Per Ardua ad Astra

Retomemos lo que nos quedó pendiente hace unas semanas…

Efectos de las aceleraciones verticales negativas.

En la entrada anterior vimos los efectos de aceleraciones positivas, es decir, en ascenso, tirando de los mandos. Pero… ¿y si el sentido fuese el contrario: si empujásemos los cuernos? Pues lo mismo, pero al revés: la sangre, en vez de bajarse a los pies, se subiría a la cabeza y cuello, produciendo dolor de cabeza, congestión en los párpados y la conjuntiva, y culminando con un mayor aflujo de sangre a la retina, lo que produce un redout (la visión se va haciendo más roja, hasta perderla completamente) en torno a los -3 g.

También hay que remarcar que, debido a la propia arquitectura vascular del organismo, la tolerancia a las G’s negativas es mucho menor que a las positivas, entre otras cosas porque el territorio venoso craneal es mucho más pobre en válvulas que eviten el reflujo de sangre. No obstante, en contra de lo que podría parecer a primera vista, no se producen hemorragias cerebrales porque el líquido cefalorraquídeo también es «centrifugado» hacia el cráneo, aumentando la presión intracraneal y compensando el aumento de presión sanguínea.

Prevención y tratamiento de los efectos.

Con las g negativas no podemos hacer gran cosa. Sin embargo, contamos con la ventaja de que los aviones, al igual que los humanos, tampoco toleran bien las fuerzas negativas: las alas están diseñadas para tirar «hacia arriba», no «hacia abajo» (los aviones acrobáticos son una excepción). Por esa razón, una de las formas para evitar el exceso de g negativas es transformar las maniobras en otras con g positivas, como se hace en el Split S (en vez de empujar los mandos para bajar, hago medio tonel para ponerme boca abajo y entonces tiro).

Respecto a las g positivas, que son las más comunes y problemáticas, el piloto debe tener de entrada una resistencia «natural»: cualquier alfeñique no puede pilotar un Eurofighter. Así, un piloto de caza debe ser capaz de tolerar por sí solo unos 5 g durante un tiempo relativamente prolongado si quiere ser útil en combate.

No obstante, la adopción de ciertas medidas permite aumentar la resistencia innata del piloto y, con ello, su eficacia. Estas medidas empiezan desde el momento en que entramos a la cabina: la propia posición recostada del asiento (30º en el F-16, por ejemplo), que alcanza su máxima expresión en las naves espaciales donde la tripulación va completamente tumbada, permitiendo fuerzas de hasta 26 g (sin embargo, esta postura tampoco evitaría del todo los efectos secundarios: tales aceleraciones transversales podrían llegar a provocar dificultad respiratoria y dolor torácico).

Después, previo al inicio del vuelo, conectamos los pantalones anti-g: unos pantalones cuyas perneras tienen compartimentos hinchables que se inflan automáticamente con aire para evitar que la sangre se remanse en las piernas (en medicina de urgencias existe un dispositivo similar con el nombre de pantalones antishock), aumentando la tolerancia en unos 2,5 g.

Y por último, cuando ya estemos volando y entremos en una maniobra con grandes aceleraciones, aún podemos conseguir un extra de tolerancia (otras 2,5 g) haciendo como que cagamos. O, dicho más finamente, con una maniobra de Valsalva (espirando contra garganta cerrada, ¡gñññññ!) asociada a la contracción de la musculatura abdominal, e inspirando rápidamente tras cada intento (la maniobra, llamada M-1, debe comprender los tres pasos, dura unos cinco segundos, y cansa tanto que es difícil repetirla más de media docena de veces).

Y, para terminar, un regalito. A ver si adivináis qué piloto de los que aparecen en este vídeo del MAKS está haciendo ese truco que acabo de explicar.

Bibliografía:
Manual de fisiología aeronáutica: nociones de equipos de soporte de vida, paracaidismo, supervivencia y primeros auxilios. Miguel Romero de Tejada y Picatoste. Valladolid: Quirón, 1994.
Medicina aeronáutica: actuaciones y limitaciones humanas. Carlos Velasco Díaz, et al. Madrid: Paraninfo, 1995.
Aviation, high-altitude and space physiology. En: Guyton AC, Hall JE. Textbook of medical physiology. 11^th ed. Philadelphia: Elsevier; 2006. p.537-43.

