Disanje pod natpritiskom
Disanje pod natpritiskom je veštačko povećanje smanjenog parcijalnog pritiska kiseonika u udahnuti vazduhu, kao jedna od osnovnih mera u borbi protiv smanjenog barometarskog pritiska atmosferskog vazduha i pojave hipoksije u telu pilota za vreme letenja na velikim visinama.[1][2]
Osnovne postavke uredi
Fizičko-hemijske karakteristike atmosfere uredi
Vazdušni omotač Zemlje sastoji se od mešavine gasova. Ma koliko daleko se pružala gasovita frakcija atmosfere od površine Zemlje na nju bitno utiču dva faktora; toplotno zračenje Sunca i gravitacija Zemlje.
Toplotno zračenje Sunca pojačava težnju atmosferskih gasova da se šire u okolnu vakuuma kosmosa. „Rasipanju“ molekula vazduha u kosmosu efikasno se suprotstavlja Zemljina teža. Posledica toga je jasna tipizacija gustine i pritiska atmosfere po njenom vertikalnom preseku.
Gustina (d) gasa je definisana kao masa u jedinici zapremine i izražena je gramima u kubnom metru. Na nivou mora gustina atmosfere je 1.200 gr/m³. Sa povećanjem visine (pod pretpostavkom da je temperatura konstantna) gustina atmosfere opada eksponencijalno. To znači da se gustina smanjuje jednako srazmerno sa jednakim intervalima visine. Tako na visini od 5.500 m gustina vazduha je je upola manja nego na nivou mora. Na visini od 11.000 m gustina iznosi 1/4 vrednosti na nivou mora.
Pritisak (p) je količnik sile koja deluje na površinu ili uopšteno, pritisak se definiše kao odnos sile (F) i površine (S) na koju ta sila deluje pod pravim uglom. Ovaj odnos predstavlja se formulom:
Atmosferski pritisak je direktna posledica težine vazduha. Vazdušni pritisak se meri u gramima po kubnom santimetru i milimetrima žive. Jedna standardna atmosfera je težina vazdušnog stuba koji vrši pritisak na živin stub površine 1 sm² i iznosi 760 mmHg ili 1 bar = 1,3 kRa.
U međunarodnom sistemu mernih jedinica (SI) pritisak se meri paskalom (Ra), koji je definisan kao sila od 1 njutna (N) po 1 m², što se predstavlja formulom:
Pritisak vazduha razlikuje se sa promenom mesta na Zemlji i vremena jer se količina (i težina) vazduha iznad Zemlje isto tako razlikuje. Atmosferski pritisak se smanjuje za 50% na visini od oko 5.000 m (kao što se i oko 50% ukupne mase atmosfere nalazi unutar najnižih 5.000 m). Prosečni atmosferski pristisak izmeren na nivou mora iznosi oko 1 bar = 1 atm = 101.3 kRa. ° Sa povećanjem visine barometarski pritisak opada eksponencijalno, slično gustini vazduha (prikazano na tabeli ispod), uz neznatna odstupanja u padu pritiska sa visinom što je prouzrokovano temperaturom atmosfere.
Promena atmosferskog pritiska, parcijalnog pritiska kiseonika i temperature sa visinom Visina (m) Pritisak (mmHg) Pritisak kiseonika (mmHg) Temperatura ( °C) na nivou mora 760 (664—803) 159 +15 5.500 380 75 - 21 11.000 190 38 - 52 15.000 87 18 - 55 19.350 47 0 - 55
Atmosfere sa gledišta fiziologije letenja uredi
Nakon što je u prethodnom delu prikazan pregled fizičko-hemijskih uslova u atmosferi, s glediša letenja na visini, u ovom delu biće prikazane neke od mnogostrukih funkcija atmosfere i njeni učinci na letenje. Ove funkcije i učinci atmosfere ne završavaju se na njenim materijalnim granicama; već štaviše oni su ograničeni različitim visinama. Ovi fizilioški nivoi koji su označeni i kao funkcionalni limiti ili granice atmosfere od kojih zavisi održanje života su;
Fiziološka zona (granica) atmosfere ili zona potpune kompenzacije (koja se proteže od 0 m do 3.000 m nadmorske visine)
Funkcionalna (vitalna) granica atmosfere (koja se nalazi na 15.000 m visine) je zona zemljine atmosfere na kojoj je „vreme čiste svesti“ nakon naglog gubitka pritiska (npr dekompresije kabine tokom letenja avionom) samo 15 sekundi.
