Fizika i fiziologija ronjenja s Nitroxom

Tekst: Vedran  Dorušić, NAUI Nitrox instruktor

       Kako sam se u životu sretao s gomilom knjiga koje su bile pretrpane formulama i jednadžbama koje su me samo nervirale, pokušat ću smanjiti njihov broj na minimum. Nažalost fizika bez formula i jednadžbi jednostavno ne ide. Kako ovaj tekst pišem za sportske ronioce smatram da vas ne moram gnjaviti s Heny-em i Daltonom, te ćemo zakone samo primijeniti na Nitrox. Odnosno da bi mogli izračunati apsolutni tlak za svaku dubinu te parcijalni tlak kisika u mješavini za svaku dubinu.

Nove stvari s kojima se nisu sretali ronioci koji za ronjenje koriste zrak je maksimalna operativna dubina za neku EANx mješavinu (MOD), te odrediti najbolji postotak kisika za određenu dubinu ( Best Mix)

Plinovi

            Većina sportskih ronilaca diše komprimirani zrak, koji je smjesa raznih plinova. Dok tehnički ronioci za disanje koriste plinske mješavine. Zrak je mješavina koja se sastoji većinom od dušika i kisika a uz njih sadrži i vodenu paru te plemenite plinove, te zagađenja

Tipičan je uzorak 21% kisika,78% dušika i 1% ostalih plinova.  Naravno da i Nitrox sadrži iste plinove kao i zrak, samo su oni u drugim omjerima. To ovisi i o načinu pripreme Nitroxa ali o tome u posebnom poglavlju.

Dušik

            Dušik je plin bez boje okusa i mirisa. On je glavna komponenta Zemljine atmosfere. Naše tijelo ga ne koristi tj. on ne sudjeluje u kemijskim procesima u organizmu zato još nazivamo i inertnim plinom. Kada se diše pod povećanim tlakom on uzrokuje dubinsko pijanstvo i dekompresijsku bolest.

Kisik

             Kisik je bezbojan plin bez boje okusa i mirisa. Jedan je od najrasprostranjenijih elemenata na Zemlji. Ljudsko tijelo koristi kisik  za kemijske reakcije oksidacija (izgaranja) i tako iz kemijske proizvodi toplinsku i mehaničku energiju. Taj proces naziva se metabolizam i zbog toga je kisik metabolički plin. Kisik u plinskim mješavinama mora biti unutar strogo određenih granica, ne poštivanje ovih granica može uzrokovati ozbiljne probleme za ronioca.  Rukovanje čistim kisikom može biti vrlo opasno!!!

Argon

U onih ostalih 1% ima dosta Argona. Argon se u ronilačkoj literaturi nepravedno zapostavlja. Argon ima narkotička svojstva slična kao i dušik pa se  taj jedan posto dodaje dušiku. Po nekim autorima Ar ima i tri puta jači narkotički potencijal od dušika. Ali argon ima jedno odlično svojstvo koje su ronioci znali prepoznati, on je odličan izolator zato se u ronjenju koristi za punjenje suhih odijela.

Helij

Iako na za ovu priču nije bitan spomenuti ćemo ga. Njegova najveća prednost je jako mali narkotični potencija odnosno ne uzrokuje narkozu kao dušik. Zato ga ronioci stavljaju u mješavine za dublja ronjenja. Može se koristiti u mješavini s kisikom i duškom tada tu mješavinu nazivamo Trimix . Ili u kombinaciji samo s kisikom to nazivamo Heliox. Razlog zašto se ne koristi masovnije kod nas je svakako cijena.

Plinski zakoni

.          

       Henry-ev zakon navodi da je količina plina koji će se otopiti proporcionalna sa parcijalnim tlakom tog plina i obrnuto proporcionalna sa apsolutnom temperaturom. Što je veći parcijalni tlak plina, otopit će se više plina. Kako se temperatura smanjuje, oslobađat će se više plina. Važno je uočiti da Henry-ev zakon gleda količinu plina u otopini kada je postignuto stanje ravnoteže. On ne specificira kako brzo se to stanje postiže.