En una lista de correo que sigo acaban de preguntar si sería posible abrir la puerta de un avión y escapar, volando éste a nivel y velocidad de crucero (10 km de altitud, 0,80 Mach). Yo no lo he probado nunca, ni creo que lo haga, pero apuesto a que no. ¿Por qué no es viable escapar de un avión en crucero?

Lo primero, no podrías abrir ninguna puerta. La presión diferencial (mayor dentro de la cabina), te lo impide: las puertas de los aviones, por seguridad, se abren hacia dentro, al menos el primer movimiento de desbloqueo. Esto resulta muy conveniente para evitar que salgan despedidas en vuelo por efecto de la presión interior: más bien al contrario, esa presión es la que las asegura cerradas.

Suponiendo que fueses un superhombre y consiguieses hacer los más de 6.000 kilos de fuerza que necesitarías para poder abrirla, un chorro de aire a presión saliendo del avión te empujaría al exterior, donde te espera una temperatura de -50 ºC y un contenido de oxígeno casi inexistente, como respirar oxígeno al 4% en tierra (lo normal es 21%). Supongo que primero te asfixiarías y luego te congelarías, pero tampoco lo aseguro. Y luego está esa corriente de aire que te golpearía que, como se suele decir, «te mete una hostia que te viste de torero». Aunque en este caso sería al contrario: el problema que tienen los pilotos militares al eyectarse, es que a altas velocidades el aire los puede despelotar en cuanto les impacta, así que ya sabes lo que te toca en cuanto asomes la cabeza.

A partir de ahí, y contando con que no te hayas golpeado con el ala o el estabilizador de cola (a esa velocidad son como cuchillos), empezarías a caer hacia el suelo, acelerándote cada vez más hasta alcanzar una velocidad terminal de unos 200 km/h, que mantendrías hasta impactar con el agua. A esa velocidad, el agua no es líquida: es una pared de hormigón. Así que te harías cachitos en cuanto la tocases.

Resumiendo los tres párrafos: estás jodido. Del todo.

Datos obtenidos con ayuda de:
Carmona AI. Aerodinámica y actuaciones del avión. 12ª ed. Madrid: Thomson-Paraninfo; 2004.

Volar es la hostia. Discúlpenme los oídos finos, pero no encuentro una forma mejor de expresarlo con pocas palabras. Hacedme el favor de notar que cuando digo «volar» no me refiero a encerrarse en un latazo durante seis horas con otras trescientas personas: eso se puede llamar de muchas formas (operación salida, transporte de ganado), pero no volar. Un respeto, coño. Volar es libertad, es jugar con las cuatro dimensiones, es sobrevolar la pista a doscientos cincuenta por hora, tirar de los mandos, y sentir cómo te hundes en el asiento. Es lo que algunos se pueden permitir hacer con una avioneta. Y es a lo que otros se dedican, con casco, uniforme, y unas estrellas en las hombreras: esos sí que saben lo que es desgarrar el aire a mil trescientos kilómetros por hora.

Estos, en concreto, saben especialmente bien en qué consiste esa sensación de sentirse empujado contra el asiento y que los brazos pesen treinta kilos: cuando pilotas un reactor militar, la velocidad y las maniobras generan unas fuerzas brutales que sufren tanto la estructura del avión como el piloto que va dentro. Bien, pero ¿cuáles son los efectos de la aceleración en el hombre?

Base física: aceleración e inercia.

Como toda explicación teórica, es un coñazo. Os recomiendo omitirla pero, si hace falta que le echéis un vistazo, está aquí abajo.

¿Por qué nos interesa la aceleración?

