 10.000 metros (34.000 pies) se puede mantener una presión parcial de oxígeno equivalente al nivel del mar con un 100% de oxígeno. Por encima de los 12.000 metros (40.000 pies), la respiración con presión positiva con un 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 pérdida de conciencia. [6] Se pueden utilizar dispositivos de conservación de oxígeno con aparatos de respiración de circuito abierto para mejorar la eficiencia del uso del gas a altitudes inferiores donde es viable la respiración a presión ambiental con menos del 100% de oxígeno.
A altitudes suficientemente elevadas, la presión parcial de oxígeno en el aire es insuficiente para permitir un trabajo útil y mantener la conciencia, incluso después de la aclimatación, y a altitudes aún mayores no puede permitir la vida humana. En altitudes en las que el problema es la hipoxia, una solución viable es respirar gas con un mayor contenido de oxígeno a presión ambiente. El oxígeno suplementario suficiente para proporcionar una altitud equivalente a la de una cabina de avión presurizada (unos 8000 pies) es suficiente para muchos fines, pero concentraciones más altas, como el equivalente al nivel del mar (P O 2 de unos 0,21 bar), pueden permitir una mayor capacidad de trabajo aeróbico. En contrapartida, existe la necesidad de conservar el oxígeno y minimizar el peso que lleva el usuario del aparato respiratorio.
Cuando el usuario debe llevar consigo 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 del oxígeno y la confiabilidad del equipo de respiración son más importantes, y existe una compensación de estas características con el peso que debe transportarse.
La cantidad de oxígeno suplementario necesaria para llevar la presión parcial inhalada al equivalente al nivel del mar, o a cualquier otro valor fijo mayor que el de la atmósfera ambiente, es una 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 por minuto , que depende del nivel de esfuerzo.
Para evitar tener que cargar con el peso de todas las botellas durante todo el ascenso y descenso de una cima, se pueden almacenar una o más botellas a lo largo de la ruta para recuperarlas al regreso. Esto implica el uso de dos o más botellas para llevar el suministro de oxígeno para el día de la cumbre, que puede durar hasta 18 horas, lo que hace que una autonomía de aproximadamente 6 horas para una botella llena sea una opción práctica. [7] Esta estrategia no es posible si se utiliza una sola botella.
Los aparatos de respiración para montañismo proporcionan oxígeno en una concentración mayor que la disponible en el aire atmosférico en un entorno naturalmente hipóxico. Deben ser livianos y confiables en condiciones de frío extremo, y no deben ahogarse con la escarcha depositada por el gas exhalado, que está saturado de vapor de agua a temperatura corporal. [8]
En los sistemas experimentales de montañismo con oxígeno en circuito cerrado se ha utilizado tanto oxígeno generado químicamente como oxígeno comprimido, pero el circuito abierto es el que se ha utilizado con mayor frecuencia, aunque es relativamente derrochador, ya que el equipo es más fiable. [9] [5] Para el montañismo a grandes altitudes donde el usuario tiene que llevar el oxígeno almacenado, se puede utilizar el circuito abierto a demanda o el circuito cerrado para maximizar la resistencia del equipo. [10]
Respirar oxígeno puro produce una presión parcial elevada de oxígeno en la sangre: un escalador que respira oxígeno puro en la cumbre del monte Everest tiene una presión parcial de oxígeno arterial mayor que la que respira aire a nivel del mar. Esto da como resultado la capacidad de realizar un mayor esfuerzo físico en la altitud. 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 del usuario, pero es vulnerable a la congelación durante los períodos en los que no está en uso activo. [9]
Los aviones no presurizados y el paracaidismo a gran altitud tienen requisitos y un entorno de trabajo similares a los del montañismo, pero el peso es un problema menor. [10]
En un sistema de circuito cerrado, todo 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 a fugas incidentales del circuito de respiración.
Existe un riesgo de toxicidad pulmonar por oxígeno si la presión del oxígeno supera aproximadamente 0,5 bar durante períodos prolongados, lo que podría suceder en altitudes inferiores a 5500 m, donde la presión atmosférica es aproximadamente la mitad del valor a 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 el suministro de oxígeno falla, el gas del circuito puede volverse más hipóxico que la atmósfera ambiental si el circuito no se purgó adecuadamente o si se contamina con aire ambiental. En ausencia de monitoreo de oxígeno, el usuario puede no notar la reducción en la concentración de oxígeno. [10]
Una ventaja potencial adicional de un rebreather es que la reacción de depuración del dióxido de carbono es exotérmica y mantiene caliente el gas en el circuito de respiración si está suficientemente aislado, y conserva la humedad, reduciendo la deshidratación. Las desventajas incluyen el peso del depurador y los problemas de la humedad que se condensa en el circuito y se congela, lo que puede bloquear los conductos de gas y obstruir el depurador. Si el depurador se congela, debe descongelarse antes de que la reacción pueda reanudarse, y llevará algún tiempo calentarse hasta una temperatura en la que la reacción sea suficiente.
