Buceo

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Buceando en María la Gorda, Cuba.

Buzo filmando tiburones con cámara subacuática.

Instructor guiando a los alumnos en una piscina, antes de la inmersión en el mar.

Buzos conociendo las profundidades del mar.

Buzo descendiendo.

El buceo es el acto por medio del cual el hombre se sumerge en cuerpos de agua, ya sea el mar, un lago o un río, con el fin de desarrollar una actividad deportiva, comercial o de investigación científica o militar con o sin ayuda de equipos especiales.

El buceo deportivo presenta dos formas de practicarlo: el buceo libre en apnea (del griego: apnoia ‘sin respiración’), o a pulmón; y el buceo autónomo con equipo, o escafandra autónoma (conocido popularmente como Scuba por el acrónimo del idioma inglés Self Contained Underwater Breathing Aparatus).

Las técnicas de apnea y con equipo autónomo con aire pertenecen a la categoría deportiva o recreativa. Las técnicas del buceo autónomo con mezcla de gases (Nitrox, Heliox, Trimix) y SSD se consideran dentro de la categoría de buceo técnico o profesional debido al riesgo y nivel de preparación requerido por el buzo que las emplea. El buceo deportivo se limita en general a los -40 m de profundidad (aunque en apnea pueden alcanzarse profundidades más importantes), mientras que el buceo profesional con mezclas especiales permite acceder profundidades de más de 100 m.

El buceo libre o en apnea consiste en las técnicas y habilidades para realizar inmersiones manteniendo la respiración después de una profunda inspiración en superficie. Puede practicarse sin ningún equipo especial, pero la configuración deportiva actual consta de una máscara apropiada, aletas, tubo de respiración o snorkel, lastre y si es necesario un traje de material termo-aislante. Es la forma de buceo más sencilla y más antigua empleada por el hombre, aparece en diversas regiones y culturas para explotar fuentes de alimento (como peces, crustáceos y moluscos), recursos útiles (algas, esponjas, corales) y recursos de valor cultural o económico (perlas).

El buceo autónomo consiste en el almacenamiento de aire a presión en una botella que es transportada por el buzo, lo que le permite a este ir respirando el aire almacenado durante un tiempo de autonomía considerable. Además del equipo básico, requiere de una botella de almacenamiento del aire, un arnés, un mecanismo de flotabilidad —integrado el arnés y el sistema de flotabilidad reciben el nombre chaleco hidrostático, chaleco de flotabilidad o BCD (acrónimo inglés de Buoyancy Compensation Device)—, un sistema de válvulas, un sistema de lastre, tubos y boquilla(s) que conforman lo que se denomina regulador en su forma más básica; pero los estándares de seguridad requieren una serie de "relojes" que le permitan saber a qué profundidad se encuentra y cuánto aire tiene, profundímetro y manómetro.

El buceo deportivo (libre o autónomo) es una actividad segura, pero que presenta riesgos que le son propios y que demanda mucha responsabilidad por parte de sus practicantes. Una preparación adecuada, la familiaridad con el equipo empleado, el conocimiento y aplicación de las medidas de seguridad, un mínimo de conocimientos técnicos y fisiológicos y el respeto por los organismos del medio acuático son las condiciones mínimas para llevar a bien y sin contratiempos estas actividades.

Reglamentación, control y formación

El buceo deportivo se ha popularizado y extendido asombrosamente en los últimos 50 años. La divulgación de la experiencia subacuática gracias a documentales difundidos en los medios (como los de Jacques Yves Cousteau), la investigación para la comprensión de la fisiología del buceo y el mejoramiento o aparición de nuevos equipos son algunos de los factores que han contribuido a hacer esta actividad accesible a cada vez más adeptos.

Existen diferentes especialidades en el ámbito comercial, militar y recreativo, como son: fotografía submarina, buceo profundo, en naufragios, cavernas, nocturno, arqueologia submarina, investigación biológica, mantenimiento naval, pesca submarina, recuperación y rescate, entre otros.

Las particularidades fisiológicas específicas a la actividad hacen necesario el seguimiento de reglas estrictas y el respeto de límites de seguridad. La práctica responsable y segura del buceo deportivo (particularmente en el caso del SCUBA) requiere una formación especial. Cada país es responsable de la reglamentación y control de este tipo de actividad recreativa; y por regla general una titulación reconocida es exigida, certificando el conocimiento de determinadas reglas, normas o experiencia. En el mundo hay diferentes agencias certificadoras y entidades gubernamentales o privadas que se encargan de garantizar estos procesos, como: Confederación Mundial de Actividades Subacuáticas (C.M.A.S.), la SSI Escuela Internacional de Buceo (S.S.I.), la Asociación Profesional de Instructores de Buceo (P.A.D.I.), la International Diving Association (I.D.A.), American Canadian Underwater Certification (A.C.U.C. ), NAUI Asociación Nacional (Americana) de Instructores Subacuáticos (NAUI), (IDEA) International Diving Educators Association, y (B.S.A.C.) entre otros. Estos organismos son los garantes del conocimiento de los estándares mínimos de formación para cada nivel de competencia de sus alumnos afiliados. El nivel de competencia certificada del buzo se ve reflejado en el tipo de titulación.

