Qué le pasa a tu cuerpo en el espacio sin traje

¿Explotarías de verdad?

En las películas se abre una esclusa y la persona que se queda fuera se hincha, se congela por completo o revienta en cuestión de segundos. Los registros cuentan una historia más tranquila. En 1965, un sujeto de pruebas del Manned Spacecraft Center de la NASA, en Houston, estaba dentro de una cámara de vacío cuando su traje sufrió una fuga. Permaneció consciente unos 14 segundos, y su último recuerdo fue el del agua de su lengua empezando a hervir. La cámara volvió a presurizarse y él se recuperó.

Esta exposición sigue los primeros 120 segundos de una exposición así, segundo a segundo, sobre un diagrama del cuerpo. La figura no tiene rostro y su piel es transparente, para que puedas ver las partes que importan: los pulmones, las vías respiratorias, la lengua, el cerebro, el corazón, los vasos, el intestino y la capa de tejido que hay bajo la piel. El control deslizante de altitud te deja probar los mismos dos minutos a alturas menores, desde la cabina de un avión de pasajeros hasta la cima del Everest y el límite de Armstrong, donde el agua del cuerpo empieza a hervir.

Esta exposición explica la física y la fisiología en términos generales, con informes de la NASA, de la Fuerza Aérea de EE. UU. y de la FAA. No es un consejo médico, y nada de lo que hay aquí es una guía de lo que sobreviviría una persona concreta.

Los dos minutos, en orden

El escenario empieza con una persona que respira aire corriente a nivel del mar, 101,325 kPa con un 21 % de oxígeno, que es lo que mantiene la Estación Espacial Internacional. Después, la presión exterior baja casi de golpe hasta la altitud elegida. En un vacío casi total, esto es más o menos lo que describen los informes:

1. De 0 a 1 s: el aire de los pulmones sale con fuerza por las vías respiratorias abiertas. Si se contiene la respiración, los pulmones se estiran en su lugar.
2. De 1 a 5 s: la saliva, las lágrimas y el agua presente en otras superficies del cuerpo empiezan a hervir. La piel de la boca y de la nariz empieza a enfriarse.
3. Hacia los 9 a 11 s: termina la conciencia útil, porque la sangre que llega al cerebro ha perdido su oxígeno en los pulmones vacíos.
4. De 5 a 45 s: se forma vapor de agua en el tejido bajo la piel y en las venas. El cuerpo y las extremidades se hinchan, quizá hasta el doble de su volumen normal.
5. En unos 60 s: la presión venosa sube hasta igualar la presión arterial y la sangre deja de circular. El corazón se frena bruscamente.
6. Hacia los 90 s: el límite que usa la NASA para planificar. Los animales devueltos a la presión antes de este tiempo solían recuperarse.

La línea de tiempo bajo el modelo marca estos sucesos para la altitud que elijas, con una marca cada 15 s. A nivel del mar no muestra nada, y a la altura de crucero de un avión de pasajeros solo muestra que falta oxígeno.

Exhala, no contengas la respiración

Lo más peligroso que una persona podría hacer en ese primer segundo es tomar una bocanada profunda y contenerla. El aire atrapado en unos pulmones llenos conserva su presión mientras la presión exterior baja a casi nada. La pared del pulmón es delgada y no puede soportar por sí sola una gran diferencia de presión.

El compendio de la NASA sobre las respuestas humanas al entorno aeroespacial (Roth, 1968) sitúa el límite en unos 80 mmHg a través del pulmón, es decir, 10,7 kPa. Por encima de eso, tanto en experimentos como en accidentes con personas, el tejido pulmonar se desgarra.

¿Qué tan pequeños son 10,7 kPa? Es más o menos la bajada de presión del aire entre el nivel del mar y 928 m. A los buceadores se les enseña la misma regla por el mismo motivo: nunca contener la respiración al subir. Activa Contener la respiración en los controles y los pulmones del escenario se estiran y destellan en rojo, y la lectura muestra la presión a través de ellos. En el vacío es de más de 100 kPa, diez veces el punto de desgarro.

Con las vías respiratorias abiertas, el aire simplemente sale. El escenario muestra una bocanada de aire que sale de la boca y de la nariz en el primer segundo y los pulmones que se encogen un poco. Esa pérdida de aire es inofensiva en sí misma; el problema que viene después tiene que ver con el oxígeno, no con que los pulmones revienten.

