Spojrzenie poprzez okienko tlenowe

Spojrzenie poprzez okienko tlenowe
Marcin Krysiński
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary
Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary, Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
opracował Marcin Krysiński ITDA Adv. Trimix Instructor Trainer (www.krysinski.biz) www.zangielskiego.com.pl
1
Wstęp.................................................................................................................................. 3
Opis mechanizmu ............................................................................................................... 3
Wpływ ciśnienia na nasycanie tlenem i odsycanie dwutlenkiem węgla .............................. 4
Zastąpienie azotu helem ..................................................................................................... 4
Zmiana frakcji gazu lub ciśnienia otoczenia ........................................................................ 4
Wpływ okienka tlenowego na nurkowanie .......................................................................... 4
Znaczenie okienka tlenowego dla nurkowań technicznych. ................................................ 5
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary, Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
opracował Marcin Krysiński ITDA Adv. Trimix Instructor Trainer (www.krysinski.biz) www.zangielskiego.com.pl
2
Wstęp
Wydawać by się mogło, że w srodowisku nurków technicznych, wystarczająco dużo mówi się o
okienku tlenowym1 (wg. Behnke) lub wrodzonym niedosyceniu2 (wg.Hills) lub ssania ciśnienia
parcjalnego3 (wg. Sass). Wszyskie terminy opisują to samo zagadnienie jakim jest
niedosycenie tkanek ciała nurka i jego krwi w odniesieniu do cisnienia otoczenia. Zjawisko to
jest niezbędne do dostarczania swieżego tlenu, potrzebnego w procesie metabolizmu oraz
usuwania dwutlenku węgla, zbędnego produktu metabolizmu w sposób efektywny. Pęcherzyki
płucne oraz układ krążenia (tętnice i żyły) tworzą zamkniętą sieć transportu gazu w celu
dostarczenia tlenu i odebrania dwutlenku węgla zgodnie wysiłkiem jakie wykonuje ludzkie
ciało. Zarówno tlen jaki i dwutlenek węgla są aktywnymi (metabolicznymi) uczestnikami
procesu metabolizmu. W odróznieniu od azotu, helu, neonu, argonu, pary wodnej etc.
będącymi nieaktywnymi (obojętnymi) udziałowcami procesu. Wpływ gazów obojętnych na
proces metabolizmu nie jest do końca poznany, zwłaszcza gdy poziom gazów obojętnych
wzrasta w tkankach i we krwi. Pod względem nurkowania tlen i dwutlenek węgla są głównymi
składnikami wpływającymi na kontrolę metabolizmu, reszta gazów pozostaje bierna. Dla
nurków okienko jest ważnym czynnikiem podczas dekompresji ponieważ wpływa zarówno na
nasycanie jak i odszycanie gazami obojętnymi i biorącymi udział w procesie.
Opis mechanizmu
Tkanki i żyły są permanentnie niedosycone w porównaniu z wydychanym powietrzem i
tętnicami o około 8-13% w stosunku do ciśnienia normalnego (ciśnienia otoczenia na poziomie
morza równego 1 ATA). Wykres nr 1 przedstawia niedosaturownie dla ciśnienia normalnego w
stosunku do powietrza w płucach (udział śladowych gazów zawartych powietrzu został
pominięty). Można zauważyć, że prężności tętnic,żył i tkanek sumarycznie dają ciśnienie
poniżej 1 ATA, odpowiednio o około 0.02, 0.08, 0.11, podczas gdy ciśnienie azotu i pary
wodnej, pozostaje takie same we wszystkich tkankach i wynosi 0.75 i 0.06. Prężność w
tkankach i żyłach spada także poniżej prężności w tętnicach. Ciśnienie parcjalne gazów w
płucach jest zbliżone do prężności w żyłach. Warto zauważyć również, że prężność tlenu w
tętnicach jest ponad dwukrotnie większa od prężności w żyłach i pięciokrotnie większa od
prężności w tkankach. Prężność dwutlenku węgla w tkankach przewyższa zarówno prężność
w żyłach jak i tętnicach o bardzo małą wartość (jednakże wystarczającą). Gradient potrzebny
dla transportu tlenu (duży) jest skierowany do wewnątrz, podczas gdy gradient dla dwutlenku
węgla (mały) skierowany jest na zewnątrz. Taki sposób transportu gazów niezbędny jest do
podtrzymania życia.
1
ang. oxygen window
ang. inherent unisaturation
3
ang. partial pressure vacuum
2
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary, Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
opracował Marcin Krysiński ITDA Adv. Trimix Instructor Trainer (www.krysinski.biz) www.zangielskiego.com.pl
3
Wpływ ciśnienia na nasycanie tlenem i odsycanie dwutlenkiem węgla
Dwutlenek węgla będący produktem metabolizmu jest 25 razy lepiej rozpuszczalny niż tlen i
zgodnie z prawem Henry’ego wywiera mniejsze ciśnienie parcjalne. Taki rozkład prężnosci w
tkankach i układzie krążenia zapewnia różnicę ciśnień pomiędzy naczyniami włoskowatymi w
pęcherzykach płucnych i systemem maczyń włóskowatych w pozakomórkowych
przestrzeniach ciała.
Zastąpienie azotu helem
Zamiana azotu (częściowa lub całkowita) na dowolny inny gaz obojętny w mieszaninie
oddechowej zmienia niewiele, frakcja molowa (całkowita) gazu obojętnego i ciśnienie
otoczenia jest taka sama.Przykładu pokazanego na wykresie nr 1, taka sama zależność
zachodzi dla mieszaniny oddechowej składającej się z 21% tlenu i 79% dowolnego gazu
obojętnego. Oczywistym jest, że frakcje molowe tlenu i gazu obojętnego odgrywają tu
kluczową role.
Zmiana frakcji gazu lub ciśnienia otoczenia
Zmiana ciśnienia otoczenia i/lub zmiana frakcji tlenu skutkuje próbą wyrównania wrodzonego
niedosycenia dla ciśnienia parcjalnego tlenu (ppo2) poniżej 2 ATA (w przybliżeniu).
Przeprowadzone eksperymenty dowodzą że:
Stopień niedosycenia wzrasta liniowo wraz ze wzrostem ciśnienia otoczenia, przy stałym
składzie gazu oddechowego.
·Stopień niedosycenia maleje liniowo ze spadkiem frakcji gazów obojętnych w mieszance
oddecowej.
Poniżej ciśnienia parcjalnego tlenu w wysokości 2 ATA, niedosycenie jest mniej więcej stałe i
wynosi około 2.12. Ponadto jeśli frakcja tlenu jest stała to frakcja gazów obojętnych jest
również stała i na odwrót.
Wpływ okienka tlenowego na nurkowanie
Podczas kompresji-dekompresji aktywne gazy (tlen, dwutlenek węgla, para wodna) są
zastępowane przez gazy obojętne do czasu, ustabilizowania się okienka na nowym poziomie
ciśnienia otoczenia. Odjęcie wielkości okienka od ilości rozpuszczonego tlenu daje wielkość
dodatkowego nasycenia gazem obojętnym, które zostanie skumulowane we wszystkich
tkankach. Czas potrzebny dla dodatkowego nasycenia gazem obojętnym dla danego ciśnienia
otoczenia nazywany jest czasem połowicznego nasycenia. Udział gazów aktywnych w
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary, Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
opracował Marcin Krysiński ITDA Adv. Trimix Instructor Trainer (www.krysinski.biz) www.zangielskiego.com.pl
4
prężności tkanki z okienka tlenowego jest staly i wynosi około 0.15 dla wdychanego ciśnienia
parcjalnego nie przekraczającego 2ATA. Po przekroczeniu tej wartości zwiększa się liniowo
wraz ze wzrostem ciśnienia parcjalnego. Jak powszechnie wiadomo przy większości nurkowań
technicznych utrzymuje się ciśnienie parcjalne tlenu znacznie poniżej 2ATA, więc dodatkowe
obciążenie jest stałe.
Jeszcze kilka lat temu, było wielu zwolenników tezy , że okienko tlenowe podnosi nasycenie
gazami obojętnymi. Obecnie uważa się, że poprzez odpowiednie rozłożenie przystanków
dekompresyjnych, (przy wzięciu pod uwagę wrodzonego niedosycenia), można utrzymywać
całkowitą prężność gazów w tkankach zblizoną do ciśnienia otoczenia. Takie podejscie do
dekompresji nosi nazwę wynurzanie bez przesycenia. Jest to działanie bardzo bezpieczne,
zwłaszcza dla nurkowań saturowanych, ale zbiera bardzo dużo czasu w porównaniu z
wynurzeniem z ograniczonym przesyceniem, które zostalo wprowadzone w algorytmach gazu
rozpuszczonego oraz algorytmach mikropęcherzykowych.
Znaczenie okienka tlenowego dla nurkowań technicznych.
Uwzględnienie okienka tlenowego wydłuża czas dekompresji. Dzieje się tak dla tego, że
mechanizm ten uwzględnia dodatkowe wchłonianie gazów obojętnych „przez okienko” podczas
dekompresji. Im większa zawartość procentowa gazu obojętnego w mieszanienie tym większe
dodatkowe nasycanie ciała. Z tej teorii wynika rónież, że pojawienie się mikropęcherzyków
zwiększa prawdopodobieństwo przenikania gazu do nich. Oddychanie czystym tlenem, na
płytszych przystankach, nie tylko wypłukuje gaz obojętny i mikropęcherzyki szybciej, ale
również całkowicie blokuje wchłanianie dodatkowego gazu poprzez okienko. Oddychanie
wzbogaconymi w tlen mieszankami (nitrox,trimix, itp.) również przyspiesza wypłukiwanie
gazów obojętnych, ale składniki gazu obojętnego nadal przenikają przez okienko.
Podsumowując wchłanianie gazów obojętnych poprzez okienko tlenowe zwiększa wymagania
dekompresyjne proporcjonalnie do całości frakcji gazu obojętnego w mieszaninie oddechowej.
tab. 1
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary, Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
opracował Marcin Krysiński ITDA Adv. Trimix Instructor Trainer (www.krysinski.biz) www.zangielskiego.com.pl
5
1,00
0,90
Okienko
H20
CO2
O2
N2
0,80
0,70
0,60
0,50
Powietrze
wdychane
Powietrze
wydychane
Krew tętnicza
Krew żylna
Tkanki ciała
wykres nr 1
Na postawie : “Looking thru the oxygen window” B.R.Wienke, T.R.O’Leary, Advance Diver Magazine 18/2004 s.76
opracował Marcin Krysiński ITDA Adv. Trimix Instructor Trainer (www.krysinski.biz) www.zangielskiego.com.pl
6