Durante inmersiones en aguas abiertas y con tráfico es obligatoria la declaración de la actividad a las demás embarcaciones mediante una boya deco (bandera de advertencia). En el código de señales marítimas internacionales se estipula que la bandera alfa (A) en una embarcación estacionaria significa "buzo(s) en inmersión"; aunque para los buceadores la bandera roja con diagonal blanca, izada en una embarcación estacionaria o en una boya, también indica buzo en inmersión, el código de señales marítimas no la reconoce.

Para la práctica del buceo deportivo la primera y más importante regla es: nunca bucear solo.

Equipo necesario

El equipo necesario para el buceo se divide en equipo ligero (básico, aletas, visor, y tubo respirador o snorkel) y equipo autónomo (adicionalmente, regulador, chaleco hidrostático, consola, tanque, etc.).

Equipo básico o ligero

Es aquel que posibilita el buceo en apnea. Si no se usa puede conllevar muchas lesiones, incluso la muerte por ahogamiento. Los elementos que componen este equipo son:

Máscara

Es el elemento que permite ver bajo el agua. Sin ella el contacto directo del agua con los ojos no permitiría ver bajo el agua debido a razones ópticas. Con la máscara se interpone una capa de aire entre los ojos y el agua, facilitando la visión. Además de cubrir los ojos, cubre también la nariz. Está compuesta de un faldón de goma o silicona (preferentemente) que se adapta a la cara, unos cristales planos y templados (gran dureza) y unas tiras de sujeción que, como su nombre indica, sujetan la máscara a la cabeza. Una buena máscara debe presentar las siguientes condiciones:

• El visor debe incluir la nariz en su volumen interno, para permitir equilibrar presiones en inmersión y evitar el fenómeno de ventosa.
• Estanca, de manera que el faldón se ajuste perfecta y cómodamente al perfil de la cara.

Tubo respirador o snorkel

Permite respirar en superficie con la cara bajo el agua.

Traje de buceo

Su cometido es proteger al buzo de la hipotermia. El aislamiento térmico de la piel no está adaptado al medio acuático. Debido a que el calor específico del agua es superior al del aire, el cuerpo en inmersión pierde calor mucho más rápido. En aguas por debajo de los 27 °C es recomendable estar aislado térmicamente; temperaturas menores de 22 °C hacen necesario estarlo y con 15 °C o menos es indispensable un buen aislamiento térmico.

Existen tres tipos básicos de trajes de aislamiento: los trajes húmedos, los trajes semi-secos y los trajes secos o estancos. Los primeros generalmente son trajes confeccionados en materiales espumosos y resistentes (como el neopreno), que conforman una capa de aislamiento entre el medio y la piel, pero no son estancos. Su eficiencia depende del grosor de la espuma y del ajuste al cuerpo. El segundo tipo de traje es como el primero pero con refuerzos de estanqueidad en puños, tobillos, cuello y una cremallera que disminuye la entrada de agua entre el traje y la piel. Como su nombre lo indica, los trajes secos mantienen el cuerpo fuera del contacto con el agua, limitando considerablemente la pérdida de temperatura; además pueden combinarse con ropa interior térmica. Los trajes secos requieren un poco más de cuidado en su uso.

Los trajes húmedos pueden ser cortos o largos y, en función del número de piezas, trajes monopieza o de dos piezas (pantalón y chaqueta).

El traje puede estar complementado por un par de guantes. Sin embargo, muchos países prohíben su uso, ya que los guantes facilitan el contacto con la fauna, flora y rocas existentes en el fondo, y, por lo tanto, su depredación.

Escarpines (o chapines o "botines")

Son unas "botas" de neopreno que protegen los pies del frío y del roce de las aletas. Los trajes de buceo secos suelen incluir sus propios escarpines unidos al traje para mayor estanqueidad.

Aletas

Las aletas, también llamadas gualetas, chapaletas, o patas de rana, son dos palas que se prolongan desde los pies. Permiten avanzar a mayor velocidad bajo el agua y generalmente son de caucho u otros materiales sintéticos que les confieren rigidez transversal y flexibilidad longitudinal. Hay diferentes diseños y durezas de la pala que favorecen la velocidad (para buceo libre en apnea), o la potencia (para buceo autónomo), del pataleo bajo el agua.

En función del tipo de sujeción al pie las aletas pueden ser abiertas o ajustables, que sujetan el pie con una cinta de goma a la altura del tendón de Aquiles y que permiten un ajuste variable; o cerradas o calzantes, como un zapato de goma y sin posibilidad de ajuste variable. Las aletas abiertas permiten el uso de escarpines voluminosos y con suelas muy robustas, los escarpines a usar con aletas cerradas se parecen más a calcetines que a un clásico zapato y tiene básicamente dos funciones, evita que los pies se enfríen y segundo que la fricción que tienen los pies con las aletas causen llagas.

