¿Descompresión de emergencia de una nave espacial Soyuz y enfermedad por descompresión?

TLDR: las tripulaciones para misiones de 1 barra, incluida Soyuz, no parecen haber usado nunca la respiración previa. Las misiones anteriores que se dirigían a entornos de baja presión a largo plazo lo hicieron, al igual que las personas que realizan caminatas espaciales de baja presión. Existe cierta evidencia de que el riesgo de una respiración previa con alto contenido de oxígeno se consideró mayor que el riesgo de enfermedad por descompresión.

Hay un informe del Programa de Investigación Humana de la NASA sobre el " Riesgo de la enfermedad por descompresión " (el enlace es a una versión sin fecha de pago) que también analiza los protocolos previos a la respiración. Los astronautas de SpaceLab, Apollo y anteriores se dirigían a entornos de vuelo con una presión inferior a 1 bar y utilizaban la respiración previa. El programa del transbordador espacial, que tenía un entorno de 1 atm, no tenía un protocolo para respirar antes del vuelo, pero lo usó para EVA.

Las diversas descripciones de las líneas de tiempo de la tripulación Soyuz ( aquí , aquí , aquí ) no parecen tener tiempo para la respiración previa; los trajes se cierran solo en el último minuto, y las fotos de la tripulación los muestran caminando y sentados sin máscaras para respirar.

¿Cuáles son las compensaciones involucradas en la pre-respiración vs no?

Una presión en el traje de 0,4 bar equivale a una altitud de aproximadamente 24 000 pies; 0,27 equivale a unos 32.000 pies.

Hay un estudio de la NASA de 1999 " Un enfoque basado en la evidencia para estimar el riesgo de enfermedad por descompresión en las operaciones de aeronaves " que proporciona límites superiores para el riesgo:

(Las líneas amarilla y azul se agregaron a 32k y 24k pies respectivamente)

Estos son para "tripulaciones de vuelo sanas", no necesariamente revisión médica a nivel de astronauta, pero la línea de barras de 0,27 muestra una posibilidad significativa de enfermedad por descompresión en exposiciones más largas. Esas probabilidades deben combinarse con la probabilidad de un evento de descompresión (una certeza para un EVA, pero con suerte mucho menos para el lanzamiento de un cohete) y la gravedad médica de la enfermedad por descompresión posterior.

Por otro lado, su metodología proporciona una idea de eso:

El perfil de vuelo típico del T-38 de la NASA es un ascenso a aproximadamente 41 000 pies sobre el nivel medio del mar durante un período de 15 minutos, un vuelo de crucero en altitud durante aproximadamente 1,3 horas y 10 minutos para el descenso y el aterrizaje. El programa de presurización de la cabina es la presión ambiental hasta que se asciende a 8000 pies (10,9 psi), se mantiene la presión en el equivalente a 8000 pies hasta que se asciende a aproximadamente 23 000 pies (5,9 psi) y, por encima de eso, se mantiene la presión de la cabina a un diferencial de 5 psi. . La tripulación de vuelo de la NASA no realiza una respiración previa rutinaria de oxígeno al 100 % y, por lo general, vuela con el regulador de oxígeno (CRU-73/A) en el modo de demanda de diluyente "normal". El porcentaje de oxígeno en la mezcla de respiración es variable, basado en la variabilidad normal del regulador de oxígeno, pero está diseñado para mantener una tensión de oxígeno equivalente al nivel del mar en la sangre del aviador.

Aproximadamente 600 vuelos por año se realizan en NASA T-38. Una revisión de 20 años de datos de seguridad de operaciones de aeronaves revela aproximadamente una falla del sistema de presión de la cabina cada dos años, y no se informaron casos de DCS (Comunicación personal, Oficina de seguridad de NASA/JSC, Ellington Field). Suponiendo 20 años de 600 vuelos por año y sin DCS observado, la probabilidad de DCS no es superior al 0,025 % para cada vuelo (límite de confianza superior del 95 % como n 1/n expresado al resolver (1-p) = 0,05 o p = 1-(0.05) ). Una revisión análoga de las operaciones de vuelo del T-38 de la USAF reveló 294 casos de fallas en el sistema de presurización de la cabina durante los años 1987 a 1992, en altitudes que oscilaban entre 17 000 y 43 000 pies (Comunicación personal, Sede, Centro de seguridad de la Fuerza Aérea, Base de la Fuerza Aérea de Kirtland).

El riesgo de descompresión debe sopesarse frente a los riesgos de la respiración previa de oxígeno puro. El oxígeno con una presión parcial de más de 0,4 atm (0,3 en alguna literatura) se considera un riesgo médico en escalas de tiempo de varias horas. Por ejemplo:

La exposición prolongada a presiones parciales de oxígeno por encima de lo normal, o exposiciones más cortas a presiones parciales muy altas, pueden causar daño oxidativo a las membranas celulares que conduce al colapso de los alvéolos en los pulmones, desprendimiento de retina y fibroplasia retrolental en el ojo y convulsiones. Puede ocurrir una disminución en las pruebas de función pulmonar dentro de las 24 horas posteriores a la exposición continua a oxígeno al 100%. Después de 48 horas con oxígeno al 100%, puede ocurrir daño alveolar difuso, atelectasia y síndrome de dificultad respiratoria aguda (edema pulmonar).

(de JS Cooper et al ) Otro trabajo más reciente muestra la posibilidad de aparición en tiempos más cortos:

En humanos sanos que respiran más del 95 % de oxígeno a presión atmosférica normal (0,1 MPa), la traqueobronquitis se desarrolla después de un período de latencia de 4 a 22 horas.

Cuatro horas es solo marginalmente más largo que los horarios habituales de pre-respiración:

Se realizó un mínimo de 3 horas de PB en el traje antes del lanzamiento en todos los programas de la NASA antes de que el transbordador (Maio et al. 1970) presentara síntomas consistentes con DCS mientras estaba a 5,0 psia. Michael Collins, durante Gemini X y más tarde durante el Apolo 11, creía que tenía síntomas de DCS solo de dolor en la rodilla izquierda que eventualmente se resolvieron en la atmósfera con 100% de O2 a medida que avanzaban las misiones (Hawkins & Zieglschmid 1975). Este no fue un resultado inesperado según los ensayos previos de validación de PB informados por Maio et al. (1969, 1970). Los astronautas en EVA subsiguientes de la nave espacial Apolo y Skylab, así como en caminatas lunares desde el Módulo Lunar, en trajes presurizados a 3,7 psia no estaban en riesgo de DCS debido a la desnitrogenación durante su tiempo prolongado en el ambiente de respiración hipobárica e hiperóxica.

Aparte, hay otras posibilidades además del gas de respiración previa con alto contenido de O2 y bajo contenido de N2: las mezclas con helio o argón evitan el N2. Pero ambos gases agregan otras complicaciones: las atmósferas con alto contenido de helio tienden a difundirse en los sistemas y empaques, y el argón tiene problemas fisiológicos que requieren mucha supervisión durante la respiración. No encontré ninguna evidencia de que ninguno de los dos se haya desarrollado para su uso en la respiración previa al vuelo espacial.