PRESIÓN BAJO EL AGUA

    La presión atmosférica se debe al peso de la columna de aire y cuando estamos sumergidos bajo el agua se añade a ella la que corresponde al peso de la columna de agua. Se denomina presión absoluta a la suma de ambas y se calcula habitualmente añadiendo una atmósfera a la presión debida a la columna de agua que se denomina presión hidrostática o presión relativa.

    Si recordamos las unidades de medida de presión aplicándolas a la terminología usual en buceo tendremos:

1 bar = 100 kPa = 100000 N/m2 = 10 N/cm2   

    Por otra parte 

1 bar = 750 mmHg = 0,987 atm = 10,197 m H2O

    de aquí que se admita como aproximación razonable a efectos prácticos la relación:

1 bar = 10 mH2O = 100 kPa = 10 N/cm2 = 1 kg/cm2 = 1 atm

    por esto, aunque la conversión no sea exacta, se utiliza de forma sistemática,  la relación:

 10 m de profundidad equivalen a 1 bar de presión.

Problema propuesto: calcule los factores de conversión correctos
bar m H2O salada m H2O dulce mm Hg kg/cm2
1     750  

    Por lo tanto cuando se bucea a una profundidad de 20 metros la presión hidrostática se considera que será de 2 bar y la presión absoluta de 3 bar.

    El cambio de presión es proporcionalmente mayor a bajas profundidades ya que un cambio de 10 m desde la superficie supone duplicar la presión (pasamos de 1 bar a 2 bar, 2:1=2), mientras que a 30 m de profundidad un incremento de 10 m supone pasar de 4 a 5 bar (5:4= 1,25). 

    Algunas ballenas son capaces de sumergirse a profundidades entre 500 y 1000 metros, soportando presiones absolutas de 51 a 101 bar. Con una presión de 101 bar para tener una presión parcial de oxígeno similar a la del aire al nivel del mar, el gas ha de tener una proporción del 0,2% de oxígeno (101*0,002 = 0,20).

    El incremento de presión en el gas respirado es importante para comprender las modificaciones de las presiones alveolares teniendo en cuenta que algunos parámetros respiratorios se expresan, por convenio, en condiciones STPD (0º C, 760 mmHg, seco) y la situación del sujeto estará dada en condiciones BTPS (t y presión corporal, saturado de vapor de agua).

    De la ecuación de estado de los gases deducimos que:

p1V1/T1 = p2V2/T2

     lo que nos permite obtener las valores de cualquier parámetro al producirse un cambio de condiciones. Si utilizamos para el subíndice 1 las condiciones standard entonces:

p1 = 760 mmHg = 1 atm

T1 = 273,15 ºK

    Si el subíndice 2 se refiere a la situación del organismo entonces:

p2 = Pb - PH2O

T2 = 273,15+37 = 310,15 ºK

    Por ejemplo si nos planteamos que el consumo de oxígeno de un sujeto puede variar desde 250 a 3000 ml/min según que se encuentre en reposo o haciendo un ejercicio intenso, estos valores convertidos a las condiciones del organismo a nivel del mar o a 10 atmósferas absolutas de presión pasan a ser:

consumo oxígeno ml/min STPD BTPS nivel mar 1atm BTPS buceando a 10 atm
reposo 250 303 29
ejercicio 3000 3630 343

    Los mismos cálculos repetidos para la producción de carbónico en condiciones de reposo y ejercicio intenso nos conducen a los siguientes resultados:

producción de carbónico ml/min STPD BTPS nivel mar 1atm BTPS buceando a 10 atm
reposo 200 242 23
ejercicio 2400 2904 274

    El consumo de oxígeno no se modifica con la hiperpresión siempre que se exprese en condiciones STPD pero evidentemente cambia cuando se modifican las unidades, como se ha visto. Trabajando a altas presiones los volúmenes serán siempre menores que en condiciones standard y como aproximación grosera vale pensar que disminuirá en proporción a la presión así 1 l/min STPD serán unos 100 ml/min medidos a 10 ATA

    El hecho de nadar incrementa el consumo de oxígeno que pasa a ser del orden de 2-3 l/min STPD cuando se nada a 2 km/h. Conforme se incrementa el consumo de oxígeno se requiere un incremento de la ventilación que si se expresa en condiciones BTPS es similar a los valores a presión de nivel del mar.

Presiones parciales alveolares.

La ecuación universal del gas alveolar establece que la concentración alveolar de un gas será igual a la concentración del gas en el aire inspirado mas (o menos) la relación entre el aporte (o la extracción) de gas dividida por la ventilación alveolar (es una variante del principio de conservación de la materia). Si denominamos X al gas :

[X]A= [X]I ± VX/VA


    Aplicada al oxígeno, que es un caso  difícil dado que la concentración inspirada no es nula y teniendo en cuenta los signos apropiados (en este caso es negativo ya que se toma gas del alveolo)

FIO2-FAO2= VO2/VA

    La fracción VO2/VA disminuye inversamente con la presión ya que el término ventilación alveolar no se modifica al medirse en condiciones BTPS y en cambio el consumo de oxígeno en volumen es cada vez menor conforme aumenta la presión, según se acaba de ver (ocurre lo mismo que con la concentración alveolar de CO2)
    Así para un consumo de oxígeno de 250 ml/min y una ventilación alveolar de 4,5 l/min .

