Vazduhoplovna medicina/Sadržaj/Osnovi fiziologije disanja na velikim visinama

Funkcija disanja sa promenom visine

Količina kiseonika i ugljen dioksida razmenjena preko alveolo-kapilarne membrane i krvi zavisi pre svega od razlike parcijalnog pritiska kiseonika i ugljen dioksida u alveolarnom vazduhu i njihovog parcijalnog pritiska u venskom delu kapilara.

Pritisak kiseonika, i njegova diferencijalna razlika bitna je za pravilno zasićenje krvi kiseonikom, u toku kraćeg boravka ljudi na visini, ili kod posada vazduhoplova u toku visinskih letova, jer sa visinom pada zasićenje krvi kiseonikom, zbog snižavanja barometarskog pritiska vazduha, ovaj pad u zasićenju krvi kiseonikom može da naruši normalan proces disanja, dovede do hipoksije, i životno ugrozi osobu izloženu sniženom barometarskom pritisku vazduha.

Korelacija visine i zasićenja krvi kiseonikom

Visina(m)	Atmosferski pritisak (mmHg)	pAO2(mmHg)	pVO2(mmHg)	Razlika pritiska(mmHg)	Zasićenje krvi kiseonikom(%)
na nivou mora	760 (664-803)	100	40	60	98
3.000	523	61	31	29	87
5.500	380	38	26	12	72
7.000	282	7	4	3	9
11.000	179	0	0	0	0

Funkcionalna podela atmosfere u odnosu na visinu

Prema fiziološkom učinku dostignute visine na procese disanja u organizmu čoveka izvršena je sledeća podela atmosfere;

• Indiferentna zona (do 1780 m)- do ove visine atmosfere u organizmu čoveka ne događaju se nikakve promene sa visinom, bez obzira da li se radi o zdravom ili bolesnom organizmu.

• Zona potpune kompenzacije (do 3000 m)-u ovoj zoni kod potpuno zdravih ljudi ne dešavaju se nikakve promene, ali kod bolesnika u ovoj zoni se mogu javiti prvi poremećaji izazvani nedostatka kiseonika (hipoksija). Potpuno zdrava osoba do visine od 3000 metara može udisati samo običan vazduh jer kompenzatorni fiziološki mehanizmi organizma (hiperventilacija, porast pulsa itd.) mogu nadoknaditi sniženu vrednost pO2 do ove visine.

• Zona nepotpune kompenzacije (od 3000 do 5000 m)-u ovoj zoni nastaju prvi psihofiziološki poremećaji u organizmu. Brzina nastanka promena u organizmu čoveka u mnogome zavisi od utreniranosti (aklimatizacije), fizičke kondicije, načina ishrane i zdravstvenog stanja.

• Smrta zona (iznad 5500 m)- u kojoj nastaju teški psihofiziološki poremećaji do smrtnog ishoda.

Na manjim visinama (do 3.000 metara) alveolarni parcijalni pritisak kiseonika (pO2) se ne smanjuje u tolikoj meri kao pO2 u atmosferi, jer smanjen pritiska kiseonika donekle nadoknađuje povećana ventilacija pluća i veće naprezanje kardiovaskularnog sistema. Međutim na većim visinama pO2 se daleko više smanjuje u alveolama pluća nego u atmosferskom vazduhu, zbog razređenja kiseonik u udahnutom vazduhu. Razlog za ovo smanjenja je;

• Na velikim visinama ugljen dioksid se stalno odstranjuje iz krvi plućnih kapilara u alveole i vrši razređenje vazduha, (mada se na većim visinama zbog ubrzanog disanja smanjuje parcijalni pritiska ugljen dioksida sa 5,3 kPa i snižava na približno 3,2 kPa).
• Voda sa disajnih površina isprava u udahnuti vazduh i takođe vrši razređenje alveolarnog vazduha. Na normalnoj telesnoj temperaturi vodena para zadržava svoj stalni parcijalni pritisak od 6,3 kPa bez obzira na visinu.

