Sin burbujas

Análisis del buceo con rebreathers (recirculadores)


Muchos fotógrafos, videógrafos y buzos que buscan disfrutar de estrechas interacciones con vida salvaje valoran el funcionamiento silencioso y relativamente libre de burbujas de los rebreathers.


Lo primero que se observa al bucear con un rebreather de circuito cerrado (CCR, por sus siglas en inglés) es la ausencia de ruido. A diferencia del buceo con equipos de circuito abierto (OC, por sus siglas en inglés), con los sonidos del flujo de aire presurizado al inspirar y los torrentes de burbujas al exhalar, los rebreathers (recirculadores) permiten disfrutar de un buceo silencioso. Los CCR también permiten conservar un grado de gas que no es posible con los sistemas OC. Aunque la mayor complejidad de los dispositivos supone una carga adicional para los buzos, los rebreathers son muy útiles para algunas aplicaciones.
Funcionamiento de los CCR
Cuando una persona respira aire extrae sólo una fracción del oxígeno disponible. Una inhalación contiene un 21 por ciento de oxígeno y una exhalación aproximadamente un 16 por ciento. En lugar de perder el oxígeno espirado durante la exhalación, los CCR son un circuito cerrado donde la respiración del buzo proporciona la fuerza motriz para empujar el gas a través del circuito. Los componentes del sistema incluyen el contrapulmón (counterlung), una cámara flexible que se expande durante la exhalación y se contrae durante la inhalación; el medio adsorbente, un material que elimina el dióxido de carbono (CO2) del gas espirado; mangueras flexibles con válvulas unilaterales para controlar la dirección del flujo de gas; sensores para analizar el contenido de oxígeno del gas inspirado; y válvulas para agregar gases en el circuito de manera automática o manual. Los gases están compuestos de oxígeno y un diluyente, que normalmente es un gas que se puede respirar con una fracción de oxígeno menor. Dependiendo del buceo planificado, el diluyente puede ser aire, Nitrox u otra mezcla de gases.

El sistema electrónico de los rebreathers evalúa y ajusta el gas dentro del circuito de respiración para mantener la composición y el volumen del gas durante el buceo. Los sensores de oxígeno, que generalmente son más de uno para lograr una redundancia, controlan continuamente la presión parcial del oxígeno (PO2) y agregan oxígeno, normalmente de manera automática, cuando la PO2 cae debajo de un valor consigna seleccionado por el buzo o el sistema operativo. Si la PO2 se eleva considerablemente por encima del valor consigna, el buzo puede reducir la PO2 manualmente con sólo agregar diluyente.

El CO2 y el vapor de agua en el gas exhalado por el buzo reacciona para formar ácido carbónico, que luego reacciona con el material adsorbente en una reacción exotérmica (que libera calor) que elimina el CO2 del gas en el circuito antes de que se vuelva a respirar.
Beneficios de los CCR
Al reciclar el gas exhalado, los rebreathers permiten usar casi todo el oxígeno disponible, lo que reduce los requisitos de volumen de gas radicalmente. La magnitud de este beneficio aumenta con la profundidad, donde los buzos que utilizan equipos OC pierden grandes cantidades de gas por medio de la exhalación. Aunque los buzos necesitan más moléculas de gas a profundidad para llenar los pulmones, los sistemas de circuito cerrado eliminan casi completamente los desechos espirados. Debido a que el metabolismo es en su mayor parte independiente de la profundidad, un buzo en agua salada a 6 metros (20 pies) de profundidad consumiría aproximadamente la misma cantidad de oxígeno que usaría con un esfuerzo y un estrés térmico similares a 61 metros (200 pies).

La eficacia de los CCR permite realizar buceos extremos con una fracción del costo operativo y la complejidad de las operaciones con equipos OC. Los rebreathers no sólo requieren mucho menos gas, sino que también pueden reducir la necesidad de usar diferentes mezclas para las etapas de desplazamiento, de fondo y de descompresión de los buceos (aunque aún es necesario contar con suministros de emergencia).

