Plinske mješavine i ronjenje

Pri tlaku od jednog bara na površini mora svaki od plinova u zraku, ovisno o svojoj zastupljenosti u zraku, ima i svoj parcijalni tlak (O₂ 0,21 bara+ N₂ 0,78 bara + ostali plemeniti plinovi i vodena para 0,1 bar). Zbroj tih parcijalnih tlakova daje nam tlak od jednog bara na površini mora (0,21+0,78+0,1=1). Čudna smjesa koja nam život znači. Bez nje nema života.

Zrak je idealna mješavina za život na Zemlji, ali samo do određene nadmorske visine i to negdje između 0 i 4000 metara. Krenemo li preko 4000 metara nadmorske visine, zrak više i nije tako idealna mješavina plinova za život. Pomanjkanje kisika na visinama najbolje poznaju planinari i alpinisti pri usponima na visoke vrhove. Uzrokovano je smanjenjem atmosferskog tlaka te smanjenjem parcijalnog tlaka kisika. Osjećaj nemogućnosti disanja, pomanjkanje daha, nakupljanje vode u plućima, disanje čistog kisika kao pomoć pri uspinjanju, sve nas to upućuje na to da zrak i nije baš uvijek idealna plinska mješavina za život na Zemlji, a možemo tek zamisliti što se događa sa zrakom kao mješavinom za disanje pod vodom.

Alpinisti u svojim usponima i smanjenju okolnoga tlaka imaju problema samo s pomanjkanjem kisika (smanjen je parcijalni tlak kisika), dok ronioci zbog povećanja okolnog tlaka u svojim zaronima imaju problema i s kisikom i dušikom (povećan parcijalni tlak i kisika i dušika). U oba slučaja zrak više nije najidealniji plin za disanje. Dok je u alpinizmu rješenje prilično jednostavno i povremeno disanje čistog kisika postaje dobro rješenje za disanje, u ronjenju, zbog povećanja tlaka okoline i parcijalnih tlakova plinova (kisika i dušika) te promjena koje disanje tih plinova pod povećanim tlakom izaziva u našem organizmu, razvila se teorija pripreme plinskih mješavina s različitim vrstama plinova ovisno o vrsti, trajanju i dubini ronjenja. Alpinisti imaju problem samo sa smanjenjem tlaka okoline jer se pri povratku i spuštanju vraćaju se normalan, tada za njih povećani tlak. Ronioci se pri zaronu izlažu povećanom tlaku okoline i problemima disanja plinova pod povećanim tlakom, dok pri izronu imaju problem smanjenja tlaka.

Priroda i evolucijska prilagodba riješila je disanje i opskrbu kisikom podvodnog svijeta na dva načina: ili zadržati dah udahnut na površini (morski sisavci, kornjače i slične životinje), ili uzeti kisik iz vode (sve ribe i biljni svijet podmorja). Naravno da čovjek, zahvaljujući svojim sposobnostima i razvoju znanosti i tehnologije, ima i ovdje više mogućnosti za preživjeti pod vodom. Roneći kao i svi sisavci na dah (relativno kratak boravak pod vodom do 10 minuta) ili koristeći znanje i tehniku, uzeti potreban zrak u nekom spremniku pod vodu te tako omogućiti disanje pod vodom. Nažalost, vrijeme boravka pod vodom ovisi o količini zraka u spremniku. I u ovom slučaju naš je boravka ograničen. Zbog gustoće vode s dubinom raste i vanjski tlak (svakih 10 metara tlak raste za jedan bar). Kako bismo mogli udahnuti pod vodom potrebno je da nam zrak iz boce dolazi pod istim tlakom koji ima okolna voda, inače naša pluća ne mogu stvoriti dovoljni podtlak ili nadtlak za udah ili izdah. Ova saznanja govore nam da disati pod vodom možemo samo zrak pod većim tlakom od normalnoga na površini, što utječe na čitav metabolizam čovjeka i promjena nastalih zbog disanja plinova pod povećanim tlakom. Zbog povećanog parcijalnog tlaka kisika i dušika oni se pojačano tope u našem tijelu, njihova količina u tkivima i stanicama našeg tijela raste, a to izaziva promjene koje odstupaju od normalnih uvjeta življenja pri atmosferskom tlaku od jednog bara te nam stvaraju niz problema. Povećana količina dušika ima dva vida negativna djelovanja: narkotično djelovanje dušika i problem dekompresijske bolesti.

Pijanstvo dubina (dušična narkoza)

Narkotično djelovanje javlja se već kod parcijalnog tlaka dušika od ppN₂= 3.12 bara ili na 30 metara dubine 78% dušika ili frakcija N₂ od 0,78 x 4 bara, što je apsolutni tlak na 30 metara dubine, daje nam parcijalni tlak N₂ od 3.12 bara. (0.78 x 4 = 3.12 bara). Pri tom parcijalnom tlaku količina dušika koji se otopi u našim tkivima, a i živčanim vlaknima, mijenja brzinu kretanja impulsa, što u našem mozgu stvara drugačiju sliku od normalne, dušik djeluje narkotično i kod ronilaca stvara osjećaj poznat pod nazivom “pijanstvo dubina”. To nas dovodi do zaključka da zrak i nije baš najpovoljnija mješavina za disanje na dubini od 30 metara i više metara. U ronjenju plinskim mješavinama možemo pripremiti mješavinu koja je idealna za dubinu na kojoj ronimo. To znači da za ronjenje na dubini od 30 i više metara zrak moramo zamijeniti nekom drugom mješavinom u kojoj će biti manje dušika, što će smanjiti parcijalni tlak dušika i otkloniti efekt “pijanstva dubina”. Više o dubinskom pijanstvu pročitajte ovdje.

Problem dekompresijske bolesti

Povećana količina dušika otopljena u našem tijelu, zbog disanja zraka na povećanom tlaku pod vodom, prilikom izrona i smanjenja vanjskog tlaka oslobađa se u našim tkivima te treba napustiti naše tijelo i to na isti način kako je i ušla, cirkulacijom krvi i disanjem. Ukoliko se taj proces ne odvija postupno te smanjenjem vanjskoga tlaka oslobođeni dušik ne uspije napustiti naše tijelo disanjem, oslobođeni mjehurići dušika blokiraju se u tkivima našega tijela i izazivaju dekompresijsku bolest. Proces oslobađanja dušika iz našeg tijela ronioci kontroliraju brzinom izranjanja (smanjenje vanjskoga tlaka) i dekompresijskim zastancima (potrebno vrijeme da bi dušik disanjem izašao iz našega organizma na određenom tlaku). U ronjenju plinskim mješavinama možemo pripremiti mješavinu s manjom količina dušika u usporedbi sa zrakom pa se smanjuje i količinu otopljenog dušika u tijelu prilikom ronjenja što olakšava i skraćuje vrijeme izrona i eventualne dekompresijske zastanke. Bitna napomena je da nas manja količina dušika u nekoj plinskoj mješavini ne oslobađa opasnosti od dekompresijske bolesti jer je dušik još uvijek prisutan u našim tkivima. Više o disbaričnim ronilačkim bolestima pročitajte ovdje.

Povećana količina kisika

Kisik nam je neophodan za život. Nedostatak kisika (hipoksija) vrlo brzo može izazvati nesvjesticu, trajna oštećenja mozga i smrt. Kisik se pod povećanim parcijalnim tlakom otapa u našem organizmu, dolazi do stanica koje ga troše u svom metabolizmu i on nestaje te nema probleme inertnih plinova da ga prilikom izrona moramo disanjem ispustiti iz našeg organizma pa problem dekompresije ne postoji. Međutim “sve što je pretjerano, nije dobro”, tako i pretjerana količina kisika i izlaganje povišenom parcijalnom tlaku kisika može dovesti do toksičnoga djelovanja kisika na ljudski organizam i to u vidu toksičnog djelovanja na središnji živčani sustav ili kraticom CNS (centralus nervus sistemus) (izaziva drhtanje mišića, smetnje vida i sluha, euforiju, mučninu te nekontroliran napad kisikove epilepsije) i toksično djelovanje na čitav organizam koji se prvo očituje na plućima (izaziva efekt atipične upale pluća). Toksično djelovanje kisika ovisi o dva čimbenika. Parcijalnom tlaku O₂ i vremenu izlaganja našeg organizma povećanom parcijalnom tlaku. Što je parcijalni tlak kisika veći, to je potrebno manje vrijeme izlaganja da bi započelo toksično djelovanje kisika na CNS. Pri manjim parcijalnim tlakovima kisika ne može doći do toksičnog djelovanja na CNS, ali uz jako dugo vrijeme izlaganja pri ronjenjima u saturaciji gdje su ronioci izloženi povećanom tlaku danima, započinje toksično djelovanje na čitav organizam koji se prvo očituje na plućima. Studiju utjecaja vrijednosti parcijalnog tlaka kisika na ljudski organizam koju danas koristimo u ronjenju izradila je NOAA (National Ocenic Atmosphric Administration). Više o opasnostima kisika i toksičnom djelovanju kisika na ronioce potražite u četrdesetom broju SCUBAlife magazina.