El regulador de demanda de diluyente fue desarrollado para vuelos a gran altitud durante la Segunda Guerra Mundial. [5] Un regulador de demanda de diluyente aspira aire ambiente hacia la máscara 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 está controlado por 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 está correctamente calibrado, la presión parcial de oxígeno en la mezcla permanece bastante constante en un valor similar a los 0,21 bares a 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, más liviana y más resistente, lo que brinda un rango escalonado de concentraciones que es más ligero, más confiable, un poco menos eficiente y requiere una selección apropiada por parte del usuario. También permite al usuario ajustar manualmente la mezcla para que se adapte a sus necesidades personales. Como se selecciona manualmente, es menos adecuado para volar y más adecuado para peatones que no cambiarán 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 más alta a caudales de inhalación más altos, lo que ayuda a compensar un mayor esfuerzo. [13]
El oxígeno embotellado , más conocido como oxígeno comprimido de alta presión, oxígeno médico y oxígeno para aviadores, es oxígeno en cilindros de almacenamiento de alta presión, portátiles y pequeños. 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 un precio superior por el peso más bajo que contenga suficiente gas para la escalada, lo que tiende a favorecer los cilindros de filamentos enrollados a alta presión.
Cuando no hay límite en el uso de energía y el trabajo se debe realizar en una ubicación fija, 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 el nitrógeno para suministrar una corriente de gas producto enriquecida con oxígeno. También se utilizan industrialmente y como dispositivos médicos para la oxigenoterapia . [15] Dos métodos de uso común son la adsorción por oscilación de presión y la separación de gases por membrana . Son más eficientes cuando el oxígeno suplementario no necesita estar en un alto porcentaje.
Los concentradores de oxígeno por adsorción por oscilación de presión utilizan un tamiz molecular para adsorber gases y funcionan según el principio de adsorción rápida por oscilación de presión del nitrógeno atmosférico sobre minerales de zeolita a alta presión. Por lo tanto, este tipo de sistema de adsorción es funcionalmente un depurador de nitrógeno, que deja pasar los demás gases atmosféricos, y el oxígeno es el gas principal restante. [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 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. [17] El gas del producto se puede entregar directamente al usuario a través de un aparato de respiración adecuado.
Los concentradores de oxígeno portátiles de dosis pulsada (también llamados de flujo intermitente o a demanda) son las unidades más pequeñas, que pueden pesar tan solo 2,3 kilogramos (5 libras). Su pequeño tamaño permite que el usuario desperdicie menos energía obtenida del tratamiento al transportarlos. La unidad administra un volumen establecido (bolo) de aire enriquecido con oxígeno al comienzo de cada respiración, que es la parte de la respiración con más probabilidades 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 denso que el agua líquida, y es criogénico 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 una fuente transportable de oxígeno respirable. [21]
Un generador químico de oxígeno es un dispositivo que libera oxígeno a través de una reacción química . La fuente de oxígeno suele ser un superóxido inorgánico , [22] clorato o perclorato ; los ozónidos son otro grupo prometedor de fuentes de oxígeno. Los generadores suelen encenderse mediante un percutor y la reacción química suele ser exotérmica , lo que convierte al generador en un peligro 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 suele recibir oxígeno comprimido mediante cilindros. El núcleo oxidante es clorato de sodio ( NaClO3 ), que se mezcla con menos del 5 por ciento de peróxido de bario ( BaO2 ) y menos del 1 por ciento de perclorato de potasio ( KClO4 ). Los explosivos en la cápsula fulminante 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. [23] [24]