Fiziološka granica funkcija atmosfere, poznata pod nazivom Armstrongova granica (koja se nalazi na oko 19.000 m visine) je zona zemljine atmosfere na kojoj će zbog pada atmosferskog pritiska ispod 47 mmHg, telesne tečnosti u telu čoveka proključati.
Zato su sa gledišta letenja čoveka i vazduhoplovne i kosmičke medicine,, koje se bave izučavanjem tih uticaja na organizam pilota i kosmonauta, funkcije i učinci atmosfere podeljeni u više kategorija (10), od kojih će u ovom članku biti razmotrene dve, neposredno povezane sa funkcionalni limitima ili granicama atmosfere;
Pritisak kiseonika i disanje uredi
Ključna uloga atmosfere u održavanju života na Zemlji je obezbeđenje kiseonika za disanje. U gornjim slojevima atmosfere iznad 100 km ili Karmanove linije, on je otkriven samo u obliku atomskog kiseonika nastalog u procesu fotodisocijacije biatomskog kiseonika (O2) pod uticajem vrlo kratkog ultravioletnog zračenja.
Fiziološka zona atmosfere ili zona potpune kompenzacije proteže se od nivoa mora do 3.000 m visine. To je zona do koje se čovekovo telo dobro prilagođava visini. Nivo kiseonika u ovoj zoni je dovoljan da zadrži normalnu, zdravu osobu u fiziološkom stanju bez pomoći posebne zaštitne (visinske) opreme. Promene u atmosferskom pritisku sa brzim usponima u ovoj zoni mogu jedino da izazovu osećaj pritiska ili pucketanja u uvu ili sinusim zarobljenim gasom, koji se sa porastom visine širi u u ovim šupljinama. Međutim, ove promene su relativno slabe u poređenju sa barotraumatskim oštećenjima telesnih šupljina i drugih organa ispunjenih vazduhom, koja mogu nastati na većim nadmorskim visinama.
Parcijalni pritisak kiseonika rapidno opada sa visinom, a to sniženje odgovara opadanju celokupnog barometarskog pritiska (vidi gornju tabelu) u atmosferi. U odnosu na nivo mora, gde parcijalni pritisak kiseonika iznosi 159 mmHg, na 11.000 m on iznosi 1/4 ili 37 mmHg, a na 19.000 m, ili na nivou Armstrongove granice, 0 mmHg. S obzirom da kiseonik održava život, sniženje barometarskog pritiska na 87 mmHg, koliko iznosi parcijalni pritisak vodene pare i ugljen-dioksida u plućima (što odgovara visini od 15.000 m)—onemogućava ulaz kiseonika iz spoljašnje atmosfere u alveole pluća jer su one već ispunjene (zauzete) ukupnim barometarskim pritiskom koji odgovara parcijalnom pritisku ugljen-dioksida i vodene pare. Kako oba ova gasa potiču iz vlažne sredine tela, ništa se ne bi promenilo i kad bi se okolni vazduh sastojao od čistog kiseonika.
Zato se na visini od 15.000 m nalazi funkcionalna (vitalna) granica atmosfere, na kojoj je „vreme čiste svesti“ nakon naglog gubitka pritiska (npr dekompresije kabine tokom letenja avionom) samo 15 sekundi, što znači da život na ovoj visini zavisi isključivo od male rezerve kiseonika u telu koja iznosi oko 1 litar.
Barometarski pritisak i telesne tečnosti uredi
Samo nekoliko kilometara iznad prve granice, funkcionalne granice atmosfere, postoji i druga ili fiziološka granica funkcija atmosfere, poznata pod nazivom Armstrongova granica.
Tečnosti ispoljavaju izvestan pritisak pare iznad svoje površine. Njen maksimum ili pritisak zasićene pare zavisi od temperature tečnosti. Zagrevanje tečnosti povećava pritisak pare do tačke na kojoj se on izjednačava sa barometarskim pritiskom iznad tečnosti. Na toj tački tečnost počinje da ključa (vri). Na normalnom atmosferskom pritisku od 760 mmHg voda ključa na 100 °C. Isto se postiže i sa tečnostima izvesne, konstantne temperature—smanjivanjem barometarskog pritiska do pritiska pare u konkretnoj tečnosti.