A nivel del mar: 303/4500  = 0,067
A 10 atm          : 29/4500  = 0,006

    Esto implica que la diferencia de concentraciones inspirado-alveolar es cada vez mas pequeña conforme se incrementa la presión. Así tendremos, utilizando aire que supone una FIO2 de 0,209

A nivel del mar  :FIO2-FAO2= 0,067 entonces FAO2 = 0,209-0,067 = 0,142  ::  14,2%
A 10 atm          : FIO2-FAO2= 0,006 entonces FAO2 = 0,209-0,006 = 0,203  ::  20,3%

    De nuevo tenemos que multiplicar por las presiones para pasar a presiones parciales y entonces tendremos

A nivel del mar presión 713 mmHg PIO2=   149 y PAO2=    101,2 la diferencia es 47,8 mmHg
A 10 ATA presión     7553 mmHg PIO2 = 1579 y PAO2 = 1533   la diferencia es 46 mmHg

    Es decir la diferencia de presiones es prácticamente constante y esto implica por lo tanto que a medida que aumenta la presión total aumenta la presión de oxígeno en el aire inspirado y en el aire alveolar en la misma proporción.

    A la misma conclusión llegaremos si calculamos la presión parcial de carbónico y consideramos la ecuación del gas alveolar.

   Si tenemos en cuenta que la presión parcial de CO2 a nivel alveolar es el producto de la presión por la concentración fraccional (para una revisión véase el capítulo del gas alveolar)

PACO2 = Pb * FACO2

y a su vez la concentración fraccional es el resultado de la producción (porque suponemos que producción y eliminación son iguales en estado estacionario) de CO2  y de la ventilación alveolar

FACO2 = VCO2  /VA

    En condiciones de reposo a nivel del mar utilizando los datos de la tabla tendremos, con una ventilación de 4500 ml/min (BTPS)

FACO2 = 242 / 4500 = 0,054

    En las mismas condiciones de reposo y con la misma ventilación alveolar (BTPS) tendremos a 10 ATA

FACO2 =  23 / 4500 = 0,005

    Por lo tanto en los dos casos la presión parcial de carbónico en el aire alveolar será prácticamente la misma

PACO2 = 713 * 0,054 = 38,5 mmHg, a nivel del mar

y

 PACO2 = 7553 * 0,005 =37,8 mmHg, a 10 atmósferas de presión.

    Si la PACO2 se mantiene prácticamente constante con el aumento de presión la diferencia entre la presión parcial de oxígeno en el aire inspirado y en el alveolar será también constante y en consecuencia la presión parcial de oxígeno en el aire alveolar aumenta de manera directamente proporcional a la presión como lo hace la presión parcial de oxígeno en el aire inspirado.

    En las dos gráficas siguientes se muestra el comportamiento según aumenta la presión de la concentración fraccional de oxígeno y carbónico y su resultado sobre las presiones parciales de ambos gases en el alveolo.

    En resumen la presión parcial en el alveolo no cambia con la presión deninmersión en lo que se refiere al CO2 y aumenta en proporción a ésta en el caso del O2   

    En principio para analizar la eficacia del intercambio alveolo capilar se debería hacer a partir de una muestra de sangre arterial. El problema es que hacer una gasometría arterial  es muy complicado cuando se trabaja a altas presiones. Es muy probable que no existan diferencias notables ya que las determinaciones hechas a presiones moderadamente altas son razonablemente normales.

    El aumento de la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial conduce a un aumento del contenido de oxígeno a expensas del aumento del oxígeno disuelto (de acuerdo con la ley de Henry). Sin embargo puesto que la mayor parte del contenido de oxígeno procede del unido a la hemoglobina (y ésta está saturada casi al 100% con presiones parciales de oxígeno de 100 mmHg)  el incremento del contenido de oxígeno en sangre arterial cambia relativamente poco. De esta forma, con una presión parcial de 98 mmHg el contenido de oxígeno es de 19,3 ml/100 ml de sangre  y si la presión parcial de oxígeno sube hasta 2000 mmHg (más de 20 veces más) el contenido de oxígeno aumenta hasta 25,5 ml/100 ml (no llega a 1,5 veces más). Sin embargo es importante notar que, en el último caso, el contenido de oxígeno disuelto en sangre es suficiente para proveer la necesidades tisulares en condiciones normales (5 ml/100 ml) ya que se corresponde con la diferencia de contenido arterio venoso de oxígeno del organismo normal.

última revisión jueves, 05 agosto 2010 por miguel de córdoba