La misma ley, la ley de Boyle, explica lo que ocurre con todas las demás bolsas de gas del cuerpo. A temperatura constante, el volumen de un gas multiplicado por su presión se mantiene igual, de modo que, si nada lo retuviera, el gas del nivel del mar crecería 3,2 veces en el Everest y 16 veces en el límite de Armstrong. El oído medio, los senos nasales y el intestino contienen algo de gas. La mayor parte encuentra una salida o queda retenida por el tejido que lo rodea, lo cual puede doler, pero no es lo que decide la supervivencia.

Por qué la saliva hierve y la sangre no

El agua hierve cuando su presión de vapor, el empuje de las moléculas que escapan del líquido, iguala la presión que se ejerce sobre ella. A nivel del mar eso ocurre a 100 °C. Si se baja la presión, el agua hierve a menor temperatura, y por eso la pasta tarda más en cocerse en la montaña.

A 6,3 kPa (47 mmHg) el agua hierve a 37 °C, la temperatura del cuerpo. A esta presión se le llama límite de Armstrong. En la atmósfera estándar se alcanza a unos 19 km, o 63 000 ft. Por encima de esa altura, el agua de la superficie del cuerpo hierve sin que se le añada calor. Eso es lo que sintió en la lengua el sujeto de 1965.

La sangre de las arterias es un caso distinto. No está abierta al exterior: el corazón la empuja a una presión muy superior a la del aire exterior, y las paredes de los vasos y el tejido que las rodea retienen esa presión. Por eso la sangre arterial no hierve de inmediato. Lo que ocurre es más lento y sucede donde la presión es más baja: en el tejido bajo la piel y en las grandes venas cercanas al corazón.

Calcular tú mismo el punto de ebullición

El escenario calcula el punto de ebullición con la ecuación de Antoine, un ajuste a presiones de vapor medidas:

log10(P / bar) = A − B / (T + C)

Aquí T es la temperatura en kelvin, y A, B y C son constantes del agua tomadas del NIST Chemistry WebBook. El modelo usa cuatro conjuntos de datos del NIST para el agua entre 255,9 y 373 K. Para la temperatura corporal, T = 310,15 K, y el conjunto de 304 a 333 K da A = 5,20389, B = 1733,926 y C = −39,485:

log10(P) = 5,20389 − 1733,926 / (310,15 − 39,485) = 5,20389 − 6,40616 = −1,20227

Así, P = 0,0628 bar = 6,28 kPa, el límite de Armstrong. Para obtener el punto de ebullición a una presión dada se despeja la misma ecuación: T = B / (A − log10 P) − C.

La presión a cada altitud procede de la U.S. Standard Atmosphere 1976, que describe el aire como una serie de capas con un perfil de temperatura fijado. Hasta los 11 km la temperatura baja 6,5 K por cada kilómetro; de 11 a 20 km se mantiene en −56,5 °C. Si se juntan las dos cosas, se obtienen los puntos de ebullición que muestra la lectura:

Por debajo de 0,61 kPa, el punto triple del agua, el agua líquida no puede existir a ninguna temperatura. Hierve y se congela al mismo tiempo, y la lectura lo indica. El pequeño gráfico de la lectura dibuja toda la curva en escala logarítmica, con la línea de la temperatura corporal y un punto naranja para la presión que hayas elegido.

Unos diez segundos de oxígeno

Normalmente, tus pulmones aportan oxígeno a la sangre. En el vacío hacen lo contrario. Sin oxígeno en los pulmones, el oxígeno sale de la sangre a medida que pasa por ellos, de modo que la sangre que llega al cerebro unos segundos después lleva todavía menos que cuando salió del cuerpo. El cerebro solo almacena lo que necesita durante unos pocos segundos.

El Bioastronautics Data Book de la NASA (1973) prevé que cierto grado de conciencia dura de 9 a 11 segundos, y dice que una persona expuesta de repente probablemente no tendría más de 5 a 10 segundos para ayudarse a sí misma. Los perros descomprimidos a menos de 2 mmHg se desplomaron a los 9 o 10 segundos. Los 14 segundos del sujeto de 1965 encajan, pues en el interior de su traje probablemente nunca se alcanzó un vacío prácticamente total.

