Los problemas de respirar en el espacio

La conquista del espacio fue precedida por la conquista del aire, cuando empezamos a entender los efectos fisiológicos de la presión cero, la presión reducida e incluso la sobrepresión en el cuerpo humano. Sin una atmósfera circundante a una presión adecuada con la composición apropiada un ser humano muere en cuestión de minutos.

No solemos ser conscientes de que, en realidad, el espacio empieza en la superficie de la Tierra. Nosotros nos hemos acostumbrado a vivir en un entorno peculiar de ese espacio, donde existe una delgada capa de gas que se mantiene unida alrededor de un planeta rocoso. A medida que ascendemos a través de esa atmósfera las condiciones empiezan a parecerse más a las del espacio exterior.

Un ser humano no puede mantenerse vivo más de unos pocos segundos sin una fuente de oxígeno a una presión mínima. Debido a que hemos evolucionado en una atmósfera única, la presión y composición en un módulo espacial debe parecerse a las condiciones de la Tierra a nivel del mar. El cuerpo humano es un motor térmico que utiliza carbohidratos, grasas y proteínas como combustible en el proceso que usa para mantenerse en funcionamiento: la oxidación. De ahí que necesite el oxígeno que le proporcionan los pulmones. En reposo consume casi medio litro de oxígeno, pero puede llegar a 4 litros mientras corre.

A principios del siglo XIX, el químico y autor del primer modelo atómico de la historia de la ciencia, John Dalton, descubrió que en una mezcla de gases encerrada en un recipiente cada uno de los gases se comporta como si él solo ocupara todo el volumen y ejerce una presión equivalente al porcentaje que ocupa en la mezcla: es la llamada presión parcial. Esto quiere decir que una mezcla de aire que contenga un 20% de oxígeno con un total de 1013 milibares (mbar) de presión (la presión atmosférica estándar) quiere decir que el oxígeno ejerce una presión de 202,6 mbar. En 1878 el fisiólogo francés Paul Bert señaló que es la presión parcial la que determina los efectos fisiológicos de un gas.

Las medidas de presión realizadas en el interior de los pulmones humanos han mostrado que el CO2 en el lado de los capilares sanguíneos de la membrana alveolar es aproximadamente 53 mbar. Esto es un cuarto de la presión parcial del oxígeno en condiciones normales de presión y temperatura. Como la presión parcial del oxígeno es mayor que la del CO2, el oxígeno fluye a través de la membrana y reemplaza al CO2 mientras que éste la cruza en dirección contraria y es expelido fuera del cuerpo con la respiración.

Con estos conceptos en mente podemos comprender uno de los peligros más críticos que amenazan a los humanos cuando se encuentran en el espacio: la hipoxia, la escasez de oxígeno en el organismo. Hay que distinguirla de la anoxia, la ausencia casi total de oxígeno para mantener la vida. La condición de hipoxia se puede mantener durante varias horas mientras que la anoxia es letal en cuestión de minutos. A causa de la importancia de la presión, ambas situaciones no pueden suceder sin que también aparezca la hipobaria (presión reducida) y la abaria (ausencia de presión).

La hipoxia está relacionada con la presión parcial. A medida que aumenta la altitud, la presión parcial del oxígeno disminuye. Como la densidad del aire también decrece hay menos moléculas de oxígeno ocupando la misma cantidad de volumen. Esto quiere decir que un ser humano respirando en esas condiciones inhalará menor número de moléculas de oxígeno (baja densidad) y con una cantidad de energía disponible mucho menor (baja presión parcial).

La hipoxia es uno de los peligros más insidiosos que podemos encontrarnos en el espacio porque la víctima no se de cuenta de lo que está ocurriendo. La primera parte del cuerpo que se ve afectada por ella es la más importante, el cerebro. Aunque solo posee el 2% de la masa total, consume el 25% del oxígeno inhalado. Curiosamente, los primeros síntomas de hipoxia son engañosamente parecidos a la intoxicación etílica suave. Además, las cosas importantes dejan de parecerlo porque la hipoxia tiene un efecto tranquilizador. El control motor y la coordinación son los siguientes en caer. La persona se vuelve torpe sin ser consciente de ello. La hipoxia provoca sentimientos de bienestar, adormecimiento, despreocupación y una falsa sensación de seguridad. Lo último que una persona en estas condiciones llega a pensar es que necesita oxígeno adicional.

Un ejemplo de lo que sucede lo tenemos en los fumadores, pues la nicotina tiene una mayor afinidad por los glóbulos rojos que el oxígeno. Así, el fumador somete a su cerebro y su cuerpo a una forma débil de hipoxia: simplemente por fumar un cigarrillo una persona automáticamente coloca su cerebro a una altitud de 2.700 metros.

Si no se vuela en cabinas presurizadas se necesita usar bombonas de oxígeno y máscaras. Los problemas empiezan a aparecer a los 5.000 metros, a mitad de camino del espacio. A 10.000 metros la presión parcial de oxígeno es igual a la del CO2 en los pulmones, lo que implica que el oxígeno no tiene energía suficiente para reemplazarlo y debe suministrarse a presión. En estas condiciones se exhala el CO2 contra la presión del ambiente, al contrario de lo que sucede en la superficie de la Tierra, lo que hace que respirar sea un acto extremadamente cansado.

A altitudes por encima de los 13.000 metros la presión diferencial entre el oxígeno en el sistema de respiración a presión y la presión ambiental es demasiado grande y hace imposible que una persona pueda exhalar: respirar a presión con máscara por encima de esa altura es imposible. Por tanto, se debe presurizar el cuerpo entero y sus alrededores creando una atmósfera artificial (lo que sucede en la Estación Espacial Internacional) o aplicando una presión física a la superficie completa del cuerpo (cuando se ponen el traje de astronauta).

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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