SEMINARSKI RAD FIZIOLOGIJA RONJENJA I LETENJA

1

FIZIOLOGIJA U RONJENJU I DRUGIM HIPERBARICKIM USLOVIMA

Kada se ljudsko bice spusta u more,pritisak oko njega se ogromno povecava.Da bi se sprecio kolaps pluca,mora se dovoditi vazduh takodje pod velikim pritiskom.To krv u plucima izlaze ekstremno visokom pritisku alveolarnog gasa,I to stanje se naziva hiperbarija. Odnos dubine vode I pritiska.Na 10m ispod povrsine okeana na osobu ce delovati pritisak od 2 atmosfere,pritisak od 1 atmosfere prouzrukovan vazduhom iznad vode,a druge atmosfere samom tezinom vode. Uticaj dubine na volumene gasova-Bojlov zakon.Na 10m pod povrsinom mora,gde je pritisak 2 atmosfere,volumen ce biti sabijen na samo pola litra,a pri 8 atmosfera na 1/8 litra.Prema tome,volumen komprimovanog gasa obrnuto je proporcionalan pritisku.Ovaj fizicki princip poznat je kao Bojlov zakon.

Uticaj visokih parcijalnih pritisaka gasova na organizam

U vazduhu koji dise ronioc normalno postoje tri gasa: azot, kiseonik i ugljen-dioksid. Narkoza azotom pri velikim pritiscima azota.Priblizno 4/5 vazduha cini azot.Pritisak azota na nivou mora nema uticaja na telesne funkcije,ali pri visokim pritiscima moze da uzrokuje razlicite stepene narkoze.Kada ronioc,koji dise komprimovani vazduh ostane sat ili duze ispod nivoa mora,prvi znaci blage nakroze pojavljuju se na dubini oko 40m,kada se javlja veselost I gubitak paznje.Na 50 do 60m ronioc postaje pospan.Na dubini od 60 do 75m znacajno mu se smanjuje snaga I ronioc cesto postaje nespretan u obavljanju motornih radnji.Na dubini vecoj od 75m

2

ronioc gotovo postaje neupotrebljiv usled azotne nakroze ako ostane na ovoj dubini isuvise dugo. Azotna narkoza ima karakteristike slicne alkoholnoj intoksikaciji,I iz tog razloga se cesto naziva opijenost dubinom.

1.

Toksicnost kiseonika pri visokim pritiscimaDejstvo visokog PO na transport kiseonika krvlju.Kada PO u krvi raste znatno iznad 100mmHg,znacajno raste I kolicina kiseonika rastvorenog u plazmi.Pri normalnom rasponu alveolarnog PO od ukupne kolicine kiseonika u krvi gotovo nema rastvorenog kiseonika u plazmi,ali kada pritisak raste pogresivno na nekoliko hiljada milimetara zivinog stuba,onda se veliki deo od ukupnog kiseonika rastvara,pored kiseonika koji je vezan za hemoglobin. Dejstvo visokog alveolarnog PO na tkivni PO.Pretpostavimo da je PO u plucima oko 3000mmHg.Ukupna kolicina kiseonika u 100 ml krvi iznosi oko 29vol%,20% je vezano za hemoglobin a 9% rastvoreno u plazmi.Kako ova krv prolazi kroz tkivne kapilare I tkiva koriste normalnu kolicinu kiseonika,oko 50ml/l krvi,kolicina kiseonika u krvi koja napusta tkivne kapilare je jos uvek 24%.Ovde je PO jos uvek oko 1.200mmHg,sto znaci da se kiseonik isporucuje tkivima na ovom ekstremno visokom pritisku,umesto na normalnom pritisku od 40mmHg. Akutno trovanje kiseonikom.Razumljivo je da je za mnoga tkiva ekstremno visok tkivni PO,koji nastaje pri disanju kiseonika pod velikim alveolarnim pritiskom,veoma stetan.To posebno vazi za mozak.U stvari kod vecine osoba ce udisanje kiseonika pod pritiskom od 4 atmosfere(PO=3040mmHg) za 30 do 60 minuta dovesti do konvulzija I potom kome.Konvulzije se cesto pojavljuju bez ikakvog predznaka i,iz razumljivih razloga su najcesce letalne za ronioca.Ostali simptomi akutnog trovanja kiseonika su:mucnina,grcenje misica,vrtoglavica,poremecaji vida,razdrazljivost I dezorijentacija. Prekomerena intracelularna oksidacija kao uzrok toksicnog delovanja kiseonika na nervni system-oksidativni slobodni radikali.Molekulski kiseonika ima veoma malu sposobnost da oksidise ostale hemiske supstance.Kiseonik se mora prvo pretvoriti u svoj aktivan oblik.Postoji nekoliko oblika aktivnog kiseonika;oni se zovu kiseonicni slobodni radikali .Jedan od najznacajnijih je slobodni superoksid radikal,a drugi je peroksidni radikal u obliku vodonik peroksida.Tkiva takodje poseduju I vise enzima,medju kojima su peroksidaze,katalaze I superoksid dismutase,koji veoma brzo uklanjuju ove slobodne radikale.3

