Heliox

Heliox es una mezcla de gas respirable de helio (He) y oxígeno (O₂). Se utiliza como tratamiento médico para pacientes con dificultad para respirar porque la mezcla genera menos resistencia que el aire atmosférico cuando pasa por las vías respiratorias de los pulmones y, por lo tanto, requiere menos esfuerzo por parte del paciente para inhalar y exhalar los pulmones. También se utiliza como diluyente de gas respirable para el buceo a presión ambiental profunda, ya que no es narcótico a alta presión y por su bajo trabajo de respiración.

El heliox se ha utilizado médicamente 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 mucho desde entonces, principalmente debido a la baja densidad del gas. Heliox también se usa en el buceo de saturación y, a veces, durante la fase profunda de las inmersiones técnicas.

Usos médicos

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

Heliox genera menos resistencia en las vías respiratorias que el aire y, por lo tanto, requiere menos energía mecánica para ventilar los pulmones. "Trabajo de la respiración" (WOB) se reduce por dos mecanismos:

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

Heliuox 20/80 se difunde 1,8 veces más rápido que el oxígeno y el flujo de heliox20/80 de un medidor de flujo de oxígeno es 1,8 veces el flujo normal de oxígeno.

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 STP). El flujo de gas a través de las vías respiratorias comprende flujo laminar, flujo de transición y flujo turbulento. La tendencia para cada tipo de flujo está descrita por el número de Reynolds. La baja densidad del heliox produce un número de Reynolds más bajo y, por lo tanto, una mayor probabilidad de flujo laminar para cualquier vía aérea. 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.

También existe cierto uso del heliox en afecciones de las vías respiratorias medias (crup, asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica). Un ensayo reciente ha sugerido que fracciones más bajas de helio (por debajo del 40 %), lo que permite una fracción más alta de oxígeno, también podría tener el mismo efecto beneficioso sobre la obstrucción de las vías respiratorias superiores.

Los pacientes con estas afecciones pueden desarrollar una variedad de síntomas que incluyen disnea (falta de aire), hipoxemia (contenido de oxígeno por debajo de lo normal en la sangre arterial) y, finalmente, un debilitamiento de los músculos respiratorios debido al agotamiento, lo que puede provocar insuficiencia respiratoria y requieren intubación y ventilación mecánica. Heliox puede reducir todos estos efectos, facilitando la respiración del paciente. Heliox también ha encontrado utilidad en el destete de pacientes de ventilación mecánica y en la nebulización de medicamentos inhalables, particularmente para los ancianos. La investigación también ha indicado ventajas en el uso de mezclas de helio y oxígeno en la administración de anestesia.

Historia

Heliox se ha utilizado médicamente desde principios de la década de 1930. Era el pilar del tratamiento del asma aguda antes de la llegada de los broncodilatadores. Actualmente, el heliox se usa principalmente en condiciones de estrechamiento de las vías respiratorias grandes (obstrucción de las vías respiratorias superiores por tumores o cuerpos extraños y disfunción de las cuerdas vocales).

Usos del buceo

Efecto del helio en una voz humana

El efecto del helio en una voz humana

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Los gases respirables diluidos con helio se utilizan para eliminar o reducir los efectos de la narcosis por gas inerte y para reducir el trabajo respiratorio debido al aumento de la densidad del gas en profundidad. Desde la década de 1960, los estudios de fisiología del buceo de saturación se realizaron con helio de 45 a 610 m (148 a 2001 ft) durante varias décadas en un Centro Experimental Hiperbárico operado por una empresa francesa especializada en ingeniería y operaciones de buceo profundo. Debido al costo del helio, es más probable que el heliox se use en el buceo de saturación profunda. A veces también lo utilizan los buceadores técnicos, en particular los que utilizan rebreathers, que conservan el gas respirable en profundidad mucho mejor que el circuito abierto de buceo.

La proporción de oxígeno en una mezcla de buceo depende de la profundidad máxima del plan de buceo, pero a menudo es hipóxico y puede ser inferior al 10 %. Cada mezcla se fabrica a medida utilizando técnicas de mezcla de gases, que a menudo implican el uso de bombas de refuerzo para lograr presiones típicas de cilindros de buceo de 200 a 300 bar (2900 a 4400 psi) a partir de bancos de cilindros de oxígeno y helio de menor presión.

Debido a que el sonido viaja más rápido en el heliox que en el aire, los formantes de la voz se elevan, lo que hace que los buzos ' habla muy aguda y difícil de entender para las personas que no están acostumbradas. El personal de superficie a menudo emplea 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 el helio suficiente para limitar la narcosis y la densidad del gas a niveles tolerables para la profundidad planificada. Trimix se usa a menudo en el buceo técnico y, a veces, también se usa 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 con trimix no es más eficiente que las inmersiones con heliox.