Čisti kisik

Kada bismo željeli eliminirati problem dekompresije i otapanja dušika i ostalih inertnih plinova, idealan plin za ronjenje bio bi čisti kisik kojega metabolizam troši i nema potrebe da ga kasnije pri smanjenju vanjskog tlaka disanjem ispuštamo iz našeg organizma. Čisti kisik koristi se u dugotrajnim vojnim ronjenjima aparatima zatvorenog kruga i na taj način problema dekompresije nema. Međutim, ostaje problem toksičnosti kisika pa su ronjenja čistim kisikom ograničena dubinom ronjenja. Granični parcijalni tlak kisika od 1,6 bara u ronjenju čistim kisikom postiže se već na dubini od šest metara. Svako povećanje dubine preko šest metara u kombinaciji s dužim boravkom na toj dubini puno povećava rizik toksičnog djelovanja kisika na CNS. Ograničenje dubine ronjenja čistim kisikom i njegovo toksično djelovanje na naš organizam zapravo je kraj upotrebe idealnog plina koji rješava probleme dekompresijske bolesti. Različiti inertni plinovi, s ciljem kontrole i smanjenja parcijalnog tlaka kisika, i dalje ostaju dio ronilačkih plinskih mješavina, a s njima i potreba za dekompresijom.

Primjena kisika u ronjenu ima veliki značaj kao dekompresijski plin od šest metara dubine te kao plin za pružanje prve pomoći roniocima na površini te u terapijske svrhe pri liječenju.

Nitrox

Nitrox je hiperoksična mješavina kisika i dušika, što znači da je postotak kisika u mješavini veći od 21% u odnosu na zrak. Nitrox je zrak obogaćen kisikom. U rekreativnom ronjenju, obzirom na dubinu i vrijeme ronjenja, koriste se nitrox mješavine od 21% do 40% kisika te nam omogućuju ronjenje do dubine od 40 metara. Povećanjem količine kisika u mješavini smanjujemo dušik i njegov parcijalni tlak. Smanjenje parcijalnog tlaka i količine dušika u mješavini omogućuje nam, u odnosu na zrak za istu dubinu, manju količinu dušika otopljenog u našem tijelu. Tako nitrox mješavinom smanjujemo narkotično djelovanje dušika. U usporedbi sa zrakom idealna mješavina za ronjenje na 30 metara bio bi nitrox 40, to jest mješavina koja sadrži 40% kisika i 60 % dušika. Zbog smanjenja količine dušika sa 78% (u zraku ) na 60% (u nitroxu₄₀ ) parcijalni tlak dušika na 30 metara dubine je 2.4 bara. Pri tom parcijalnom tlaku količina dušika otopljena u našem tijelu je manja i nedovoljna za pojavu “pijanstva dubina”. Manja količina dušika u nitrox plinskim mješavinama u usporedbi sa zrakom smanjuje i količinu otopljenog dušika u tijelu prilikom ronjenja što olakšava i skraćuje vrijeme izrona i eventualne dekompresijske zastanke, ali nas ne oslobađa opasnosti od dekompresijske bolesti jer je dušik još uvijek prisutan u našim tkivima. Nadalje, manja količina dušika je i manji dekompresijski stres nakon ronjenja. Parcijalni tlak kisika u nitroxu₄₀ na 30 metara je 0,40 (frakcija O₂ x 4 (apsolutni tlak na 30 metara)) = 1,6 bara što je maksimalan dozvoljeni parcijalni tlak za mješavinu nitrox₄₀ te ne smijemo prijeći dubinu od 30 metara.

