DUIKEN & GEZONDHEID: Duikdecompressie theorie I
Partiële gasdrukken‚ oplosbaarheid en de relatie tot de omgevingsdruk
Hoe weet jouw duikcomputer wanneer je moet opstijgen?
"Op basis van mijn duikprofiel bepaalt het mijn decompressie limieten."
Wat bepaalt mijn decompressielimieten?
"Er zijn diepte-tijd-algoritmen die dat berekenen"
Waar is dat algoritme op gebaseerd?
Dit was hoe ik begon met het bestuderen van de duik decompressietheorie. Het begint allemaal met één vraag‚ die alleen maar tot meer vragen leidt‚ totdat je je begint af te vragen of het je langzame of snelle weefsel compartimenten zullen zijn die je diepe stop bepalen tijdens het duiken.
Ik wil je graag met mij meenemen op deze prachtige reis om de theorie van duikdecompressie te begrijpen.
Ik wil je stap voor stap door dit proces leiden en de neuronen wat tijd geven om al die informatie goed te laten bezinken. Ik ben ervan overtuigd dat het beter begrijpen van de duik decompressietheorie je meer zelfvertrouwen en controle en daarmee vreugde gaat geven tijdens je duiken.
"Vreugde in bekijken en begrijpen is het mooiste geschenk van de natuur." Albert Einstein
Laten we bij het begin beginnen. Onze duikdecompressie theorie reis begint bij Paul Bert. In zijn werk “La Pression Barometrique” bestudeerde hij het fysiologische effect van omgevings druk.
De experimenten van Paul Bert toonden aan dat veranderingen in omgevingsdruk resulteerden in veranderingen in de verhoudingen van zuurstof in het bloed; waar lage drukken resulteerden in zuurstofgebrek en hoge drukken resulteerden in zuurstofoverbelasting en vergiftiging. Zijn belangrijke bevinding over het toxische effect van zuurstof op het centrale zenuwstelsel (CZS) staat tegenwoordig nog steeds bekend als het "Paul Bert-effect". Dit concept is ook zeer relevant voor duiken‚ vooral voor technisch duiken‚ maar meer hierover in een toekomstige blog.
Laten we ons voorlopig concentreren op de decompressietheorie van duiken‚ waarbij stikstof het gas is waarop we ons willen concentreren. Wat Paul Bert tijdens zijn experimenten ontdekte‚ waren de effecten van stikstof op een lichaam onder hoge druk.
In een van zijn experimenten plaatste Paule Bert 24 honden onder 7-9 ATA‚ gevolgd door een snelle decompressie van 1-4 minuten tot 1 ATA. Het resultaat was dat 21 honden stierven‚ 2 ernstige morbiditeit hadden en slechts 1 in orde leek te zijn. Honden die gedurende gematigde perioden werden blootgesteld aan deze hoge drukken en / of geleidelijker werden ontheven van omgevingsdruk‚ leken minder symptomen te hebben.
Nu weet ik dat elke dierenliefhebber zoals ik kramp in zijn maag krijgt als hij over dergelijke experimenten leest‚ maar… dit leidde Paul Bert tot een interessante vondst die de basis legde voor de theorie van duikdecompressie.
Paul Bert stelde vast dat een toename van de partiële stikstofdruk als gevolg van de verhoogde omgevingsdruk‚ ervoor zorgde dat stikstof oploste in de lichaamsweefsels. Een afname van de partiële stikstofdruk‚ als gevolg van een afname van de omgevingsdruk‚ zorgde ervoor dat stikstof uit de oplossing kwam en bellen vormde.
Paul Bert concludeerde dat langzaam decomprimeren tijdens het duiken resulteerde in een langzamere afgifte van stikstof aan het bloed en een betere kans om uit het lichaam te ontsnappen zonder bellen te vormen.
Laten we ons eens voorstellen hoe dit werkt met een klein beetje wetenschap‚ met behulp van twee belangrijke formules in de decompressietheorie van duiken.
Volgens de natuurkundige wet van Henry is de oplosbaarheid van een gas bij constante temperatuur recht evenredig met de druk die het gas op de oplossing uitoefent. Oftewel:
Oplosbaarheid = (Henry´s constante) * (Partiële drukgas)
Als we naar de diepte duiken‚ neemt de omgevingsdruk toe. Met een toename van de omgevingsdruk‚ neemt de partiële druk van de gassen die we inademen tijdens onze duik ook toe‚ volgens de natuurkundige wet van Dalton. Deze wet stelt dat de totale druk van een gasmengsel de som is van alle partiële gasdrukken.