Uticaj akutnog izlaganja niskom atmosferskom pritisku vazduha na koncentraciju gasova u alveolama i zasićenje arteriske krvi kiseonikom

Visina(m)	Atmosferski pritisak (kPa)	pO2 u vazduhu(kPa)	pCO2 u alveolama (kPa)	rO2 u alveolama(kPa)	Arterijsko zasićenje krvi kiseonikom
na nivou mora	101,3	21,2	5,3	13,9	0,97
3.000	69,7	14,7	4,8	8,9	0,90
6.000	46,5	9,7	3,2	5,3	0,73
9.000	30,1	6,3	3,2	2,8	0,30
12.000	18,8	3,9	3,2	1,6	0,15
15.000	11,6	2,4	3,2	0,3	0,02

Ako pretpostavimo da barometarski pritisak padne na 13,3 kPa, od te vrednosti na parcijalni pritisak vodene pare (pH2O) otpada 6,3 kPa, za sve ostale gasove ostaje 7 kPa. (13,3-6,3= 7). Na velikim visinama od 7 kPa, mora se oduzeti pritisak CO2 tako da u vazduhu ostaje svega 3,8 kPa (7-3,2=3,8) gasa. Pod uslovom da se kiseonik ne troši od 3,8 kPa treba oduzeti 4/5 koliko zauzima azot, tako da na rO2 otpada 0,8 kPa. Imajući u vidu da su do tog momenta tkiva izuzetno anoksična, značajnu količinu kiseonika apsorbuje krv, tako da u plućima ostaje svega 0,26 kPa pritiska kiseonika., što je nedovoljno za normalan proces disanja. Na osnovu ovoga zaključujemo da čovek na atmosferskom pritisku od 13,3 kPa, ne bi mogao preživeti ako bi udisao samo atmosferski vazduh.

• Od visine 3000 metara do visine od 12.200 metara, da ne bi došlo do poremećaja u organizmu zbog hipoksije, potrebno je započeti sa dopunskim udisanjem 100% kiseonika.
• Od visine od 12.200 metara udisanje kiseonika obavezno mora biti sa dopunskim pritiskom (natpritiskom). Pritisak od 18,8 kPa uzima se kao donja granica disanja 100% kiseonika bez natpritiska.

Primer: na visini od 15.500 metara barometarski pritisak vazduha je 11,6 kPa, što je nedovoljno za normalan proces disanja, zato je potrebno udisanje 100% kiseonika pojačati i natpritiskom. Vrednost natpritiska možemo izračunati ako od donje granice pritiska na kojoj se obavlja proces disanja 100% kiseonika (18,8 kPa) oduzmemo vrednost pritiska na zadatoj visini (18,8-11,6=7,2 kPa). Sa ovim natpritiskom, od 7,2 kPa, postiže se vrednost parcijalnog pritiska kiseonika na visini od 15.500 metara koja obezbeđuje zasićenje hemoglobina u krvi oko 90%.

Režimi disanja na visini

• Prvi režim

* upotreba kiseoničke maske bez zaštitnog odela

* maksimalan natpritisak je do 30 mmHg

* plafon leta u ovom režimu je do 14.500 metara

* pritisak u plućima je 124 mmHg

* alveolarni pritisak kiseonika je 50 mmHg

• Drugi režim

* kiseonička maska

* primena prsluk sa natpritiskom

* maksimalan natpritisak je do 41 mmHg

* plafon leta u ovom režimu je do 16.000 metara

* pritisak u plućima je 126 mmHg

* alveolarni pritisak kiseonika je 52-58 mmHg

• Treći režim

* upotreba visinskog odela (VKK) i zaštitne kacige (šlema)

* maksimalan natšpritisak je do 70 mmHg

* plafon leta do 40.000 metara

• Četvrti režim rada

* odelo sa potpunom kompenzacijom koje je idealna zaštita za sve visine leta.

Sa disanjem kiseonika pod natpritiskom počinje se onda kada se pritisak vazduha, njegove mešavine sa kiseonikom i kiseonika koji se udiše poveća iznad atmosferskog barometarskog pritiska koji vlada u kabini vazduhoplova.

Disanje 100% kiseonika pod natpritiskom od 90 mmHg obezbedilo bi trajnu uspešnu zaštitu od hipoksije na bilo kojoj visini. Međutim ovako veliki natpritisak je neostvarljiv jer dovodi do; dekompresione bolesti i fizioloških poremećaja u radu respiratornog sistema.

• Bez kontrapritiska
• Pritisak do 60 mmHg mogu podneti samo dobro utrenirane lica najviše do jednog minuta nakon čega gube svest.
• Pritisak od 24 mmHg može se podneti do oko 2 minuta
• Pritisak od 10-15 mmHg može se podneti do oko 15 min
• Pritisak od 8 mmHg može se podneti više od 1 časa
• Do visine od 13.000 metar pilot može izdržati do 1 časa

• Sa kontrapritiskom
• Za letove do 16.000 metara u nehermetizovanim kabinama
• Obavezno za letove na visinama iznad 16.000 metara u nepropusnim kabinama oprema za disanje pod natpritisakom koristi se kao zaštita od eventualne dekompresije.

