Střípky z teorie

Tento pojem mi unikal a troufnu si tvrdit, že nejsem sám. Podle mého názoru jde o jeden z nejméně jednoznačných pojmů, se kterými se v potápění můžete setkat. Přestože pojem „kyslíkové okno“ (KO) je znám již 50 let, nepatří mezi běžné potápěčské znalosti. Zatímco většina zdrojů uvádí tento pojem stejně, jako jej uvádí wikipedie [WIKI], lze narazit i na jiné definice. Nejde nám však pouze o pochopení jevu samotného, nýbrž také o to, jaký dopad má na nás během ponoru. Abychom mohli problematiku pochopit, shrňme si nejprve pojmy fyziky plynů v lidském těle.

• Metabolicky Inertní plyn: za daných podmínek plyn nepodléhající chemickým reakcím. Patří mezi ně například dusík, helium a argon
• Parciální tlak: je podíl na celkovém tlaku směsi plynů, který vyvozuje jedna jeho složka. Součet parciálních tlaků všech složek je roven celkovému tlaku směsi. Např. kyslík ve vzduchu při atmosférickém tlaku 100 kPa na hladině má parciální tlak (ppO₂) 21 kPa, protože jeho podíl je 21 %.
• Gradient inertního plynu: Je rozdíl parciálního tlaku dýchaného inertního plynu oproti parciálnímu tlaku inertního plynu v tkáních. Pokud se ponoříme, s klesající hloubkou roste parciální tlak dýchaného plynu, rychleji než v tkáních a vzniká tak tlakový gradient, díky kterému dochází ke vstřebávání daného plynu. Děje se tak s určitým zpožděním. Při vynořování dochází k opačné situaci a parciální tlak v krvi klesá rychleji než ve tkáni a dochází k vysycování vstřebaných plynů.
• Přesycení (supersaturace): tkáně obsahují více inertního plynu, než by odpovídalo tlaku plynu v okolním prostředí.
• kritická mez (koeficient přesycení, M-value): poměr parciálního tlaku uvažovaného plynu ve tkáni a v okolí, který je tkáň schopna tolerovat bez příznaků dekompresní nemoci. Tato hodnota se liší pro různé typy tkání a závisí také na hloubce. Používá se pro výpočet bez dekompresních časů, tabulek a v potápěčských počítačích.
• Vysycování: Vlivem klesajícího tlaku při vynořování dochází k uvolnění inertního plynu nahromaděného v tkáních. Při nedostatečném odsunu rozpuštěného plynu jinou okolní tkání (např. krev, míza) dochází ke vzniku jader volných bublin, a to může být (jejich růstem a vlivem na tkáně) příčinou dekompresní nemoci (DCS).

Na využití plynů pro metabolismus mají vliv také další faktory než čistě fyzikální. Zejména se jedná o vázání a uvolňování kyslíku v hemoglobinu, vlivy teploty prostředí, parciálního tlaku CO₂ i metabolismem tkání (zejména vlivem fyzické zátěže).

Představme si nyní tři následující definice.

 

1. [WIKI] definuje KO jako:
rozdíl mezi parciálním tlakem kyslíku (ppO₂) tepenné krve a ppO₂ v tělních tkáních. Pokud je organismus v klidu, součet parciálních tlaků rozpuštěných plynů v tělních tkáních je obvykle menší než atmosférický tlak, a tomuto fenoménu říkáme „kyslíkové okno" (oxygen window), „partial pressure vacancy" nebo „inherent unsaturation".

 

Toto je nejčastěji použité vysvětlení tohoto pojmu. Při procesu dýchání tepenná krev přivádí dýchaný plyn do tkání, kde je následkem metabolických procesů spotřebují kyslík a produkují CO₂. Ne všechen kyslík je však využit. Vdechujeme 21 % kyslíku a vydechujeme 16% kyslíku a 5% CO₂. Tato směs plynů je nakonec výdechem vyloučena z těla. Těmito metabolickými procesy tedy dojde k rozdílu parciálního tlaku kyslíku mezi tkáněmi a krví v tepnách. Na rozdíl od situace v plynné směsi, kde kyslík a oxid uhličitý vykazují stejný parciální tlak pro stejný počet molekul, ve vodě nebo v krvi je oxid uhličitý dvacetkrát více rozpustný než kyslík [DAN]. Díky těmto vlastnostem je takto definované KO hlavním faktorem snížení pravděpodobnosti vzniku bublin.

Podle Powella [DFD] je rychlost vysycování inertního plynu závislá pouze na jeho vlastním gradientu, jinými slovy plyny se vysycují ve stejném poměru, bez ohledu na to, co dělají ostatní plyny. Takže fakt, že ppO₂ je nižší na žilní straně nemá absolutně žádný vliv na vysycování dusíku. Kde nám KO dává výhodu je kontrolování formace bublin. K formování bublin dochází, pokud přesáhneme kritickou mez (M-value). Formování bublin se liší od vysycování v tom, že musíme při výpočtu nasycení počítat tlak všech plynů společně. Pokud součet tlaku všech plynů přesáhne mez, bubliny se začnou tvořit s velmi vysokou pravděpodobností. To znamená, že každý plyn se vysycuje samostatně, ale společně hrají roli ve formování bublin.

