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Heliox

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El heliox es una mezcla de gases respiratorios compuesta de helio (He) y oxígeno (O₂ ) . Se utiliza como tratamiento médico para pacientes con dificultad respiratoria, ya que esta mezcla genera menos resistencia que el aire atmosférico al pasar por las vías respiratorias de los pulmones, lo que reduce el esfuerzo respiratorio. También se utiliza como gas respiratorio para el buceo a presión atmosférica profunda, debido a que no produce efectos narcóticos a alta presión y a su bajo esfuerzo respiratorio .

El heliox se ha utilizado con fines médicos desde la década de 1930, y aunque la comunidad médica lo adoptó inicialmente para aliviar los síntomas de la obstrucción de las vías respiratorias superiores, su gama de usos médicos se ha ampliado considerablemente desde entonces, principalmente debido a la baja densidad del gas. [ 1 ] [ 2 ] El heliox también se utiliza en el buceo de saturación y, en ocasiones, durante la fase profunda de las inmersiones técnicas . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Usos médicos

También se utiliza heliox en afecciones de las vías respiratorias medias ( crup , asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica ). Un ensayo reciente sugiere que fracciones más bajas de helio (por debajo del 40%) , que permiten una mayor fracción de oxígeno , podrían tener el mismo efecto beneficioso en la obstrucción de las vías respiratorias superiores. [ 6 ]  

Los pacientes con estas afecciones pueden desarrollar una variedad de síntomas, incluyendo disnea (dificultad para respirar), hipoxemia (contenido de oxígeno en la sangre arterial por debajo de lo normal) y, finalmente, un debilitamiento de los músculos respiratorios debido al agotamiento , lo que puede conducir a insuficiencia respiratoria y requerir intubación y ventilación mecánica. El heliox puede reducir todos estos efectos, facilitando la respiración del paciente. [ 7 ] El heliox también ha demostrado ser útil en el destete de pacientes de la ventilación mecánica y en la nebulización de fármacos inhalables, particularmente en ancianos. [ 8 ] La investigación también ha indicado ventajas en el uso de mezclas de helio-oxígeno en la administración de anestesia . [ 9 ]

Formularios disponibles

En medicina , el heliox puede referirse a una mezcla de 21% de O₂ ( igual que el aire ) y 79% de He, aunque existen otras combinaciones (70/30 y 60/40).

Mecanismo de acción

El heliox genera menos resistencia en las vías respiratorias que el aire y, por lo tanto, requiere menos energía mecánica para ventilar los pulmones. [ 10 ] El " trabajo respiratorio " (WOB) se reduce mediante dos mecanismos:

  1. mayor tendencia al flujo laminar ;
  2. Menor resistencia en flujo turbulento debido a una menor densidad.

El heliox 20/80 se difunde 1,8 veces más rápido que el oxígeno, y el flujo de heliox 20/80 de un caudalímetro de oxígeno es 1,8 veces el flujo normal de oxígeno. [ 11 ]

El heliox tiene una viscosidad similar a la del aire, pero una densidad significativamente menor (0,5  g/L frente a 1,25  g/L en condiciones normales de presión y temperatura ). El flujo de gas a través de las vías respiratorias comprende flujo laminar, flujo transicional y flujo turbulento. La tendencia de cada tipo de flujo se describe mediante el número de Reynolds . La baja densidad del heliox produce un número de Reynolds menor y, por lo tanto, una mayor probabilidad de flujo laminar en cualquier vía respiratoria. El flujo laminar tiende a generar menos resistencia que el flujo turbulento.

En las vías respiratorias pequeñas, donde el flujo es laminar, la resistencia es proporcional a la viscosidad del gas y no está relacionada con la densidad, por lo que el heliox tiene poco efecto. La ecuación de Hagen-Poiseuille describe la resistencia laminar. En las vías respiratorias grandes, donde el flujo es turbulento, la resistencia es proporcional a la densidad, por lo que el heliox tiene un efecto significativo.