Disanje pod natpritiskom

Visinsko odelo sa zaštitnom kacigom obezeđuje disanje pilotu na velikim visinam

Disanje pod natpritiskom je veštački 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 većim visinama.

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 izvšiti određeni rad da bi se stvorio povećan negativan pritisak u grudnom kosšu, koji će istisnuti vazduh kako bi pritisak izjednačio sa spoljašnjim. Dok disanje dovodi u pluća pozitivni pritisak ostali delovi tela su izloženi okolnim pritisku vazduha.

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 uvedena su specijalna odela sa natpritiskom koja stvaraju pritisak sa spoljne strane tela pilota, sa ciljem da se spoljni pritisak izjednači 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. Zato su savremeni avioni tako konstruisani da su njihove kabine pod natpritiskom, što omogućava normalan rad pilota, a odelo se koristi samo u slučaju nastanka vanredne situacije (rashermetizacija kabine ne velikim visinama).

Promene u organizmu

• Venski priliv krvi je otežan intratorakalnim povećanim pritiskom i volumen cirkulišuće krvi se preraspoređuje skupljajući se u velikim venama trbuha i ekstremiteta, dok se volumen krvi u plućima smanjuje.
• Srčani minutnom volumen se smanjuje, a periferne otpor se refleksno povećava da bi se očuvao krvni pritisak. Skupljanje krvi na periferiji može smanjiti potrebnu količinu

cirkulišuće krvi do vrednosti na kojima se javlja kraći gubitak svesti (sinkopa). Ova situacija je slična ranom šoku zbog gubitka krvi posle traume.

• Javlja se širenje vrata i depresija dna usne praznine, jer se sa porastom pritiska u usnoj i ždrelnoj šupljina uvećava njihov promer zbog istezanje orofaringealnih mišića I gornjeg dela jednjaka, što je često praćeno nalagodnošću i bolom.
• Krvni sudovi konjuktive su bez podrške što može dovesti do njihovog istezanje tako da se iznad 30 mmHg može javiti sufuzija konjuktive.
• Nelagodnost u uhu je takođe propratna pojava zbog zatvaranja ždrelnog ušća eustahijeve tube, što ima za posledicu rast pritiska u srednjem uvu.

Subjektivni simptomi

• stalni osećaj Naduvenost, napuniti očiju I pritisak u ušima
• otežan govor zbog istezanje usno ždrelnog prolaza
• peckanje u očima
• povremeno davati pritiska u eustahijevoj tubi

Režimi rada kiseoničke opreme ostvaruje disanje kiseonika pod natpritiskom.

Disanje pod natpritiskom se može postići

1. Obogaćenjem udahnutog vazduha, dovođenjem kiseonika pomoću kiseoničke maske ili pilotske šlemovi

2.Povećanjem celokupnog barometarskog pritiska,

• hermetizacijom kabine vazduhoplova,
• stvaranjem uslova hiperoksigenacije, dodavanjem kiseonika u hermetizovanu kabinu vazduhoplova, sa ili bez povećanja barometarskog pritiska

3. Upotrebom specijalnog visinskog odela sa zaštitnom šlemovi, uz pomoć koga se ostvaruje disanje kiseonika pod natpritiskom.

Zaštita funkcije disanja na visini

Kako bi čovek obezedio normalan proces disanja na visini on mora disanja dopuniti nizom zaštitnih mera;

• Aklimatizacija: dužim boravkom na visini iznad 3000 metara organizam se privikava smanjenom pritisku kiseonika pokretanjem čitavog niza fizioloških procesa u organizmu
• Bavljenjem sportom ; uz pravilnu ishranu i povremeni boravak na visini povećava se disajni kapacitet organizma što ga čini otpornijim na smanjeni parcijalni pritisak kiseonika.
• Pravilno doziran povećan unos ugljenih hidrata i belančevina; smanjuje toleranciju organizma i povećava njegovu izdržljivost na niskim parcijalnim pritiscima kiseonika
• Udisanje kiseonika ; preko zaštitne maske, boravkak u hermetizovanim kabinama vazduhoplova sa ili bez upotrebe specijalnog visinskog odela.

Značaj kabina sa povećanim pritiskom

• Isključuju stalnu upotrebu disanja kiseonika,
• Disanje pod natpritiskom nije potrebno
• Izostaje aktiviranje odela pod natpritiskom, što pilotu daje veći komfor i bolje manevarske sposobnosti
• Omogućavaju kolektivnu meru zaštite kod transportnih i putničkih aviona a pilotima olakšavaju pilotiranje