Existen diferentes sistemas de oxígeno para aviación y métodos de suministro disponibles según la aplicación específica. La fuente de oxígeno puede ser generadores de oxígeno químico, sistemas portátiles de almacenamiento de oxígeno gaseoso a alta presión (cilindros de gas), sistemas de generación de oxígeno a bordo (concentradores de oxígeno) o sistemas de oxígeno líquido. [4]
La generación de oxígeno químico se utiliza habitualmente en grandes aviones comerciales como fuente para el sistema de oxígeno de emergencia para pasajeros en cabinas presurizadas. El sistema es ligero y suele estar diseñado como un sistema disperso para proporcionar un suministro de oxígeno suplementario de unos 10 minutos mientras el avión 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) extraen el aire comprimido de los motores, enriquecen el contenido de oxígeno eliminando el nitrógeno mediante un concentrador de oxígeno y regulan el suministro de presión y temperatura a la cabina. Están disponibles de forma continua y producen gas fresco cuando el motor está en funcionamiento. [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 instalan equipos de respiración de protección fijos para su uso por parte de la tripulación de vuelo y debe haber al menos una unidad portátil disponible en la cabina de vuelo o cerca de ella para que la utilice un miembro de la tripulación. Debe haber equipos de respiración de protección portátiles adicionales disponibles para los miembros de la tripulación para combatir incendios en todos los compartimentos a los que se pueda acceder durante el vuelo. Debe haber equipos disponibles para el número máximo de miembros de la tripulación que probablemente se encuentren en el área durante el vuelo. [25]
El PBE debe proteger al usuario del humo, el 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 facial completa) o los ojos y la boca (máscara buco-nasal) con protección ocular adicional. La máscara facial debe permitir una comunicación eficaz 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. [25]
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 por minuto de 30 litros por minuto, ya sea mediante flujo continuo o a través de un sistema de demanda, y no debe causar un aumento significativo en el contenido de oxígeno del ambiente local. [25]
Los sistemas de oxígeno de emergencia de 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 ha fallado y la altitud de la cabina ha aumentado por encima de un nivel seguro. Consisten 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 de oxígeno gaseoso de alta presión centralizado o generadores de oxígeno químico descentralizados .
La escalada a gran altitud suele requerir el uso de aparatos de oxígeno portátiles cuando se asciende al monte Everest o a otros ochomiles , aunque algunos montañeros (y en particular los escaladores de estilo alpino ) han ascendido deliberadamente al Everest sin oxígeno (por ejemplo, comenzando con Reinhold Messner en 1978). El aparato puede ser de circuito abierto (complementario) o de circuito cerrado; la expedición británica al monte Everest de 1953 utilizó ambos tipos.
Aunque existe una similitud considerable en las condiciones básicas en las que se utilizan los aparatos respiratorios para aviación y montañismo, existen diferencias suficientes para que el uso directo de los equipos resulte generalmente impracticable. Una de las principales consideraciones es que, a diferencia del aviador, el montañista 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 adicional de respiración 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. [26]
Los sistemas de suministro teóricamente disponibles son: un sistema de flujo constante sin reservorio, que es simple y confiable, pero extremadamente derrochador, un sistema de flujo constante con reservorio, que cuando se adapta a la demanda del usuario es más eficiente que el flujo constante simple, y también es relativamente simple y confiable, un sistema de válvula de demanda, que sigue automáticamente la demanda del usuario, pero también desperdicia una parte significativa del gas inhalado en el espacio muerto, un sistema de demanda de dosis de pulso, que desperdicia menos gas en el espacio muerto, pero depende de 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 está en uso constante. [26] El sistema de flujo constante que utiliza una máscara de reservorio se ha utilizado principalmente porque es relativamente confiable.