Uno: porque eres un friki, como yo. Si no, no lo estarías leyendo. Y dos: porque la aceleración es la causante de los efectos en el organismo. Todo esto viene porque nuestro cuerpo tiende a seguir como estaba: el avión sube, pero nuestro culo se quiere quedar abajo. Sin embargo, afortunadamente, nosotros también subimos con el avión. Vale, ahora aumentemos el zoom: nuestro cuerpo sube, pero lo que hay en él tiende a permanecer abajo. Por ejemplo, la sangre. En un pull-up (tirar de los mandos), la sangre se nos bajará a los pies. Si tiramos un poco, la sensación será parecida al cosquilleo de una montaña rusa. Sin embargo, si nos llevamos los mandos al pecho, la sangre se empezará a acumular en nuestras piernas y llegará a la cabeza con más dificultad, pudiendo llegar a perder la conciencia. Y de eso es de lo que venía a hablar hoy: de la

G-LOC: G-induced Loss Of Consciousness

De todas las fuerzas que puede sufrir un piloto en su aeronave, sólo nos interesan por sus efectos biológicos las que ocurran en el eje vertical. Las aceleraciones longitudinales, como las de la catapulta de un portaaviones, pueden ser muy excitantes, pero no tienen efectos fisiológicos importantes. Tampoco las laterales, además de que no suelen ser grandes. Por el contrario, las fuerzas ejercidas en el eje vertical sí que tienen más enjundia. En este casos, sus consecuencias dependen de distintos parámetros:

• El primero, la magnitud. No es lo mismo una aceleración de 1,1 g que otra de 11 g: en la primera apenas sentiríamos algo más de presión en el culo, mientras que en la segunda perderíamos el conocimiento.
• También hay que tener en cuenta la duración: si es breve, los efectos son menores y la tolerancia es mayor. Por ejemplo, saltando con el asiento eyectable, el piloto puede alcanzar fuerzas de hasta 19 g sin mayores problemas, mientras que 5 g mantenidos durante una maniobra pueden llegar a hacerle perder el conocimiento.
• Por último, la velocidad de establecimiento (onset rate): siempre son preferibles los cambios progresivos a los cambios bruscos, es más agradable acelerar en un tren que en un avión.

Efectos de las aceleraciones verticales.

A efectos prácticos, la aceleración «multiplica» nuestro peso. Si nuestro brazo pesa siete kilos en la superficie de la Tierra, a 1 g, y ahora nos metemos en un avión acrobático y hacemos un looping a 4 g, tendremos la misma sensación que si nos pusiesen un saco de 21 kg sobre el brazo: un poco difícil moverse en esas condiciones, ¿no os parece?

Asimismo, vimos que la aceleración no sólo la sufría nuestro cuerpo, sino también su contenido y, en especial, la sangre. Si tiramos de los mandos, la sangre tenderá a bajar hacia las piernas, disminuyendo la presión en las partes más elevadas del organismo como, por ejemplo, los ojos. La retina recibe menos irrigación y empieza a funcionar mal: con una presión de perfusión de ~90 mmHg perderíamos la visión periférica, obteniendo lo que se conoce como visión túnel. Y si seguimos tirando de los mandos, aumentando la aceleración hasta unos 5 g, cuando alcanzásemos una presión tan baja como 30 mmHg perderíamos transitoriamente la visión (blackout). Ahora imaginaos la putada que supone quedarse ciego, aunque sea unos segundos, mientras estás enzarzado en un dogfight con otro avión…

Como frikidato, añadir a lo anterior que las células de la retina tienen una reserva de oxígeno de unos cinco segundos: durante ese tiempo no habría forma de provocar un blackout. De ahí que, como vimos al principio, la duración de la aceleración sea importante. Y, poniéndome truculento, eso significa que un guillotinado es capaz de ver su cuello cortado cuando la cabeza cae a la cesta.

Y no se os habrá escapado que esto mismo que le ocurre a los ojos le puede pasar también al cerebro: si mantenemos esa situación durante suficiente tiempo, no le va a llegar sangre y perderemos la conciencia. Esto generalmente va precedido de los efectos visuales, pero si la aceleración se establece lo suficientemente rápido (la onset rate de antes), pueden ocurrir simultáneamente, como le ocurría al pobre incauto del vídeo.

