Teoría de la Descompresión

Teoría de la Descompresión

Caisson de trabajo submarino

Se conoce desde hace tiempo el fenómeno de la disolución del nitrógeno en los tejidos del sujeto que respira aire a presión. Este proceso es el responsable de la Enfermedad Descompresiva de los submarinistas, pero tienen que pasar muchos años hasta que se formula la Teoría de la Descompresión.

En 1803 el inglés William Henry realizó experimentos para explicar cómo los gases se disuelven en los líquidos a diferentes velocidades en función de la temperatura y presión. Los resultados de tales experimentos se conocen como la Ley de Henry cuyo enunciado dice que a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido. Por tanto durante la exposición a un ambiente hiperbárico, por ejemplo, durante la inmersión de un submarinista, los tejidos del sujeto van disolviendo nitrógeno -que pasa a las células en forma molecular- a una velocidad que es directamente proporcional a la presión a la que se encuentra el buceador. Este nitrógeno en los tejidos del submarinista sale de la disolución hacia el torrente sanguíneo conforme va disminuyendo la presión durante el ascenso a la superficie. Si este ascenso se produce a la velocidad adecuada, el nitrógeno va siendo eliminado por la respiración sin otros problemas, pero si el ascenso es demasiado rápido, el nitrógeno no puede ser eliminado de ese modo y sale aceleradamente de la disolución formando burbujas en los tejidos o en el torrente sanguíneo. Este fenómeno constituye un accidente de descompresión, también llamado enfermedad descompresiva o ataque de descompresión.

En 1878 Paul Bert describió ya con detalle la enfermedad descompresiva en su tratado La pression barométrique, suponiendo un avance en la Teoría de la Descompresión, ya que demuestra la formación de burbujas en los tejidos y explica el mecanismo por el que se producen dichas burbujas. La enfermedad descompresiva se bautizó con el nombre de “parálisis de los buzos” o también en francés y en inglés “caisson disease” ya que empezó a ser tristemente famosa entre los obreros que construían cimentación de puentes bajo el agua metidos en cajones (“caisson”). Estos cajones eran habitáculos estancos sin fondo, abiertos por abajo, que eran sumergidos para poder trabajar bajo el agua. Para que no se inundaran, los habitáculos eran presurizados con aire bombeado desde la superficie, con lo que se conseguía mantener el nivel del agua a la altura del borde inferior del cajón y de este modo los obreros podían trabajar en seco para la cimentación del puente. Entre los años 1870 y 1883, durante la construcción del puente de Brooklyn, en Nueva York, murieron 20 operarios como consecuencia de la enfermedad descompresiva. Otros muchos trabajadores sufrieron ataques que los dejaron parapléjicos y con otras secuelas muy graves. Fue entonces cuando a estos episodios de enfermedad descompresiva se les denominó “bends” literalmente “torcidos” o “doblados” haciendo referencia a la penosa situación en la que quedaban los operarios afectados. Actualmente todavía se conserva éste término para referirse a un ataque de descompresión.

John Scott Haldane. Las primeras tablas de descompresión

El Dr. John Scott Haldane es considerado como el padre de la moderna teoría de la descompresión.

Fue un fisiólogo escocés muy reconocido en su tiempo y galardonado en numerosas ocasiones por sus investigaciones en el terreno de la fisiología. Colaboró con James Lorrain Smith, también escocés, en muchos de sus trabajos. En sus estudios dedicados a la respiración identificó algunos mecanismos celulares que regulan importantes funciones. Por ejemplo determinó que el reflejo respiratorio está vinculado con el aumento de dióxido de carbono (CO2) en la sangre más que con la falta de oxígeno.

A principios del siglo XX, el Dr. Haldane es una autoridad en la materia y es nombrado responsable de varias organizaciones e instituciones internacionales relacionadas con las enfermedades pulmonares.

Los continuos accidentes y muertes por enfermedad descompresiva entre los trabajadores de las obras de cimentación subacuática que se llevaban a cabo en aquella época llevaron al Dr. Haldane a centrar sus investigaciones en este campo. Fundó una revista especializada en fisiología de la respiración humana y por encargo de la Royal Navy´s Deep Diving Committee comenzó los trabajos de investigación que le hicieron ser reconocido como el padre de la moderna teoría de la descompresión.

La hipótesis de Haldane, que aún es aceptada actualmente, propone que la disolución del nitrógeno no se produce de manera homogénea en todos los tejidos del sujeto, es decir, que los tejidos del cuerpo disuelven el nitrógeno a velocidades distintas (y consecuentemente lo liberan a diferente velocidad).