Regular la PO2 de acuerdo con un valor consigna reduce el consumo de gas inerte en las etapas de descenso y de fondo de los buceos a una profundidad razonable y aumenta la eliminación de gas inerte durante las etapas de ascenso y de parada. Esto optimiza la descompresión y controla el riesgo de intoxicación por oxígeno.

Los buzos tienden a valorar el gas cálido y húmedo que se mantiene en el circuito, sobre todo durante los buceos largos.

Por último, el funcionamiento silencioso de los rebreathers los hace menos molestos en el entorno, lo que permite disfrutar de encuentros más cercanos con una variedad de criaturas submarinas. El funcionamiento relativamente libre de burbujas ofrece un mayor beneficio en los entornos con estructuras situadas por encima de la cabeza donde las burbujas exhaladas pueden dañar las estructuras o comprometer la visibilidad.
Desafíos al usar sistemas CCR
En comparación con los equipos OC, los rebreathers requieren un esfuerzo considerablemente mayor para su mantenimiento, armado, prueba y control durante los buceos. En lugar de sólo concentrarse en la presión del gas restante, los buzos que usan sistemas de circuito cerrado deben estar pendientes del volumen y la composición del gas en el circuito.

Al bucear con un CCR, las acciones simples pueden tener grandes impactos en la seguridad del buzo. Por ejemplo, un descenso rápido puede generar una PO2 muy alta (hiperoxia) de manera transitoria debido al aumento en la presión ambiental y la concentración de gases dentro del circuito. De modo similar, los ascensos rápidos pueden producir estados transitorios de hipoxia marcada (oxígeno insuficiente) en el circuito.


Los controles de seguridad exhaustivos anteriores al buceo son de importancia fundamental antes de cada buceo con rebreathers.
Si se producen problemas durante el armado o el funcionamiento que permiten que parte o la totalidad del gas exhalado se desvíe del medio adsorbente de CO2 pueden desarrollarse peligros más insidiosos. Una acumulación de CO2 puede dar lugar a un estado de intoxicación que causa debilitamiento y puede reducir el umbral para que se produzcan convulsiones inducidas por oxígeno y una enfermedad por descompresión. La hipoxia, la hiperoxia y la hipercapnia son motivo de gran preocupación porque puede desarrollarse una incapacidad que ponga en riesgo la vida antes de que el buzo reconozca los síntomas y tome las medidas correctivas pertinentes. Mientras que los fabricantes dedican grandes esfuerzos a reducir el riesgo de problemas, los buzos que usan CCR están en riesgo por la posibilidad de que se produzcan errores tanto simples como complicados.

El monitoreo de CO2 en los circuitos de rebreathers constituye un área de desarrollo activa. Algunas unidades emplean una serie de sensores de temperatura para medir el frente de reacción (el punto máximo de la producción de calor exotérmica) que se desplaza por el material adsorbente. Esto no mide el nivel de CO2, pero sí indica cuándo el material adsorbente está activo y luego inactivo (agotado). Es importante tener en cuenta que esta tecnología no detecta el CO2 que puede escaparse fuera del medio adsorbente y alcanzar el lado inspiratorio del circuito. Se puede observar un cierto grado de desviación respecto al medio adsorbente si no se colocan algunos componentes de importancia fundamental, o si se los coloca de manera incorrecta, o si el gas se abre camino por el medio adsorbente donde la depuración de CO2 no es eficaz (canalización).

Un estudio reciente que evaluaba el típico protocolo de prueba de respiración previa de cinco minutos comprobó que la ausencia de un medio adsorbente no podría identificarse de forma fiable, ni tampoco en el caso de un medio adsorbente con una falla parcial.1 Es posible que los sujetos no tengan conciencia de un estado comprometido de alto riesgo. En la actualidad hay tecnologías de monitoreo de CO2 en línea disponibles y en pleno desarrollo, pero aún no se ha logrado una norma de monitoreo sólido y confiable con un mínimo de señalización falsa, principalmente debido a los desafíos que supone el monitoreo en el entorno de elevada humedad. Hasta que haya un monitoreo confiable, se deberá tener especial cuidado a fin de minimizar el riesgo de acumulación de CO2.