Otapanje dušika u organizmu je određeno Henry-evim zakonom. Što dublje ronite, bit će veći parcijalni tlak dušika, a time će se više dušika otapati u organizmu. Pri izronu, parcijalni tlak plinska će se smanjiti. Plin u otopini će se tada osloboditi iz otopine kako bi ostao u stanju ravnoteže. Ako je to oslobađanje iz tkiva prebrzo da organizam može podnijeti, rezultat će biti dekompresijska bolest.

Kod upotrebe Nitroxa smanjenje parcijalnog tlaka dušika riješeno je tako da se jedan dio frakcije dušika zamijeni kisikom. Krajnji dobitak je sporije otapanje dušika u tijelu te duža vremena ronjenja unutar krivulje sigurnosti. U tablici su prikazana maksimalna vremena ronjenja na određenoj dubini bez obaveznih dekompresijskih zastanaka. Vremena u zagradama označuju parcijalni tlak kisika veći od 1,4 ATM što se ne koristiti u sportskom ronjenju.  Iz tablice jasno možete vidjeti prednosti Nitroxa nad zrakom.

.

Daltonov zakon

      Dalton je otkrio da kada su plinovi zajedno u nekom spremniku , svaki plin se ponaša kao da je on jedini plin prisutan. Stoga ukupni tlak u zatvorenom sistemu se može dobiti zbrajanjem tlakova svih pojedinih komponenti u smjesi. Tlak svake pojedine komponente se naziva parcijalni tlak.

Kako izračunati parcijalni tlak nekog plina. Nije teško ali ne ide bez ove formule. Pomoću ove formule možete izračunati baš sve što vam treba a ne samo parcijalni tlak nekog plina u mješavini.

Pp = Fp x Pa

Gdje je Pp parcijalni tlak plina, Fp je frakcija plina a Pa apsolutni tlak

      Naravno da se ronjenje treba prvo planirati a tek onda analizirati. Objasniti ćemo kako pripremiti optimalni Nitrox za neku dubinu.

Pomoću ove formule možemo izračunati najbolju mješavine takozvanog Best Mix-a. Kako se to radi, jednostavno uvrstimo ono što znamo a to je maksimalni parcijalni tlak kisika za sportsko ronjenje a to je 1,4 ATM te dubina na kojoj želimo roniti. Naravno da se u mješavini trudimo imati što više kisika jer tako smanjujemo količinu dušika i produžujemo vrijeme dna.

 Primjer: želimo roniti na olupini koja se nalazi na 33metra dubine. To je 4,3 ATM apsolutnog pritiska ( valjda se sjećate prvog tečaja ). To uvrstimo u formulu 1,4=Fpx4,3 okrenemo  Fp=1.4/4.3  a to je Fp= 0.32 tj. u mješavini trebamo imati 32% kisika a to nazivamo i EAN 32 ili Nitrox 32 itd. Kad bi usporedili ovo ronjenje i ronjenja sa zrakom vidjeli biste da vam nitrox daje 10 minuta više. A 10 minuta na 33 metra je solidna razlika.

Primjer iz naše ronilačke prakse izgleda drukčije. Mi obično nešto imamo, tko zna od kuda pa što sad s tim. Za primjer recimo da radite u centru i da je neko fulao kad je miješao Nitrox i napravio EAN 29 pa vam gazda dao da to potrošite. Zbog sigurnosti ako ne znate izračunati no deko time  za ovu mješavinu ( i to se da) najbolje je roniti kao da imate u boci zrak.

  Ali do koje dubine smijemo zbog kisika?  Opet ista formula samo znamo druge stvari.  Pp=FpxPa  znaći Pp u sportskom ronjenju znamo ( 1,4 ATM ) frakciju kisika imamo 29%

Kad to uvrstimo dobijemo Pa = 1,4 / 0,29 = 4,82 ATM a to je 38 metara dubine. Tako dobivena dubina naziva se maksimalna operativna dubina (engl. MOD Maksimum Operativ Depth). Ako ovo ronjenje odronite kao da imate zrak dosta ćete podići sigurnost ronjenja. Ako pak imate kompjuter koji ima Nitrox opciju produžiti ćete no deko time.  Ovo vrijedi kada imate poznatu mješavinu. Nikada nemojte roniti s nepoznatom mješavinom. Posljedice nepoštivanja ovog pravila mogu biti kobne!!!

