Wykład 8 FIZJOLOGIA LUDZI I NURKOWANIE
Dlaczego nie możemy nurkować tak głęboko jak nasi krewniacy-ssaki?

 Aspekty fizyczne
 nurkowanie z aparatem tlenowym
 nurkowanie bez sprzętu, na wstrzymanym oddechu (freediving)

NURKOWANIE

• Problem ?
• Jeżeli mierzymy danej osobie ciśnienie tętnicze i ma 180/90 mm Hg (skurczowe 180 i rozkurczowe 90 mm

Hg) to co to znaczy? Czy można powiedzieć, że skurczowe jest 2 razy większe niż rozkurczowe?

• Jakie jest ciśnienie wewnątrz tętnicy?
• Problem ? Dlaczego chce się „sikać” na basenie?
• Woda uciska nasze ciało i kurczy nasze naczynia – krew przemieszcza się do naczyń centralnych (a jeżeli

woda jest zimna to dodatkowo kurczą się naczynia) – to zwiększa przepływ krwi przez nerki – większa
filtracja

• Przedsionki są bardziej wypełnione krwią – wydzielają peptyd natriuretyczny – efekt moczopędny!

• W czasie nurkowania jesteśmy eksponowani na N

2

, O

2

i CO

2

– każdy z tych gazów przy dużych ciśnieniach

może mieć istotny a nawet śmiertelny wpływ na nasz organizm

• Narkoza azotowa (N

2

) przy wyższych ciśnieniach tego gazu – przebywamy pod wodą > 1h , i oddychamy

sprężonym powietrzem – pierwsze łagodne objawy narkozy wystąpią na ok. 120 stopach (40 m) – staje się
jowialny, mniej ostrożny

• 150-200 stóp – staje się senny
• 200 – 250 stóp – słabnie, niezdolny w wykonywaniu zadań
• >250 stop- niezdolny do jakiejkolwiek pracy
• Narkoza N

2

– trochę podobna do zatrucia alkoholem

• N

2

– rozpuszcza się w lipidach neuronów i hamuje ich pobudliwość

PRAWA GAZÓW
Prawo Boyle’a

 Ciśnienie i objętość
 P

1

V

1

= P

2

V

2

Prawo Charles’a

 Gaz rozpuszcza się w cieczy pod wpływem ciśnienia
 P

X

= Gas% * P

t

HIPOTERMIA

 Utrata ciepła

 Przewodnictwo
 Konwekcja

 Odpowiedź organizmu

 Wzrost metabolizmu
 Obkurczenie naczyń

 Zależna od temperatury i czasu nurkowania
 Hipotermia jest wywoływana gdy temperatura głęboka ciała wynosi 95°F (ok. 34°C)

ILOŚĆ TLENU ROZPUSZCZONA W OSOCZU I ZWIĄZANA Z HEMOGLOBINĄ PRZY BARDZO WYSOKIM PO

2

TOKSYCZNOŚĆ O

2

PRZY WYSOKICH CIŚNIENIACH

• Gdy PO

2

we krwi rośnie > 100 mmHg ilość O

2

rozpuszczonego w wodzie krwi rośnie

• Załóżmy że PO

2

w płucach jest 3000 mmHg (4 atmosfery) – to 100 ml krwi tętniczej zawiera 29 ml O

2

, (20 ml

związane z Hb i 9 rozpuszczone).

• Te 100 ml odda 5 ml O

2

w tkankach - to we krwi żylnej jest jeszcze 24 ml/dl - dla takich warunków – PO

2

jest

około 1200 mmHg

• Co się stanie gdy będziemy oddychać O

2

przy ciśnieniu 4 atm.? - u większości osób w ciągu 30-60min wystąpi

napad mózgowy z następującą śpiączką (bardzo często bez objawów ostrzegawczych)