Pero, afortunadamente, el organismo tiene mecanismos de compensación para esto: en el cayado de la aorta y el seno carotídeo hay unos sensores de presión (aquí hay tema para otra entrada) que, para mantener el riego, desencadenan un aumento de la frecuencia y la fuerza con la que se contrae el corazón. Sin embargo, esta adaptación tiene un retraso de hasta quince segundos (ver gráfico), por lo que sólo serviría para fuerzas de baja magnitud y larga duración.

Para terminar con este punto sin dejar nada pendiente, comentar también que las g positivas pueden provocar el obvio desplazamiento de la piel (¿visteis los carrillos del tipo del vídeo?) y pequeñas hemorragias (petequias) por la rotura de capilares en las zonas inferiores, llegando incluso a provocar hematomas escrotales…

Bibliografía:
Manual de fisiología aeronáutica: nociones de equipos de soporte de vida, paracaidismo, supervivencia y primeros auxilios. Miguel Romero de Tejada y Picatoste. Valladolid: Quirón, 1994.
Medicina aeronáutica: actuaciones y limitaciones humanas. Carlos Velasco Díaz, et al. Madrid: Paraninfo, 1995.
Aviation, high-altitude and space physiology. En: Guyton AC, Hall JE. Textbook of medical physiology. 11^th ed. Philadelphia: Elsevier; 2006. p.537-43.

Base física: aceleración e inercia.
Lo primero, y sin detenerme mucho, ¿de dónde salen las fuerzas que sufre el piloto? Aviso que en este apartado es donde simplifico y miento. La primera ley de Newton, la de la inercia, dice que todo cuerpo tiende a permanecer en el estado en que se encuentra; si vamos en el coche y giramos en una curva, nuesto cuerpo se desplaza hacia fuera porque quiere seguir recto. O sea (mentira al canto), sentimos una fuerza «contraria» al movimiento: si el avión sube, «la fuerza» nos empuja hacia abajo. Si el avión acelera, «la fuerza» nos empuja hacia atrás. Creo que es bastante intuitivo.
Ahora cuantifiquemos esa fuerza. Todos sabemos que fuerza es masa por aceleración. Por consiguiente, en este ámbito podemos referirnos a fuerza y a aceleración indistintamente: nos da lo mismo decir que nuestro cuerpo sufre una fuerza de «x» Newtons, a decir que sufre una aceleración de «y» metros por segundo cuadrado. Pero esto no lo entiende nadie; no obstante, todos conocemos muy bien qué es el peso, y sabemos que depende de la aceleración de la gravedad (g = 9,81 m/s²). Así que ¿os parece que expresemos la aceleración en función de g? Así podremos referirnos a ella como un múltiplo de g o, lo que es similar, «tantas veces el peso»: es más fácil decir «una fuerza de 3g» que hablar de chorropocientos Newtons.

El otro día quedó pendiente terminar la explicación: ¿por qué los aviones están presurizados? ¿Y por qué cuando hay una despresurización te mueres si no te pones las mascarillas amarillas que caen del techo?

Antes de explicar esto, hace falta aclarar qué es la presión parcial de un gas: quien ya sepa de qué va, que pase de toda la parrafada. El caso es que el oxígeno supone un 20% de los gases atmosféricos. Que, al nivel del mar, con una presión atmosférica de 760 mmHg, significa que 159 mmHg (el 20%) son de O₂. Para esta presión parcial, la hemoglobina, el «camión» transportador de oxígeno, está saturado al 100%. Es decir, va «hasta las trancas» de oxígeno. No problemo. Pero si subimos a nivel de vuelo 200 (20.000 pies, 6.084 metros), la presión atmosférica es de unos 350 mmHg. A esta presión atmosférica, la presión parcial de oxígeno es de 73 mmHg. Eso supone una saturación del 75% de la hemoglobina. Es decir, que no transporta todo el oxígeno que le «cabe». Y, por lo tanto, no suministra todo el que se requiere. Tenemos una hipoxia leve, con los síntomas típicos: disminución de reflejos, estrechamiento del campo visual, euforia…