Un sistema comúnmente utilizado 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 peso por debajo de 2,7 kilogramos (6,0 lb). Con un flujo de dos litros por minuto, los cilindros duran aproximadamente 6,5 horas cada uno. [7] Poisk cita el volumen interno ( capacidad de agua ) en 3 a 4 litros. [27] [28] Se utilizan dos tipos de máscaras de respiración. Una es para escalar y la otra para descansar y dormir, que incluye un intercambiador de calor y humedad. Estas máscaras se sellan contra diferentes áreas de la piel de la cara para reducir los problemas de presión de contacto. Ambos tipos de máscaras utilizan una bolsa de depósito que puede economizar el consumo de oxígeno cuando el caudal se establece correctamente para la frecuencia respiratoria actual al garantizar que la bolsa de depósito se desinfle completamente al final de la inhalación y se infle completamente al final de la exhalación. Es posible realizar algunas tareas de mantenimiento en campo utilizando el kit de piezas de repuesto. El diagrama esquemático indica un tipo de máscara con recirculación parcial . [28]
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. [ aclaración necesaria ] 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 comienzo 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 la vista menos que los sistemas de máscara con rebreather [27]. Se descubrió que el sistema no era confiable y Summit volvió al sistema de flujo constante. La cánula de silicona todavía está disponible como un componente médico. [29]
El sistema Summit Oxygen comercializado en 2023 utiliza un regulador de caudal 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 mayor frecuencia para adaptarse al esfuerzo actual, lo que hace que el uso del oxígeno sea más eficiente. Las bombonas utilizadas son de 4 litros a 300 bares con una masa de 3,89 kg cuando están llenas. Una válvula de entrada de aire ambiente impide inhalar 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, ya que estaba en el espacio muerto fisiológico . [30]
Todas las expediciones británicas utilizaron aparatos de oxígeno de circuito abierto, como lo recomendaron los escaladores pioneros George Finch , Noel Odell y Peter Lloyd . El aparato de oxígeno de circuito abierto se probó en las expediciones británicas al Everest de 1922 y 1924 ; el oxígeno embotellado que llevó la expedición de 1921 no se utilizó. El marco de transporte para el 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. [31]
Los escaladores a veces llevaban sólo dos cilindros cada uno. Cuatro cilindros contenían un total de 960 litros de oxígeno, que durarían ocho horas al ritmo estándar de 2 litros por minuto o siete horas a 2,2 L/min. [32] El intento de George Mallory y Andrew Irvine de llegar a la cima del Everest en 1924 fue el primer intento de llegar a la cima utilizando oxígeno en el Everest. [31] Mallory e Irvine llevaban dos cilindros cada uno. [32]
La expedición británica al Monte Everest de 1938 probó aparatos de circuito cerrado y de circuito abierto, pero estos últimos no tuvieron éxito. [33]
En 1953, el primer grupo de asalto de Tom Bourdillon y Charles Evans utilizó rebreathers de oxígeno de circuito cerrado , que habían sido desarrollados por Bourdillon y su padre, y ascendieron a una velocidad sin precedentes hasta 90 m de la cumbre, pero no la alcanzaron porque uno de los rebreathers falló cuando se rellenó el depurador. [34] [10] [35] 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 la década de 1930 a 1950, pero se descubrió que los rebreathers disponibles eran demasiado pesados e incómodos para el montañismo, se desarrolló un equipo de circuito abierto más ligero y el circuito cerrado se ignoró durante los siguientes 50 años. [35]
Dos días después de Bourdillon y Evans, el segundo grupo de asalto de Edmund Hillary y Tenzing Norgay alcanzó la cumbre con un sistema de flujo continuo de circuito abierto de 22 libras muy mejorado. [31] Después de diez minutos tomando fotografías en la cumbre sin usar su equipo de oxígeno, Hillary dijo que "se estaba volviendo un poco torpe y lento en sus movimientos". [36]
John Hunt consideró que dos grupos de asalto utilizando el tipo experimental de circuito cerrado era demasiado arriesgado a pesar de que los usuarios habían logrado una velocidad de ascenso más rápida y también tenían potencialmente un mayor alcance para un suministro dado (de modo que podría ser posible alcanzar la cumbre desde un campamento en el Collado Sur). Por lo tanto, propuso un asalto de circuito cerrado seguido poco después de un asalto de circuito abierto (y un tercer asalto si fuera necesario). Los cilindros utilizados eran cilindros de aleación ligera de dural con capacidad para 800 litros o cilindros de 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 tenía 8 equipos de circuito cerrado y 12 de circuito abierto; el equipo de circuito abierto usaba 1 cilindro de la RAF o 1, 2 o 3 cilindros de dural; con un peso total del conjunto de 28 lb, 18 lb, 29 1 ⁄ 2 lb o 41 lb (12,7, 8,2, 13,4 o 18,6 kg). [9] Los durmientes por encima de los 21.500 pies (6.600 m) usaban "oxígeno nocturno" a 1 litro/minuto; y con adaptadores podían usar oxígeno de tanques de Drägerwerk que los suizos habían dejado atrás en 1952. [37] Tanto los equipos de circuito abierto como los de circuito cerrado se congelaban; los equipos de circuito cerrado cuando se insertaba un bote de cal sódica nuevo y frío. [ 38]
El fisiólogo Griffith Pugh también había participado 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, basándose en experimentos realizados en Menlung La a 20.000 pies (6.100 m) en 1952: [39]
También observaron una gran variación entre individuos: algunos hombres no podían ir por encima de los 21.000 pies (6.400 m), probablemente solo algunos hombres excepcionales podían ir por encima de los 27.000 pies (8.200 m) sin oxígeno suplementario, y pocos hombres pueden ir por encima de los 26.000 pies (7.900 m) dos veces en una expedición. El rendimiento fue algo mejor de lo esperado a partir de 1952; el efecto principal fue aumentar el trabajo realizado en un día y una gran mejora en su estado subjetivo, lo que les permitió apreciar mejor el entorno. La sensación de bienestar continuó durante una hora o más después de suspender el oxígeno. Pugh también recomendó aclimatarse por encima de los 15.000 pies (4.600 m) durante al menos 36 días y el uso de equipos de circuito cerrado.