Cinturón de lastre

Es el cinturón donde se sujeta el lastre, placas de plomo u otro material pesado con flotabilidad muy negativa. Éste es usado para facilitar la inmersión y compensar la flotabilidad positiva. Permite vencer rápidamente el empuje positivo de la caja torácica llena de aire (que disminuye a medida que aumenta la profundidad). No debe sumergir al buzo en reposo y la flotabilidad del mismo debe ser apenas negativa después de una expiración forzada.

Equipo autónomo o escafandra autónoma (Scuba)

Regulador: primera etapa (que se acopla al tanque), con manguera de alta presión (manómetro) y tres de "baja" (presión intermedia) una al BCD, y dos a las segundas etapas y boquillas (principal y secundaria -u octopus-).

Además del equipo básico o ligero, el equipo para buceo autónomo integra los siguientes componentes:

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Botella (tanque) de aire comprimido

La botella es el recipiente de acero o aluminio que contienen el aire comprimido, y presenta una sola abertura donde se fija una grifería de control y acople. La grifería consiste en una válvula (tipo J o K), un grifo que controla la apertura o cierre de la botella y una o varias salidas de acople al regulador (tipo INT o estribo —una palomilla sujeta el regulador a la botella, donde hay una junta tórica para mantener la estanqueidad— y tipo DIN —que sujeta el regulador a la botella mediante una rosca, soporta mayores presiones).

Hay varios tipos de botellas en función de su capacidad (de 5 a 18 L), y de la presión de trabajo que soportan (230 bares o 300 bares).

Las botellas deben pasar revisiones periódicas para comprobar la fatiga de los metales, cada país tiene su normativa. Nunca se debe sobrepasar la presión de carga, ni exponerlas a temperaturas altas.

En el buceo deportivo el único gas con el que deben de llenarse las botellas es el aire comprimido. Ningún otro está permitido.

Chaleco hidrostático (BCD) o (jacket)

Como su nombre indica es un chaleco, fusionado al arnés que soporta la botella a la espalda. Posee una cámara de aire que confiere flotabilidad positiva al buzo en superficie y permite ajustar la flotabilidad a voluntad para compensar la pérdida de empuje que se produce con la profundidad por efectos de la presión (al comprimirse el traje, la propia cámara de aire del chaleco y algunas cavidades corporales). Para ello el chaleco tiene una cámara o vejiga que se une con una válvula de conexión al regulador y una boquilla que permiten inyectar aire directamente de la botella o soplando a través de la boquilla y varias válvulas de purga que permiten liberar aire durante el ascenso en el que se produce el fenómeno inverso. Tiene, también, una válvula de sobrepresión que asegura que la vejiga no estalle en caso de sobrepresión por inadvertencia o durante el ascenso.

El chaleco hidrostático es para el buzo lo que la vejiga natatoria para el pez.

El chaleco incluye también bolsillos y anillas para portar objetos necesarios para el buceador, así como las sujeciones necesarias para mantener dicho chaleco bien sujeto al buceador.

Regulador

Segunda etapa y boquilla del regulador.

Es el elemento que ajusta la presión del aire de la botella para que el buceador pueda respirarlo. Consta de dos sistemas de regulación de la presión denominados etapas.

La primera etapa recibe el aire directamente de la botella y mantiene un pequeño volumen de aire a una presión intermedia. La segunda etapa regula el flujo del aire desde la cámara de presión intermedia a la boquilla del buzo. El aire bajo presión de la botella pasa así de una cámara de alta presión a una de presión intermedia y finalmente a una de presión ambiente. A la cámara de alta se conecta el mánometro que indica la presión del tanque, a la cámara intermedia se conectan la (s) segunda (s) etapa (s) (boquilla principal y "octopus" o boquilla de emergencia) y la manguera de inflado de chaleco o traje seco.

Dependiendo del sistema que utiliza, puede ser:

• De pistón simple, en el que un pistón permite el paso del aire. Son los más sencillos (y baratos), pero de características peores. A profundidades elevadas, o con escaso aire en la botella, el aire que proporciona es menor.
• De membrana compensada, en el que una membrana permite el paso del aire, pero aísla al regulador de la entrada del agua. Permite un flujo de aire al buceador que no varia con la profundidad.
• De pistón compensado (o sobrecompensado), de gama alta, permite un flujo de aire que no varia con la profundidad, pero no aísla al regulador del agua.

Cinturón de lastre

En scuba la flotabilidad es producto del empuje negativo del lastre y el empuje positivo del cuerpo del buzo así como del chaleco y los diferentes dispositivos que lleve consigo; el lastre debe ser suficiente como para prever una mayor flotabilidad positiva del tanque de aire cuando este casi vacio. En la actualidad cada véz mas modelos de BCDs ó chalecos compensadores vienen con lastre integrado para mayor facilidad. El sistema de cierre debe ser firme y seguro, pero de fácil liberación en caso de emergencia.

Reloj, profundímetro, manómetro y tablas de buceo con aire (u ordenador de buceo con aire)

Para el buceo con botella es indispensable controlar el tiempo de fondo y la profundidad. Estos dos datos tabulados en una tabla de buceo le permiten al buzo mantenerse en los límites de seguridad para evitar la acumulación de nitrógeno en su organismo. También existen ordenadores de buceo que integran directamente y en tiempo real el perfil de inmersión y alertan al buzo en caso de acercarse a los límites de seguridad. El uso del ordenador nunca debe sustituir al profundímetro, al manómetro, a las tablas, ni al reloj (que debe tener una resistencia mínima de 200 m de profundidad), es solo un complemento de seguridad.