• Inne objawy ostrego zatrucia O

2

– nudności, zawroty głowy, zaburzenia widzenie, drażliwość, dezorientacja,

niepokój mięsni

• „Hemoglobin-O

2

buffering mechnism” nie działa powyżej P

A

O

2

= 2 atm – wtedy rośnie pO

2

w tkankach

(mózgu)→ nadmierna produkcja reaktywnych form tlenu → utlenianie lipidów, enzymów - na to
najwrażliwszy mózg

PRZELWEKŁE ZATRUCIE TLENEM

• Uszkadza płuca (dlaczego ?)
• Ekspozycja na O

2

o P= 1 atm. – uszkodzenie płuc

• Zwężenie, obrzęk, przekrwienie dróg oddechowych, niedodma, obrzęk płuc
• Inne tkanki odporne – bo działa „hemoglobin-oxygen buffer”

TOKSYCZNOŚĆ CO

2

NA DUŻYCH GŁĘBOKOŚCIACH

• Jeśli sprzęt do nurkowania działa dobrze to nie ma problemów z toksycznością CO

2

• Sam pobyt na dużej głębokości nie zwiększa produkcji CO2, PACO2 , jeśli wentylacja płuc jest prawidłowa to

CO

2

nie rośnie

• Pewien typ ekwipunku np. kombinezon z hełmem do nurkowania – CO

2

rośnie w przestrzenie martwej

aparatu i jest wdychany przez nurka

• PACO2 rośne do 80 mm Hg ale do tej granicy jest tolerowany bo jest kompensacja przez wzrost wentylacji

minutowej nawet o 8-11 razy

• Powyżej 80 mmHg – zaczynają się objawy – supresja ośrodka oddechowego, kwasica oddechowa,

letargiczny, spowolniały, uśpienie

SCUBA (SELF-CONTAINED UNDERWATER BREATHING APPARATUS) DIVING [NURKOWANIE Z APARATEM TLENOWYM]

• Do 1940 r. nurkowanie – kombinezon z hełmem połączony z wężem przez który pompowano powietrze z

powierzchni

• 1943 Jacques Cousteau wprowadził i spopularyzował SCUBA aparat, zwłaszcza „open-circuit demand

system” [system z obiegiem otwartym – przyp. tł.]

• Elementy aparatu :
• a/ 1 lub więcej zbiorników ze sprężonym powietrzem lub mieszaniną oddechową
• b/ reduktor I stopnia – zmniejsza ciśnienie gazu do wartości o kilka mm Hg > niż ciśnienie otaczającej wody
• c/ kombinacja zaworu wdechowego na żądanie i wydechowego (wdech małe podciśnienie, wydech małe

nadciśnienie)

• d/ maska i układ przewodów z małą przestrzenią martwą

SCUBA DIVING

Azot

 Ciśnienie parcjalne wzrasta wraz z głębokością
 Nekroza azotowa
 Choroba dekompresyjna

Tlen

 Toksyczność tlenu

Głębokość i gazy

 Zespół neurologiczny wysokich ciśnień (H.P.N.S.)

CHORBA KESONOWA (CHOROBA DEKOMPRESYJNA)

• Oddychanie powietrzem pod wysokim ciśnieniem – rośnie ilość N

2

rozpuszczonego w płynach ciała –

zakończy się to gdy PN

2

w tkankach będzie równe PN

2

w powietrzu oddechowym

• Na poziomie morza w naszym ciele jest rozpuszczone ok. 1 L N

2

– połowa w wodzie , połowa w tłuszczu

• N

2

rozpuszcza się w tłuszczu 5x lepiej niż w wodzie

• Gdy zanurzymy się to rośnie ilość N

2

w organizmie – równowaga osiągana jest po ok. 1h dla krwi i po

kilkunastu h dla tłuszczu

OBJĘTOŚĆ ROZPUSZCZONEGO W CIELE N

2

– ZALEŻNOŚĆ OD GŁĘBKOŚCI

CHORBA KESONOWA (CHOROBA DEKOMPRESYJNA)

• Kilka h pod wodą → więcej N

2

w tkankach → szybko wynurza się – dekompresja → pęcherzyki N

2

wewnątrz- i

zewnątrzkomórkowo → uszkodzenie tkanek , zatory małych naczyń.