Historia

El heliox se utiliza con fines médicos desde principios de la década de 1930. Fue el tratamiento principal para el asma aguda antes de la aparición de los broncodilatadores . Actualmente, el heliox se utiliza principalmente en casos de estrechamiento de las vías respiratorias principales (obstrucción de las vías respiratorias superiores por tumores o cuerpos extraños y disfunción de las cuerdas vocales ).

Uso en el buceo

Los gases respiratorios diluidos con helio se utilizan para eliminar o reducir los efectos de la narcosis por gases inertes y para disminuir el esfuerzo respiratorio debido al aumento de la densidad del gas en profundidad. Desde la década de 1960, un Centro Experimental Hiperbárico operado por la empresa francesa COMEX, especializada en ingeniería y operaciones de buceo profundo, llevó a cabo estudios de fisiología del buceo de saturación con helio desde 45 hasta 610 m (148 a 2001 pies) durante varias décadas. [ 12 ] Debido al costo del helio, [ 13 ] es más probable que se utilice heliox en el buceo de saturación profundo . También lo utilizan a veces los buceadores técnicos , en particular aquellos que usan rebreathers , que conservan el gas respiratorio en profundidad mucho mejor que el buceo con circuito abierto . El uso de mezclas de heliox se conoce como buceo con heliox, una subcategoría del buceo con mezclas de gases, también conocido simplemente como buceo con gases. [ 14 ]  

Codificación por colores de la botella de buceo Heliox : Ilustración del hombro de la botella pintado en cuartos marrones y blancos.
Ilustración del hombro de un cilindro pintado con bandas marrones (inferiores) y blancas (superiores).

La proporción de oxígeno en una mezcla de buceo depende de la profundidad máxima del plan de inmersión, pero suele ser hipóxica y puede ser inferior al 10 %. Cada mezcla se elabora a medida mediante técnicas de mezcla de gases , que a menudo implican el uso de bombas de refuerzo para alcanzar presiones típicas en las botellas de buceo de 200 a 300 bar (2900 a 4400 psi ) a partir de bancos de botellas de oxígeno y helio de menor presión.  

Debido a que el sonido viaja más rápido en heliox que en el aire, los formantes de la voz se elevan, lo que hace que el habla de los buzos sea muy aguda y difícil de entender para las personas no acostumbradas. [ 15 ] El personal de superficie suele emplear un equipo de comunicaciones llamado "descodificador de helio", que reduce electrónicamente el tono de la voz del buzo a medida que se transmite a través del equipo de comunicaciones, lo que facilita su comprensión.

Trimix es una alternativa menos costosa al heliox para el buceo profundo, que utiliza solo la cantidad de helio necesaria para limitar la narcosis y la densidad del gas a niveles tolerables para la profundidad prevista. [ 16 ] Trimix se utiliza a menudo en el buceo técnico y también se utiliza a veces en el buceo profesional .

En 2015, la Unidad de Buceo Experimental de la Armada de los Estados Unidos demostró que la descompresión de las inmersiones de rebote utilizando trimix no es más eficiente que las inmersiones con heliox. [ 17 ]

Véase también

  • Argox : mezcla de gases utilizada ocasionalmente por buceadores para inflar sus trajes secos. 
  • Nitrox – Gas respiratorio, mezcla de nitrógeno y oxígeno 
  • Hydreliox : mezcla de gases respiratorios compuesta de hidrógeno, helio y oxígeno. 
  • Hydrox : mezcla de gases respiratorios utilizada experimentalmente para inmersiones a gran profundidad. 
  • Trimix : gas respiratorio compuesto de oxígeno, helio y nitrógeno. 