Oftewel:
Totale druk = partiële druk gas 1 + partiële druk gas 2 + etc. (inclusief alle gassen die deel uitmaken van het totale gasmengsel)
Laten we in een voorbeeld eens kijken wat dit alles betekent voor de opname van stikstof in ons lichaam.
Voordat ik aan mijn duik begin‚ ben ik aan de oppervlakte waar ik een druk van 1 ATA heb. Laten we beginnen met uitzoeken wat onze partiële stikstofdruk aan de oppervlakte is met behulp van de wet van Dalton.
Als ik 1 ATA omgevingsdruk aan de oppervlakte heb‚ betekent dit dat de druk van de lucht die ik inadem 1 bar is. De lucht die ik inadem‚ bestaat voor ongeveer 21% uit O2 en 79% uit N2. Gegeven deze verhoudingen betekent dit dat O2 een druk uitoefent van 21% van 1 bar‚ dat is 0‚21 bar. Dit is de partiële druk van O2. De partiële druk van N2 is 79% van 1 bar -> 0‚79 bar.
1 bar (totale druk) = 21% van 1 bar ( O2) + 79% van 1 bar (N2)
= 0‚21 * 1 bar + 0‚79 * 1 bar
= 0‚21 bar (pp O2) + 0‚79 bar (pp N2)
Laten we eens kijken wat dat betekent voor de oplosbaarheid van stikstof aan de oppervlakte volgens de wet van Henry. De constante van Henry voor stikstof wordt als 6‚1 * 10-4 M/bar beschouwd.
Oplosbaarheid N2 aan het oppervlak (1bar)= 6‚1 * 10-4 M/bar * 0‚79 bar = 4‚8 * 10-4 M
Nou wil ik niet aan de oppervlakte blijven‚ maar was mijn plan om te gaan duiken. Ik begin dus mijn duik en daal af tot 30 meter diepte. De omgevingsdruk is 4 ATA. Dit betekent dat de druk van de lucht die ik inadem 4 bar is. Laten we deze wijzigingen in onze formule invullen:
4 bar (totale druk) = 21% van 4 bar (O2) + 79% van 4 bar (N2)
= 0‚21 * 4 bar + 0‚79 * 4 bar
= 0‚84 bar (pp O2) + 3‚16 bar (pp N2)
Dus de partiële stikstofdruk is gestegen van 0‚79 bar aan de oppervlakte naar 3‚16 bar op diepte.
Laten we nu eens kijken wat het effect is van die hogere partiële stikstofdruk op de oplosbaarheid van dit gas in onze lichaamsweefsels. We keren dus terug naar de wet van Henry en vullen onze nieuwe gegevens in die we nu hebben:
Oplosbaarheid N2 op 30m diepte (4bar) = 6‚1 * 10-4 M/bar * 3‚16 bar = 19‚3 * 10-4 M
De oplosbaarheid van N2 in onze weefsels is toegenomen van 4‚8 * 10-4 M tot 19‚3 * 10-4 M. Deze toename is vergelijkbaar met de toename van de omgevingsdruk met een factor 4 van de oppervlakte (1 bar) tot 30m diepte (4 bar).
We hebben dus gezien en berekend dat de stikstofoplosbaarheid inderdaad toeneemt op diepte tijdens een duik. En een hogere oplosbaarheid betekent een hogere stikstofopname in de weefsels. Het tegendeel is natuurlijk ook waar‚ waar die oplosbaarheid van stikstof afneemt wanneer je tijdens een duik vanuit diepte naar de oppervlakte komt‚ en dus meer stikstof uit de weefsels loslaat.
Als we naar onze duik kijken‚ kunnen we concluderen dat we bij het duiken naar diepere diepten stikstof in ons lichaamsweefsel opnemen; Als we tijdens onze duik naar ondieper diepten komen‚ ontladen we stikstof uit onze weefsels.
Figuur geeft aan dat we stikstof opnemen tijdens het duiken naar diepte en stikstof afvoeren tijdens het opstijgen naar minder diepere dieptes.
Ik denk dat dat genoeg is voor de eerste les van de theorie over duik decompressietheorie. We zullen dieper op deze theorie ingaan‚ maar het is van fundamenteel belang om de basiskennis die hier wordt beschreven goed te kennen om te begrijpen wat er nog gaat komen. En maak je geen zorgen‚ hoe verder we komen en meer je begrijpt‚ hoe makkelijker het allemaal wordt!
...A presto!
Esther