El trabajo respiratorio (WOB, por sus siglas en inglés) en el buceo con CCR puede ser mayor y más dinámico que en el buceo con OC. El WOB es un resultado de la resistencia del flujo de mezcla respiratoria causada por los componentes y la vía del circuito y la posición del contrapulmón en relación con el buzo. El diseño del rebreather y el material adsorbente tienen una gran influencia sobre las características de rendimiento. Por ejemplo, un material de granos más finos puede tener una mayor eficacia en la eliminación de CO2 pero con una mayor restricción de flujo.

La respiración con CCR es facilitada por contrapulmones sumamente flexibles que permiten inhalar y exhalar con facilidad. La posición del contrapulmón en relación con el buzo tiene influencia sobre la carga pulmonar estática (SLL, por sus siglas en inglés), lo que contribuye con el WOB. La SLL puede calcularse como la diferencia de presión entre el contrapulmón y un punto de referencia entre los pulmones del buzo que se conoce como centroide. Cuando el contrapulmón está situado arriba o abajo del centroide en la columna de agua se produce un desequilibrio de presión.5


Los buzos de cuevas a menudo eligen los rebreathers para minimizar la cantidad de cilindros que deben llevar a una cueva porque la acumulación de burbujas puede interferir con la visibilidad.


Hay tres posiciones clásicas para el contrapulmón: montaje al frente, montaje en la parte trasera y sobre los hombros (OTS, por sus siglas en inglés). En una posición de buceo boca abajo, los contrapulmones de montaje al frente estarán a una mayor profundidad que el centroide y, por consiguiente, a una mayor presión a causa de la presión hidrostática (de agua) adicional. Esto tenderá a empujar el gas hacia los pulmones del buzo, lo que facilitará la inhalación y dificultará la exhalación. Esto se conoce como SLL positiva. En cambio, los contrapulmones de montaje en la parte trasera en el mismo buzo crearían una SLL negativa. Los contrapulmones OTS son populares porque pueden minimizar la SLL a través de una serie de posiciones de compensación y actitud típicas del buzo, pero también agregan un bulto molesto en el perfil delantero del buzo. Varios fabricantes están explorando u ofreciendo la opción de un juego de pulmones generalmente de montaje en la parte trasera, con un volumen mínimo sobre los hombros. En cualquier caso, el exceso de SLL, ya sea positiva o negativa, puede tener efectos no deseados. Debido a que la resistencia inspiratoria generalmente está relacionada con efectos fisiológicos y psicológicos más problemáticos que la resistencia espiratoria, a menudo se prefiere una SLL neutral a ligeramente positiva.

El WOB relacionado con una mayor densidad del gas produce límites de profundidad prácticos para un determinado diseño de rebreather. Como regla general, cuando se está a profundidad el esfuerzo físico debe minimizarse de manera contundente. Un incidente fatal y bien documentado con un rebreather que se produce durante un buceo profundo recalca con qué facilidad las exposiciones extremas pueden superar los márgenes de seguridad.3

Por último, el control de la flotabilidad es diferente con los sistemas de rebreathers. La respiración no puede usarse para realizar correcciones verticales a pequeña escala ya que exhalar o inhalar con un contrapulmón no modifica el volumen de gas en el circuito hombre-máquina. Los buzos que usan CCR también deben recordar cerrar la boquilla antes de quitarla para evitar el escape de gas del circuito. La pérdida de volumen en el circuito crea un pérdida de flotabilidad positiva, y el ingreso de un volumen de agua considerable en el circuito interferirá con el funcionamiento del medio adsorbente.
Problemas prácticos
El uso de rebreathers ha experimentado un incremento considerable en los últimos 20 años. Aunque los datos de la actividad son limitados, la cantidad de muertes al usar rebreathers también ha aumentado.2,4 Si bien los aspectos específicos de los casos de accidentes varían, la relativa complejidad del equipo parece suponer un riesgo importante.

No todos los operadores de buceo apoyan el buceo con rebreathers. Puede existir una incompatibilidad esencial entre los perfiles de buceo típicamente cortos de los buzos que usan OC y los perfiles a menudo más largos de aquellos que utilizan CCR. Si bien la eficacia de los equipos de circuito cerrado puede hacerlos convenientes para las operaciones remotas, las dificultades para localizar material adsorbente y depósitos de oxígeno a alta presión pueden ser un problema. La necesidad de usar cilindros de gas diferentes a los utilizados habitualmente en el buceo con OC y las dificultades para transportar los cilindros de gas en avión pueden ser impedimentos importantes.

