Ronjenje i hiperbarična fiziologija

Ronjenje mijenja okolni pritisak, gustinu gasa i parcijalne pritiske koje tkiva susreću. Isti gasni sastav zato nema isti fiziološki učinak na različitoj dubini. Mehaničko sabijanje, rastvaranje gasova i njihovi ćelijski efekti predstavljaju povezane, ali različite procese. Razumijevanje ovih procesa zahtijeva jasno razdvajanje ukupnog pritiska, zapremine i sastava smjese.

Pritisak i zatvoreni gas

Hidrostatski pritisak raste sa dubinom. Za zatvorenu količinu gasa pri istoj temperaturi, veći pritisak znači manju zapreminu. To opisuje Boyleov zakon, koji je model gasa, a ne model elastičnosti živog tkiva.

Pluća, srednje uho i druge gasne šupljine nisu jednako otvoreni prema okolini. Kada je komunikacija ograničena, razlika pritiska opterećuje granice prostora. Pri spuštanju se gas sabija, a pri povratku prema manjem pritisku širi. Mehanička posljedica zavisi od mogućnosti izjednačavanja i podatnosti tkiva, a ne samo od hemijskog sastava gasa.

Kod disanja gasa dovođenog pod okolnim pritiskom, plućni volumen ne prati jednostavno sabijanje zatvorenog balona. Nova količina gasa ulazi pri većem pritisku. Kasniji pad spoljašnjeg pritiska može omogućiti širenje tog gasa, pa otvorenost puteva i promjena volumena ostaju važne.

Parcijalni pritisak i rastvaranje

Daltonov princip vezuje parcijalni pritisak gasa za njegov udio i ukupni pritisak. Henryjev princip povezuje ravnotežnu rastvorenu koncentraciju sa parcijalnim pritiskom i rastvorljivošću. Veći pritisak zato može povećati rastvoreni gas čak i kada udio smjese ostane isti.

Tkiva ne dostižu novu ravnotežu trenutno. Brzina zavisi od perfuzije, difuzione udaljenosti i rastvorljivosti u konkretnom tkivu. Različiti dijelovi organizma zato mogu istovremeno nositi različite količine inertnog gasa. Vrijeme izlaganja postaje važna varijabla pored dubine.

Azot i kiseonik imaju različite efekte

Pri visokom parcijalnom pritisku azot može djelovati narkotično i narušiti sposobnost procjene i koordinacije. To je funkcijski učinak rastvorenog gasa na nervni sistem. Ne zahtijeva stvaranje mjehura i zato se razlikuje od dekompresione bolesti.

Visok parcijalni pritisak kiseonika može povećati stvaranje reaktivnih kiseoničnih vrsta iznad zaštitne sposobnosti ćelije. Toksičnost zavisi i od pritiska i od trajanja izlaganja, a nervni i plućni efekti ne moraju imati isti vremenski obrazac. Kiseonik je neophodan za metabolizam, ali povećanje njegove dostupnosti nema neograničenu korist.

Gušći gas povećava mehanički zahtjev protoka kroz disajne puteve. Otpor opreme i prostor za ponovno udisanje takođe mogu uticati na ventilaciju. Sama dubina ne mora povećati CO2 ako alveolarna ventilacija prati proizvodnju. Retencija nastaje kada rad disanja, oprema ili obrazac disanja naruše taj bilans.

Pad pritiska i mjehuri

Pri smanjenju okolnog pritiska tkivo može postati prezasićeno inertnim gasom u odnosu na novu ravnotežu. Gas mora preći u krv i pluća, ali uklanjanje ima konačnu brzinu. Ako se stvore mjehuri, njihovi efekti mogu uključiti vaskularnu prepreku, lokalno oštećenje i reakciju tkiva.

Ovaj proces se razlikuje od širenja gasa koji je već bio u zatvorenoj šupljini. Dekompresioni mjehuri nastaju iz prethodno rastvorenog gasa; barotrauma nastaje zbog pritiska i promjene zapremine u postojećem gasnom prostoru. Mogu biti povezani istim promjenama okoline, ali imaju različite neposredne uzroke.

Rastvorljivost nije jednaka u svim tkivima. Zato jednaka promjena spoljašnjeg pritiska ne znači jednak sadržaj azota u svakom organu, niti jednaku brzinu njegovog kasnijeg odstranjivanja.

Zapamti

Boyle opisuje promjenu zapremine, Dalton parcijalni pritisak, a Henry rastvorenu količinu. Dubina i vrijeme djeluju zajedno. Mjehuri iz rastvorenog gasa i širenje postojećih šupljina nisu isti mehanizam oštećenja.