• Pęcherzyki N

2

mogą pojawić się kilka godzin po wynurzeniu bo N

2

może pozostawać w tkankach w stadium

rozpuszczenia „ponad-nasyconym”

• Objawy choroby – związane z zatorem naczyń , najpierw małych w różnych tkankach później większych

CHORBA KESONOWA (CHOROBA DEKOMPRESYJNA)

• Przy bardzo głębokim nurkowaniu trzeba zredukować stężenie O

2

– bo będzie toksyczność O

2

• Na głębokości 700 stóp (ciśnienie 22 atmosfer) wystarczy 1% O

2

w mieszaninie oddechowej – natomiast 21%

(tak jak w powietrzu) spowoduje P

A

O

2

> 4 atm. i ostra toksyczność mózgowa w ciągu 30 min oddychania

• 85-90% - bole stawów i mięśni
• 5-10% objawy ze strony OUN: zawroty głowy, porażenie-niedowład, zapaść, utrata przytomności, porażenie

może być przemijające (ale może też być trwałe)

• Ok. 2% - uczucie duszenia, zatory kapilar w płucach, skrócenie oddechu, następnie obrzęk płuc i czasami

śmierć

• Eliminacja N

2

z organizmu – tabele dekompresyjne (zapobieganie chorobie) – powolne wynurzanie to N

2

będzie eliminowany przez płuca

• Przykład – nurek oddycha powietrzem przez 60 min na głębokości 190 stóp – wynurza się z przystankami

• 10 min na głębokości 50 stóp
• 17 min --- 40
• 19 min --- 30
• 50 min --- 20
• 84 min --- 10 stóp
• Pracuje 1 h a wynurza się 3 h !
• Komory dekompresyjne (zwłaszcza dla tych co mają objawy) – zwiększamy ciśnienie i po tym powoli

obniżamy

• Dla nurków często pracujących na dużych głębokościach – 250 – 1000 stóp – komory w których żyją przez dni,

tygodnie i jest w nich ciśnienie zbliżone do tych głębokości → nie ma dekompresji

• Przy bardzo głębokim nurkowaniu – He zamiast N

2

w mieszaninie do oddychania , dlaczego? Bo:

1. 1/5 efektu narkotycznego N

2

2. 2x mniej się rozpuszcza w tkankach i z powodu małej masy bardzo szybko się eliminuje – przy

dekompresji nie tworzy pęcherzyków.

3. mała gęstość He (1/7 N

2

)- z tego powodu przy wysokich ciśnieniach mały wzrost oporu i pracy

oddechowej w porównaniu do N

2

HIGH PRESSURE NERVOUS SYNDROME – ZESPÓŁ NEUROLOGICZNY WYSOKICH CIŚNIEŃ

• Nurkowanie na głębokości > 100 m – działanie He
• Objawy przemijające: drżenie rąk, nawet całego ciała, zawroty głowy, nudności, wymioty, zmniejszenie

sprawności psychoruchowej , zaburzenia oddechu

Ryzyko wystąpienia objawów tym większe im większa jest zawartość He i im szybciej się zanurza
Trimix – mieszanina do oddychania zawiera He, O

2

, N

2

w różnych proporcjach zależnie od głębokości nurkowania

LIQUID BREATHING? (Wymiana gazowa jest prowadzona przez bogato tlenowy płyn wtłaczany do płuc)

1

• Używany dla celów medycznych
• Eliminuje chorobę dekompresyjną (DCS)
• Wzrost głębokości na jakie może schodzić człowiek

1

http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_breathing

• Fluorocarbony – wysycony O

2

zawiera 3x więcej O

2

niż ta sama objętość powietrza

• 1966 – wentylowano tym płuca zwierząt i żyły
• Nie miesza się z płynami ciała
• Myszy prowadzone liquid breathing – przeżywały ciśnienie 300 atmosfer !!!
• Stosowany w badaniach klinicznych u ludzi w przebiegu ARDS [zespół ostrej niewydolności oddechowej

2

] –

C

8

F

17

Br

1

– nie sprawdził się , obecnie próby – tymczasowy substytut erytrocytów

• bezbarwny, 53 ml O

2

/dl, 210 ml CO

2

/dl, niska lepkość, niskie napięcie powierzchniowe, ρ=1.93 g/ml, ciśnienie

pary nasyconej 18 mm Hg w 37°C.