Fiziologija ronjenja s Nitroxom

            Već prije smo opisali plinove i naveli za što ih koristimo u ronjenju. U ovom poglavlju ćemo ih opisati s fiziološkog gledišta.

Dušik

     Dušik je inertna komponenta mješavine. Otapa se u tkivima i uzročnik je dekompresijske bolesti. Količina otopljenog dušika u tkivima ovisi o frakciji dušika u nitroxu i apsolutnom tlaku okoline. Otapanje dušika u tkivima naziva se saturacija a otpuštanje dušika desaturacija ili dekompresija.

            Dušik ima narkotično djelovanje na ronioca  kod povećanih parcijalnih pritisaka. Narkoza se javlja na već na malim dubinama. Znakovi su euforija, usporene i konfuzne reakcije, gubitak memorije, slabija koordinacija pokreta, itd. Narkozu kod ronjenja na zrak ne možemo izbjeći niti se možemo naviknuti na nju, jednostavno moramo se nositi s njom. Da biste to shvatili najbolje je otići u neku od barokomora i testirati se. To je dragocjeno iskustvo koje svakom roniocu da do znanja kako tlakovi utječu na njegove reakcije. Osim narkotičnog djelovanja dušik je odgovoran i za nastanak dekompresijske bolesti.

Smanjenjem frakcije dušika u nitroxu smanjujemo i narkotično djelovanje dušika, te smanjiti rizik od dekompresijske bolesti.

Kisik

            Kisik nam je neophodan za život pa tako svaka mješavina prvo mora zadovoljiti naše potrebe za kisikom. Ljudski organizam je naviknut na disanje mješavine u kojoj ima 21% kisika na 1ATM. Znači nama je normalan tlak kisika od 0,21ATM,  na većim tlakovima je otrovan i  opasan. Zato se kod pripreme plinskih mješavina posebna pozornost posvećuje baš njemu. Osim ovih svojstava kisik pokazuje i narkotično djelovanje.

HIPOKSIJA I HIPEROKSIJA

            Kako naše tijelo prepoznaje parcijalne tlakove ( tj. ne zanimaju ga postoci) svi pojmovi vezani uz djelovanje plinova biti će uz neki Ppo₂ (parcijalni tlak ) . Dolje navedeni pojmovi direktno vezani uz parcijalni tlak kisika u organizmu. Stanje hipoksije nastupa kad P po₂ padne ispod 0,16 ATM .  Radi ilustracije na 100 metara dubine možete disati mješavinu  u kojoj ima 2% kisika. Razlog za to je okolni tlak od 11 ATM kad to pomnožite s frakcijom kisika dobiti ćete da dišete kisik na gotovo istom  tlaku kao i kad ovo čitate (sitnicu većem) .

            Hiperoksija je situacija pretjeranog Ppo₂ u tkivima , tada kisik postaje toksičan .

Hiperoksija nastupa kada Po₂ postane previsok, tolerancija na Po₂ je individualna pa je granična vrijednost za sportska ronjenja  ograničena na Po₂=1.4 ATM i 1.6 ATM za kratkotrajna izlaganja u nuždi ili spašavanju..

TABLICA GRANIČNIH VRIJEDNOSTI PARCIJALNIH PRITISAKA KISIKA

TROVANJE CNS-a KISIKOM

            Pod povećanim parcijalnim tlakom kisik nekog vremena izaziva trovanje centralnog nervnog sistema(CNS-a). To je opasniji vid trovanja od plućnog oblika trovanja a osim toga u ronjenju se češće pojavljuje. Trovanje kisikom može rezultirati utapanjem, zato ga treba ozbiljno shvatiti.