Puferski mehanizam hemoglobin-kiseonik gubi svoju moc I tkivni PO moze da poraste na stotine Ili hiljade milimetara zivinog stuba.Tada kolicina oksidujucih slobodnih radikala preplavi enzimske sisteme koji ih uklanjaju,I oni sada mogu da imaju ozbiljne destruktivne,pa cak I letalne posledice na celije.Jedno od osnovnih dejstva je oksidacija nezasicenih masnih kiselina,koje su osnovne komponente mnogih celijskih membranskih struktura. 2.

Sledece dejstvo je oksidacija nekih celiskih enzima,sto ozbiljno ostecuje celijske metabolicke sisteme.Nervno tkivo je narocito podlozno zbog velikog sadrzaja lipida. Hronicno trovanje kiseonikom kao uzrok plucnih poremecaja.Osoba moze biti izlozena kiseoniku pod pritiskom od samo 1 atmosfere skoro neograniceno,bez razvoja akutnog trovanja nervnog sistema kiseonikom.Medjutim,posle 12h ili priblizno toliko udisaja kiseonika pod pritiskom od 1 atmosfere pocinje da se razvija kongestija disajnih puteva,edem pluca I atelektaze,usled ostecenja bronhijalnog I alveolarnog epitela. Toksicnost ugljen-dioksida na velikim dubinama.Ukoliko je ronilacka oprema dobro konstruisana I funkcionise pravilno,ronilac nece imati nikakvih problema zbog toksicnosti CO2 jer dubina sma za sebe ne dovodi do porasta parcijalnog pritiska ugljen-dioksida u alveolama. Kod nekih tipova ronilacke opreme kao sto su to ronilacki skafaderi I neki tipovi aparata sa povratnim disanjem,ugljen-dioksid se nagomilava u mrtvom prostoru aparata I ronilac ga ponovo udise.Ronilac moze da podnese nagomilavanje CO sve dok parcijalni pritisak ugljendioksida u alveolama ne dotigne vrednost oko 80mmHg,povecanjem minutnog respiratornog volumena do maksimuma og 6 do 11 puta da se kompenzuje povecan ugljen-dioksid.Iznad nivoa alveolarnog PO od 80mmHg,situacija postaje nepodnosljiva,nastaje depresija respiratornog centra zbog negativnog tkivnog metabolickog dejstva visokog POCO2.Kod ronioca se razvija teska respiratorna acidoza,razliciti stepeni letargije,narkoza,I na kraju nastupa anestezija.

3.4

Dekompresija ronioca posle izlaganja visokim pritiscima

Kada neka osoba dise vazduh pod velikim pritiskom dugo vremena, u telesnim tecnostima se rastvara velika kolicina azota.Razlog za ovo je sledeci:pri prolazu kroz plucne kapilare krv postaje zasicena azotom pod istim visokim pritiskom pod kojim se azot nalazi u smesi gasova koja se udise.Posle nekoliko sati dovoljno azota se dopremi do svih tkiva u telu,tako da se I ona zasite rastvorenim azotom.Buduci da se azot ne metabolise u organizmu,ostaje rastvoren u tkivima dok se pritisak azota u plucima ne smanji,a onda ce se azot ukloniti obrnutim respiratornim procesom;uklanjanje azota moze da traje satima sto predstavlja izvor brojnih poremecaja poznatih pod zajednickim nazivom dekompresijska bolest. Volumen vazduha rastvor u telesnim tecnostima na razlicitim dubinama.Na nivou mora je u celom telu rastvoren skoro 1l azota.Nesto manje od polovine je rastvorena u telesnoj vodi,a nesto vise od polovine u telesnoj masti. Kada se ronilac zasiti azotom,volumen koji bi azot rastvoren u telesnim tecnostima imao na nivou mora iznosi: Metara 0 10 30 60 90 litara 1 2 4 7 10

