De druk op een duiker neemt sterk toe wanneer deze dieper duikt. Lucht moet ook onder hoge druk worden aangeleverd. Hierdoor wordt het bloed in de longen aan een zeer hoge gasdruk worden blootgesteld. Deze toestand wordt hyperbarie genoemd. De hoge druk kan enorme veranderingen in de fysiologie veroorzaken.
Wanneer men duikt, neemt de druk toe en worden gassen samengedrukt
• Toename van druk. Een kolom van zeewater van ongeveer 10 meter staat gelijk aan de druk die alle atmosfeer op het droge op iemand uitoefent. Een persoon die ongeveer 10 meter diep duikt, wordt aldus blootgesteld aan 2 atm.
• Daling van volume. Wanneer een klok op het droge 1 liter lucht bevat, is het volume een halve liter op 10 meter diepte. Op 8 atm is het volume een achtste liter. Het volume waarmee een gas wordt samengedrukt is omgekeerd evenredig aan de druk die er op wordt uitgeoefend. Deze wet wordt de Wet van Boyle genoemd.
Effect van een hoge partiele druk van gassen op het lichaam
Stikstofnarcose kan optreden wanneer de Stikstofconcentratie hoog is. Wanneer een duiker diep duikt en samengeperst gas inademt, treden de eerst symptomen van Stikstofnarcose op bij ongeveer 40 meter diepte. Op deze diepte ervaren duikers een gevoel van euforie en raken ze ontremd. Op 50 tot 70 meter diepte worden de duikers suf. Op 70 tot 85 meter neemt spierkracht flink af.
De hoeveelheid zuurstof die door het bloed kan worden vervoerd, neemt sterk toe bij een hoge PO2. Wanneer de druk toeneemt naar duizenden mm kwikdruk is een grote hoeveelheid zuurstof opgelost in het bloed en niet gebonden aan hemoglobine. Op 1 atm is juist de grootste hoeveelheid zuurstof gebonden aan hemoglobine. Wanneer de PO2 in de longen 3000mm Hg (4 atm) is, is de hoeveelheid opgelost zuurstof ongeveer 9ml/dl bloed.
De hersenen zijn extreem gevoelig voor zuurstofvergiftiging. Blootstelling aan 4 atm zuurstofdruk (PO2 3040mm Hg) veroorzaakt bij de meeste mensen beroerte en coma binnen 30 minuten.
Zuurstofvergiftiging van het zenuwstelsel wordt veroorzaakt door geoxideerde vrije zuurstofradicalen. Moleculair zuurstof (O2) moet omgezet worden in een actieve vorm, voordat het andere chemische stoffen kan oxideren. Er bestaan verschillende vormen van actief zuurstof; deze worden zuurstofradicalen of vrije radicalen genoemd. De belangrijkste zuurstofradicaal is superoxide genoemd. Een andere is waterstofperoxide.
• Normale PO2 van het weefsel. Zelfs wanneer de PO2 van de weefsels normaal is (40mm Hg), worden er constant kleine hoeveelheden vrije radicalen uit het opgelost zuurstof gevormd. Het weefsel bevat echter enzymen (peroxidase, catalase en superoxide dimutase) die de vrije radicalen verwijderen.
• Hoge PO2 van het weefsel. Boven 2 atm stijgt de PO2 van het weefsel en overspoelen de vrije radicalen het enzymsysteem van de weefsels om de vrije radicalen op te ruimen. Doordat echter veel vrije radicalen niet opgeruimd kunnen worden, kunnen deze reageren met de meervoudig onverzadigde vetzuren van de celmembranen en met enzymsystemen. Hierdoor kan de cel zwaar beschadigd raken.
Chronische zuurstofvergiftiging veroorzaakt longbeschadiging. Een persoon kan aan 1 atm zuurstof worden blootgesteld zonder neurologische beschadigingen op te lopen. Na echter 12 uur blootstelling van de luchtwegen aan 1 atm zuurstof kan longcongestie, longoedeem en atelectase op treden. Dit komt omdat in de longen direct worden blootgesteld aan de hoge zuurstofspanning.
Wanneer een persoon lucht onder hoge druk inademt gedurende een lange tijd, lost er veel stikstof op in de weefsels. Het bloed wat door de pulmonaire capillairen stroomt, raakt met dezelfde druk verzadigd als het mengsel wat ingeademd wordt. Binnen een aantal uren raken de weefsels ook met dezelfde PN2 verzadigd.
Decompressieziekte is het resultaat van de vorming van stikstofgasbellen in de weefsels. Wanneer grote hoeveelheden stikstof in de weefsels van een duiker zijn opgelost en de duiker gaat te snel terug naar het wateroppervlakte kunnen intra- of extracellulair grote hoeveelheden gasbellen ontstaan. Deze gasbellen kunnen kleine en grote beschadigingen veroorzaken.
De meeste symptomen van decompressieziekte worden veroorzaakt door gas wat bloedvaten blokkeert. In het begin zijn alleen de kleine vaten geblokkeerd, maar later als de gasbellen groter worden, raken ook de grote vaten geblokkeerd. Ischemie en weefseldood kunnen het gevolg zijn. Hieronder staan symptomen van decompressieziekte.
• Gewrichtspijn. Ongeveer 89% van de mensen decompressieziekte hebben pijn in de gewrichten en spieren van armen en benen.
• Zenuwstelselsymptomen. Ongeveer 5 tot 10% van de mensen met decompressieziekte kan last krijgen van duizeligheid, verlamming of bewusteloosheid.
• Verstikking. Ongeveer 2% van de mensen met decompressieziekte ontwikkelt zich verstikking. Grote hoeveelheden gasbellen blokkeren de capillairen van de longen. Hierdoor ontwikkelt zich kortademigheid, longoedeem en soms de dood.
Een decompressietank wordt gebruikt om decompressieziekte te behandelen. De duiker wordt in een tank met een hoge druk geplaatst. De druk in de tank wordt langzaam weer genormaliseerd.
Hyperbare zuurstoftherapie
Hyperbare zuurstof kan waardevolle therapeutische effecten hebben op verschillende ziekten. De zuurstof wordt meestal onder 2 tot 3 atm toegediend. Er wordt gedacht dat de vrij radicalen het therapeutische effect veroorzaken. Zuurstoftherapie kan bij de volgende ziekten nuttig zijn:
• Gas gangreen. De bacterie die deze ziekte veroorzaakt heeft een anaëroob metabolisme en stopt met groeien bij een PO2 van 70mm Hg. Hyperbare oxygenisatie van de weefsels kan een infectie geheel stoppen.
• Lepra. Ook de leprabacil heeft een anaëroob metabolisme en hyperbare zuurstoftherapie is ook bij deze aandoening bijzonder waardevol.
• Andere aandoeningen. Ook bij andere aandoeningen zoals decompressieziekte, arteriële gasembolie, koolstofmonooxidevergiftiging, osteomyelitis en myocardinfarct.
Bronnen:
JE. Hall, 2006, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc