Factores Humanos. Presurización y aceleraciones

Factores humanos. Aceleración G

Factores Humanos. Presurización y aceleraciones

En relación con la hipoxia uno de los mejores métodos para prevenirla es la utilización de cabina presurizadas consiguiendo que los ocupantes no soporte presiones inferiores a las correspondientes a 10.000 pies.

Factores humanos. Presurización en cabinaPara realizar la presurización de la cabina se incrementa la presión en relación con la presión exterior. Normalmente este proceso se realiza inyectando aire del exterior por medio de un compresor, para realizar la correcta presurización de cabina se ajusta el aire del exterior que se introduce y la cantidad de aire que se deja escapar a través de válvulas. Los métodos de presurización son:

  • Presurización de control isobárico. La altitud de presión en cabina se mantiene constante, como es lógico la diferencia entre la presión dentro-fuera aumentará con la altura. Este es el método utilizado en la aviación comercial.
  • Presurización de control diferencial. En este caso la presión diferencial es la que se mantiene constante en lugar de la altitud de presión. En este caso el sistema de presurización detecta la presión exterior y la presión interior y mantiene siempre la misma diferencia, PresiónInterior – PresiónExterior = Constante.

Aunque los beneficios de la presurización en cabina son evidentes hay que destacar:

  • la menor probabilidad de problemas con la hipoxia
  • la reducción constante de la necesidad de uso de oxígeno
  • la disminución de la enfermedad comprensiva
  • la reducción de los barotraumatismos ( otitis, dolor de muelas… )
  • un nivel de confort en cabina mayor en cuanto a temas de ventilación, temperatura, humedad…

Las desventajas de los sistemas de presurización son, básicamente, la necesidad de aumentar la fortaleza estructural de la cabina, la necesidad de aumentar la potencia, maoyor necesidad de mantenimiento, posibilidad de la contaminación del aire en cabina por humos, aunque la mayor desventaja de estos sistemas es la posibilidad de una descompresión rápida.

La descompresión rápida

La descompresión rápida se produce por la pérdida súbita e importante de la estanqueidad de la cabina que produce en un instante una explosivo movimiento del aire interior de la cabina para igualar las presiones con el exterior. La fuerza de la presión de aire es capaz de arrastrar objetos e incluso a personas.

La tasa de pérdida de presión es proporcional al tamaño de la rotura y a la presión relativa interior-exterior. El primer síntoma de este gravísimo problema se percibe en forma de silbido o explosión y por el súbito decrecimiento de la presión y la temperatura.

Los efectos fisiológicos son:

  • Hipoxia. Es el efecto más importante. Aunque el efecto no es inmediato la brusca caída de la presión parcial de oxígeno induce a la hipoxia en función del cambio de flujo de oxígeno en los pulmones y la disminución de la actividad cardiorespiratorio.
  • Pulmones. Por la brusca descomprensión la actividad pulmonar puede verse afectada.
  • Senos paranasales y oídos. La descomprensión no afecta a estos órganos pero sí el consiguiente descenso de emergencia.
  • Tracto gastrointestinal. En casos graves se puede producir una importante bajada de tensión llegando a perder el conocimiento. Aunque lo normal es que los gases existentes en el tracto gastrointestinal se expandan empujando el diafragma y dificultanto la respiración.
  • Efermedad descomprensiva. Se produce a causa de la formación de burbujas de nitrógeno en los tejidos del cuerpo al disminuir la presión ambiental ( Leyes de los gases -> Ley de Henry ). Esta enfermedad no suele producirse a no ser que la exposición a la baja presión sea prolongada o la altitud de cabina no sea superior a 33.000 pies.
  • Hipotermia. Por la descomprensión se produce también una súbita caída de la temperatura a valores muy por debajo de cero grados.

El tiempo de consciencia está directamente relacionado con los problemas inherentes de la hipoxia, ver Factores Humanos. La hipoxia, como sabemos para volar a ciertas altitudes es necesario la utilización de máscaras de oxígeno ya sea diluido o al 100%.

Hiperventilación

La hiperventilación se produce por el aumento anormal de la ventilación pulmonar a causa de la caída de la presión parcial del oxígeno alveolar ocasionando una caída de la presión por debajo de los valores normales ( 40mm Hg ). La hiperventilación aumenta el ritmo y la profundidad de la respiración, se deteriora el equilibro entre el CO2 producido y el eliminado ( mayor el eliminado ) , a nivel sanguíneo la tasa de bicarbonato cae y se aumenta el PH produciendo alcalosis. Aunque la principal causa de la hiperventilación es la hipoxia a altitudes inferiores a 10.000 pies se puede producir por:

  • Factores psicológicos. Las alteraciones psicológicas pueden alterar el equilibrio normal en la respiración.
  • Factores ambientales. Las vibraciones, altas temperaturas, fuerza G elevada también pueden ser causantes de la hiperventilación
  • Factores farmacológicos. La utilización de ciertos fármacos también son causantes de la hiperventilación
  • Factores patológicos. También ciertas enfermedades como la hipoglucemia, anemia o fiebre contribuyen a la hiperventilación

Los síntomas no se detectan fácilmente ya que se pueden confundir con los de la hipoxia hipóxica, aunque en la hipoxia los síntomas se desarrollan más rápidamente en la hiperventilación suelen ser más graduales, siendo los síntomas más destacados los siguientes:

  • sensación de hormigueo
  • adormecimiento de extremidades
  • mareo
  • vértigo
  • dolor de cabeza
  • palidez
  • disminución del control y coordinación muscular
  • espasmos musculares
  • rigidez
  • aumento de la frecuencia respiratoria

Para evitar la hiperventilación es necesario volar por debajo de 10.000 pies para descartar la posible hipoxia pero si aún así siguen apareciendo síntomas es conveniente reducir el ritmo y la intensidad de la respiración, la administración de oxígeno al 100%, respirar el aire espirado en una bolsa de plástico. También sería necesario un descenso para poder eliminar el posible estrés, ansiedad, temor y como es lógico si estos síntomas continuaran la más sabia decisión es el aterrizaje.

Aceleraciones

En un vuelo recto y nivelado a velocidad constante el cuerpo no está sometido a ninguna fuerza de aceleración pero al cambiar la velocidad el cuerpo puede someterse a fuertes aceleraciones, lineales,radiales/centrípetas,angulares, que pueden afectar negativamente a la fisiología corporal.

  • Aceleración lineal.Es la variación del vector de la velocidad con respecto al tiempo o la tasa de cambio de la velocidad con respecto al tiempo. Podemos representarla como aceleración = (VelocidadFinal – VelocidadInicial)/TiempoTotal
  • Aceleración angular. Se define como la variación, en vuelo, simultáneamente de la velocidad y dirección. Este tipo de aceleración suele estar asociada con la desorientación en vuelo.
  • Aceleración radial o centrípeta. Se define como la variación sólo de la dirección.

Factores Humanos ejes anatómicosLa aceleración como vector se suele representar por medio de un eje de tres coordenadas. Los efectos fisiológicos de las aceleraciones se encuentran en relación con la duración, intensidad y dirección siempre que la duración de la aceleración se mantenga, al menos, durante 1 segundo, siendo la unidad de aceleración en aviación la fuerza de la gravedad, G ( G = aceleración/aceleración de la gravedad de la Tierra . El valor de g es 9,81m/segundos al cuadrado ).

En consonancia con los ejes anatómicos la fuerza de la gravedad puede afectar al cuerpo durante la acelaración en cualquiera de los 4 ejes siendo los efectos fisiológicos más destacables los siguientes:

  • Aceleraciones con G,s positivos en el eje Z (+Gz)

    Las aceleraciones con G,s positivas o aceleraciones centrípetas son las más comunes en aviación y las que suelen tener mayores consecuencias. En esta aceleración el cuerpo es acelerado hacia la cabeza con lo que la fuerza de inercia actúa en dirección opuesta, hacia los pies. El piloto es aplastado contra el asiento.
    Los G,s positivos tienen diferentes efectos en el cuerpo entre los que destacamos: cardiocirculatorios, respiratorios, neurológicos, visuales…, ya que esta aceleraciónproduce una disminución de la presión sanguínea por encima del corazón y un aumento por debajo.

  • Aceleraciones con G,s negaticos en el eje z (-Gz)

    Estas aceleracion provocan el efecto contrario de las anteriores y son las peor toleradas por el cuerpo. El cuerpo es acelerado hacia los piescon lo que la fuerza de inercia actúa en dirección contraria, hacia la cabeza. El piloto es elevado de su asiento. La presión sanguínea aumenta por encima del corazón pudiendo producirse bradicardia ( pulso lento ). El incremento de la presión venosa puedo producir dolor de cabeza, edema facial, visión roja y se llegar a perder capacidad en el manejo del avión. El límite de tolerancia de este tipo de G,s es de 3 G,s negativos durante 30 segundos.

  • Aceleraciones transversales con G,s positicos en el eje x (+Gx)

    Estas aceleraciones se producen cuando el cuerpo es acelerado desde la espalda hacia el pecho con lo que la fuerza de  la inercia actúa en dirección opuesta, desde el pecho a la espalda. Este tipo de aceleración ocurre durante la fase de despegue.

  • Aceleraciones transversales con G,s negativos en el eje x (-Gx)

    Se producen cuando el cuerpo es acelerado desde el pecho hacia la espalda actuando la fuerza de la inercia desde la espalda hacia el pecho, esta aceleración ocurre durante la fase de aterrizaje. Aunque estas aceleraciones están mejor toleradas por el cuerpo a partir de, aproximadamente, 6G,s puede aparecer cierta dificultad para respirar.

  • Aceleraciones horizontales con G,s positivos en el eje y (+Gy)

    Este tipo de aceleración se produce cuando el cuerpo es deplazado lateralmente hacia la izquierda actuando la fuerza de inercia hacia la derecha.

  • Aceleraciones horizontales con G,s negaticos en el eje y (-Gy)

    Esta aceleración es la contraria a la anterior, el cuerpo es deplazado lateralmente hacia la derecha actuando la fuerza de inercia hacia la izquierda.

Factores humanos. Aceleración G

Factores humanos. La hipoxia

Factores humanos. La hipoxia

La hipoxia se puede definir como la necesidad que tienen las células y tejidos de oxígeno para su funcionamiento. Cuando el oxígeno se encuentra por debajo de los niveles mínimos, por una disminución de la presión parcial del oxígeno en el aire aspirado, un mal transporte del oxígeno o una incapacidad de los tejidos para utilizar ese oxígeno, se produce una inadecuada oxigenación de estas células lo que conlleva a un estado de hipoxia.

Para un piloto la hipoxia más importante es la que se produce con la disminución de la presión parcial de oxígeno en el aire aspirado a causa de su disminución con la altura, la llamada hipoxia hipobárica o hipóxica. A parte de la hipoxia hipóxica existen otros tipos de hipoxia:

  • Hipoxia hipóxica. Es el tipo más normal en vuelo y se produce por una mala oxigenación de la sangre arterial por una baja presión parcial del oxígeno en el aire aspirado.
  • Hipoxia anémica. Es la producida por una merma en la capacidad de la sangre para transportar la suficiente cantidad de oxígeno por un descenso en la concentración de hemoglobina. Este tipo de hipoxia también se da cuando se produce una intoxicación por monóxido de carbono ya que al combinarse con la hemogoblina dificulta la capacidad de transporte de oxígeno, por lo que en la aviación ligera es conveniente comprobar que la calefacción de cabina funciona correctamente.
    En este tipo de hipoxia la sangre al disponer de menor cantidad de hemoglobina disminuye la capacidad de oxígeno a nivel sanguíneo.
  • Hipoxia isquémica. Está causada por la insuficiencia de circulación sanguínea ya que al tener mermado el flujo sanguíneo produce la disminución del suministro de oxígeno a nivel de los tejidos. Este tipo de hipoxia se da, por ejemplo, a por una oclusión de los vasos sanguíneos.
  • Hipoxia histo-tóxica o cito-tóxica. Se produce por la incapacidad de las células ( cito ) o de los tejidos ( histo ) para utilizar oxígeno.Alcohol, drogas, venenos como cianuro, falta de vitamina B…, son las causas de este tipo de hipoxia.

Síntomas de la hipoxia

Los factores que influyen en este síndrome, hablando, claro está, en términos aeronáuticos son:

  • Altitud
  • Tasa de ascenso
  • Temperatura
  • Tiempo a una determinada altitud
  • Actividad física
  • Maniobras con aceleración G positiva
  • Fallos en el avión: despresurización, gases nocivos por malfuncionamiento…
  • Factores como el cansancio, estrés, estado físico en general, aclimatación…

Es muy importante que un piloto sea capaz de detectar correctamente los síntomas de la hipoxia ya que este síndrome normalmente produce una sensación de bienestar impidiendo ser consciente de lo que realmente está pasando. Los síntomas de la hipoxia hipóxica son:

  • mareos
  • dolor intenso de cabeza
  • fatiga mental y muscular
  • náuseas
  • bochorno y escalofrios
  • visión borrosa
  • euforia
  • dificultad para respirar
  • convulsiones
  • falta de coordinación
  • hiperventilación
  • zumbido de oídos

Fases de la hipoxia hipóxica

Dependiendo de la altitud de vuelo o presión de altitud, la saturación arterial de oxígeno y a la aspiración de aire atmosférico o de oxígeno la hipoxia hipóxica se divide en varias fases:

  • Fase indiferente. Esta fase abarca desde el nivel del mar hasta los 10.000 pies, respirando airte atmosférico y desde los 33.000 pies hasta los 39.000 pies respirando oxígeno al 100%. En esta fase no suelen aparecer síntomas asociados, aunque pueden producirse problemas de adaptación a la oscuridad o una disminución de la agudeza visual nocturna, aumento del pulso, pérdida de concentración en el desarrollo del trabajo habitual en cabina, etc. Por encima de los 5.000 pies en vuelo nocturno suele disminuir la agudeza visual debido a una hipoxia incipiente y a las condiciones de oscuridad.
  • Fase de compensación. Respirando aire atmosférico esta fase abarca desde los 10.000 pies hasta los 15.000 pies, respirando oxígeno al 100% esta fase abarca, aproximadamente, desde los 39.000 pies hasta los 42.500 pies. La  capacidad fisiológica puede compensar, en cierta medida, las disfunciones en la respiración y en el sistema circulatorio siempre que la exposición no sea prolongada, no exista estrés, desgaste físico… Se puede producir hiperventilación, aumento del puslo, fatiga, irritabilidad, dolor de cabeza…
  • Fase de perturbación. Esta fase abarca desde los 15.000 pies hasta los 20.000 respirando aire atmosférico y desde los 42.500 pies hasta los 45.000 pies con oxígeno al 100%. En esta fase la capacidad fisiológica queda mermada, pueden producirse síntomas subjeticos de fatiga, somnolencia, dolor de cabeza, mareos, euforia… Los efectos más salientables de esta fase son:
    • Sentidos corporales. La visión periférica y central disminuyen, se reduce la agudeza visual, temblores, sensibilidad al dolor, pérdida de audición…
    • Rasgos de la personalidad. No existen inhibiciones y se puede entrar en una fase de euforia, agresividad, malhumor…
    • Proceso mental. Dificultad para reconocer la propia incapacidad, capacidad de juicio y razonamiento mermadas, pérdida de la memoria reciente…
    • Actividad psicomotriz. Descoordinación muscular, tartamudeo, disminuye la capacidad para escribir, para realizar maniobras coordinadas de vuelo… Pueden aparecer síntomas de hiperventilación y pigmentación azul de la piel
  • Fase crítica. Esta fase abarca, respirando aire atmosférico, desde los 20.000 pies hasta los 25.000 pies y, aproximadamente, desde los 45.000 hasta los 46.000 pies respìrando 100% oxígeno. En esta fase todos los síntomas anteriores alcanzan su grado máximo y la incapacidad física y mental es patente. Muy importante en esta fase es la rápida pérdida de conocimiento y si se siguiera en estado de hipoxia se producen convulsiones, fallo del sistema respiratorio, el coma y la muerte.

Factores Humanos fases de la hipoxia

Toda esta sintomatología puede verse agravada y aparecen en niveles de vuelo inferiores dependiendo del estado físico, edad, tabaquismo, estrés…

Prevención de la hipoxia

Según la FAA cualquier piloto que vuele a 12.500 pies durante más de 30 minutos o a partir de 14.000 pies deberán hacerlo con un aporte extra de oxígeno, y también recomienda el aporte extra volando por encima de 5.000 pies por la noche. La tabla siguiente muestra los tiempos de consciencia útil relacionados con la altitud en pies, estos tiempos son aproximados y variarán dependiendo del estado físico de cada persona.

Altitud ( pies ) Tiempo de consciencia útil
15.000-18.000 20-30 minutos
22.000 5-10 minutos
25.000 3-5 minutos
28.000 2,5-3 minutos
30.000 1-2 minutos
35.000 0,5-1 minutos
40.000 15-20 segundos
45.000 9-15 segundos
>50.000 9-15 segundos

Resumiendo, para evitar la hipóxia hipobárica,

  • Nunca ascender por encima de los niveles de vuelo recomendados para el vuelo sin oxígeno
  • Si se reconocen los síntomas descender lo antes posible
  • Antes de que aparezcan los primeros síntomas de hipoxia en función del nivel de vuelo, sería vital la inhalación contínua de oxígeno al 100%
  • Presurizar la cabina a niveles adecuados
  • Realizar pruebas controladas para reconocer los síntomas de la hipoxia