Vale, ya tenemos el problema ante nosotros: un avión no puede volar alto (actualmente lo hacen a niveles del orden de los 35.000 pies, 10 km) y mantener con vida a los pasajeros, a menos que se nos ocurra alguna solución…

Llegados aquí tenemos dos opciones, que son las dos que se hacen en los aviones en la realidad. Una posibilidad es aumentar el porcentaje de oxígeno inspirado (FiO₂). Supongamos un escenario: vamos en un reactor comercial, volando a nivel 300. De repente, por la causa que sea, hay una descompresión, y el interior de la cabina se pone a la misma presión que el exterior: unos 220 mmHg. Con una concentración de oxígeno del 21%, la pO₂ es de 47. Que proporciona una saturación del 24%: una hipoxia gravísima, letal. De hecho, en esas condiciones, caeríamos en coma en segundos y moriríamos en unos pocos minutos.

Ahora bien, si en ese mismo avión a 30.000 pies ocurre la misma descompresión, pero subimos el porcentaje de oxígeno inspirado al 100% (que es lo que hacen las mascarillas del techo), tenemos una pO₂ de 180 mmHg: un poco más incluso de lo que tendríamos tumbados al sol en la playa. ¡Problema arreglado!

Pero claro, cuando vamos en avión no tenemos todos la mascarita enchufada: sería un coñazo. ¿Cómo se arregla el problema entonces? Pues aumentando la presión del aire inspirado (PiO₂). Se toma el aire y, aprovechando parte de la potencia de los motores, se comprime, presurizando la cabina e imitando las condiciones de una altitud más baja, más fisiológica (en crucero es del orden de los 1.000 – 1.500 m). Con lo cual, la presión parcial del oxígeno inspirado es la misma que tenemos esquiando en Candanchú.

Y ahora, un frikidato aeronáutico. Como veis, lo que se hace en los aviones para permitir que vuelen a kilómetros de altura es presurizar la cabina. En cada vuelo, la cabina se presuriza y despresuriza. Presión y depresión y presión y vuelta a despresurizar. Esto hace sufrir mucho el material, lo que en ingeniería se llama «fatiga». Este fenómeno de la fatiga por los ciclos de presurización se descubrió a raíz de tres desgracias en respectivos de Havilland Comet, y desde entonces ha causado otros accidentes. El más espectacular de ellos, un Boeing 737-200 de Aloha Airlines que, volando entre dos islas hawaianas, perdió repentinamente una sección del fuselaje, transformándose en un bonito descapotable «rodando» a 800 km/h. El National Geographic Channel le dedicó un episodio de su serie Mayday, del que podéis ver un extracto aquí:

Y, en contra de lo que pudiera parecer, aterrizaron sanos y salvos.

Bueno, espero que, por lo menos, os haya parecido entretenido. Y si no… ¿por qué coño habéis llegado leyendo hasta aquí?

Respecto a las cifras, me he basado en esta joya:
Guyton & Hall Textbook of Medical Physiology, 11^th ed., Elsevier

Seguro que todos habéis visto la típica escena de una película en la que hay una descompresión en un avión, e inmediatamente caen del techo unas máscaras de oxígeno. Algo así:

Sin embargo, ¿no os habéis preguntado alguna vez cómo funcionan esas máscaras? ¿De dónde sale el oxígeno que emplean? En contra de lo que se pueda pensar, no hay una circuitería de gas que distribuya a todos los asientos el gas de una botella «central». El mecanismo es bien diferente: según me ha explicado un mécanico de aviones, este oxígeno se produce en una especie de «generador» que lleva cada máscara.

Recuerdo que mi libro de Bachillerato contaba que estos generadores químicos de oxígeno tienen en su interior superóxido potásico. Sin embargo, según leo en la omnisciente Wikipedia parece que esto ya se ha quedado algo desfasado, pues ahora emplean preferiblemente clorato sódico (lo de mi libro se usaba en la antigua URSS). En cualquier caso, se trata de un peróxido, un compuesto (generalmente inestable) que libera oxígeno en una reacción exotérmica, es decir, calentándose.

