Opór oddechowy

Opór oddechowy

Opory oddechowe podczas nurkowania są wynikiem dwóch oporów:

Oporu oddechowego układu oddechowego, wynikającego z przepływu gazu przez oskrzela i oskrzeliki do pęcherzyków płucnych

oraz

oporu oddechowego automatu.

Na zwiększenie oporów oddechowych mają wpływ: laminarność (bezwirowość) przepływu, ciśnienie mieszanki oddechowej i jej skład (gęstość gazu).

Przepływ jest laminarny, jeśli w strudze gazu nie występują zaburzenia. Jest to zjawisko trudne do wyeliminowania, jednakże zasadniczy wpływ na laminarność ma prędkość gazu. Przy spokojnym oddychaniu przepływ jest bardziej laminarny. Drugim czynnikiem jest jakość kanałów powietrznych w używanym przez nurka sprzęcie. Dodają się do tego opory oddechowe związane z budową układu oddechowego, ale na to nie mamy wpływu.

Ciśnienie mieszanki stanowi istotne kryterium wpływającym na opory oddechowe. Mieszanką pod wyższym ciśnieniem ma większą gęstość (ciężar właściwy) co ma istotne znaczenie dla oporów oddechowych.

Na ciężar właściwy ma też wpływ skład mieszanki. Z tego powodu przy szczególnie głębokich nurkowaniach zastąpienie azotu helem dodatkowo zmniejsza ciężar właściwy mieszanki redukując (oprócz narkozy azotowej) również opory oddechowe.

Jeżeli oceniamy, że mieszanki z helem dają mniejsze opory oddechowe to mówimy o wypadkowej obu tych oporów – oporu w drogach oddechowych i oporów pracy automatu oddechowego.

Jeżeli chodzi o opory w drogach oddechowych:

Pracę potrzebną do wykonania wdechu jest trudno w praktyce oszacować ponieważ składa się na nią wiele czynników. Siły elastyczności klatki piersiowej które musimy pokonać przy każdym wdechu, opory związane z tarciem gazu o ścianki oskrzelików, opory przepływu gazu mocno zależne od stopnia laminarności / turbulencji przepływu.

Opory elastyczności klatki piersiowej (Goldman 1974) określa się na około 25-30% całkowitej mechanicznej pracy związanej z oddychaniem.

Większy wpływ na pracę oddechową mają opory w drogach oddechowych a głównym czynnikiem jest wzrost gęstości gazu (Bennett i Elliott 2003). Po pierwsze opory oddechowe rosną wraz z wzrostem tempa przepływu.

Opory oddechowe R opisuje się jako: R = Δ P/V

Związek z wykonywaną pracą będzie miała wartość Δ P czyli różnica pomiędzy ciśnieniem w pęcherzyku płucnym a ciśnieniem w ustach potrzebna do zapewnienia odpowiedniego tempa przepływu gazu a tym samy odpowiedniego tempa wentylacji.

V to objętość przepływającego gazu w jednostce czasu.

Zgodnie z klasycznym podejściem (Rohrer 1915), Δ P = K1V +K2V2

Jest to wzór mocno uproszczony (Jaffran & Kesic 1974) ale pozwala na szybkie oszacowanie lepiej, niż może bardziej precyzyjne, inne modele.

Generalnie przyjmuje się, że składnik:

K1V odpowiada za przepływ laminarny

a składnik:

K2V2(potęga) odpowiada za przepływ turbulentny

Kolejny czynnik – stopień turbulencji w przepływie zależy od liczby Reynolds’a (Re) – turbulencje rosną kiedy rośnie liczba Reynolds’a.

Liczba Reynolds’a (Re) dla danego układu oddechowego zależy wprost od szybkości przepływu – wynikającej z objętości przepływającego gazu oraz gęstości gazu (g/cm3).

Przepływ w dużych oskrzelach będzie bardziej turbulentny ze względu na duże średnice a w drobnych oskrzelikach bardziej laminarny ze względu na mniejsze średnice oraz spadek prędkości przepływu ze względu na duży sumaryczny przekrój oskrzelików.

Współczynniki K1 i K2 zależą od wielu czynników - jak długość i średnica oskrzelików, liczba równoległych pasaży, „szorstkość” oskrzelików, itp. Istotne czynniki to lepkość dla współczynnika K1 – przepływ laminarny Oraz gęstość dla współczynnika K2 – przepływ turbulentny.

Kiedy zmienia się tempo przepływu oraz gęstość; wzajemne proporcje współczynników K1 i K2 się zmieniają. Stwierdzona (Maio & Farhi 1967), że zmiany gęstości gazu mają wpływ również przy wolnych przepływach co potwierdza ich bardziej turbulentny niż laminarny przepływ.

Na opory wdechu ma wpływ jeszcze jeden czynnik - spadek średnicy oskrzeli wzdłuż osi przepływu podczas wdechu przy jednoczesnym wzroście sumarycznego przekroju.

Lepkość za to wydaje się mieć mały wpływ. Ani małe lepkości wodoru ani duże lepkości neonu nie miały wyraźnego wpływu na opory oddechowe na głębokości. Potwierdza to mały udział przepływu laminarnego na całkowite opory oddechowe podczas nurkowania.

Na podstawie "Physiology and Medicine of Diving" Bennett & Elliott (2003)

Zalecenie:

Jeśli nurek używa automatu oddechowego - powinien oddychać spokojnie i głęboko, by maksymalnie zmniejszyć opory oddechowe; użyty automat powinien mieć małe opory mechaniczne przepływu a mieszanka oddechowa powinna mieć w składzie lekkie gazy - hel lub wodór podczas nurkowań na duże głębokości.