Equipo accesorio

Cuchillo.

• Cuchillo: por ley es necesario para bucear en muchos países. Permite cortar cabos abandonados o redes a la deriva que pudieran poner en peligro la vida del buceador. Debe estar hecho de un material inoxidable y el mango de preferencia de hule.
• Linterna o foco: en las inmersiones diurnas ayudan a ver cuevas en las rocas o zonas con poca luz. En las inmersiones nocturnas, evidentemente, son imprescindibles. Las linternas suelen ser de menor potencia y a pilas, mientras que los focos suelen ser de mayor potencia y con batería recargable.
• Carrete: contiene un cabo de gran longitud que permite al buceador orientarse al seguirlo.
• Brújula: muy útil para orientarse bajo el agua.
• Cyalume o luz química: se atan a la botella o al chaleco hidrostático durante inmersiones nocturnas.
• Pizarra subacuática: permite la comunicación escrita o gráfica bajo el agua con los compañeros.
• Sonajero, maraca o bocina: permiten avisar mediante señales acústicas a un buceador próximo.
• Boya inflable: se puede inflar con el aire comprimido de la botella, sirve para marcar una posición, o como ayuda para sacar objetos pesados del agua.

Fundamentos del buceo

Como cualquier masa, el cuerpo de un buceador se ve sujeto a los diversos efectos físicos de la inmersión; estos conllevan a su vez una serie de efectos y respuestas fisiológicas importantes a considerar, pues son ellas que dictan los límites de seguridad.

Fundamentos físicos

Los tres pilares de la física del buceo son el principio de Arquímedes, la presión y las leyes de los gases. El primero explica el fenómeno de flotabilidad, el segundo la variación de la presión con la profundidad y el último el comportamiento de los gases al variar la presión (el volumen y la temperatura).

Arquímedes

El principio de Arquímedes se aplica al buzo como un todo. El cuerpo del buzo (y su equipo), presentan una masa total y desplazan un volumen de agua equivalente al volumen del cuerpo sumergido. El buzo está sometido entonces a un par de fuerzas opuestas: por un lado el efecto de la gravedad sobre su masa (el peso del buzo y su equipo), por otro lado la fuerza de flotación ejercida por el agua, equivalente a la masa de agua del volumen desplazado por el buzo.

Cuando la masa del buzo es mayor que la masa del volumen de agua desplazada su flotabilidad es negativa, el buzo tiende al fondo. Cuando la masa del buzo es menor que la masa equivalente a su volumen su flotabilidad es positiva, el buzo tiende a la superficie. La situación en la que las fuerzas son equivalentes, la masa del buzo es igual a la masa del agua que desplaza, la flotabilidad se considera neutra; la fuerza ascendente se anula con la fuerza descendente.

El principio de Arquímedes no tiene mayor incidencia sobre la fisiología del buceo. Su aplicación es lo que permite al buzo autónomo mantener una flotabilidad neutra y es uno de los aliados más importantes del buzo en apnea. Este último aprovecha el cambio en su densidad corporal total en inmersión y de la posición relativa (con respecto a su centro de gravedad - centro másico) de los pulmones. En superficie el apneísta presenta una flotabilidad positiva, que es vencida fácilmente en una buena maniobra de inmersión (cabeza primero) y que es vencida rápidamente al comprimirse el aire de sus pulmones con la profundidad (ver ley de Boyle-Mariotte). A partir de determinada profundidad su flotabilidad se vuelve negativa y le permite realizar un descenso sin esfuerzo. La situación de los pulmones por debajo del centro másico del buzo durante el descenso tiene por efecto un acercamiento de la profundidad de flotabilidad neutra a la superficie. Durante el ascenso, con la cabeza hacia arriba, los pulmones están por encima del centro másico del buzo y la profundidad de flotabilidad neutra se desplaza hacia el fondo. Así el esfuerzo activo de ascenso se ve reducido y la fase pasiva (de flotabilidad positiva) es alcanzada más lejos de la superficie.

Presión

La presión es la fuerza por unidad de área ejercida sobre una superficie. Un fluido ejerce una presión homogénea en todo punto de un objeto sumergido en él, que depende de la profundidad a la que este se encuentra, siendo los vectores de fuerza siempre perpendiculares a la superficie de dicho cuerpo. La presión absoluta a la que se ve sometido un cuerpo en inmersión es la suma de la presión atmosférica (debida al peso de la columna de aire) y la presión hidrostática (debida al peso de la columna de agua). Así, el efecto de presión es menor en altitud que a nivel del mar y, debido a que el agua salada es más densa que el agua dulce, a igual profundidad, un buzo en un lago está sometido a menor presión que un buzo en el mar.

