No solemos ser conscientes de que, en realidad, el espacio empieza en la superficie de la Tierra. Nosotros nos hemos acostumbrado a vivir en un entorno peculiar de ese espacio, donde existe una delgada capa de gas que se mantiene unida alrededor de un planeta rocoso. A medida que ascendemos a través de esa atmósfera las condiciones empiezan a parecerse más a las del espacio exterior.
Un ser humano no puede mantenerse vivo más de unos pocos segundos sin una fuente de oxígeno a una presión mínima. Debido a que hemos evolucionado en una atmósfera única, la presión y composición en un módulo espacial debe parecerse a las condiciones de la Tierra a nivel del mar. El cuerpo humano es un motor térmico que utiliza carbohidratos, grasas y proteínas como combustible en el proceso que usa para mantenerse en funcionamiento: la oxidación. De ahí que necesite el oxígeno que le proporcionan los pulmones. En reposo consume casi medio litro de oxígeno, pero puede llegar a 4 litros mientras corre.
A principios del siglo XIX, el químico y autor del primer modelo atómico de la historia de la ciencia, John Dalton, descubrió que en una mezcla de gases encerrada en un recipiente cada uno de los gases se comporta como si él solo ocupara todo el volumen y ejerce una presión equivalente al porcentaje que ocupa en la mezcla: es la llamada presión parcial. Esto quiere decir que una mezcla de aire que contenga un 20% de oxígeno con un total de 1013 milibares (mbar) de presión (la presión atmosférica estándar) quiere decir que el oxígeno ejerce una presión de 202,6 mbar. En 1878 el fisiólogo francés Paul Bert señaló que es la presión parcial la que determina los efectos fisiológicos de un gas.
Las medidas de presión realizadas en el interior de los pulmones humanos han mostrado que el CO2 en el lado de los capilares sanguíneos de la membrana alveolar es aproximadamente 53 mbar. Esto es un cuarto de la presión parcial del oxígeno en condiciones normales de presión y temperatura. Como la presión parcial del oxígeno es mayor que la del CO2, el oxígeno fluye a través de la membrana y reemplaza al CO2 mientras que éste la cruza en dirección contraria y es expelido fuera del cuerpo con la respiración.
Con estos conceptos en mente podemos comprender uno de los peligros más críticos que amenazan a los humanos cuando se encuentran en el espacio: la hipoxia, la escasez de oxígeno en el organismo. Hay que distinguirla de la anoxia, la ausencia casi total de oxígeno para mantener la vida. La condición de hipoxia se puede mantener durante varias horas mientras que la anoxia es letal en cuestión de minutos. A causa de la importancia de la presión, ambas situaciones no pueden suceder sin que también aparezca la hipobaria (presión reducida) y la abaria (ausencia de presión).
La hipoxia está relacionada con la presión parcial. A medida que aumenta la altitud, la presión parcial del oxígeno disminuye. Como la densidad del aire también decrece hay menos moléculas de oxígeno ocupando la misma cantidad de volumen. Esto quiere decir que un ser humano respirando en esas condiciones inhalará menor número de moléculas de oxígeno (baja densidad) y con una cantidad de energía disponible mucho menor (baja presión parcial).
