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Con el fin de comprender cómo las enfermedades respiratorias y sus respectivos tratamientos de oxigenación funcionan en el cuerpo humano, la profundización en los fundamentos del tratamiento de oxigenación hiperbárica (TOHB) es esencial en los profesionales que trabajan en el área de la salud.
Generalidades
Para estudiar las bases físicas del fundamento del tratamiento de oxigenación hiperbárica, es necesario conocer las siguientes características generales de los gases: las constantes, la presión y la densidad, la composición del aire y las características del oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono.
La información relevante está basada en la ley de gases de Boyle y Mariotte, la ecuación universal de los gases, la ley de Dalton, ley de Henry y la ley de difusión de Fick. También, es necesario saber el principio de la ley de descompresión adiabática, el número de Avogadro y las unidades de presión.
Conceptos básicos
- Peso molecular: 1 mol de una sustancia (átomos, iones, moléculas o unidades de fórmula) son 2 números de Avogadro.
- El número de Avogadro: (6,022 x 1023) es aproximadamente el número de partículas (átomos, iones, moléculas o unidades de fórmula) contenidas en 1 mol de un oxígeno. el cual tiene un peso molecular de 32 g, definido como el peso molecular de una sustancia.
Características de los gases
Ley de Avogadro
La ley de Avogadro postula que igual volúmenes de gases a la misma temperatura y presión contiene igual número de moléculas. En condiciones estándares (0 °C, 1,013 bar) el volumen de cualquier gas es 22,42 l/mol.
Avogadro (1811) y Ampère (1814) propusieron de manera independiente la existencia de moléculas gaseosas formadas por dos o más átomos iguales. Sin embargo, ambos autores llegaron a la misma conclusión: en una reacción química, una molécula de reactivo debe reaccionar con una o varias moléculas de otro reactivo. Allí se da lugar a una o varias moléculas del producto. Sin embargo, una molécula no puede reaccionar con un número no entero de moléculas ya que la unidad mínima de un reactivo es la molécula.
Por lo tanto, debe existir una relación de números enteros sencillos entre las moléculas de los reactivos, y entre estas moléculas con las del producto.
Ley de Boyle y Mariotte
Descrito por primera vez de forma independiente por el señor Robert Boyle (1627-1691) y Edme Mariotte (1620-1684). También se le llama ‘ley de Boyle-Mariotte’. Su ecuación es pxV= constante a temperatura constante.
El producto de la presión (p) y el volumen (V) en una cantidad de gas a igual temperatura (T) se mantiene constante. Para una cantidad confinada de un gas en dos diferentes estados a temperatura constante cambia la ecuación: p1V2 = psV2.
- Relevancia hiperbárica: dentro de las cámaras hiperbáricas, cualquier volumen de gas confinado en el cuerpo humano y en equipos (médicos) está sujeto a esta ley. En órganos o espacios llenos de gas con paredes rígidas, este efecto debe ser tenido en cuenta durante la compresión y descompresión de presiones más altas. Esto es más importante entre 1 bar y 1,5 bar (100 kPa – 150 kPa) donde los cambios de la presión causan los mayores cambios relativos de volumen.
Ley de Dalton
Descrita por primera vez por John Dalton (1766-1844) en 1801. Esta ley de los gases también es denominada ‘ley de presión parcial de Dalton’, la cual afirma que la presión total ejercida por una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones que serían ejercidas por los gases si cada uno estuviera presente y ocupara el volumen total.
Cada gas en la mezcla actúa como si estuviera solo, por lo que las presiones de cada gas que forman una mezcla se van sumando. La presión parcial de un gas (p1) iguala el producto de la presión total de la mezcla de los gases (Pt) y la fracción del gas (F1). Ecuación: P1=Pt x F1.
- Relevancia práctica: los gases que no son tóxicos cuando se inhalan a presión ambiente, en un cierto porcentaje de una mezcla gaseosa (vol. %) pueden convertirse en tóxicos cuando se inhalan a presión total elevada. La presión parcial, y no el porcentaje en una mezcla gaseosa, es la que causa toxicidad. Además, si la presión parcial de oxígeno se aumenta en la mezcla de aire, ejercerá mayor presión parcial y en consecuencia mayor presión total a nivel del alveolo pulmonar.