[DAN] článek se rozchází s ostatními v tom, zda kyslíkové okno má vliv na vysycování, či nikoliv. Vysvětluje, že "chybějící" kyslík je nahrazen dusíkem, což je mylné a patrně způsobeno spojením vícero významů KO do jednoho. Bližší vysvětlení lze nalézt např. v [GUE2] nebo v [DFD].

 

2. [DFD]:
Přechodem na dekompresní plyn s vyšším podílem kyslíku a tím pádem také nižším podílem dusíku zvýšíme gradient inertního plynu a tomuto jevu říkáme „otevření kyslíkového okna“.

 

Toto vysvětlení je nejčastěji používáno technickými potápěči jako akcelerovaná dekomprese. Snížení obsahu dusíku nutně umožní tkáním začít se zbavovat dusíku ve tkáních, a tak nastartovat dekompresi. Ve skutečnosti jsou naše dekompresní tabulky matematickými modely tohoto jevu. V podstatě se pokoušejí předvídat tato "zpoždění" při změnách napětí plynů v reakci na změny okolního tlaku a ochrání nás před dekompresním onemocněním [DAN]. Tento rozdíl lze pozorovat v následujícím grafu na hodnotách při dýchání vzduchu na hladině a kyslíku na hladině.

 

3. [DFD]:
Vyšší parciální tlak kyslíku sám o sobě pomáhá dekompresi vytvořením většího rozdílu tlaku mezi tepennou a žilní stranou těla.

 

Kyslík je z plic přepravován cévním systémem ke tkáním jednak fyzikálně rozpuštěný (molekuly kyslíku se pohybují mezi molekulami vody) a jednak vázaný chemickou vratnou vazbou na hemoglobin v červených krvinkách. Hemoglobin před průchodem plícemi je asi ze 60 % nasycen kyslíkem, po průchodu asi z 97 %. Chemickou vratnou vazbou je přepravováno asi 70 x více kyslíku, než je fyzikálně rozpuštěno v krvi. Úplná saturace hemoglobinu kyslíkem nastává již při 20 kPa ppO₂. Při vyšších parciálních tlacích je však množství fyzikálně rozpuštěného kyslíku přímo úměrné ppO₂. Uvedený graf tento rozdíl ukazuje zvyšující se hodnotou pro dýchání kyslíku s narůstající hloubkou. Při stejné spotřebě kyslíku pak dojde k většímu rozdílu ppO₂ mezi tepennou a žilní stranou a kyslíkové okno se tak rozšíří [DFD]

 

 

Na plné využití rozšíření KO je třeba, aby ppO₂ byl alespoň 160 kPa a maxima lze dosáhnout až při ppO₂ = 300 kPa. Docílíme tak stejného efektu dýcháním čistého kyslíku v 6 metrech jako dýcháním EAN50 v 22 metrech. Vzhledem k tomu, že při vyšším ppO₂ je tělo vystaveno nebezpečí kyslíkové toxicity, je v rekreačním potápění doporučen ppO₂ = 160 kPa jako maximální hodnota a nedojte tak maximálnímu využití KO.
Irvine [GUE] uvádí tento význam KO např. jako důvod, proč čistý kyslík funguje tak dobře v DCS případech po tom, co zmenší bubliny, stejně jako skutečnost, že nasycení kyslíkem má tendenci transportovat tento plyn tam, kde je potřeba, i když jsou tkáně blokovány poškozením.

 

Závěr

Pokud chcete předejít nedorozuměním v diskuzi s kolegou, je třeba se ujistit, o jakém významu kyslíkového okna se bavíme. Nejvíce nedorozumění však vzniká mícháním všech definic dohromady. Nejlépe shrnuje rozdíl definic a jejich dopadu na potápěče Powell následující tabulkou

 

Definice	Vliv
1. Rozdíl ppO2 mezi tepennou a žilní stranou	nižší pravděpodobnost vzniku bublin
2. Snížení parciálního tlaku inertního plynu v dýchané směsi	větší gradient poskytující rychlejší vysycování
3. Zvýšení rozdílu ppO2 mezi tepennou a žilní stranou dýcháním směsi o vysokém ppO2	nižší pravděpodobnost vzniku bublin než v prvním případě

 

​Zdroje

[WIKI] https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_window_in_diving_decompression

[DAN] http://www.dansa.org/blog/2015/11/10/the-oxygen-window

[GUE] https://www.gue.com/simple-explanation-oxygen-window

[GUE2] https://www.gue.com/effect-hyperbaric-oxygen-oxygen-window

[SP] http://www.stranypotapecske.cz/teorie/deco.asp?str=200410102342300#deco5-okno

[DFD] Mark Powell: Deco for Divers (str. 48, 104-107)

Graf: Jiří Hovorka (přepočteno na kPa, převzato z The effect of hyperbaric oxygen on the oxygen window BY EDDIE BRIAN, JR., M.D.)

 

Děkuji za spolupráci na tvorbě tohoto textu Jirkovi Hovorkovi, Zdeňku Šraierovi, MUDr. Ladislavu Bielovi a MUDr. Miloši Sázelovi za cenné připomínky, otázky a opakované opravy.