¿Tiene idea de qué está respirando?

Cómo detectar la presencia de CO2K en el buceo con rebreathers


Un buzo con rebreather contempla su mezcla de gases.


A diferencia de un buzo que utiliza un circuito abierto, que respira una mezcla de gases conocida y predeterminada (usted analiza el gas antes de bucear, ¿verdad?), uno que utiliza rebreathers (recirculadores) respira una atmósfera artificial que cambia dinámicamente con la profundidad durante el buceo.

Un rebreather electrónico tiene dos funciones: medir y mantener un nivel preestablecido de oxígeno(presión parcial de oxígeno o PO2) mediante el uso de sensores de oxígeno (O2) y un controlador y eliminar el dióxido de carbono (CO2) exhalado por el buzo por medio de un adsorbente químico. Hasta hace poco, no había ninguna forma de detectar la presencia de CO2 en el circuito de respiración, es decir, saber si el rebreather funcionaba correctamente.

Por mucho tiempo, la detección de CO2 ha sido un tema controvertido para la Marina de los Estados Unidos de América, que ha gastado millones de dólares durante 50 años en busca de una solución, y por un buen motivo: la hipercapnia como resultado de un aumento de los niveles de CO2 en el circuito es un peligro muy importante en el buceo con rebreathers. Puede provocar incapacidad, pérdida del conocimiento y la muerte en cantidades superiores a 0,01 a 0,02 atm.

Los buzos tienden a no tener éxito a la hora de detectar un aumento de CO2, especialmente cuando realizan alguna actividad extenuante. Para el momento en que lo detectan, la situación normalmente ya es demasiado peligrosa y requiere un rescate en lugar del uso de un equipo de emergencia. El CO2, apodado de manera apropiada "la materia oscura del buceo con rebreathers", puede ser el responsable o un factor contribuyente en hasta un tercio de las muertes en el deporte causadas por rebreathers.

En los últimos cinco años, como resultado de un avance en la tecnología comercial, varios fabricantes de rebreathers deportivos han presentado sensores infrarrojos no dispersivos (NDIR, por sus siglas en inglés) que alertan a los buzos sobre niveles elevados de CO2, lo que indica una posible falla del material adsorbente. Aunque la tecnología aún está en su etapa inicial, promete mejorar la seguridad en el buceo.

Mientras tanto, la Unidad de Buceo Experimental de la Marina (NEDU, por sus siglas en inglés), que ha probado docenas de dispositivos NDIR con un éxito limitado debido a problemas con los efectos de la presión y el vapor de agua, actualmente está realizando pruebas beta de una innovadora película sensora para usarla en rebreathers de oxígeno que podría revolucionar la detección de CO2.
Materia oscura en el circuito
Los buzos producen aproximadamente 0,9 litros de CO2 por cada litro de O2 que consumen. Un rebreather que funciona correctamente elimina este gas del circuito de respiración. Aun así, se puede producir una acumulación de CO2 de diferentes maneras. Primero, los niveles de CO2 inspirados se elevan de manera exponencial una vez que el material adsorbente se agota, lo que se conoce como "avance".

¿Se siente afortunado? Aunque los fabricantes publican la duración del material adsorbente en el peor de los casos, la verdadera duración puede variar entre alta y baja en un factor de cuatro veces dependiendo del perfil y la carga de trabajo de un buzo, la temperatura del agua e incluso la marca del secante de CO2 utilizado en el material adsorbente.

Si el material adsorbente se llena o se instala de manera incorrecta o si se olvida engrasar la junta tórica (o-ring) del material adsorbente puede producirse una canalización o una desviación y permitir que el CO2 se vuelva a respirar. Lo mismo puede suceder con una "válvula de hongo" sucia, una válvula unidireccional que dirige la exhalación del buzo hacia el material adsorbente.


Sensor de CO2 del Hollis Explorer con filtro de humedad
Por último, los buzos eliminan el CO2 al respirar y los niveles de CO2 en la sangre arterial de un buzo que utiliza un rebreather pueden aumentar hasta alcanzar valores peligrosos como resultado de una respiración insuficiente. De hecho, los efectos combinados de la inmersión, la carga pulmonar estática, el aumento de la densidad del gas y el hecho de tener que forzar el gas a través del circuito con los pulmones pueden reducir la capacidad de ventilar de un buzo que utiliza un rebreather en aproximadamente un 50 por ciento a 30 metros (100 pies) y continúa disminuyendo a medida que la profundidad se incrementa.

En ausencia de un medio para detectar la presencia de CO2, los buzos militares han confiado en estrictos protocolos para preparar sus rebreathers, incluso una prueba de respiración previa de cinco minutos con el objeto de detectar posibles problemas. No obstante, un estudio reciente1 descubrió que el 90 por ciento de los sujetos no pudo detectar la existencia de un material adsorbente parcialmente defectuoso durante la prueba de respiración previa. Esto pone en evidencia la gran necesidad de contar con sensores confiables.