Referencias

  1. ↑ Barach AL, Eckman M (enero de 1936). "Los efectos de la inhalación de helio mezclado con oxígeno sobre la mecánica de la respiración" . The Journal of Clinical Investigation . 15 (1): 47– 61. doi : 10.1172/JCI100758 . PMC 424760. PMID 16694380 .  
  2. ↑ "Información del producto Heliox" . BOC Medical. Archivado del original el 21 de noviembre de 2008.
  3. ↑ Manual de buceo de la Armada de los EE. UU., 6.ª revisión . Estados Unidos: Comando de Sistemas Navales de los EE. UU. 2008. Archivado del original el 2 de mayo de 2008. Consultado el 8 de julio de 2008 .
  4. ↑ Brubakk AO, Neuman TS (2003). Fisiología y medicina del buceo de Bennett y Elliott (5.ª ed. revisada). Estados Unidos: Saunders Ltd. pág. 800. ISBN   0-7020-2571-2.
  5. ↑ "COMEX PRO" .
  6. ↑ Truebel H, Wuester S, Boehme P, Doll H, Schmiedl S, Szymanski J, et al. (mayo de 2019). "Un ensayo de prueba de concepto de HELIOX con diferentes fracciones de helio en un estudio en humanos que modela la obstrucción de las vías respiratorias superiores". European Journal of Applied Physiology . 119 (5): 1253– 1260. doi : 10.1007/s00421-019-04116-7 . PMID 30850876. S2CID 71715570 .   
  7. ↑ BOC Medical. "Hoja de datos de Heliox" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 09/10/2022.
  8. ↑ Lee DL, Hsu CW, Lee H, Chang HW, Huang YC (septiembre de 2005). "Efectos beneficiosos de la terapia con albuterol inducida por heliox versus por oxígeno en la exacerbación grave del asma" . Academic Emergency Medicine . 12 (9): 820– 827. doi : 10.1197/j.aem.2005.04.020 . PMID 16141015 . 
  9. ↑ Buczkowski PW, Fombon FN, Russell WC, Thompson JP (noviembre de 2005). "Efectos del helio en la ventilación a chorro de alta frecuencia en un modelo de estenosis de las vías respiratorias" . British Journal of Anaesthesia . 95 (5): 701– 705. doi : 10.1093/bja/aei229 . PMID 16143576 . 
  10. ↑ «Heliox21» . Terapéutica de gases Linde. 27 de enero de 2009 . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  11. ↑ Hess DR, Fink JB, Venkataraman ST, Kim IK, Myers TR, Tano BD (junio de 2006). "Historia y física del heliox" (PDF) . Respiratory Care . 51 (6): 608– 612. PMID 16723037. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022 . 
  12. ↑ "Departamento de Ingeniería de Ambientes Extremos, Centro Experimental Hiperbárico - Historia" . Archivado del original el 5 de octubre de 2008. Consultado el 22 de febrero de 2009 .
  13. ↑ "Ejemplo de precios para el llenado de cilindros" . Archivado del original el 16 de enero de 2008. Consultado el 10 de enero de 2008 .
  14. ↑ Lee DW, Jung SJ, Ju JS (Primer trimestre de 2020). "Los efectos del buceo con heliox sin saturación en el sistema cardiovascular y las funciones cognitivas". Medicina Submarina e Hiperbárica . 47 (1): 93– 100. doi : 10.22462/01.03.2020.10 . PMID 32176950 . 
  15. ↑ Ackerman MJ, Maitland G (diciembre de 1975). "Cálculo de la velocidad relativa del sonido en una mezcla de gases" . Undersea Biomedical Research . 2 (4): 305– 310. PMID 1226588. Archivado del original el 27 de enero de 2011. Consultado el 8 de julio de 2008 . 
  16. ↑ Stone WC (1992). "El caso del heliox: una cuestión de narcosis y economía". AquaCorps . 3 (1): 11– 16.
  17. ↑ Doolette DJ, Gault KA, Gerth WA (2015). "La descompresión de las inmersiones con rebote de He-N2-O2 (trimix) no es más eficiente que la de las inmersiones con rebote de He-O2 (heliox)" . Informe técnico 15-4 de la Unidad de Buceo Experimental de la Armada de los EE . UU. Archivado del original el 7 de julio de 2017. Recuperado el 30 de diciembre de 2015 .

Lecturas adicionales

  • Hashemian SM, Fallahian F (abril de 2014). " El uso de heliox en cuidados intensivos" . International Journal of Critical Illness and Injury Science . 4 (2): 138– 142. doi : 10.4103/2229-5151.134153 . PMC 4093964. PMID 25024941 .  
  • "Heliox" . Portal de información sobre medicamentos . Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Archivado del original el 27 de enero de 2021.