Da bi se pritisak azota u svim tkivima izjednacio sa pritiskom azota u alveolama potrebno je nekoliko sati.Azot rastvoren u telesnoj vodi,u potpunosti se uravnotezi za manje od 1h,ali za masno tkivo kome je potrebno transportovati 5 puta vecu kolicinu azota,a uz to je relativno slabo prokrvljeno,potrebno je nekoliko sati da se uravnotezi.Iz tog razloga,ako ronilac ostane pod vodom samo nekoliko minuta,relativno malo azota ce se rastvoriti u telesnim tecnostima I tkivima,dok ce u slucaju da ronilac pod vodom provede nekoliko sati,I telesne tecnosti I tkiva biti gotovo sasvim zasiceni azotom. 4.5

Dekompresijska bolest (sinonimi:kesonska bolest,aeroembolizam,ronilacka paraliza,disbarizam).Ukoliko ronilac provede ispod povrsine mora dovoljno dugo da se u njegovom telu rastvori velika kolicina azota,a potom naglo izroni nazad da povrsinu,u telesnoj vodi,kako intracelularnoj tako I ekstracelularnoj,moze nastati znacajna kolicina mehurica azota;koji ce uzrokovati mala ili ozbiljna ostecenja u skoro svim podrucijima organizma,zavisno od broja I velicine stvorenih mehurica;to se naziva dekompresijska bolest. Tkiva ronioca su u ravnotezi sa visokim pritiskom azota,3918mmHg,u kojima je rastvorena 6,5puta vise azota nego pri normalnom pritisku.Sve dok ronilac ostaje duboko u vodi,pritisak spolja na telo (5000mmHg) vrsi dovoljno kompresiju na sva tkiva u organizmu da odrzi gasove u rastvorenom stanju.Ali kada ronilac brzo izroni na povrsinu spoljni pritisak iznosi svega 1 atmosferu (760mmHg),dok pritisak gasova koji vlada u telesnim tecnostima predstavlja zbir parcijalnih pritisaka vodene pare,ugljen-dioksida,kiseonika,azota u ukupnom iznosu od 4.065mmHg,od cega 97% cini azot.Ocigledno ova ukupna vrednost od 4,065mmHg je daleko veca od pritiska koji spolja deluje na telo.Zbog toga se gasovi oslobadjaju iz rastvorenog stanja I formiraju mehurice koji se sastoje uglavnom od azota kako u tkivima,tako I u krvi,gde mogu da zacepe male krvne sudove. Simptoni dekompresijske bolesti (kesonska bolest).Vecina simptona dekompresijske bolesti nastaje zbog zacepljenja gasnim mehuricima krvih sudova razlicitih tkiva.U pocetku su zacepljeni minijaturnim mehuricima samo najmanji krvi sudovi,ali kako se mehurici stapaju,pogresivno bivaju zahvaceni sve siri krvni sudovi.Posledica ovog procesa je ishemija,a ponekad I smrt tkiva.Najcesci simptomi su bolovi u zglobovima I misicima nogu I ruku,85 do 90% obolelih ima ove simptome. Simptomi od strane nervnog sistema nastaju kod 5 do 10% obolelih od dekompresijske bolesti,u rasponu od vrtoglavice u oko 5% obolelih do paralize,kolapsa ili besvesnog stanja kod oko 3%.Paraliza moze biti privremena,ali u nekim slucajevima,ostecenje ili deo ostecenja je trajno. Na kraju,kod oko 2% osoba obolelih od dekompresijske bolesti dolazi do ugusenja zbog masovnog broja minijaturnih mehurica koji zacepljuju plucne kapilare;simptomi ovog stanja su osecaj nedostatka vazduha cesto pracen teskim edemom pluca I konacno smrt. Eliminacija azota iz organizma;tablice za dekompresiju.Ako ronilac polako izronjava,rastvoreni azot se dovoljno brzo eliminise plucima da se spreci dekompresijska bolest.Da bi se shvatio proces dekompresije,uzimamo primer ronioca koji dise vazduh koji je na dubini od 58m proveo 60min,cija se dekompresija izvodi prema sledecem planu:

6

5. 10 minuta na dubini od 15m 17 minuta na dubini od 12m 19 minuta na dubini od 9m 50 minuta na dubini od 6m 84 minuta na dubini od 3m Komora za dekompresiju I lecenje dekompresijske bolesti.Komora za dekompresiju profesionalnih ronilaca koji je u sirokoj upotrebi je stavljanje ronilaca u komoru pod pritiskom,a onda se pritisak postupno snizava sve do atmosferskog,pri cemu se koristi potpuno isti plan dekompresije.Komore za dekompresiju su cak znacajnije za lecenje onih osoba kod kojih simptomi dekompresijske bolesti nastaju nekoliko minuta do nekoliko sati posle izronjavanja. Ronjenje u zasicenju I upotreba smese helijum-kiseonik pri dubokom ronjenju.Kada ronioci moraju da rade na velikim dubinama-izmedju 75m do skoro 300m-cesto zive danima I nedeljama u velikim komorama za kompresiju,pod pritiskom koji je priblizan pritisku koji vlada na dubini na kojoj ce raditi.Na ovaj nacin omoguceno je da tkiva I telesne tecnosti budu zasicene gasovima kojima ce biti tokom ronjenja.Kada se posle obavljenog rada vrate u iste komore,nece doci do znacajnih promena u pritiscima,tako da ce izostati I stvaranje dekompresijskih mehurica. Pri ronjenju u veoma velikim dubinama,narocito pri ronjenju u zasicenju,cesto se u gasnoj smesi umesto azota koristi helijum iz tri razloga: 1.helijum ima samo jednu petinu narkoticnog dejstva azota. 2.helijum se skoro dvostruko manje rastvara u tkivima od azota,a zapremina koja se rastvori difunduje iz tkiva nekoliko puta brze od azota,sto smanjuje problem dekompresijske bolesti. 3.zbog veoma male gustine helijuma(1/7 gustine azota),otpor u disajnim putevima se odrzava na minimalnim vrednostima,sto je od izuzetnog znacaja,jer komprimovani azot ima veliku gustinu tako da otpor strujanju gasa u disajnim putevima postaje ekstremno visok,pa ponekad rad pri disanju postaje neizdrzljiv. Na kraju,veoma je vazno da se pri ronjenju u velikim dubinama smanji koncentracija kiseonika u gasnoj smesi,jer ce u suprotnom doci do trovanja kiseonikom.

7

6.

Ronjenje pomocu autonomnog ronilackog aparata (SCUBA)Zak Kusto je 1943. Godine konstruisao I popularizovao autonomni ronilacki aparat,koji se popularno naziva SCUBA aparat.Preko 99% SCUBA aparata koji se koristi za sportsko I profesionalno ronjenje imaju otvoreni sistem za cirkulaciju vazduha.Ovaj sistem ima sledece delove: 1.Jednu ili vise boca sa komprimovanim vazduhom ili sa nekom drugom gasnom smesom. 2.redukcioni ventil prvog stepena za smanjenje veoma visokog pritiska u bocama na konstantno nizak pritisak u ustima. 3.kombinovani dovodno-odvodni ventil drugog stepena omogucuje ulazak vazduha u pluca pri veoma malom negativnom pritisku u ustima(na zahtev),a zatim izbacivanje u vodu pritiskom koji je nesto pozitivniji od pritiska okolne vode. 4.masku I sistem creva sa malim mrtvim prostorom. Princip rada otvorenog sistema je sledeci:redukcijoni ventil prvog stepena smanjuje pritisak iz boca na vrednost nesto vecu od okolnog pritiska.Gasna smesa koja se dise ne struji kontinuirano u masku.Pri svakom inspirijumu mali negativni pritisak u masci povlaci membranu ventila drugog stepena koji se otvara, sto automatski propusta vazduh iz creva u masku I u pluca.Na ovaj nacin u sistem udje samo onoliko vazduha koliko je potrebno za udah.Potom,pri ekspirijumu,vazduh ne moze da se vrati natrag u bocu,vec umesto toga se kroz odvodni ventil izbacuje u okolnu sredinu. Najznacajniji problem pri koriscenju SCUBA aparata predstavlja vreme koje ronilac moze da provede pod vodom;npr.na 60m dubine je moguce provesti svega nekoliko minuta.Razlog za ovo je taj sto je za izbacivanje ugljen-dioksida iz pluca potreban ogroman protok vazduha iz boca-sto je dubina veca potreban je I veci protok vazduha u smislu potebne kolicine vazduha u minute,jer je volumen komprimovan na veoma male vrednosti.