En 2001, bajo presión para reducir los "colapsos del material adsorbente" en la flota, la NEDU lanzó una matriz térmica de material adsorbente patentada que mide el calor de la reacción química a medida que el CO2 avanza a través del material. Asimismo, AP Diving desarrolló su propia matriz llamada TempStik. Si bien no son infalibles, estos dispositivos funcionan como una suerte de medidor para estimar cuánto adsorbente de CO2 se ha utilizado y cuánto queda, lo que reduce enormemente la incertidumbre acerca de su duración.
El sensei de los sensores
La Marina desea mejorar la seguridad, para lo que ha incorporado a los rebreathers un medidor de material adsorbente y uno o más sensores de CO2. Curiosamente, los rebreathers deportivos fueron los primeros en incorporar la solución combinada.

En 2008, el pionero en el uso de rebreathers, Kevin Gurr de VR Technology Ltd., lanzó el Sentinel, que incluía una matriz térmica con una licencia otorgada por NEDU, junto con el entonces innovador sensor NDIR de baja potencia de Gas Sensing Solutions (GSS). Más tarde se incorporaron al Explorer, que se vendió a Hollis Inc. En 2014, AP Diving presentó su propia versión del sensor GSS para sus rebreathers. rEvo Rebreathers también ha autorizado la matriz de NEDU.


Sensor de CO2 de AP Diving ubicado en la tapa
El sensor GSS proyecta una luz LED infrarroja a través de una muestra de gas que sale del material adsorbente y calcula los niveles de CO2 sobre la base de la cantidad de luz absorbida. Lamentablemente el vapor de agua también absorbe la luz infrarroja y, por consiguiente, se lee como CO2, por lo que se debe usar una barrera para mantener el sensor seco. En un entorno con una humedad del 100 por ciento esta no es una tarea fácil, pero por lo general puede lograrse mediante el uso de filtros reemplazables.

El software también requiere una gran cantidad de datos de calibración porque la absorción de la luz cambia con la presión de una manera que no puede calcularse. Debido a su ubicación, el sensor no puede detectar una falla en un valor de la válvula de hongo ni una acumulación de CO2 en las arterias.

Aunque los sensores han demostrado ser puntillosos y en algunos casos han tenido que ser reemplazados, la mayoría de los usuarios les ha brindado su apoyo. "El sensor actual es una fantástica incorporación que contribuye a la seguridad de los rebreathers", me comentó un buzo de APD. "Sólo que aún parece estar en su etapa de desarrollo".


Placa de circuitos del sensor de Polestar Technology
Algo que podría cambiar el panorama es una nueva tecnología de sensores desarrollada por Polestar Technologies Inc. que en la actualidad NEDU está probando para usarla con los rebreathers de oxígeno. En esencia, es un disco de polímero pequeño que cambia de azul a amarillo de manera reversible y predecible cuando se lo expone al CO2. Notablemente, la humedad no afecta su funcionamiento.

Una diminuta luz LED blanca ilumina el disco desde una cámara sellada que está situada debajo y que contiene los sistemas electrónicos. Un medidor digital lee el color, que cambia según el nivel de CO2. En la pantalla de visualización frontal (HUD, por sus siglas en inglés) se puede ver una luz verde cuando todo está en orden y una de color rojo que parpadea cuando los niveles de CO2 alcanzan un límite predeterminado. Puede integrarse con facilidad a un rebreather de mezcla de gases.

En el futuro el dispositivo podría adaptarse para entrar en la boquilla de un rebreather y medir el CO2 espiratorio final en la exhalación del buzo, el santo grial de la detección de CO2, para calcular los niveles de este gas en las arterias. Es posible que los rebreathers que se desarrollen en el futuro tengan múltiples sensores.

Si bien la tecnología existe, sólo seis de los más de 20 fabricantes de rebreathers ofrecen alguna forma de protección contra el CO2 y sólo dos ofrecen tanto una matriz como un sensor. Muchos de ellos reconocen la necesidad. Como me dijo un fabricante en una oportunidad: "los buzos sólo deben aprender a empacar su material adsorbente de forma correcta".

Como se ha calculado que el índice de muertes con rebreathers es de cinco a 10 veces mayor que los índices de muertes al utilizar circuitos abiertos, quizás en realidad se les debe preguntar a los buzos mismos: ¿tiene idea de qué está respirando?

Referencia
1. Deng C, Pollock NW, Gant N, Hannam JA, Dooley A, Mesley P, Mitchell SJ. The five-minute prebreathe in evaluating carbon dioxide absorption in a closed-circuit rebreather: a randomized single-blind study. Diving Hyperb Med. 2015; 45(1):16-24.

© Alert Diver — 1er Trimestre 2016