La presión atmosférica normal a nivel del mar es de 1 atmósfera. La presión ejercida por una columna de 10 m de agua de mar equivale más o menos 1 atmósfera de presión. Luego, para cálculos rápidos y sencillos, asumimos que por cada 10 metros de profundidad, la presión aumenta 1 atmósfera ó 1 bar, pues 1,013 bar=1 atm. De este modo, podemos decir con suficiente precisión, que la presión ejercida sobre un cuerpo a 10 m bajo la superficie del mar es de 2 bar (1 bar = P. atmosférica + 1 bar P. hidrostática).

Finalmente, el principio de Pascal determina que la presión ejercida sobre un fluido, en este caso la atmosférica, se transmite uniformemente por todo el fluido, de manera que la presión atmosférica se transimite, y se suma en cada plano a una misma profundidad, a la presión hidrostática. De igual forma, en cada tejido blando del buzo se transmite la presión total, haciendo que la presión interna de las cavidades sea igual a la externa.

Leyes de los gases

El cuerpo humano no es en definitiva una masa uniforme. Si bien nuestros tejidos están conformados mayoritariamente por agua (los líquidos idealmente son incompresibles); la presencia de cavidades y el comportamiento físico particular de los fluidos en fase gaseosa (aire), determinan de lejos los límites a que el cuerpo humano puede soportar.

Ley general de los gases

La ley general de los gases explica el comportamiento de estos con relación a las variables de presión, temperatura y volumen. Así, en una masa constante de un gas la relación entre estas variables se ve definida por la siguiente igualdad:

${\cfrac {P_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\cfrac {P_{2}V_{2}}{T_{2}}}$

Donde P es presión, V es volumen y T es temperatura; en dos situaciones distintas (1 y 2).

Lo que explica esta ley es que un cambio en magnitud de cualquiera de las variables de un gas de un estado inicial (1), acarreará irrevocablemente al ajuste de las variables complementarias en su estado final (2) para respetar la igualdad.

Si la temperatura se mantiene constante (T₁=T₂), es posible retirarla de la ecuación pues su efecto sobre el equilibrio de la misma es nulo. El equilibrio se mantiene pues, únicamente por las variaciones en la relación entre presión y volumen.

Ley de Boyle - Mariotte

Expresa el equilibrio de un gas a temperatura constante. Durante la inmersión la variación de temperatura del aire es mínima y por lo tanto la ley de Boyle es especialmente práctica para entender la relación entre presión y volumen. Básicamente, esta se ve enunciada en la siguiente igualdad:

$P_{1}V_{1}=P_{2}V_{2}$

La presión es inversamente proporcional al volumen de un gas: al aumentar la presión sobre una masa de gas, el volumen de este disminuye proporcionalmente.

Así, una masa constante de aire que en superficie (1 bar) ocupa un litro, verá su volumen reducido a la mitad (${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}$ L) al someterse a una presión de 2 bar (-10 m), a un tercio (${\begin{matrix}{\frac {1}{3}}\end{matrix}}$ L) a 3 bar (-20 m) y así sucesivamente.

De igual manera, un litro de aire a 3 bar (-20m), aumentara su volumen en un 50% a 2 bar (1.5 L a -10 m) y lo triplicará a 1 bar (3 L en superficie) dado que los mayores cambios se dan en los primeros 10 metros.

Ley de Dalton

El aire no es un gas puro, sino una mezcla de gases. La ley de Dalton explica que la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones que ejercerían cada uno de los gases componentes ocupando a ellos solos el volumen total.

Esta ley también se conoce como la ley de las presiones parciales, pues implica que la presión parcial de un gas en una mezcla de gases sometida a una presión X, es directamente proporcional a la proporción en que ese gas está presente en la mezcla.

Esto quiere decir, que si en una mezcla de gases un ingrediente representa el 20% del volumen de la mezcla a una presión P, el ingrediente que nos interesa presenta una presión parcial de 0,2 P.

El aire normal la composición es, aproximadamente, de un 21% Oxígeno y 78% Nitrógeno, con un 1% de otros gases (fundamentalmente argón). Redondeando, la presión parcial de cada uno de sus componentes será:

Presión parcial de los componentes del Aire

Presión Total	Presión parcial O2	Presión parcial N2	Profundidad equivalente
1 bar	0,2 bar	0,8 bar	Superficie = Presión atmosférica
2 bar	0,4 bar	1,6 bar	-10 m = 1 bar P. hidrostática + 1 bar P. atmosférica
3 bar	0,6 bar	2,4 bar	-20m = 2 bar P. hidrostática + 1 bar P. atmosférica
4 bar	0,8 bar	3,2 bar	-30m = 3 bar P.hidrostática + 1 bar P. atmosférica
...	...	...	...
Pbar	0,2 Pbar	0,8 Pbar	(P-1)*-10 m = (P-1)bar P. hidrostática + 1 bar P. atmosférica

Ley de Henry de disolución de los gases

Cuando un gas entra en contacto con un líquido, las moléculas de gas (debido a su energía termodinámica - presión y temperatura), van a penetrar la interface gas-líquido y difundirse en su interior. A este fenómeno se le conoce con el nombre de disolución de los gases.

Cuando un gas se encuentra disuelto en fase líquida se habla de tensión (T) de un gas, a diferencia de la presión parcial (p) de un gas que hace referencia a gases en una mezcla de fase gaseosa.

