Difusión de gases en buceo técnico con mezclas respiratorias (Trimix): conceptos clave

En el buceo recreativo, cuando se utiliza un único gas (por ejemplo, aire o nitrox), basta con medir la presión en dos puntos para predecir en qué dirección se moverá el flujo gaseoso. Este análisis es relativamente simple porque hay un solo gas en consideración. Sin embargo, esta lógica se complica significativamente en el buceo técnico, donde se utilizan mezclas de varios gases, como el Trimix (una combinación de oxígeno, nitrógeno y helio). En este contexto, ya no es suficiente considerar la presión total del gas, sino que se vuelve imprescindible trabajar con el concepto de presión parcial.

Presión parcial y mezcla de gases

La presión parcial se define como la fracción de la presión total atribuible a cada gas en una mezcla. De acuerdo con la ley de Dalton, la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de sus componentes. Por ejemplo, a nivel del mar, la presión atmosférica media es de 760 mm Hg. En el aire seco, aproximadamente el 79% es nitrógeno, y el 21% oxígeno, lo que implica presiones parciales de aproximadamente 600 mm Hg para el nitrógeno y 160 mm Hg para el oxígeno.

En el buceo técnico, donde se usan mezclas con helio para reducir la densidad del gas y evitar la narcosis por nitrógeno, se deben calcular las presiones parciales de tres gases distintos. La correcta planificación de la inmersión depende de conocer cómo estas presiones parciales afectan la fisiología del buzo, especialmente en contextos de cambios rápidos de presión.

Gases disueltos en líquidos y ley de Henry

Los gases también se disuelven en líquidos, como la sangre o los tejidos corporales. Las moléculas de gas disuelto tienen energía cinética, se mueven aleatoriamente y ejercen presión. La ley de Henry establece que:

La presión parcial de un gas en solución es directamente proporcional a su concentración, e inversamente proporcional a su coeficiente de solubilidad.

Es decir:

$$P = \frac{C}{S}$$

Donde:

• P es la presión parcial,
• C la concentración del gas disuelto,
• S el coeficiente de solubilidad.

Esto implica que, si dos gases están disueltos en la misma concentración, aquel que tenga menor solubilidad ejercerá una mayor presión parcial. Esta relación es fundamental para entender cómo los gases se comportan al entrar y salir del cuerpo durante la inmersión, y es clave para prevenir accidentes de descompresión.

Difusión de gases y factores físicos involucrados

Además de las diferencias de presión parcial entre dos puntos (∆P), la difusión de un gas a través de un líquido depende de varios factores físicos. La ecuación general que los relaciona es:

$$D = \frac{(P \times A \times S)}{(d \times \sqrt{PM})}$$

Donde:

• D es la cantidad de gas que difunde por unidad de tiempo,
• P es la diferencia de presión parcial (∆P),
• A es el área de intercambio,
• S es la solubilidad del gas,
• d es la distancia que debe recorrer el gas,
• PM es el peso molecular del gas.

Variables explicadas:

• Área (A): A mayor superficie disponible para el intercambio gaseoso, mayor será la difusión. En los pulmones, esta área es enorme (~140 m²) para facilitar el intercambio.
• Solubilidad (S): Cuanto más soluble sea el gas en el líquido (como sangre o agua), más rápidamente podrá difundirse. Por ejemplo, el dióxido de carbono es aproximadamente 20 veces más soluble que el oxígeno en medios fisiológicos.
• Distancia (d): A mayor distancia entre los compartimentos (por ejemplo, alveolo y capilar), menor será la difusión.
• Peso molecular (PM): Gases con mayor peso molecular (como el dióxido de carbono o el nitrógeno) difunden más lentamente que gases más livianos, como el helio.

Coeficiente de difusión

Dado que la solubilidad y el peso molecular son características propias del gas, se puede usar el siguiente coeficiente para comparar la capacidad difusiva entre diferentes gases:

CD = SPMCD = $\displaystyle \frac{S}{\sqrt{PM}}$

Esto permite cuantificar de forma estandarizada la facilidad con la que un gas se difunde, independientemente de otras variables del entorno. Este coeficiente es esencial para diseñar mezclas respiratorias que minimicen riesgos en el buceo profundo, como la narcosis, la toxicidad por oxígeno o la enfermedad descompresiva.

Aplicación en buceo técnico

En el contexto del Trimix, donde se combinan gases con diferentes densidades y capacidades de difusión (por ejemplo, el helio tiene menor densidad y mayor difusión que el nitrógeno), la comprensión de estas variables permite al buzo:

• Diseñar mezclas respiratorias más eficientes y seguras,
• Prevenir acumulaciones peligrosas de gases inertes,
• Optimizar la descompresión, basada en las propiedades de difusión de los gases implicados.

Por ejemplo, al sustituir parcialmente nitrógeno por helio, se reduce la densidad del gas inhalado (mejorando la ventilación) y se facilita una eliminación más rápida durante la fase de ascenso, gracias al mayor coeficiente de difusión del helio.

Bibliografía

• PADI. (s.f.). Apuntes del curso de Instructor Trimix. Professional Association of Diving Instructors.
• Universidad Nacional de Educación a Distancia [UNED]. (s.f.). Apuntes de Anatomía y Fisiología del Aparato Respiratorio.
• Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2021). Tratado de fisiología médica (14.ª ed.). Elsevier.
• West, J. B. (2012). Fisiología respiratoria: bases. Editorial Médica Panamericana.