Pritisak vodene pare u tečnostima našeg tela pri normalnoj telesnoj temperaturi od 37 °C, iznosi 47 mmHg. Onog trenutka kada sa visinom barometarski pritisak opadne ispod 47 mmHg, telesne tečnosti u našem telu će proključati. Prvi koji je to proučio i dokazao na homeotermima u barokomori bio je dr Armstrong. Ovaj poremećaj se manifestuje u mukoznim membranama usta i konjuktiva očiju, otičanjem kože usled difuznog obrazovanja mehuri tkivima i formiranja mehurića u krvi.[3]
Na visini iznad 19.000 m atmosferski pritisak je 47 mmHg. Iznad ove visine gubi se vitalno važna zaštita atmosferskog pritiska protiv ključanja tečnosti ili ebulizma, na sličan način kao da nismo okruženi atmosferom. Ovo je drugi fiziološki limit za boravak čoveka na velikim visinama, koji iziskuje antivakuumsku zaštitu ili specijalno odelo i kiseoničku kacigu pod pritiskom, drugojačije nazvano visinsko odelo, ili presurizovanu kabinu.
Pritisak gasa ostvaruje se samo za vreme udisanja, dok u toku izdisanja pritiska nema. Na ovaj način je izmenjen normalni respiratorni ciklus jer je sada udah pasivna faza a izdah aktivna faza. U toku izdisanja potrebno je izvršiti određeni rad da bi se stvorio povećan negativan pritisak u grudnom košu, koji će istisnuti vazduh kako bi pritisak u plućima izjednačio sa spoljašnjim. I tako dok disanje dovodi u pluća pozitivni pritisak ostali delovi tela su izloženi okolnim pritisku vazduha.[4]
Fiziologije disanja pod natpritskom i mere zaštite uredi
Disanje 100% kiseonika pod natpritiskom od 11,7 kpa obezbedilo bi trajnu uspešnu zaštitu od hipoksije na bilo kojoj visini. Međutim ovako veliki natpritisak je neostvarljiva jer dovodi do; dekompresione bolesti i fizioloških poremećaja u radu respiratornog sistema.
Mogućnosti disanja kiseonika pod natpritiskom nisu neograničene, te nakon prelaska vrednosti od 7,8 kPa, dolazi do značajnih poremećaja u radu kardiovaskularnog i respiratornog sistema, a na većim pritiscima moglo bi da dođe i do rupture pluća.
Da bi se ovo sprečilo, u svim vazduhoplovstvima, uvedena su specijalna odela sa natpritiskom koja stvaraju pritisak sa spoljne strane tela pilota. Tim zaštitnim merama se spoljni pritisak izjednačava sa unutrašnjim pritiskom. Samo sa ovakvim odelom dobro se podnosi disanje pod natpritiskom i do 20,7 kPa
Kako je disanje kiseonika pod natpritiskom veoma naporno, njegova primena nije preporučljiva duži vremenski period, a i sama oprema koja se koristi za tu namenu znatno otežava rad pilota u toku upravljanja vazduhoplovom. Zato su savremeni avioni tako konstruisani da su njihove kabine zaštitna sredine pod natpritiskom, što omogućava normalan rad pilota. U takvim vazduhoplovima odelo se koristi samo u slučaju nastanka vanredne situacije (rashermetizacija kabine ne velikim visinama).
Izvori uredi
- ^ Dehart, R. L.; J. R. Davis (2002). Fundamentals Of Aerospace Medicine: Translating Research Into Clinical Applications, 3rd Rev Ed. United States: Lippincott Williams And Wilkins. ISBN 978-0-7817-2898-0. str. 720.
- ^ Pilmanis, Andrew A.; Sears, William J. (2003). „Physiological hazards of flight at high altitude”. The Lancet. 362: s16—s17. PMID 14698113. S2CID 8210206. doi:10.1016/S0140-6736(03)15059-3.
- ^ Ivanov PN, AG Kuznetsov, VB Malkin, YO Popova, Decompression Phenomena in the Human Body in Conditions of Extremely Low Atmospheric Pressure, Biophysics (USSR), 1960, 5:797-803.
- ^ Casey HW, RW Bancroft, JP Cooke, Residual Pathological Changes in the Central Nervous System of Dogs Following Rapid Decompression to 1 mmHg, Aerospace Medicine, 1966, 37:713-718
Spoljašnje veze uredi
 | Molimo Vas, obratite pažnju na važno upozorenje u vezi sa temama iz oblasti medicine (zdravlja). |