La ley de Henry explica que a una temperatura dada y en condición de saturación, la cantidad de gas disuelto en un líquido, es directamente proporcional a la presión ejercida por el gas sobre la superficie del líquido.

El concepto de saturación enunciado en la ley de Henry se refiere al equilibrio que existe entre la presión del gas (en la fase gaseosa) y la tensión del mismo (en la fase líquida). Se habla de condición de subsaturación cuando la presión es superior a la tensión, de saturación cuando la presión y la tensión son equivalentes, y de sobresaturación cuando la presión es menor que la tensión del gas disuelto. Un líquido en condición de subsaturación disolverá el gas de la fase gaseosa hasta encontrar el equilibrio (saturación). Un líquido en sobresaturación va a eliminar gas disuelto para encontrar el equilibro (saturación).

Ley de difusión de Graham

El fenómeno de difusión entre dos gases, es decir, la velocidad a la que se mezclan es explicado por esta ley. Básicamente enuncia que la velocidad de difusión de dos gases, a condiciones iguales de temperatura y presión, es inversamente proporcional a la raíz de sus masas molares.

Dicho en otros términos, a igual temperatura y presión, la velocidad de difusión de un gas de moléculas "ligeras" se difunde más rápido que uno de moléculas "pesadas".

Los dos principales gases en el aire, el nitrógeno (N) y el oxígeno (O) se encuentran en las formas moleculares N₂ y O₂. La masa molar del nitrógeno es de 28, mientras que la del oxígeno es de 32. Por lo tanto la velocidad de difusión del nitrógeno es mayor que la del oxígeno.

Ley de difusión de Fick

Describe la tasa de transferencia de un gas a través de una membrana (o capa de tejido). Ésta es proporcional a superficie expuesta así como a la diferencia entre las presiones de sus dos fases e inversamente proporcional al espesor de la membrana/tejido. Además la velocidad de difusión es proporcional a la constante de difusión (particular al tipo de tejido y de gas que interviene).

Fundamentos fisiológicos y riesgos

Las anteriores reglas físicas tienen una influencia certera en el cuerpo de un buzo en inmersión y conllevan una serie de efectos mecánicos y bioquímicos a considerar.

Un estudio estadounidense de 1970 concluyó que el buceo deportivo era (por hora de actividad), 96 veces más peligroso que conducir un automóvil.​ Un estudio Japonés del año 2000 concluyó que cada hora de Buceo recreativo era entre 36 y 62 veces más arriesgada que conducir un automóvil.​ Aún así el buceo es considerado una de las actividades más seguras del mundo por especialistas.

El modelo físico del cuerpo humano

El cuerpo humano está compuesto de materia en sus tres fases básicas (sólida, líquida y gaseosa). La única estructura rígida la constituye el sistema esquelético, el cual tiene la función mecánica de soportar los demás órganos y tejidos (principalmente los músculos y con la ayuda de estos las vísceras). Los componentes del cuerpo unidos directamente al esqueleto (como la mayoría de los músculos) conservan su posición relativa, los componentes "libres" o poco asociados al esqueleto (como las vísceras abdominales) mantienen su posición por equilibrio de fuerzas. Luego está el sistema respiratorio, consta de sacos y conductos propios representa los órganos y tejidos con fase gaseosa por excelencia. El tejido sanguíneo representa la fase líquida más importante del cuerpo. Finalmente todos los demás tejidos (músculos y visceras) tienen la consistencia propia de la carne: en mayor o menor medida firmes y deformables.

Esto, ligado a la arquitectura anatómica, permiten definir tres "compartimentos" básicos a tener en cuenta:

• Cajas rígidas determinadas por el sistema esquelético: la caja craneana (importante por contener cavidades en fase gaseosa -senos nasales, frontales y parafrontales; y parcialmente los conductos auditivos-) y la caja torácica (que contiene los pulmones y el corazón).

• Las vísceras abdominales: separadas de la caja torácica por el diafragma, pero con tejidos muy elásticos y deformables.

• La masa sanguínea: en fase líquida, irrigando todo el cuerpo a través de vasos, pero con volúmenes considerables en el corazón y en los órganos muy vascularizados (pulmones y sistema nervioso).

Los reflejos de inmersión en el hombre

Además de considerar al cuerpo del buzo como un conglomerado de materiales, cada uno con sus propiedades físicas, es necesario explicar algunos mecanismos fisiológicos reflejos que se desencadenan en inmersión.

El hombre es un ser esencialmente terrestre y por tanto su fisiología esta completamente adaptada a este tipo de vida. Como sus coterraneos animales, la fisiología humana ha heredado una serie de mecanismos de respuesta fisiológica y sistémica (no voluntaria) a la situación de inmersión. Estas respuestas se denominan "reflejos de inmersión" y consisten en:

• Disminución del ritmo cardiaco: desencadenado por el aumento en la presión arterial.

• Hipervolemia (aumento del volumen de plasma sanguíneo), que es contrarrestado por un aumento en la diuresis (secreción de orina).

