Układ oddechowy w nurkowaniu

Mechanizm wdechu i wydechu polega na wytworzeniu pomiędzy atmosferą i wnętrzem płuc różnicy ciśnień powodującej przepływ powietrza.

  • WDECH - skurcz mięśni międzyżebrowych i przepony powoduje wzrost objętości klatki piersiowej, to powoduje spadek ciśnienia wewnątrz płuc i napływ czynnika oddechowego. Fizjologicznie człowiek bierze wdech przez nos, w nurkowaniu tak się nie dzieje, wdech jak i wydech robimy ustami, dalej czynnik oddechowy płynie przez gardło, krtań, tchawicę oskrzela do płuc. W płucach z czynnika oddechowego jest pobierany tlen O2 a wydalany dwutlenek węgla CO2. Oczywiście należy zdawać sobie sprawę że do krwioobiegu przechodzi nie tylko tlen ale wszystkie gazy znajdujące się w czynniku oddechowym, mowa tu o azocie oraz o helu. gazy te jednak nie są przez organizm zużywane i w trakcie wynurzania musza być z organizmu wydalone. Więcej o tym zjawisku w dziale choroba dekompresyjna.
  • WYDECH - zwolnienie napięcia mięśni międzyżebrowych i przepony powoduje  spadek objętości klatki piersiowej i płuc, wzrasta ciśnienie powietrza wewnątrz płuc i nadmiar powietrza zostaje  wypchnięty przez oskrzela, tchawicę, krtań, gardło i jamę ustną lub nosowa na zewnątrz ciała.

Pojemności oddechowe.


Mechanizm wymiany gazowej w pęcherzykach płucnych i w tkankach zachodzi na drodze dyfuzji czyli fizycznego przemieszczania się cząsteczek gazów zgodnie z istniejącą różnicą (gradientem) stężeń (ciśnień parcjalnych) tlenu i CO2. W płucach - tlen zgodnie z różnicą ciśnień przemieszcza się z pęcherzyków płucnych do krwi przepływającej przez oplatające je naczyniach krwionośne, dwutlenek węgla wędruje w przeciwnym kierunku. W tkankach - tlen dyfunduje z krwi do tkanek i komórek ciała, natomiast CO2 przemieszcza się z tkanek do naczyń krwionośnych.

Sterowanie procesem oddychania

Ruchy oddechowe znajdują się pod kontrolą układu nerwowego wysyłającego impulsy do mięśni oddechowych. Ten mimowolny proces odbywa się automatycznie i zazwyczaj nieświadomie (nie przestajemy przecież oddychać śpiąc lub czytając ciekawą książkę). Głównym czynnikiem pobudzającym układ oddechowy i określającym szybkość i głębokość procesu oddychania jest ilość CO2 w krwi. Poziom tej substancji jest analizowany przez odpowiednie receptory układu nerwowego i nawet niewielki wzrost stężenia CO2 prowadzi do przyspieszenia i pogłębienia oddechu. Poziom tlenu w krwi aczkolwiek decydujący o prawidłowym funkcjonowaniu organizmu nie wpływa znacząco na regulację procesu oddychania.

Tempo oddychania:

Silne emocje takie jak strach czy stres mogą wpływać na tempo oddychania podnosząc jego częstotliwość, co dla płetwonurka oznacza szybsze zużycie rezerw powietrza. To dla tego w trakcie pierwszych nurkowań adepci zużywają zawsze więcej powietrza niż ich instruktor. Sposób oddychania pod woda jest bardzo ważny. Zbyt płytki oddech może prowadzić do zatrucia CO2 co jest bardzo niebezpieczne w trakcie nurkowań głębokich.

Zatrzymanie oddechu

W pewnych granicach możemy kontrolować proces oddychania, wstrzymując je nawet na kilka minut. Kiedy jednak stężenie CO2 w krwi osiągnie odpowiednio wysoki poziom, dalsze powstrzymanie oddechu staje się niemożliwe i po wydechu musimy wykonać kolejny wdech - moment ten nazywamy punktem przełamania. Hiperwentylacja pozwala na wstrzymanie oddechu dłużej, dzieje się tak dzięki obniżeniu poziomu CO2 w organizmie, później nastąpi punkt przełamania. Zaznaczę, że w niektórych przypadkach hiperwentylacja może doprowadzić do utraty przytomności (omdlenia) pod wodą(blackout).

Hipokapnia

Hipokapnia to zbyt niski poziom dwutlenku węgla w organizmie. Zbyt niski poziom dwutlenku węgla może spowodować zaburzenia w normalnym cyklu oddechowym, wiemy, ze to poziom dwutlenku węgla decyduje o odruchu wykonania wdechu. Hipokapnia może być wywołana przez nurka w trakcie nurkowania nieświadomie, przez zbyt intensywną wentylację wywołaną np. stresem, lub świadomie przez hiprwentylację w trakcie ćwiczeń bezdechowych. Hipokapnia w pierwszym przypadku prowadzi do bólu głowy w drugim może doprowadzić do omdlenia (blackout).