A menor altitud hay más tiempo, y la FAA lo publica como el «tiempo de conciencia útil». Es el tiempo que tiene un piloto para actuar con sensatez, no el tiempo hasta desmayarse:

El modelo usa la columna de descompresión rápida, ya que el escenario empieza con una caída repentina, y la cifra de casi vacío, de 9 a 11 s, desde el límite de Armstrong hacia arriba. Entre las filas dibuja una curva suave. La banda naranja de la línea de tiempo es este intervalo, y la fila Despierto se pone en rojo cuando empieza la banda.

Hinchazón, no estallido

Por debajo del límite de Armstrong, el agua de los tejidos del cuerpo empieza a convertirse en vapor, un proceso llamado ebullismo. Empieza donde hay menos presión que lo impida: en el tejido laxo bajo la piel y en la sangre de las grandes venas. El Bioastronautics Data Book describe una marcada hinchazón del cuerpo, quizá hasta el doble de su volumen normal, a menos que un traje presurizado lo contenga.

No revienta. La piel es resistente y elástica, y el vapor se queda debajo de ella. En los experimentos con perros, la hinchazón disminuyó drásticamente en cuanto la presión superó unos 50 mmHg. El manual también informa de que una prenda elástica ajustada y bien colocada impidió por completo el ebullismo a presiones tan bajas como 15 mmHg. Incluso la ropa ajustada común empujaría un poco en sentido contrario.

En el escenario, la piel se desplaza hacia fuera a lo largo de su superficie, sobre todo en los brazos, las piernas, las manos y los pies, y la capa de tejido que hay debajo se mueve menos, de modo que el hueco entre las dos es la hinchazón. Activa Cortar la piel para ver ese hueco, y Burbujas de gas para mostrar el vapor como pequeñas esferas. Las manos son una parte aparte por un caso real. En 1960, Joe Kittinger ascendió a 102 800 ft en una góndola de globo abierta. El guante presurizado de su mano derecha falló durante la subida, y la mano se hinchó, dolió y quedó inutilizada. Hizo el salto de todos modos, y una vez que estuvo a menor altitud la mano volvió a la normalidad.

Cuando la circulación se detiene

El vapor que se forma en las grandes venas es lo que hace mortal una exposición más larga. El compendio de Roth describe burbujas que se forman donde las grandes venas entran en el corazón y se extienden hacia atrás por las venas, un «bloqueo de vapor vascular» que impide que la sangre vuelva al corazón. El corazón no tiene nada que bombear.

El manual da los tiempos: la frecuencia cardíaca puede aumentar al principio y luego cae rápidamente, la presión arterial baja en 30 a 60 segundos, y la presión venosa iguala o supera a la arterial en cerca de un minuto. Después de eso casi no hay circulación eficaz. Los perros mantenidos 90 segundos a 2 mmHg tenían la frecuencia cardíaca reducida a 10 latidos por minuto, desde un valor normal de 159.

El modelo dibuja la frecuencia cardíaca subiendo durante los primeros 5 s y luego bajando, y la circulación apagándose entre los 5 y los 60 s. Estas curvas son líneas suaves trazadas por los tiempos descritos, no mediciones de una persona.

¿Cuánto tiempo podría sobrevivir alguien?

Nadie ha puesto a prueba a un ser humano a propósito, así que las cifras vienen de animales y de accidentes. En 1964, 126 perros de la USAF School of Aerospace Medicine fueron descomprimidos a menos de 2 mmHg durante 5 a 180 segundos. Todos los perros expuestos menos de 120 segundos sobrevivieron tras volver a la presión, a pesar de mostrar signos de daño pulmonar. Las exposiciones de 120 a 180 segundos mataron desde cerca del 15 % hasta más del 80 %. Los chimpancés, probados para la NASA en 1965, fueron mantenidos por debajo de 2 mmHg durante 5 a 150 segundos; todos habían vuelto a realizar la tarea para la que habían sido entrenados en un plazo de cuatro horas, y las pruebas no encontraron daño cerebral.

De estos estudios, el manual de la NASA concluye que una recompresión en 60 a 90 segundos podría significar supervivencia y quizá una recuperación bastante rápida, sin garantía alguna: algunos animales murieron en segundos y unos pocos tuvieron daños duraderos. El compendio de Roth aconseja usar un tiempo máximo de supervivencia de 90 segundos para planificar procedimientos de emergencia. La fila Si la presión vuelve ahora del escenario sigue estas bandas. Es una afirmación sobre lo que se vio en animales, no una predicción para ninguna persona.