Efectos de la presión

Cambios volumétricos por efecto de la presión

A medida que un buzo desciende, el volumen de aire disminuye debido a la presión. Los compartimentos en "caja" deben ser suficientemente elásticos para permitir la compresión del volumen o deben ser compensados activamente por el buzo. Los senos nasales, paranasales y frontales, así como los canales auditivos (trompas de Eustaquio) deben compensarse mediante la maniobra de Valsalva o con un breve ejercicio de espiración forzada cerrando nariz y boca. La caja torácica (alojando los pulmones) limita en la parte inferior con el diafragma y la masa abdominal; en apnea el volumen perdido por el aire contenido en los pulmones es equilibrado por la dilatación de los vasos sanguíneos en los alveolos y el desplazamiento hacia arriba de la masa abdominal (y el diafragma). El buzo SCUBA, al tener una fuente de aire autónoma y equilibrada a la presión ambiente reemplaza el volumen pulmonar con un mayor aporte de aire a medida que respira en el descenso; pero debe tener especial cuidado durante el ascenso.

Los accidentes ligados a este efecto son barotraumatismos mecánicos. Los principales son las hemorragias en los senos faciales, la rotura de tímpano. Menos frecuentes y más graves, los barotraumatismos pulmonares: por sobrepresión (en buceo autónomo) los pulmones llegan al límite de dilatación y los alveolos se rompen generando un neumotórax (el aire escapa a la cavidad toráxica), un enfisema mediasteno (el aire escapa a la cavidad del corazón y puede llegar siguiendo la pared de la traquea al cuello) o una embolia (cuando el aire escapa por las venas y arterias); y por subpresión (en apnea) los pulmones llegan a su límite de compresión y se continúa el descenso, la presión interna será menor que la presión sanguínea, los vasos alveolares se rompen e inundan los pulmones de sangre, se generará un edema pulmonar agudo.

Factores de disolución y difusión

En superficie, a nivel del mar (1 bar), las presiones parciales de N₂ y de O₂ serán respectivamente de 0,8 bar y 0,2 bar. Normalmente los tejidos del cuerpo están en saturación para el N₂ (es decir que la tensión del N₂ en los tejidos es de 0,8 bar). Pero no sucede igual con el oxígeno. El O₂ respirado es transportado internamente por la hemoglobina presente en la sangre, aunque una parte importante circula bajo forma disuelta. Además el oxígeno es consumido en el metabolismo celular, que a cambio produce dióxido de carbono (CO₂) que es transportado por vía venosa (por la hemoglobina y bajo forma disuelta) hacia los pulmones.

Durante la inmersión aumenta considerablemente la presión parcial de nitrógeno, generando un desequilibrio entre la presión parcial y la tensión tisular. Siguiendo las leyes de disolución y difusión de los gases, los tejidos se encontraran en fase de subsaturación y empezarán a absorber N₂ para equilibrarse nuevamente. Pero esta saturación ocurre en un gradiente y a ritmos diferentes según el tejido. La sangre y los tejidos nerviosos se saturan rápidamente, mientras que los huesos y los tendones son los que más tardan. El proceso inverso se produce en el ascenso, al remontar a la superficie los tejidos de un buzo están es sobresaturación de N₂ y tenderán a liberarlo a tasas equivalentes de desaturación.

Si la presión circundante es muy inferior a la tensión de N₂ de un tejido, el gas disuelto (es decir en forma líquida) no podrá ser evacuado del tejido por difusión. Lo que sucede entonces es que el N₂ volverá nuevamente a su fase gaseosa dentro del tejido. Es decir que se forman burbujas dentro de los tejidos que normalmente no deben presentar fase gaseosa.

En un ascenso es normal que se formen algunas microburbujas de N₂ y de CO₂ que son eliminadas progresivamente por vía pulmonar. Pero si el ascenso se hace demasiado rápido o sin respetar las paradas de descompresión, la cantidad y la talla de micro burbujas puede ser más importante. Estas tenderán entonces a formar macro burbujas y una forma muy especifica de barotraumatismo del buceo autónomo. Este tipo de barotraumatismo se le conoce con el nombre de accidente de descompresión y es prácticamente imposible provocarlo en apnea porque los tiempos de inmersión no son más prolongados que algunos minutos y están intercalados por pausas en superficie.

El accidente de descompresión es, pues, provocado por una situación de sobresaturación tisular por encima de un nivel crítico. La presencia de burbujas en el tejido sanguíneo puede provoca trombos (trombosis), embolias e incluso la necrosis de los tejidos. Los efectos pueden ser inmediatos o progresivos.