Haldane desarrolló una aportación fundamental en la Teoría de la Descompresión: el concepto de “compartimento” para poder manejar este fenómeno de la disolución diferencial. Un compartimento representa a todos los tejidos que se comportan de manera homogénea en relación con la disolución de nitrógeno. Es decir, que un organismo se puede considerar integrado por varios compartimentos (o también llamados “Tejidos Teóricos”) ya que la absorción del nitrógeno se producirá a distintas velocidades en cada una de estas particiones.

Teoría de la Descompresión

John Scott Haldane

La velocidad de incorporación del nitrógeno depende de la densidad del tejido y de su grado de perfusión, o sea, del nivel de irrigación sanguínea que tenga. De esta manera, los tejidos densos y/o con poca vascularización son los que más tardan en absorber nitrógeno, mientras que los tejidos blandos y bien irrigados son los que disuelven nitrógeno más fácilmente.

Por ejemplo, el tejido adiposo, pobre en vascularización es considerado un tejido de lenta absorción de nitrógeno, al igual que el tejido óseo. Sin embargo el tejido neuronal, que goza de intensa perfusión, es un tejido que disuelve muy rápidamente nitrógeno. La sangre es obviamente el tejido con mayor velocidad de disolución de nitrógeno.

Siguiendo esta hipótesis, Haldane estableció cinco compartimentos con los que pretendía modelizar la heterogeneidad de los tejidos del cuerpo humano en cuanto a la velocidad de incorporación de nitrógeno (los modelos actuales de descompresión consideran 12, 14 o incluso 16 compartimentos, ya que se ha demostrado que existe una mayor heterogeneidad que la intuida por Haldane).

También se debe a Dr. Haldane el concepto de “Tiempo Medio” que es una variable para caracterizar cada compartimento. Este tiempo medio se mide en minutos y representa el tiempo necesario para que cada compartimento absorba o libere la mitad de su saturación máxima. En su algoritmo original, Haldane estableció los siguientes Tiempos Medios para cada uno de los cinco compartimentos: 5 min, 10 min, 20 min, 40 min y 75 min.

Para realizar sus cálculos Haldane realizó experimentos con cabras. Sometiendo a los animales a presiones crecientes en cámaras hiperbáricas y volviendo a la presión atmosférica.

De este modo determinó que los animales no mostraban signos de enfermedad descompresiva cuando volvían desde una presión de 2 atmósferas (equivalente a una inmersión a 10 m de profundidad) a la presión atmosférica de 1 atmósfera independientemente del tiempo que estuvieran sometidos a la presión de partida. Haldane llegó a la conclusión de que la relación 2:1 define la rapidez con la que un buceador puede ascender sin riesgo de sufrir enfermedad descompresiva. Por tanto, según Haldane, si un buceador asciende sin sufrir efectos nocivos desde 2 atm a 1 atm, el buceador también puede ascender con seguridad de 4 atm a 2 atm.

En 1908 Haldane publicó las primeras tablas de descompresión basándose en la relación 2:1, un esquema de cinco compartimentos y los tiempos medios descritos más arriba. (Journal of Medicine. Boycott, A.E., Damant, G.C.C., and Haldane, J.S. “The Prevention of Compressed Air Illness,” Journal of Hygiene, Volume 8, (1908), pp. 342-443.)

Este modelo se conoce como “el Algoritmo de Haldane” y, aunque ha sido modificado y corregido en algunos aspectos importantes, sigue siendo el modelo de descompresión actualmente aceptado.

Durante muchos años las tablas de Haldane fueron utilizadas por los buceadores y técnicos de la Royal Navy hasta que en 1937 las fuerzas armadas americanas desarrollaron sus propias tablas de descompresión. Los cambios introducidos modificaban tan solo los tiempos medios, número de compartimentos y algunos ajustes para considerar los buceos repetitivos. Por tanto se puede decir que los aportes de Haldane a la Teoría de la Descompresión se mantuvieron con pocos cambios en todo ese tiempo.

Robert D. Workman. El Valor “M”

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No fue hasta la década de 1960 cuando aparecieron mejoras sustanciales a la Teoría de la Descompresión de Haldane. El capitán de la Unidad de Buceo y Experimentación de la U.S. Navy,  Dr. Robert Workman inició una revisión del modelo de Haldane. Workman confirmó que la relación 2:1 de Haldane estaba mal resuelta, ya que se expresaba en atmósferas absolutas y era mucho más apropiado expresarla en función de la presión parcial del gas responsable de la enfermedad descompresiva, el nitrógeno. De este modo, como el nitrógeno supone un 79% del aire, la nueva relación pasó a ser de 1,58:1 (el 79% de 2 atm es 1,58 atm).