La facultad de mantener una PO2 fija es una gran capacidad. El riesgo de intoxicación por oxígeno se controla mediante la limitación de la PO2 a niveles seguros. La eliminación de gas inerte se mejora por medio del mantenimiento de una PO2 elevada durante el ascenso. Los buceos con CCR pueden producir exposiciones al oxígeno considerables. Los límites de exposición a la intoxicación por oxígeno a nivel del sistema nervioso central (SNC) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (National Oceanic and Atmospheric Administration; NOAA) sirven de guía. El límite para un solo buceo es de 45 minutos a una PO2 de1,6 ATA, 150 minutos a 1,4 ATA, 210 minutos a 1,2 ATA y 300 minutos a 1,0 ATA. Si bien la selección de la PO2 óptima es complicada y está en constante evolución, es importante comprender que mantener una PO2 alta en el fondo durante un buceo profundo ofrece muy pocos beneficios en la reducción del consumo de gas inerte debido a que aún será una pequeña fracción de la presión de gas total, pero esto aumentará la dosis total de exposición al oxígeno. Puede resultar más conveniente mantener una PO2 razonable a profundidad y aumentarla durante el ascenso, donde la PO2 alta puede tener un mayor impacto en la eliminación de gas inerte. Las mejores opciones para la PO2 se ven afectadas por los aspectos específicos del buceo.

Pueden desarrollarse situaciones que requieran que un buzo que usa CCR desconecte el circuito ("get off the loop"). El suministro de gas diluyente por lo general es una mezcla respiratoria que puede usarse en caso de emergencia. No obstante, como esta es una fuente limitada, los buzos que usan CCR llevan suministros adicionales para garantizar un ascenso seguro. Cambiar a un equipo OC de emergencia puede crear o aumentar radicalmente una obligación descompresiva debido al agotamiento de la mezcla optimizada proporcionada por el rebreather durante el ascenso. Las opciones de emergencia dependerán de la situación y las configuraciones de los equipos disponibles. En el caso de los buceos más extremos la preparación y las estrategias de respuesta pueden ser complejas. A veces los grupos dependerán del sistema de emergencia de equipo, donde se necesita un suministro combinado de gas de emergencia para completar la obligación de emergencia de un solo buzo. Esto supone un riesgo adicional por la separación del equipo y las fallas de múltiples unidades.

La inversión de capital necesaria para la compra de rebreathers, capacitación y mantenimiento es considerable. Se requiere un uso regular tanto para justificar el gasto como para mantener las habilidades fundamentales.
Conclusión
Los rebreathers proporcionan otra herramienta para el buceo y, al igual que cualquier herramienta, deben usarse con cuidado. Las funciones de los sistemas de circuito cerrado los convierten en una valiosa alternativa a los sistemas de circuito abierto, pero los buzos deben comprender la mayor complejidad y evaluar los riesgos antes de adoptar este modo de buceo.
Referencias
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; 44(1): 16-24.

2. Fock AW. Analysis of recreational closed-circuit rebreather deaths 1998-2010. Diving Hyperb Med. 2013; 43(2): 78-85.

3. Mitchell SJ, Cronje FJ, Meintjes WAJ, Britz HC. Fatal respiratory failure during a "technical" rebreather dive at extreme pressure. Aviat Space Environ Med. 2007; 78(2): 81-6.

4. Vann RD, Pollock NW, Denoble PJ. Rebreather fatality investigation. In: Pollock NW, Godfrey JM, eds. Diving for Science 2007. Proceedings of the American Academy of Underwater Sciences 26th Symposium. 2007 March 9-10; Dauphin Island, Ala.: AAUS, 101-110.

5. Warkander DE, Nagasawa GK, Lundgren CEG. Effects of inspiratory and expiratory resistance in divers' breathing apparatus. Undersea Hyperb Med. 2001; 28(2): 63-73.

© Alert Diver — 2do Trimestre 2015