Niebezpieczny oddech

Oddychanie jest jedną z najbardziej podstawowych czynności życiowych. Zasadniczo, dla zdrowej osoby, nie jest groźne dla życia powstrzymanie się od jedzenia przez kilka dni, nie przyjmowanie napojów przez wiele godzin. Można powstrzymać się od ruchu czy wręcz przeciwnie, od snu nawet kilka dni, co nie jest na pewno zdrowe, ale nie musi grozić śmiercią. Na tym tle oddychanie staje się czynnością arcyniezbędną, bowiem już kilka minut bez niego następuje śmierć.

A jednak są sytuacje, w których niebezpieczeństwo może tkwić w samym oddychaniu i wcale nie mam na myśli przypadków zatrucia czadem (tlenkiem węgla(II), CO), czy innymi toksycznymi gazami. Nie chodzi mi także o wirusy czy bakterie chorobotwórcze, które mogą dostać się do naszych płuc. Nie, mam na myśli specyficzne zagrożenie związane z oddychaniem normalnym czystym powietrzem.

Uspokoję Was jednak, gdyż to niebezpieczeństwo czyha tylko na nielicznych, a mianowicie na tych, którzy postanowią eksplorować najbardziej niegościnne dla człowieka miejsca – podmorskie głębiny oraz krańce naszej atmosfery i otchłań kosmosu. Grozi ono więc przede wszystkim nurkom i astronaut(k)om.

To niebezpieczeństwo, o którym piszę, to tak zwana choroba dekompresyjna, albo kesonowa (skąd taka nazwa wyjaśnię za chwilę), a czynnikiem ją wywołującym jest ciśnienie, a dokładnie jego gwałtowna zmiana. Drugą przyczyną, czysto fizykochemiczną, jest zjawisko polegające na tym, że rozpuszczalność gazów w roztworach (wodnych) jest wprost proporcjonalna do ciśnienia, co opisuje mające już, bagatela!, 220 lat prawo Henry’ego.

Prostą ilustracją tej zależności jest powszechnie znane zjawisko, kiedy odkręcamy butelkę z gazowanym napojem. Nasycanie napoju dwutlenkiem węgla (CO2) odbywa się w wytwórni przy zwiększonym ciśnieniu. Kiedy ciśnienie wewnątrz się zrówna z atmosferycznym, rozpuszczalność gazu maleje i jest uwalniany z roztworu w postaci cieszących podniebienie bąbelków.

Niestety podobne zjawisko nastąpi także z gazami rozpuszczonymi w naszej krwi, jeśli nasz organizm dozna gwałtownego obniżenia ciśnienia. Gdzie może dojść do takiej sytuacji? Ano tam, gdzie wspomniałem – w głębinach wód i wysoko ponad powierzchnią Ziemi.

Zacznijmy od morskich toni. Choroba kesonowa grozi to więc nurkom, którzy spędzą dłuższy czas na dużych głębokościach (a pamiętajmy, że każde 10 m słupa wody odpowiada wzrostowi ciśnienia mniej więcej o jedną atmosferę fizyczną). Wdychane przez nich gazy (z butli na plecach) ulegają wtedy rozpuszczaniu w większym stopniu niż to się dzieje na powierzchni Ziemi. Gdy więc wypłyną na powierzchnię krew zaczyna się zachowywać jak wspomniana woda gazowana po otwarciu butelki – zaczyna „bąbelkować”!

To może się wydawać zabawne, ale ma wcale niewesołe konsekwencje – przepływ krwi zostaje przerwany. W pierwszej kolejności dotyczy to naczyń włosowatych o małych średnicach. To sprawia, ze jednym z pierwszych objawów jest odczucie drętwienia i mrowienia kończyn, potem może dojść do zatoru żylnego,  do zatrzymania akcji serca i udaru mózgu. Krótko mówiąc, do śmierci.

Analogiczny problem mają piloci samolotów latających na dużych wysokościach (gdzie ciśnienie jest bardzo niskie) oraz astronauci. W ich przypadku gwałtowne obniżenie ciśnienia następuje, jeśli dojdzie do rozszczelnienia kombinezonu. Objawy i konsekwencje są analogiczne jak w przypadku nurków.

Jak przeciwdziałać temu niebezpieczeństwu? Strategii jest kilka. Po pierwsze należy możliwie spowolnić zmianę ciśnienia. W przypadku zdobywców kosmosu to zwykle mało wykonalne (w końcu do obniżenia ciśnienia następuje w sytuacji awaryjnej), ale dla nurków jest to pewne rozwiązanie. Dlatego przy wynurzaniu się z dużych głębokości robią przystanki co jakiś czas, pozwalając na stopniowe, a nie gwałtowne zmienianie się stężenia gazów w organizmie.

Kolejnym rozwiązaniem jest stosowanie do oddychania mieszanek gazów o innym składzie niż „normalne” powietrze. W zależności od głębokości na której ma zamiar pracować nurek, stosuje się różne mieszanki, zwykle takie, w których zwiększa się udział tlenu kosztem azotu. Przy bardzo dużych głębokościach stosuje się mieszanki całkiem pozbawione azotu i nurek oddycha tylko tlenem zmieszanym z helem, który słabiej rozpuszcza się w wodzie od azotu niezależnie od ciśnienia.

Wykluczenie azotu jest konieczne nie tylko ze względu na ryzyko choroby dekompresyjnej przy wynurzaniu. Nurkom grozi bowiem także tzw. narkoza azotowa, bowiem nadmierne rozpuszczanie azotu we krwi prowadzi najpierw do objawów podobnych do spożycia dużej ilości alkoholu (m.in. euforii ale i obniżonego refleksu i koordynacji ruchowej), a w końcu do zaników pamięci, śpiączki i śmierci.

Trzecią strategią w przeciwdziałaniu wystąpieniu choroby dekompresyjnej jest wykorzystanie komór ciśnieniowych (hiperbarycznych). Są to komory, w których nurkowie przebywają po wynurzeniu, gdzie powoli wyrównywane jest ciśnienie. Czasem, jeśli już doszło do poważniejszych objawów choroby, w komorze stosuje się zwiększone stężenie tlenu, aby lepiej dotlenić organizm. Takie komory stosuje się zarówno na statkach będących bazami nurków, jak i na stacjach kosmicznych (jak ISS), gdzie trafiają kosmonauci po odbyciu tzw. spacerów kosmicznych poza stacją.

Na koniec jeszcze wyjaśnienie skąd termin choroba kesonowa. Otóż kesonem nazywa się specjalną konstrukcję wykorzystywaną do prac wodnych, np. przy budowie filarów mostów. Jest to swego rodzaju wielka skrzynia ze szczelnymi ścianami i otwarta od góry i od dołu, z której wypompowano wodę. To pozwala na prace na dużej głębokości bez strojów nurkowych i „suchą stopą”. Jakkolwiek w przypadku bardzo głębokich kesonów na ich dnie również występuje wyższe ciśnienie, co skutkuje pojawieniem się choroby dekompresyjnej, czy właśnie kesonowej.

Życiu nurka czy kosmonauty może zagrażać więc nie tylko niegościnne środowisko, ale nawet powietrze, którym oddycha. My, mocno stojący na powierzchni Ziemi, oddychajmy tymczasem pełną piersią 😊

Wojciech Smułek

27.01.2023