Otra aportación muy importante de Workman fue el concepto de “Valor M” que es característico de cada compartimento. Esta nueva variable puede expresarse vulgarmente como la capacidad total de almacenamiento de nitrógeno disuelto en un determinado compartimento. Esta capacidad total de almacenamiento varía en función de la presión por lo que Workman lo definió como la saturación máxima de cada compartimento a una profundidad o presión determinada. O en términos un poco más técnicos como “la tensión de gas crítica”.

La tensión de gas es un valor matemático que va aumentando conforme se disuelve nitrógeno en un determinado compartimento. Workman observó que la presión máxima de gas nitrógeno que un tejido puede tolerar sin que aparezcan signos de ataque de descompresión varía en función del tiempo medio del compartimento y de la profundidad.

Esta variación del Valor “M” con la profundidad implica que no se trata de un valor fijo, sino de una función matemática dependiente de la presión. Para poder conocer su magnitud para cada uno de los compartimentos estudiados y en cada momento de la inmersión es necesario hacer cálculos matemáticos que sólo los ordenadores ejecutan de manera eficaz.

Este concepto supone un importante aporte a la Teoría de la Descompresión y aunque veremos que ha habido mejoras a los modelos clásicos de descompresión, se puede decir que actualmente todos los ordenadores de buceo manejan la variable de Valor M tal y como fue descrita por Robert Workman en 1965 (Workman, R.D. 1965. Calculation of decompression schedules for nitrogen/oxygen and helium/Oxygen dives. NEDU Rept. 6-65, US Navy Experimental Diving Unit, Washington, DC.)

Albert Bühlmann. Los buceos profundos y en altitud

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El profesor Albert A. Bühlmann (1923 – 1994) médico y profesor de universidad suizo dedicó su vida a la investigación en el terreno de la fisiología hiperbárica y fue responsable de importantes aportes a la Teoría de la Descompresión. En 1959, como responsable del laboratorio del hospital universitario de Zurich, dirigió experimentos con buzos en inmersiones reales a 120 m de profundidad. Junto con su colega Hannes Keller desarrolló los fundamentos del buceo profundo profesional utilizando mezclas trimix (He, O2 y N2). También investigó el fenómeno de la enfermedad descompresiva asociada a las inmersiones en altitud, poniendo en evidencia los riesgos de utilizar tablas desarrolladas para buceos a nivel del mar si se utilizan en inmersiones en altitud.

La industria petrolera americana se interesó por su trabajo y rápidamente la U.S. Navy contrató sus servicios y le proporcionó un laboratorio y personal para llevar a cabo investigaciones sobre buceo profundo y para desarrollar tablas de descompresión que incorporaran mejoras a las de Haldane y Workmann.

En 1984 Bühlmann publicó un libro de gran repercusión en el sector del buceo profesional. (Bühlmann, AA (1984). Decompression-Decompression Sickness. Berlin New York: Springer-Verlag). Esta fue una primera edición, pero llegó a escribir tres ediciones más del libro que fueron publicados en Alemania en 1990, 1993 y 1995 con el título revisado Tauchmedizin o “medicina del buceo.” Entre sus trabajos más reconocidos se encuentra el algoritmo ZHL16, que considera 16 compartimentos con tiempos medios entre 2,65 min y 635 min. Estas tablas permiten planificaciones de inmersiones profundas, prolongadas e incluso inmersiones con diferentes porcentajes de nitrógeno en la mezcla (nitrox) y diferentes altitudes sobre el nivel del mar.

Nitrógeno en Fase Libre

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La evolución de la teoría de la descompresión que hemos relatado recoge los trabajos de unos pocos investigadores, no hemos nombrado a otros ilustres científicos pero han sido muchos más quienes han contribuido al actual conocimiento de la enfermedad descompresiva.

Un buen ejemplo es la contribución del profesor M.P Spencer quien en 1976 y con la ayuda de la tecnología acústica determinó la existencia de nitrógeno en fase libre en los tejidos de un submarinista después de cualquier inmersión. (Spencer, M.P. 1976. Decompression limits for compressed air determined by ultrasonically detected blood Bubbles. Journal of Applied Physiology, 40: 229-235)

Este investigador, junto con M.R. Powell y R.E. Roger utilizaron ecógrafos ultrasónicos para revelar la existencia de estas microburbujas en los tejidos de buceadores que salían de inmersión.