Efectos bioquímicos

Equilibrio sanguíneo O₂/CO₂

Normalmente el O₂, por ser el gas consumido para el metabolismo celular, presenta tensiones sanguíneas menores a las presiones parciales alveolares, en cambio el CO₂, como producto de desecho, presenta tensiones sanguíneas mayores que las presiones parciales alveolares. Esto crea un gradiente de presiones en las interfases alveolo-sangre, que permiten el intercambio gaseoso. El cuerpo posee un mecanismo fisiológico que nos alerta cuando se ve sometido o se acerca a una situación de anoxia. Esta alarma fisiológica es la que produce la sensación de asfixia. El aumento de la tensión del CO₂ en el flujo sanguíneo acarrea una ligera acidificación del pH sanguíneo debido a su transformación en ácido carbónico, este cambio es detectado por un par de receptores nerviosos en la arteria carótida y desencadenan el reflejo de asfixia. Luego no son las tensiones de los gases las que son directamente "reguladas" por el organismo, sino el pH del plasma sanguíneo, como indicador indirecto de estas tensiones. Es decir que nuestro mecanismo de alerta del riesgo de hipoxia depende invariablemente del cambio del pH sanguíneo debido al aumento de la tensión del CO₂.

Cuando se incurre en una hiperventilación (aumento voluntario o involuntario de la frecuencia respiratoria), las presiones parciales alveolares de los gases y de las tensiones sanguíneas tienden a igualarse: aumenta la tensión sanguínea del O₂ y disminuye la de CO₂. El pH sanguíneo tiende a alcalinizarse y por lo tanto se retarda el reflejo de asfixia. Los buzos en apnea recurren con frecuencia a una corta hiperventilación en superficie, antes de la inmerión. Esto con el fin de oxigenar al máximo los tejidos y el aire contenido en los pulmones, pero también para retrasar la sensación de asfixia y maximizar así el tiempo de confort durante la inmersión. La otra cara de la moneda es el riesgo de provocar un accidente sincopal.

El síncope es la pérdida de conocimiento o desmayo breve, debido a una insuficiencia de aporte de oxígeno hacia el cerebro (Tensión O₂ < 0,17 bar ). Básicamente es el efecto de la hipoxia. Tras una hiperventilación importante, los síntomas pre-sincopales (sensación de asfixia, vertigos y mareos) no aparecen y el síncope aparece instantáneamente y sin advertencia (y para un buzo que no sea asistido inmediatamente, las consecuencias serán mortales).

Toxicidad de los gases

• Hipercapnia: aumento anormal de la tensión de CO₂ en la sangre (Tensión CO₂ > 40mbar), revelando los efectos tóxicos de este gas. Puede sobrevenir en el buceo autónomo, los buzos inexpertos tratan de disminuir su frecuencia respiratoria en un afán de "ahorrar" aire de la botella y en buzos profesionales, debido a un ejercicio intenso durante la inmersión. Los síntomas son un malestar, angustia y ansiedad del buzo, sensación de asfixia y respiración superficial; los cuales si no son controlados por el buzo, amplifican y agravan la hipercapnia llegando al síncope y la muerte por ahogamiento; además el buzo presa del pánico pueden sufrir barotraumatismos o accidentes de descompresión por un ascenso fuera de regla.

• Hiperoxia: a partir de tensiones tisulares superiores a los 0,5 bar, el oxígeno empieza a tomar un carácter tóxico que se consolida completamente cuando su tensión tisular alcanza 1,7 bar. Bajo esas presiones parciales el O₂ se disocia en radicales libres (peróxido de hidrógeno H₂O₂ y radicales hidróxilo ·OH) que inhiben la función celular a nivel de la membrana. Este efecto sobre la membrana celular afecta especialmente el sistema nervioso (la membrana celular de las neuronas y su delicado equilibrio de electrolitos y sustancias mensajeras son la clave de la transmisión de los impulsos nerviosos). Por lo tanto, aunque todos los tejidos se ven afectados por igual, su efecto neurotóxico es el que reviste mayor gravedad. El sistema nervioso regula y controla la mayoría de las funciones vitales. La intoxicación por oxígeno produce convulsiones, pérdida de conocimiento y puede llevar al consiguiente ahogamiento del buzo. El riesgo de hiperoxia dicta los límites de seguridad del buceo autónomo con aire (-30 m profundidad máxima permitida, -20 m profundidad máxima recomendada). Estas profundidades son los límites teóricos, pero en realidad los efectos tóxicos del oxígeno pueden encontrarse más abajo, pues su consumo por los tejidos disminuyen considerablemente su tensión.

• Narcosis de nitrógeno: aunque el nitrógeno y otros gases inertes son químicamente estables, bajo concentraciones elevadas (léase presiones parciales y tensiones tisulares) producen efectos reversibles sobre el sistema nervioso. Estos efectos son en general similares a los debidos a la intoxicación por alcohol o a las sustancias narcóticas y es por esto que reciben el nombre de "narcosis". Cuando la tensión tisular del N₂ >= 4bar, los efectos empiezan a manifestarse; pero es muy variable de un individuo a otro. Son los buzos autónomos con aire los expuestos a este tipo de efecto, pudiéndose dar casos muy por encima de los -30 m, dependiendo del estado general del buzo. Los síntomas típicos son la euforia, despreocupación, alteración de la capacidad de raciocinio y de concentración, pérdida de memoria y desorientación. La pérdida de la capacidad de juicio y de orientación, típica de este fenómeno, puede hacer incurrir al buzo en otros accidentes y eventualmente incluso al ahogamiento.

Véase también

• Snuba
• Escafandra
• Buceo profesional
• C.M.A.S.
• P.A.D.I.
• Jacques Cousteau

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Buceo.