U tehničkim i dubinskim ronjenjima nitrox se koristi kao putna mješavina pri zaronu te kao mješavina za dekompresiju kor ronjenja na većim dubinama prilikom izrona. Nitrox u rekreativnom ronjenju postaje važna pomoć i povećana sigurnost roniocima, naročito u slučajevima sukcesivnih ronjenja.

Trimix

Trimix je plinska mješavina kisika, helija i dušika. Koristi se u dubinskim ronjenjima preko 40 metara. Uvođenjem trećeg plina helija u mješavinu smanjujemo i kisik i dušik. Tako kontroliramo parcijalni tlak kisika i time toksično djelovanje kisika na CNS, a smanjenjem parcijalnoga tlaka dušika kontroliramo narkotično djelovanje dušika. Helij je plin niske gustoće i tom karakteristikom pridonosi još jednom važnom elementu sigurnosti dubinskih ronjenja. Kisik, dušik, a time i zrak su gusti plinovi i povećanjem vanjskog tlaka dubinom smjesa plinova za disanje postaje sve gušća, što povećava otpor disanju i otežava izmjenu plinova u plućima. Helij smanjenjem gustoće plinske mješavine smanjuje otpor i rad pri disanju te pospješuje izmjenu plinova u plućima. Zahvaljujući heliju u mješavini, trimix-om možemo roniti na dubini od 80 metara tako da nam je narkotična dubina dušika kao da ronimo zrakom na 25 metara, gustoća mješavine i otpor disanju kao da smo sa zrakom negdje između 35-38 metara, a parcijalni tlak kisika je 1,4 bara, što je u granicama sigurnosti toksičnog djelovanja kisika na CNS, daleko od 1,9 bara (0,21x 9=1,89 bara) koji bi bio parcijalni tlak kisika u zraku na 80 metara kada bi toksično djelovanje kisika bilo vrlo izvjesno.

Trimix mješavine dijelimo na: normoksične trimix mješavine do 60 metara dubine gdje je postotak kisik od 19-21% i hipoksične mješavine preko 60 metara gdje je postotak kisika od 8-18%. Hipoksične trimix mješavine ne mogu se disati na površini niti tijekom zarona sve dok parcijalni tlak kisika s povećanjem dubine ne postane normoksičan, to jest 0,21 bar. Treba napomenuti da je helij inertan plin koji se otapa u našim tkivima te se prilikom izrona treba disanjem ispustiti iz našega tijela pa zahtijeva dekompresiju.

Plinske mješavine u ronjenju omogućuju nam da za svako pojedino ronjenje, ovisno o dubini, vrsti i trajanju ronjenja pripremimo idealnu mješavinu koja će nam omogućiti sigurno i najudobnije ronjenje s najmanje napora i stresa. Kroz kontrolu parcijalnih tlakova pojedinih plinova pripremom mješavine možemo kontrolirati narkotičnu dubinu dušika, toksično djelovanje kisika na CNS, otpor i rad pri disanju te kontrolirati i skratiti vrijeme dekompresije korištenjem različitih hiperoksičnih mješavina u fazi dekompresije.

Zrak je samo nužna mješavina koja nas okružuje i u kojoj živimo. Najjednostavnije i najjeftinije je napuniti ga u ronilačke boce. Pogodan je i za neka ronjenja, ali je daleko od idealne i univerzalne ronilačke mješavine. Svako pojedino ronjenje ima svoju idealnu mješavinu, a na roniocima je da korištenjem znanja, tehnikom i pripremom plinskih mješavina sebi omoguće zanimljiva, duboka i dugotrajna ronjenja koja im se sada čine opasana i nemoguća. Plinske mješavine u ronjenju omogućuju ugodna, sigurna, dugotrajna i sukcesivna ronjenja s najkraćom dekompresijom i najmanjim stresom za ronioca.

Više o plinskim mješavinama za ronjenje s tabličnim prikazima djelovanja pojedinih plinova na ronioca u ovisnosti o dubini i trajanju izlaganja udisanju potražite u osmom broju SCUBAlife magazina.