Hiperkapnia

Hiperkapnia

to nadmierny poziom dwutlenku węgla w organizmie, czyli sytuacja odwrotna do hipokapni. Wywoływana może być przez:

  • przestrzenie martwe na drodze powietrza, tchawicę, krtań, gardło i jamę ustną oraz drugi stopień automatu oddechowego. Obecnie objętość drugiego stopnia automatu jest na tyle niewielka, że wpływa w sposób minimalny na wymianę gazową.
  • wstrzymywanie wydechu i przetrzymywanie wdechu,
  • bardzo płytkie i gwałtowne oddychanie wywołane stresem lub zmęczeniem, jest to sytuacja bardzo niebezpieczna bo prowadzi do wzrostu poziomu dwutlenku węgla CO2, a w konsekwencji do wzrostu prędkości oddychania. Stres jak i zmęczenie będzie wzrastać, aż do wymknięcia się sytuacji z pod kontroli. W takim przypadku należy zatrzymać się, uspokoić oddech, pomyśleć i dopiero dalej działać.
  • nadmiernym zanieczyszczeniem czynnika oddechowego w dwutlenek węgla CO2 (niesprawna sprężarka, spaliny zasysane przez wlot sprężarki),
  • nurkowania na rebreatherze z zużytym absorbentem,
  • kombinację wyżej wymienionych czynników.

Hiperkapnia prowadzi do  bólów głowy i przyspieszenia oddechu. W ciężkich przypadkach wywołuje  dezorientacje i utratę przytomności. Ryzyko hiperkapni rośnie wraz z głębokością nurkowania, na skutek wzrostu ciśnienia parcjalnego CO2 przy tym samym składzie procentowym. O wpływie CO2 na organizm można przeczytać na stronie - dwutlenek węgla CO2.

Hipoksja

Hipoksja niedobór tlenu w tkankach - w nurkowaniu może powstawać na skutek oddychania mieszanką o zbyt małym ciśnieniu parcjalnym tlenu (poniżej 0,16at czyli np. oddychania mieszanką o zawartości tlenu 16% powyżej powierzchni wody, lub mieszanką o zawartości 8% tlenu na głębokości mniejszej niż 10m), oddziaływaniu  toksyn uniemożliwiających transport tlenu poprzez zmiany w hemoglobinie (np. tlenek węgla). W nurkowaniu bezdechowym (free diving) powstaje na skutek prowadzenia ćwiczeń bezdechowych (na zatrzymanym oddechu), czyli długotrwałego wstrzymywania oddechu w trakcie zanurzenia. Hipoksja prowadzi do (omdlenia) pod wodą (blackoutu) i jeżeli osobie takiej nie zostanie szybko udzielona pomoc (czytaj wyciągnięta na powierzchnię wody z udrożnionymi drogami oddechowymi), dochodzi do zatrzymania akcji serca i śmierci. W przypadku blackoutu wznowienie akcji oddechowej następuje prawie we wszystkich przypadkach samoistnie, jeżeli pomoc została udzielona szybko (kilka sekund), w przypadku, kiedy do czynienia mamy z zatruciem tlenkiem lub dwutlenkiem węgla sytuacja jest bardzo poważna.

Hipoksja, zależnie od tego jak dużo tlenu znajduje się w mieszance oddechowej może postępować powoli lub bardzo szybko, np. przy oddychaniu mieszakami bez tlenu. Sam kiedyś sprawdzałem (nie było to rozsądne) jak oddycha się czystym helem. Przy oddychaniu nie czuć żadnej różnicy (wiadomo gazy są bez zapachu), jednak po 4-5 wdechach poczułem niemoc i dezorientację. Niemoc to w tym przypadku najlepsze słowo, siły mnie opuściły, przestałem oddychać helem, zacząłem wciągać do płuc powietrze, usiadłem na ziemi i oparłem się o ścianę, czułem że nic więcej nie jestem w stanie zrobić, starałem się tylko oddychać, wdeeeech, wyyydech, wdeeech, wyyydech. Wdechy robiło się bardzo ciężko, czułem olbrzymie oszołomienie i sadziłem, że zaraz stracę przytomność. Na szczęście przytomności nie straciłem, ale wstać mogłem dopiero po kilku minutach, oszołomienie przeszło kilka minut później. Więcej tego robił nie będę:).

Widziałem również objawy hipoksji przy zatruciu dwutlenkiem węgla, grupa pracowników pompowała wodę  z komór wypornościowych barki. To była przestrzeń zamknięta o wymiarach  20m x 10m x 2m, do której prowadziło jedno wejście o średnicy 80cm, w środku oczywiście brak wentylacji. Pracowały dwie pompy spalinowe, nagle zgasła jedna pompa, potem druga, do środka weszło trzech pracowników, aby je ponownie uruchomić i przestawić w nowe miejsce. Wrócili bardzo szybko, bo okazało się, że aby przesunąć pompę potrzebują klucze do rozkręcenia węży, a poza tym poczuli się źle. Pierwszych dwóch wyszło przez właz o własnych siłach, trzeci stracił przytomność w połowie włazu, następny po około dwóch minutach stał się wiotki i nie był w stanie utrzymać się na nogach, to samo, trzy może cztery minuty później stało się z trzecim pracownikiem. Podano im tlen. Byli w stanie wstać po około 20-30minutach, ale niemoc czuli jeszcze przez kilka godzin. Zobacz zatrucie dwutlenkiem węgla CO2. Jakie było stężenie tlenu i dwutlenku węgla w komorach wypornościowych barki? Powiem szczerze nie wiem, jedno jest pewne pompy zgasły, bo było zbyt mało tlenu, aby mógł pracować silnik spalinowy.