• Metoda całkowita i częściowa – prowadzenia oddechu
• Gdy ten płyn wprowadzimy do płuc w czasie nurkowania – ciśnienie w płucach, ciele, mogą się zrównać z

ciśnieniem otaczającej wody

• Ma to spowodować łatwiejsze oddychanie, nie ma problemów z dekompresją, nie ma narkozy azotowej

UCIECZKA Z ŁODZI PODWODNEJ

• Ucieczka jest możliwa z głębokości 300 stóp bez żadnych urządzeń
• Aparat „rebreathing” zwłaszcza z He pozwala się uratować z głębokości 600 stop a nawet większej, trzeba w

tym wypadku zapobiec zatorom powietrznym (barotrauma)

• Gdy wynurza się to w płucach gazy się rozprężają i rozrywają naczynia wokół pęcherzyków i mogą się zrobić

zatory powietrzne - zapobieganie w miarę wynurzania się wydychać z płuc powietrze

• Atomowe łodzie podwodne – zanurzenie tygodnie – CO ze spalanych papierosów, freon z systemów

chłodzących, promieniowanie reaktora?

KOMORA HIPERBARYCZNA – LECZENIE TLENEM POD ZWIĘKSZONYM CIŚNIENIEM

• zgorzel gazowa (gangrena) powodowana przez Clostridium sp. (beztlenowiec) . PO

2

w tkankach > 70 mmHg

hamuje ich wzrost. W przeszłości prawie wszyscy umierali.

• Zatrucie CO
• Osteomielit ?

FREEDIVING
Zależy od:

• Tolerancji ciśnienia
• Trwania bezdechu

Fazy nurkowania (nie znalazłam polskich odpowiedników):
1. Easy Going Phase
2. Fizjologiczny punkt załamania hamowania dowolnego (Physiological Breaking Point)
3. Faza walki/wysiłku (Struggle Phase)
4. Conventional Breaking Point

2

http://pl.wikipedia.org/wiki/Zespół_ostrej_niewydolności_oddechowej

GRANICE NURKOWANIA SWOBODNEGO (FREE DIVING)

• Zużycie O

2

 Wzkaźnik metaboliczny
 Tolerancja hipoksji

• Głębokość Depth

 Zapobiegnięcie zapadnięciu się płuc
 TLC ≥ RLV

• Gromadzenie się CO

2

 Hiperwentylacja
 Zmniejszanie wzrostu

• Chwilowa utrata przytomności na płyciźnie

3

 Zbyt długie zanurzenie
 Rozwija się przy wznoszeniu się płuc, PO

2

↓

 Nurek wchodzi w stan anoksji tuż przed wynurzeniem się
 Stan anoksji = brak przytomności
 Hiperwentylacja prowokuje to zjawisko

ODRUCH NURKOWANIA U CZŁOWIEKA

• Wywoływany przez zanurzenie/wynurzenie z wody
• Bezdechowa bradykardia (zwolnienie pracy serca)
• Skurcz naczyń obwodowych (przepływ krwi nie zapewnia odżywiania nieistotnych życiowo organów)
• Wzrost ciśnienia krwi (wypełnienie klatki krwią w celu zapobiegnięcia jej zapadnięcia się)
• Służy do centralizacji przepływu krwi do mózgu i serca

3

http://en.wikipedia.org/wiki/Shallow_water_blackout

ADAPTACJE
Morskie ssaki są specjalnie zaadaptowane co pozwala im na głębokie nurkowanie przez długi czas. Po pierwsze, kiedy
morski ssak jest na powierzchni wody, często hiperwentylują. Będą mogły potem wstrzymywać oddech na bardzo
długi czas zanim znów będą oddychać. Ich mięsnie mogą długo pracować bez tlenu, nie pozostają w skurczu, co robią
nasze mięśnie bez dostawy tlenu.
Wiele morskich ssaków potrafi oszczędzać tlen zamykając naczynia krwionośne dochodzące do zbędnych dla życia
organów. Krew dochodzi głównie do najważniejszych narządów, jak mózg czy serce. Młode ssaki mogą także zwolnić
pracę serca, żeby zachować tlen.