Glavi simptomi trovanja su: zvonjenje u ušima, problemi s vidom zatim konvulzije. Mučnina, peckanje, tikovi mišića lica, nadražljivost, rastresenost, euforija, vrtoglavica, nedostatak daha. Različiti organizmi različito djeluju na povećani parcijalni pritisak kisika. Otežavajući faktori kod koji treba primijeniti konzervativniji pristup u planiranju ronjenja su: povećana fizička aktivnost, slaba kondicija, individualna osjetljivost, stres, loš dan itd.

Važno je napomenuti da do konvulzija uslijed trovanja kisikom može doći i bez najave odnosno prethodnog upozorenja. Ako primijetimo znakove trovanja CNS-a, treba se dignuti na manju dubinu, i time smanjiti Po₂ u plućima, te prekinuti svaku fizičku aktivnost. Nakon što su prošli znakovi trovanja ne smijemo nastaviti roniti nego kontrolirano izranjamo na površinu.

Ako dođe do jakog trovanja nastupiti će konvulzije koje mogu rezultirati prestankom disanja i nesvjesticom koje traju oko jednu minutu. Najveća opasnost je ispadanje regulatora iz usta ronioca i utapanje, problem je tim veći kod spašavanja jer ronilac drži usta u čvrstom zagrizu. Takvom roniocu treba omogućiti da diše te se s njim polako dizati na manju dubinu.

TROVANJE PLUĆA KISIKOM

            Ovo trovanje obično se javlja kod kroničnih bolesnika u bolnicama. Kod sportskog ronjenja ga ni nema. Trovanje pluća kisikom uzrokuje dugotrajno izlaganje povećanim parcijalnim pritiscima kisika. Simptomi su bol u grudnom košu, suhi kašalj i otežano disanje. Trovanje se može javiti kod izraziti dugi ekspozicija kao kod ronjenja u saturaciji ili dugih dekompresijskih zastanaka gdje se koristi 100%-tni kisik. Analizirajući mješavinu spriječiti ćemo greške, izračunavanjem ¨Oxigen clocka¨ spriječiti ćemo trovanje kisikom. Odabirom Best mix-a svesti ćemo ove rizike na minimum.

MAKSIMALNA DOZVOLJENA IZLOŽENOST KISIKU

NOAA je odredila maksimalne vrijednosti koje su uglavnom sve agencije prihvatile.

Maksimalni dozvoljeni parcijalni tlak kisika je 1,4 ATM i maksimalno vrijeme za jedno ronjenje je 45 minuta. NAUI U tablici vidimo da su osim maksimalnih jednokratnih vremena izlaganja kisiku prikazana i ukupna vremena unutar 24 sata. Izloženost parcijalnim tlakovima preko 1,4 ATM dozvoljene su jedino u slučaju hitnoće i ne treba ih prekoračivati.  Također postoje faktori koji nas obavezuju na smanjenje parcijalnog tlaka kisika. Neki od njih su: povećana fizička aktivnost, povećani parcijalni tlak CO₂ , osjetljivost na kisik, uzimanje lijekova itd.

            Smanjivanjem maksimalnog parcijalnog tlaka kisika povećavamo vrijeme ronjenja kao što vidimo u tablici. Kod ponovljenih ronjenja potrebno je izračunati ¨Oxigen clock¨ pomoću tablice ili računanjem, odnosno koliko smo  od ukupnog dozvoljenog vremena kisika već potrošili na prethodnim ronjenjima. Maksimalna vrijednost ¨Oxigen clock¨-a može biti 100% u 24 sata.

            NOAA zahtijeva pauzu od 45 minuta ako smo potrošili 50%ili više ¨Oxigen clock¨-a.

Odnosno  2 sata ako smo potrošili 80%, Nadalje smatra se da nakon 12 sati je naš ¨Oxigen clock¨ na nuli tj. da nemamo nikakvog duga kisika. Kod ponovljenih ronjenja potrebno je uzeti u obzir i maksimalno vrijeme unutar 24 sata.