Esta evidencia obligó a revisar los modelos tradicionales de descompresión y actualizar la Teoría de la Descompresión, pues hasta entonces sólo se tenía en cuenta el nitrógeno en fase disolución y no el nitrógeno en forma de gas libre que forma microburbujas.

Las microburbujas detectadas son asintomáticas y no provocan por si solas ataques de descompresión. Sin embargo, los buceos repetitivos y los buceos durante muchos días seguidos pueden provocar la coalescencia de estas microburbujas y su transformación en una burbuja de mayor tamaño con riesgo de aparición de enfermedad descompresiva.

Se denominan “burbujas silenciosas” o “burbujas semilla” a estas diminutas acumulaciones de gas nitrógeno en fase libre que aparecen tras una inmersión. A partir de estas nuevas evidencias fueron muchos los investigadores que contribuyeron a mejorar las tablas de descompresión y los planificadores de buceo. Se incorporaron correcciones que tenían en cuenta la aparición de estas burbujas silenciosas.

El Modelo de Permeabilidad Variable (VPM) de 1986 desarrollado en la Universidad de Hawaii por D.E. Yount y D.C. Hoffman establecía nuevos procedimientos de ascenso y de paradas de descompresión. (Yount, D.E.; Hoffman, D.C. (1986). “On the use of a bubble formation model to calculate diving tables.”. Aviat Space Environ Med. 57 (2): 149–156)

Más tarde muchas instituciones y organismos oficiales dedicados a la investigación sobre ambientes hiperbáricos fueron desarrollando sus propias tablas y programas informáticos con mejoras parecidas a la propuesta por Yount y Hoffman.

Ya en siglo XXI, el investigador Bruce Weinke desarrolló el Modelo de Gradiente de Burbuja Reducido (RGBM). (Wienke, B.R., O’Leary, Timothy, R. (2002) “Reduced gradient bubble model: Diving algorithm, basis and comparisons” Tampa, Florida. NAUI Technical Diving Operations. Pp 7-12) que es un algoritmo de descompresión muy extendido actualmente. Ordenadores de buceo muy prestigiosos (Suunto, Mares, UTC, Hydrospace Engineering) adoptaron este modelo de descompresión. Este algoritmo tiene en cuenta la aparición y el aumento de volumen de las microburbujas cuando su presión interna es menor que la tensión de gas del tejido circundante, de modo que el nitrógeno disuelto en el tejido pasa en forma de gas libre al interior de la burbuja.

El algoritmo RGBM considera un número elevado de compartimentos y tiempos medios que van desde 1 min a 720 min. Establece velocidades de ascenso más lentas que en los modelos anteriores y añade paradas profundas de descompresión que ayudan a limitar el crecimiento de la burbuja. Este algoritmo añade los últimos avances a la Teoría de la Descompresión.

Factores de Riesgo

Los riesgos de sufrir enfermedad descompresiva se controlan siguiendo escrupulosamente las indicaciones de las tablas (o mejor aún los ordenadores de buceo). La profundidad y el tiempo de cada inmersión determinan los procedimientos que debe seguir el submarinista para realizar una descompresión adecuada. La velocidad de ascenso y el tiempo de intervalo en superficie (si se realizan inmersiones sucesivas) así como la prohibición de volar después de un buceo, también deben respetarse para evitar riesgos de sufrir un ataque de descompresión. Sin embargo existen factores individuales que incrementan la probabilidad de sufrir un accidente de este tipo: Haber sufrido con anterioridad un accidente de descompresión es uno de los principales factores de riesgo, la edad, la deshidratación, la obesidad, las bajas temperaturas, el ejercicio físico intenso durante el buceo, los medicamentos, la fiebre y otras alteraciones de la homeóstasis pueden también elevar el peligro de sufrir enfermedad descompresiva.

Por supuesto existen condiciones médicas incompatibles con el buceo y relacionadas con el riesgo de sufrir un ataque de descompresión aun cuando se respeten los procedimientos adecuados, como los sujetos que presentan foramen oval permeable (comunicación interauricular). Este artículo nos da una idea bastante completa de como se ha conseguido formular la Teoría de la Descompresión moderna y aunque seguro experimentará nuevos avances, las bases están completamente sentadas.