Ley de Henry
Esta ley formulada en sus inicios por William Henry (1775-1836) en 1803 establece que la masa de un gas (C) que se disuelve en un volumen definido de líquido, es directamente proporcional a la presión del gas (P), siempre que el gas no reacciona con el disolvente. Ecuación: αP/C =constante a temperatura constante.
- P=presión parcial de oxígeno.
- C=concentración de gas en el líquido.
- A=coeficiente de solubilidad de Bunsen (específico para gases y líquidos).
Como principio básico, la solubilidad de los gases es mayor en líquidos fríos.
- Relevancia práctica: la solubilidad dependiente de la presión de los gases inertes (por ejemplo el nitrógeno) en los líquidos y tejidos corporales, es crucial para el desarrollo de una enfermedad por descompresión (EDC). Esto debido a la sobresaturación de los tejidos en relación con la presión ambiental reducida después de la exposición. La solubilidad del nitrógeno en agua es mucho menor que la solubilidad del oxígeno. Constituye una de las causas de la enfermedad descompresiva del buzo. Por otro lado, al aumentar la presión dentro de la cámara hiperbárica, la presión en el espacio hematoalveolar ejercida aumenta la cantidad de oxígeno diluido en el plasma y en los líquidos tisulares. Así pues, a mayor presión, mayor cantidad de gas diluido en el líquido, a temperatura constante.
Ley de Fick
Las leyes de difusión de Fick fueron derivadas por Adolf Fick en 1858. La primera ley se utiliza en la difusión en estado estacionario y da lugar a la fórmula a continuación (la cual indica la velocidad de difusión de un gas a través de una membrana): Tasa de difusión= k x A x ΔP.
- K=constante (determinada por el experimento, el gas y la temperatura).
- A=área de superficie donde se realiza la difusión.
- ΔP=diferencia entre las presiones parciales entre ambos lados de la membrana.
- D=distancia sobre la cual se realiza la difusión.
- Relevancia práctica: en varios lugares del cuerpo humano, las presiones parciales de gases disueltos (como oxígeno o nitrógeno) dependen de la difusión. Se consideran las variables para la difusión de gases tales como el tamaño del área de difusión, el espesor de la barrera de difusión (o distancia) y la diferencia entre las presiones parciales de gas. Si la diferencia es mayor, la tasa de difusión es mayor entre ambos lados de la membrana (para el mismo tamaño de membrana y la misma distancia).
Aire atmosférico
El aire atmosférico es una mezcla de diferentes gases (21 % de oxígeno, 79 % de nitrógeno, incluyendo 1 % de argón). La fracción de CO2 es prácticamente imperceptible siendo un poco más importante en el aire expirado (aproximadamente 4 %).
El vapor de agua es un componente muy variable del aire. A temperaturas más altas, el aire puede contener mayores cantidades de vapor de agua. La unidad ‘% de relativo a la humedad’ depende de la temperatura. Así mismo, como todos los demás gases en la mezcla de aire, el vapor de agua produce una presión de gas (pH2O) a 37 °C y 100 % del relativo a la humedad (= 100 % de saturación con vapor de agua) pH2O es igual a 47 mmHg.
Finalmente, las diferentes leyes físicas se aplican en el fundamento de la terapia de oxigenación hiperbárica tanto en el efecto deseado como en las consideraciones de los eventos adversos. Su comprensión permite distinguir los diferentes efectos que se pueden obtener de la combinación del aumento de presión atmosférica y de aumento de presión parcial del oxígeno inspirado.
Enfermedades respiratorias
En la actualidad hay un resurgimiento en la utilización del tratamiento de oxigenación hiperbárica (TOHB) como una herramienta coadyuvante en diferentes especialidades médicas. TECH Universidad Tecnológica ofrece diferentes posgrados de alta calidad como el Máster en Fisioterapia Respiratoria en Medicina Rehabilitadora y el Máster en Actualización en Medicina Intensiva, en los cuales se profundizan los temas relacionados con las diferentes enfermedades respiratorias y sus respectivos estudios.
Por medio del Máster en Medicina Hiperbárica se enseña cómo la creación de cámaras hiperbáricas de nueva generación, más accesibles al uso, coste, e instalación en instituciones de salud pública y privada, ha logrado que diferentes profesionales incorporen esta herramienta en su práctica habitual.