El único caso real en vacío total y de duración completa es el de la Soyuz 11. En junio de 1971, una válvula de igualación de presión se abrió de golpe cuando el módulo de descenso se separó, muy por encima de la atmósfera. El aire de la cabina escapó en menos de un minuto. Los tres cosmonautas, que no llevaban trajes presurizados, perdieron la conciencia y murieron en dos minutos. La cápsula aterrizó de forma automática y el equipo de recuperación los encontró en sus asientos.

El espacio no es frío al instante

Un vacío no tiene aire, así que no hay nada que se lleve el calor por conducción ni por convección. La única vía de salida es la radiación, el resplandor infrarrojo que emite todo objeto cálido. Con una temperatura de piel de 33 °C, una emisividad de 0,97 y unos 1,5 m² de piel orientados hacia el espacio abierto, la ley de Stefan-Boltzmann da:

P = 0,97 × 5,67 × 10⁻⁸ × 1,5 × 306,15⁴ ≈ 725 W

Un cuerpo de 70 kg almacena unos 243 kJ por cada grado. Con una pérdida de 725 W, la temperatura central desciende unos 0,36 °C en dos minutos. Tardaría más de cinco minutos en perder 1 grado de este modo. Quedar atrapado dos minutos en la sombra del espacio no congela a nadie.

Las partes que sí se enfrían son la boca y la nariz. El agua sigue evaporándose de las vías respiratorias, y la evaporación se lleva calor. El manual dice que esto enfría la boca y la nariz hasta casi la congelación, mientras que el resto del cuerpo se enfría mucho más despacio. La fila Boca y nariz muestra ese descenso.

La luz solar cambia el equilibrio. A la distancia de la Tierra, el Sol aporta 1361 W/m². Si medio metro cuadrado del cuerpo está orientado hacia él y absorbe el 60 %, entran unos 408 W, y la pérdida neta baja a unos 316 W. Desactiva Luz solar para ver cómo la temperatura central baja un poco más rápido.

Qué cambia un traje presurizado

Un traje espacial es sobre todo un globo que mantiene presión sobre el cuerpo. No necesita la presión del nivel del mar: si el gas es oxígeno puro, una presión total mucho más baja da a los pulmones oxígeno suficiente. La NASA indica 25,8 kPa para los trajes Apolo, 29,6 kPa (4,3 psi) para el traje de la estación y 39,2 kPa para el Orlan ruso, todos con un 100 % de oxígeno. Eso está muy por encima del límite de Armstrong, de modo que no hierve nada del agua del cuerpo. Curiosamente, 4,3 psi es también más o menos la presión del aire fuera de un avión a 30 000 ft.

Una presión de traje más baja hace el traje más fácil de doblar, sobre todo los guantes, pero trae un problema distinto. Pasar del aire de la estación, a 101 kPa, a un traje a 29,6 kPa permite que el nitrógeno disuelto en el cuerpo forme burbujas, la misma enfermedad por descompresión que sufren los buceadores. Por eso los astronautas respiran primero oxígeno puro para eliminar el nitrógeno. En un protocolo de la estación, eso lleva 2 horas y 20 minutos desde la primera inspiración de oxígeno hasta la caminata espacial.

Activa Traje presurizado y toda la línea de tiempo permanece en calma: sin hinchazón, sin ebullición, con pulmones normales y oxígeno normal.

Más abajo que el espacio

No hace falta ir al espacio para encontrarse con algunos de estos efectos. El control deslizante de altitud y los botones sobre la línea de tiempo te permiten probar los mismos dos minutos en otros lugares.

• Cabina de avión de pasajeros: las normas de EE. UU. exigen que una cabina presurizada se mantenga a una altitud de presión no superior a 8000 ft en vuelo normal. Eso son unos 75 kPa, y no ocurre nada en la línea de tiempo.
• Everest: unos 31 kPa en la atmósfera estándar. El agua hierve a unos 70 °C, no hierve nada en el cuerpo, y el tiempo de conciencia útil es de muchos minutos, así que la línea de tiempo no muestra nada en dos minutos. Los escaladores siguen sufriendo la falta de oxígeno durante horas y días.
• Avión de pasajeros en crucero: a 35 000 ft, una pérdida súbita de presión en la cabina da de 15 a 30 s de conciencia útil. Por eso caen las máscaras de oxígeno. Las normas de EE. UU. exigen oxígeno para la tripulación por encima de 12 500 ft durante más de 30 minutos y para todos los ocupantes por encima de 15 000 ft.
• Límite de Armstrong: unos 19 km. Por encima de esto se necesita un traje presurizado incluso para una exposición breve.