ODRUCH NURKOWANIA
Wieloryby mogą zwolnić częstość akcji serca o połowę, foki jeszcze bardziej. Ich prawidłowe tętno w spoczynku
wynosi 100-150 uderzeń/min. W czasie zanurzenia spada do 10 uderzeń/min. Te specjalne adaptacje zwane są

odruchem oddechowym ssaków morskich. Przyczyna wyzwalania tego odruchu nie jest znana. Niektórzy naukowcy
uważają, że być może ma to związek z receptorami na powierzchni twarzy i prawdopodobnie w układzie
oddechowym.

FIZJOLOGICZNE ZMIANY U FOKI POSPOLITEJ PODCZAS I PO NURKOWANIU

NURKOWANIE: SSAKI MORSKIE

• Z powierzchni do 900m

-

Duża zmiana ciśnień!

• Klasyczna odpowiedź na nurkowanie

– bezdech
– Bradykardia
– Obwodowy skurcz naczyń
– Gromadzenie tlenu
– Beztlenowy metabolizm
– Zmniejszony stopień metabolizmu

PROBLEMY Z AZOTEM
Na dużej głębokości, wysokie ciśnienie wymusza dyfuzję azotu do krwi
Uniknięcie tego problemu:

• Małe płuca
• Zgromadzenie tlenu we krwi
• Wydychanie przed nurkowaniem: mała ilość azotu w płucach
• Zapaść pęcherzyków płucnych, więc nie ma wymiany gazowej

NURKOWANIE DELFINÓW

JAK SIĘ DOPASOWAŁY?

• Delfiny są podrzędem rzędu waleni (Cetacea), w którego skład wchodzą również wieloryby
• Z tego powodu jest między nimi wiele podobieństw

ROZMIARY DELFINÓW

• Największym delfinem jest delfin butlonosy, który mierzy 6,25-12,75 stóp
• Najmniejszym delfinem jest morświn kalifornijski (Vaquita, Phocoena sinus), który mierzy 4-5 stóp

PRĘDKOŚĆ PŁYWANIA I NURKOWANIA

Delfiny pływają z prędkością 20-40 mil/godz

Ponieważ delfiny przekierowują przepływ krwi w ciele, nie nurkują przy szybkich prędkościach, a jedynie
ześlizgują się podczas zanurzania.

DLACZEGO NURKUJĄ?
Delfiny nurkują głównie żeby zdobyć pożywienie, które znajduje się na głębokości 10-150 stóp pod powierzchnią
wody.

DŁUGOŚĆ I GŁĘBKOŚĆ ZANURZENIA

Przeciętna głębokość 10-150 stóp

Najgłębsze, wytrenowane zanurzenie wynosiło 1795 stóp (SeaWorld)

Średnie długość zanurzenia 8-10 min

ZDOLNOŚĆ DO NURKOWANIA

Delfiny i wieloryby mają możliwość lepszego gromadzenia tlenu we krwi, ponieważ mają jej większą
objętość.

Mają również zdolność do odcinania dopływu krwi do mięsni niepotrzebnych do pływania.

PODSTAWY NURKOWANIA

Delfiny potrafią zwolnić pracę serca podczas nurkowania – to określa granice czasu nurkowania

Krew kierują do mózgu, serca i płuc.

Chociaż średnia długość nurkowania wynosi 8-10 minut, zdarzały się przypadki gdy trwało do 2h.