7.8

Specijalni fizioloski problem u podmornicamaSpasavanje iz podmornica.Problemi koji se javljaju u podmornicama,posebno kada treba izaci iz potopljene podmornice,u osnovi su isti kao oni koji se javljaju pri dubokom ronjenju.Sve do dubine od 90m moguce je izaci iz podmornice bez koriscenja bilo kakvog aparata. Jedan od glavnih problema u spasavanju je prevencija nastanka vazdusne embolije.Izbacivanje prosirenih gasova iz pluca tokom izronjavanja,cak I bez disanja,cesto je dovoljno brzo da izbaci ugljen-dioksid koji se nagomilao u plucima.Na ovaj nacin se sprecava porast koncentracije ugljen-dioksida u krvi I zelja za disanjem. Zdravstveni problemi u unutrsnjosti podmornice.U atomskim podmornicama postoji opasnost od radijacije,ali se uz odgovarajucu zastitu postize da je kolicina radijacije koju prima posada ispod mora,manja od normalne svemirske radijacije koja se primi na povrsini. U atmosferu podmornice se ponekad mogu osloboditi otrovni gasovi,pa se moraju rano detektovati.Npr.iz dima cigareta,koja posada popusi tokom visenedeljnog boravka ispod povrsine,moze se osloboditi toliko ugljen-monoksida,ukoliko se on ne ukloni iz vazduha,moze nastati trovanje ugljen-monoksidom.

9

8.

Lecenje hiperbarickim kiseonikom

Uoceno je da intezivno oksidativno svojstvo kiseonika pod velikim pritiskom moze imati vredno terapijsko dejstvo kod nekoliko vaznih klinickih stanja.Danas se u mnogim medicinskim centrima nalaze komore za visoki pritisak u koje moze da se smesti pacijent I leci hiperbarickim kiseonikom.Preko maske ili intratrahealnog tubusa se daje kiseonik,obicno pod pritiskom od 2 do 3 atmosfere,dok je gas oko pacijenta normalan vazduh komprimovan pod istim pritiskom kao I kiseonik.Terapija hiperbarickim kiseonikom je narocito korisna u sledecim stanjima: Verovatno najuspesnija primena hiperbaricnog kiseonika je u terapiji gasne gangrene.Bakterije koje prouzrokuju ovo oboljenje,klostridije,najbolje rastu u anaerobnim uslovima I prestaju da rastu pri PO od oko 70mmHg. Rezultati ukazuju na to da hiperbaricka oksigenacija moze da bude isto tako uspesna u lecenju lepre kao I u lecenju gasne gangrene-zbog izuzetne osetljivosti bacila lepre na kiseonik pod velikim pritiskom. Ostala stanja u kojima lecenje hiperbarickim kiseonikom moze da bude od koristi ili bar od neke koristi su:dekompresijska bolest,arterijska gasna embolija,trovanje ugljenmonoksidom,osteomijelitis I infarkt miokarda.

10

SADRZAJ:

Uticaj visokih parcijalnih pritisaka gasova na organizam.1

Toksicnost kiseonika pri visokim pritiscima2

Dekompresija ronioca posle izlaganja visokim pritiscima3

Ronjenje pomocu autonomnog ronilackog aparata (SCUBA)7

Specijalni fizioloski problem u podmornicama...8

Lecenje hiperbarickim kiseonikom9

11