El médico y alpinista de la Marina de los EE. UU. Tom Hornbein modificó el diseño de una máscara respiratoria utilizada por los pilotos de la Marina que fue fabricada por Maytag para la expedición estadounidense de 1963. Se trataba de una máscara sin reinhalación que tenía una sola válvula antirretorno para evitar el reflujo hacia la bolsa de reserva que acumulaba oxígeno de un regulador de flujo constante y lo suministraba al comienzo de la inhalación. A partir de 2013, este diseño básico todavía se utiliza para equipos de respiración de circuito abierto para montañismo [31]
El 8 de mayo de 1978 , Reinhold Messner y Peter Habeler realizaron la primera ascensión al Monte Everest sin oxígeno suplementario. [40] Messner había ascendido los 14 "ochomiles" sin oxígeno suplementario en 1986.
La falta de oxígeno embotellado fue señalada como un factor en las muertes de Ray Genet y Hannelore Schmatz en el Monte Everest en 1979. [41]
El fabricante ruso Poisk suministra aparatos respiratorios desde 1982, utilizando un cilindro pequeño y ligero de titanio y filamento de kevlar de 3,5 kg con una autonomía de 6 horas a 2 litros por minuto, con reguladores que se pueden ajustar en incrementos de 0,25 litros por minuto hasta 4 litros por minuto. [31] Los múltiples cilindros pequeños permiten el almacenamiento en caché.
En 1991, los Guías Internacionales de Montaña eligieron un cilindro más grande que podía suministrar oxígeno durante 10 horas a un ritmo de 3 litros por minuto. [31]
En el siglo XXI, uno de los sistemas de oxígeno más populares en el Monte Everest utilizaba botellas de aluminio reforzado con fibra de carbono, con un cilindro de oxígeno de 3 litros que pesaba 7 libras (3,2 kg) cuando se llenaba a 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar). [42]
En 2003, Summit Oxygen introdujo un sistema experimental con cánula nasal y sistema de pulso de demanda con control eléctrico mediante una batería, pero el caudal era insuficiente para la demanda y volvieron al sistema más tradicional de máscara de rebreather parcial de flujo continuo . [31]
La máscara TopOut se introdujo en 2004, basada en la máscara respiratoria 3M R6311. [31] [43]
De las más de 6.500 cumbres del Everest alcanzadas en 2013, menos de 100 fueron sin oxígeno. [31]
En el Everest se han producido numerosas muertes relacionadas con fallos en los equipos de respiración. En una única expedición de 2019, nueve equipos de respiración fallaron el mismo día, pero el grupo ya estaba descendiendo y, compartiendo el equipo, se las arregló para evitar muertes. No se han investigado oficialmente las causas y el mecanismo de los fallos, pero los testigos afirman que en las dos décadas anteriores se han producido al menos otros 21 casos de fallos peligrosos en los equipos de respiración. Esto debe considerarse en la perspectiva del número total de ascensos con oxígeno, que superan los 6500, por lo que la tasa de fallos de los equipos de soporte vital críticos es de alrededor del 0,5%, según una primera estimación. El New York Times informó de que las prácticas de mantenimiento y recarga de los equipos son cuestionables. Los fabricantes de equipos, con toda razón, no aceptan la responsabilidad de los cilindros que no se rellenan en sus propias instalaciones, y no se ha registrado si alguno de los fallos se debió a llenados de fábrica. Lo que sí se sabe es que los cilindros suelen rellenarse localmente. Los modos de fallo notificados incluyen fugas de los cilindros, mal funcionamiento del regulador y error del operador por parte de escaladores inexpertos. Es probable que la mayoría de las fallas se debieran a equipos Poisk , principalmente porque es la marca más común en uso, pero también se han reportado fallas en los reguladores Summit Oxygen . Tanto Poisk como Summit Oxygen tienen una buena reputación en términos 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 una causa del problema. [44]