El coste de ignorar esto queda claro con el accidente de 1999 de un Learjet 35, matrícula N47BA. Se perdió el contacto por radio después de que el avión recibiera autorización para subir a 39 000 ft. La NTSB halló que la tripulación había quedado incapacitada después de que la cabina perdiera presión y no recibió oxígeno suplementario. El avión siguió volando hasta quedarse sin combustible y se estrelló en Dakota del Sur.

Casos para probar

La lista bajo el escenario tiene 33 casos. Cada tarjeta ajusta el modelo a su presión y su tiempo cuando pulsas Mostrar en el modelo, y las tarjetas con un tiempo en segundos tienen una barra en la misma escala de 0 a 150 s para que puedas compararlas. Se agrupan en cinco tipos:

• Accidentes: la prueba en cámara de 1965, la mano de Kittinger, la Soyuz 11, el Learjet de 1999.
• Pruebas: los estudios con perros y chimpancés, el límite pulmonar de 80 mmHg, la prenda elástica, la recompresión en 90 s.
• Normas: los tiempos de conciencia útil de la FAA, las normas de oxígeno y de cabina, las presiones de los trajes y la preoxigenación.
• Alturas: el Everest, el límite de Armstrong, los saltos récord desde globo, la superficie de Marte y la luz solar sin filtrar.
• Películas: escenas más o menos acertadas y escenas que no lo son, cada una comparada con los registros.

La superficie de Marte es una comparación útil. Su presión media es de 6,36 mbar, o 0,64 kPa, más o menos lo que tiene el aire de la Tierra hacia los 35 km. Para un cuerpo sin protección eso es casi un vacío, y por eso un traje para Marte tiene que ser un traje presurizado completo.

Lo que el modelo deja fuera

• La figura es un diagrama, no una persona. Su forma está construida con cápsulas de superficie lisa, y los órganos son formas simples colocadas más o menos donde corresponde.
• Las arterias se dibujan rojas y pasan a púrpura a medida que baja el oxígeno, y las venas son siempre azules. La sangre real pobre en oxígeno es de color rojo oscuro.
• Las curvas de oxígeno, frecuencia cardíaca, circulación, hinchazón y temperatura de la boca son líneas suaves trazadas por los tiempos descritos. En el escenario aparecen señaladas como valores del modelo.
• El escenario supone una caída repentina desde la presión del nivel del mar. Una fuga lenta da más tiempo, y una persona que hubiera respirado oxígeno puro antes tendría unos segundos más, como los perros desnitrogenados.
• Las personas reales son distintas. La FAA señala que los tiempos de conciencia útil varían mucho según el tamaño de los pulmones, la hemoglobina y cuánto oxígeno consume el cuerpo.
• Las altitudes son alturas geométricas en la atmósfera estándar de 1976. La presión real en un lugar también cambia con el tiempo atmosférico, la estación y la latitud.
• Las cifras de calor usan solo la radiación. La evaporación desde la piel y las vías respiratorias enfriaría la superficie más rápido.

Una breve historia

Los trajes presurizados surgieron del vuelo a gran altitud antes de que los viajes espaciales los necesitaran. El ascenso en globo de Joe Kittinger en 1960 hasta 102 800 ft en una góndola abierta fue en parte una prueba de uno de ellos, y su mano sin presurizar se convirtió en el ejemplo más conocido de lo que ocurre sin traje.

A comienzos de los años sesenta, con naves espaciales y grandes cámaras de vacío en construcción, el Manned Spacecraft Center de la NASA financió estudios con animales para averiguar qué provocaría una falla del traje. Bancroft y Dunn descomprimieron 126 perros en 1963 y 1964; el equipo de Koestler, en la base aérea de Holloman, realizó pruebas con chimpancés y presentó sus resultados en noviembre de 1965. Los resultados pasaron al Bioastronautics Data Book y al compendio de Roth, que fijaron las cifras que aún se citan hoy: unos 10 segundos de conciencia útil y unos 90 segundos para planificar un rescate.

Desde entonces, los casos con personas han sido sobre todo accidentes con buen final, como la prueba en cámara de 1965. La Soyuz 11 en 1971 sigue siendo la única vez que personas han muerto en el propio espacio.