Así pues, cuando ocurre una descompresión (o el avión coge un «bache» en el aire) y se abren los compartimentos de las mascarillas de oxígeno, lo que ocurre es que se activan esos generadores y empiezan a producir oxígeno puro que nos permitirá sobrevivir: recordad que el aire, a ciertas altitudes, es irrespirable (no tiene el suficiente oxígeno para permitir la vida). Y, aunque la duración de los generadores es bastante breve, dan tiempo suficiente para que los pilotos bajen a una altitud donde sí sea seguro respirar aire ambiente.

Una curiosidad: transporte generadores oxígeno

Dicho sea de paso, estos generadores se han de transportar como mercancía peligrosa bajo el nº ONU 3356. No obstante, en el epígrafe en que el ADR habla de ellos (2501, 27.b) se dice textualmente: «Los generadores químicos de oxígeno (…) sólo deberán admitirse al transporte bajo este epígrafe en el caso de que estén excluidos de la Clase I [en otras palabras: se podrán transportar como comburentes y no como explosivos] (…) El generador sin embalaje deberá poder resistir una prueba de caída (…) en la posición en que exista más riesgo de resultar dañado, sin pérdida de su contenido y sin accionamiento. Cuando un generador esté equipado con un dispositivo de accionamiento, deberá llevar al menos dos sistemas de seguridad directos (…)».

Vale. ¿Y qué significa todo ese rollo legislativo? Pues que los generadores son y se transportan como mercancía peligrosa. Por lo tanto, si en un avión se despliegan las máscaras (por lo que sea) y hay que recambiar los generadores… nos tocará esperar varios días a que nos los traigan desde la base. Y un avión sin máscaras no puede volar, es AOG. Putadón para la compañía (y para los mecánicos).

Otra curiosidad: Oxígeno, concentración y toxicidad

Cuando discutimos este tema en el foro de TCAS, un compañero dijo que dudaba que se emplease oxígeno al 100% porque «cualquier cosa en contacto con eso ardería» y, además, era tóxico.

Sin embargo, eso no es del todo cierto. Respecto a lo del fuego, es cierto que el oxígeno facilita la combustión, pero eso no significa que «cualquier cosa» arda «al tocarlo». Tan sólo es necesario tener más cuidado, pues, si hay un fuego, el oxígeno lo avivará. Y, atención, el oxígeno no es inflamable (como mucha gente cree), sino comburente. Inflamable es «lo que arde» (gasolina, hidrógeno…); comburente u oxidante es «lo que permite(/facilita) que arda» (generalmente oxígeno, pero también nitratos, peróxidos, o incluso el cloro). El problema viene cuando se juntan uno y otro, que es lo que hacen los terroristas: mezclar abono (nitrato amónico) con gasoil.

Por otra parte, el oxígeno al 100% no es tóxico (en principio). De hecho, en muchas enfermedades (como el Síndrome de Distrés Respiratorio Agudo) se emplea una FiO₂ (Fracción Inspiratoria de O₂) del 100%.

No obstante, digo «en principio» porque en ciertas administraciones, o en neonatos a altas concentraciones, sí es tóxico. Como bien sabéis, el oxígeno es un fuerte oxidante, de modo que puede atacar a los tejidos mediante radicales libres. En concreto, en el caso de los neonatos, «oxida» su cristalino, opacificándolo y provocándoles ceguera. En adultos sanos, administrándolo al 100% durante varios días, o a altas presiones durante menos tiempo (ya veremos por qué), causa tos y dolor al respirar, y acabaría produciendo una fibrosis pulmonar. Pero eso son «excepciones»: en general, coger una máscara de oxígeno al 100% y respirar un rato no mata a nadie. Hacerlo con una de cloro o amoníaco, sí.

Volviendo al tema: concentración de oxígeno y presión atmosférica

O, en otras palabras: «¿Por qué el aire ambiental, a partir de cierta altitud, no permite la supervivencia?» Bueno, esto haría que la entrada se alargase excesivamente, y tampoco es cuestión de aburrir. En un par de días colgaré la explicación…