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 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 2
Wstęp Wydawać by się mogło, że w srodowisku nurków technicznych, wystarczająco dużo mówi się o okienku tlenowym 1 (wg. Behnke) lub wrodzonym niedosyceniu 2 (wg.hills) lub ssania ciśnienia parcjalnego 3 (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 2 ang. inherent unisaturation 3 ang. partial pressure vacuum 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 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 5
1,00 0,90 0,80 0,70 Okienko H20 CO2 O2 N2 0,60 0,50 Powietrze wdychane Powietrze wydychane Krew tętnicza Krew żylna Tkanki ciała wykres nr 1 6