ODDYCHANIE

Tuż przed wynurzeniem delfin otwiera swoje nozdrze i wydycha

Długość oddechu trwa ok. 3 sekundy

Podczas oddychania delfin wymienia ok. 80% powietrza w płucach (człowiek ok. 17%)

Delfiny oddychają świadomie

Gdyby straciły przytomność mogłyby zginąć

NURKOWANIE SWOBODNE – HISTORIA I SPORT
Co to jest?
Osiowe zanurzenie na bezdechu – jak najgłębsze zanurzenie na jednym oddechu

HISTORIA
Profesjonalni nurkowie zbierają gąbki, perły i owoce morza od setek lat.
Japońskie kroniki wspominają o kobietach-nurkach już na 300 lat p.n.e.
Zbieractwo pereł i gąbek kwitnie aż do dziś.

Korea: Kobiety-nurkowie Hae-Nyo

4

Japonia: nurkowie Ama (w większości również kobiety)

5

70% nurków Ama żyje na wyspie Cheju, 60 mil na południe od Korei Południowej. To geograficzne położenie
populacji Ama i przewaga żeńskich nurków z powodu cieńszej warstwy tkanki tłuszczowej u mężczyzn sugeruje, że
nie są oni w stanie konkurować z kobietami w tej dziedzinie na północ od sierpniowej izotermy o wartości 25°C
(temperatura wody).

REGUŁY I REGULACJE
Dyscypliny w nurkowaniu swobodnym

4

http://en.wikipedia.org/wiki/Haenyo

5

http://en.wikipedia.org/wiki/Ama_(diving)

Stały balast: przy linie, z płetwami lub bez

Zmienny balast: ograniczony, nieograniczony

NURKOWANIE SWOBODNE ZE STAŁYM BALASTEM – Z PŁETWAMI
Nurek osiąga zamierzoną głębokość i powraca na powierzchnię używając tylko siły własnych mięśni do napędzania
płetw.

NURKOWANIE PRZY LINIE
Nurek osiąga docelową głębokość i powraca na powierzchnię przeciągając się po linie kierunkowej, musi pozostać z
nią w kontakcie podczas próby.

NURKOWANIE BEZ PŁETW

ZMIENNY BALAST – OGRANICZONY
Nurek osiąga docelową głębokość dodatkowym balastem, natomiast powrót na powierzchnię musi odbyć się za
pomocą własnych sił – przy użyciu płetw lub podciągania na linie kierunkowej. Obciążenie powinno wynosić 10-100%
ciężaru nurka i być przyczepione do liny kierunkowej.

NIEOGRANICZONY
Nurek osiąga docelową głębokość dodatkowym balastem, natomiast powrót na powierzchnię odbywa się przy
pomocy windy (nadmuchiwany balon – minimalny udźwig równoważny 50% masy ciała nurka, również
przytwierdzony do liny kierunkowej)

AUDREY MESTRE

• Pobiła żeński rekord światowy w 2000, w kategorii no-limits

– Głębokość: 412.5 stóp
– Czas: 2min 3s
– To zanurzenie uczyniło ją światową mistrzynią i było piątym najgłębszym zanurzeniem świata
– Zmarła 12 października 2002 podczas próby na głębokość 561 stóp

NO LIMITS

• Na zatrzymanym oddechu – osiągnąć maksymalną głębokość za pomocą wszelkich możliwych środków
• Schodzenie w dół specjalna winda, pionowa lina
• Powrót odpalany gazem balon
• Pozycja pionowa

• Audrey Mestre – zginęła podczas bicia rekordu świata – osiągnęła głębokość 171 m! - gdy to zrobiła miała

szybko się wynurzyć za pomocą odpalanego z butli z gazem balonu – okazało się, że ta butla była bez gazu –
(asekurujący nurkowie nie mieli też zapasowego balonu, było ich tylko dwóch a powinno być przynajmniej 5)
wydobyto ją na powierzchnię wody po 9 min od zanurzenia), zabezpieczenie medyczne – składało się z
lekarza stomatologa który nie miał defibrylatora

• 14 czerwiec 2007 rok – Austriak Herbert Nitsche osiągnął głębokość 214 metrów!