58-Buceo. Los cambios de volumen de un gas según la presión a la que estén sometidos, se manifiestan sobre los gases que se encuentran en el interior de nuestro organismo.

En nuestro cuerpo hay cavidades que contienen gases, como el interior de los pulmones, senos paranasales, oído medio, gases disueltos en la sangre y en los tejidos corporales. Estos gases pueden cambiar su volumen de acuerdo a la presión a la que nos encontremos. El aire que respiramos en la superficie e introducimos en los pulmones, a medida que descendemos en el agua, se comprimirá y su volumen se volverá progresivamente más pequeño.
    a) ¿A qué profundidad hay que sumergirse para que el volumen del aire, introducido en los pulmones en la superficie, se reduzca a la mitad?

(Hay más preguntas que se van transcbiendo abajo)

Ciertamente, el principio fundamental de la hidrostática anticipaba que a mayor propundidad, mayor presión. Y la presión hará reducir el volumen de aire encerrado en los pulmones. Llamemos 1 a la situación en la superficie y 2 a la situación allá abajo.

P₁ . V₁ = P₂ . V₂

P₂= P₁ . V₁ / V₂

La presión en la superficie es la atmosférica, P₁ = 1 atm, y V₂ = 0,5 V₁. Entonces:

P₂= 1 atm . V₁ / 0,5 V₁

P₂= 2 atm

Ahora apliquemos el principio fundamental (acordate que 1 atm = 101.300 Pa):

ΔPr = γ Δh

Δh = ΔPr / γ

Δh = 101.300 Pa / 10.000 N

Δh = 10,13 m

Es fácil de recordar: cada 10 metros que desciendas en el agua la presión aumenta en 1 atmósfera.

b) Indique, en porcentaje, cuál es el volumen del aire pulmonar cuando el buzo está a 30 m de profundidad, respecto al volumen de aire introducido en los pulmones en la superficie. Por lo que vimos en el ítem anterior, a 30 metros de profundidad la presión valdrá 4 atm, o sea, 4 veces la presión en la superficie. Luego el volumen de la misma cantidad de aire que arriba ocupe cierto volumen, allá abajo ocupará un cuerto de ese volumen.

v_(30m) = 25% V_(0m)

c) Según se analizó en el ejercicio 8, ¿cómo consiguen expandir sus pulmones los buzos bajo el agua? Ah... qué buena pregunta. El equipo de los buzos consiste en un tubo que contiene aire comprimido y un regulador de presión asociado a la boquilla. Así los buzos pueden aspirar aire a la misma presión (más o menos) que su entorno.

d) Explique qué sucedería si un buzo, a cierta profundidad, llena sus pulmones con aire comprimido y asciende sin espirar libremente. Hay un peligro: si estás haciendo un ascenso rápido tenés que ir largando el aire de los pulmones, porque si no lo hacés su volumen intentará aumentar poniendo en riesgo tu salud. Ya lo dijo Jacques Cousteau: Deja salig el aigue.

e) ¿Cuándo es más peligroso que un buzo ascienda conteniendo el aire comprimido en sus pulmones sin espirarlo, cuando asciende desde los 20 m de profundidad hasta los 10 m de profundidad?, ¿o cuándo asciende desde los 10 m de profundidad hasta la superficie? ¿O es igual de peligroso? Estas cuestiones de la fisiología del buceo fueron detalladamente estudiadas por buzos y fisiólogos. Pero a mí, que soy apenas un profe, jamás se me hubiera ocurrido. Leamos lo que dice la respuesta que figura en la guía: No es igual de peligroso. En los últimos 10 m antes de llegar a la superficie, es más peligroso porque ahí es cuando el volumen aumentaría al doble, ya que la presión disminuye a la mitad. Entre los 20 m y los 10 m la presión disminuye un 33 % y el volumen aumentaría 1,5 veces.

f) Una botella de aire comprimido, ¿dura lo mismo si el buzo está en la superficie, o a 10 m de profundidad o si está a 20 m de profundidad? Sigamos aprendiendo: No, no dura lo mismo. A mayor profundidad, el buzo debe respirar aire a mayor presión. Aire a mayor presión implica aire más denso. Cada inspiración realizada en las profundidades contiene muchas más moléculas que una inspiración en la superficie. (Sigue, pero buscalo vos)

g) Para que todas las funciones del cuerpo se realicen normalmente, es necesario que la presión parcial de cada gas se encuentre dentro de cierto rango. Al bucear, la presión parcial de cada gas aumentará cuando aumente la profundidad de la inmersión. Esto explica básicamente por qué una muestra respiratoria es tolerada sin problemas en la superficie y se vuelve tóxica a partir de cierta profundidad.

g)i) La profundidad en el agua a la que aparecen los primeros síntomas de intoxicación con nitrógeno es a partir de los 30 m aproximadamente. Sabiendo que el aire atmosférico está formado por un 78 % de nitrógeno, ¿a qué presión parcial se vuelve tóxico el nitrógeno? A 30 metros de profundidad (ya lo hicimos antes) la presión total vale 4 atm. Y el 78% de eso será la presión parcial del N₂ a esa profundidad... y ahí se vuelve tóxico. El nitrógeno se vuelve tóxico cuando su presión parcial alcanza 3,12 atm.

g)ii) La toxicidad por oxígeno se produce en la mayoría de las personas cuando la presión parcial del oxígeno inhalado alcanza 1,4 atm. Sabiendo que el aire atmosférico está formado por un 21 % de oxígeno, ¿a partir de qué profundidad se produce la toxicidad por oxígeno? Las cuentas son sencillas: 1,4 atm representan el 21% de 6,67 atm. (Simplemente hice el cociente). Ahora 6,67 atm es lo que hallamos a 56,7 m de profundidad. (Ya no tengo que explicártelo).

h) La enfermedad por descompresión es un trastorno por el cual el nitrógeno que se ha disuelto en la sangre y los tejidos debido a la alta presión, forma burbujas cuando la presión disminuye. Explique las causas de esta enfermedad. El nitrógeno que respiramos no participa en ningún proceso metabólico, por lo que pasa por el organismo y la sangre lo elimina en la misma proporción en que entró.
Pero un aumento de la presión sobre el organismo, provoca un aumento de la solubilidad del nitrógeno, el cual se acumula en la sangre y en los tejidos de forma proporcional al tiempo y a la profundidad a la que el buceador ha estado sometido. Si el buceador vuelve a la superficie de forma rápida, sufre la enfermedad de descompresión que es el trastorno que se produce por el descenso brusco de presión que hace que el nitrógeno deje de estar disuelto y aumente su volumen bruscamente, originando burbujas que aumentan su tamaño conforme disminuye la presión. Estas burbujas pueden ser lo suficientemente grandes como para bloquear los vasos sanguíneos del organismo, dando lugar a síntomas de diversa gravedad según los órganos afectados.
Básicamente se trata del mismo fenómeno que ocurre cuando destapás una gaseosa.