DUIKEN & GEZONDHEID: Duikdecompressie theorie II

DUIKEN & GEZONDHEID: Duikdecompressie theorie II

Weefsel verzadiging en drukgradiënten

Tijdens de vorige blog over deel I van duikdecompressietheorie spraken we over Paul Bert en met een focus op stikstof zagen we dat de oplosbaarheid van stikstof op diepte toenam tijdens een duik‚ als gevolg van een stijging van de omgevingdruk. Deze oplosbaarheid nam vervolgens weer af toen we tijdens onze duik vanuit de diepte aan de oppervlakte kwamen. Samengevat‚ kwamen we tot de conclusie dat een duiker tijdens een duik naar diepte stikstof opneemt in zijn lichaamsweefsel en stikstof afstaat naarmate hij zich naar ondieper water en het oppervlak verplaatst.

Om beter te begrijpen hoe deze opname en afname van gassen werkt en wat de termen onverzadiging‚ verzadiging en oververzadiging van weefsel betekenen‚ moeten we onze lichaamsweefsels wat meer van dichtbij gaan bekijken. Dus‚ laten we inzoomen op ons lichaam.

Zoals we tijdens de vorige blog hebben gezien‚ neemt de partiële stikstofdruk toe als gevolg van de toename van de omgevingdruk (de wet van Dalton) wanneer een duiker tijdens zijn duik afdaalt. Als resultaat wordt meer stikstof opgelost in de lichaamsweefsels naarmate het beter oplosbaar wordt (de wet van Henry).

We kunnen de oplosbaarheid van een gas ook terug vertalen naar een weefseldruk van dat gas‚ wat simpelweg de partiële druk is die het gas uitoefent op de vloeistof waarin het is opgelost. Terugkijkend op de wet van Henry:

Oplosbaarheid = (Henry';;;s costante) * (Gas Partiële Druk = Gas Weefseldruk)

Ik zal meer en meer weefseldruk gebruiken in mijn verdere uitleg‚ omdat het gemakkelijker is om te begrijpen hoe verzadiging en evenwicht van weefsels werkt door drukken te vergelijken met drukken in plaats van drukken met oplosbaarheden.

Dus als we de gegevens terugnemen van het voorbeeld van een duik van de vorige blog‚ hebben we het volgende (waardes in verzadigde omstandigheden):                                         

We duiken van de oppervlakte naar 30m diepte en beginnen stikstof op te nemen in ons lichaam. Nu is het belangrijk te beseffen dat de opname van stikstof door een verhoogde oplosbaarheid geen direct proces is! Het duurt even voordat stikstof in het weefsel is opgelost. Stikstof blijft oplossen in de lichaamsweefsels tot uiteindelijk die waarde bereikt wordt‚ die we hebben berekend van 19‚3 * 10^-4 M. Dit komt overeen met een stikstofweefseldruk van 3‚16 bar‚ wat precies onze partiële stikstofdruk is in de lucht die we inademen. Op het moment dat de stikstofweefseldruk 3‚16 bar bereikt‚ kunnen we concluderen dat er een evenwichtssituatie is en dat het weefsel verzadigd is.

Maar zoals gezegd‚ laten we inzoomen en de reis van stikstofmoleculen volgen tijdens een duik tot 30 meter. Bekijk de schematische afbeelding hieronder‚ waar de uitwisseling van stikstof tussen de alveolus en long bloedvaten wordt weergegeven voor en tijdens onze duik.

De longblaasjes van de longen zijn eindstations van alle longluchtwegen. Op dit punt worden gasmoleculen uitgewisseld tussen het bloed en de lucht die we zojuist hebben ingeademd. De klassieke uitwisseling is van zuurstof die in het bloed wordt geladen en kooldioxide dat uit het bloed in de lucht in de longblaasjes wordt uitgevoerd. De lucht in de alveolus wordt dan weer ververst als we uitademen en weer inademen‚ om ervoor te zorgen dat er een constante invoer van zuurstof en uitvoer van kooldioxide van het lichaam is.

In de schematische afbeelding zijn 4 situaties op verschillende diepten en verschillende momenten tijdens onze duik weergegeven.

Situatie 1‚ Weefsel verzadiging: Hier afgebeeld is het moment voordat we gaan duiken en we aan de oppervlakte zijn. Zoals we eerder hebben berekend‚ is de partiële stikstofdruk in de lucht die we inademen 0‚79 bar‚ dus in de alveoli hebben we een partiële stikstofdruk van 0‚79 bar. De weefseldruk van stikstof is ook 0‚79 bar. Stikstofmoleculen verplaatsen zich. Sommige moleculen gaan van de alveolus naar het bloedvat‚ maar sommige moleculen stikstof zullen ook van het bloedvat naar de alveolus gaan. Zoals we op de afbeelding kunnen zien‚ zijn de stikstofmoleculen die van de alveolus naar het bloedvat gaan gelijk aan de stikstofmoleculen die van het bloedvat naar de alveolus gaan. Als zodanig bevinden we ons in een evenwichtssituatie‚ waarbij de "duw" van stikstof in het bloedvat van 0‚79 bar gelijk is aan de "duw" van stikstof uit het bloedvat van 0‚79 bar.

Situatie 2‚ Onverzadigd weefsel: We zijn begonnen met onze duik en na 5 minuten bevinden we ons op 30 meter diepte. Zoals we eerder hebben berekend‚ is de partiële stikstofdruk in de lucht die we hier inademen 3‚16 bar‚ dus in de alveolen hebben we een partiële stikstofdruk van 3‚16 bar. We begonnen onze duik met stikstof opgelost in ons bloed dat een weefseldruk uitoefende van 0‚79 bar. Het resultaat zal dus zijn dat de "duw" van stikstof naar het bloedvat toe vanuit de alveolen van 3‚16 bar hoger zal zijn dan de "duw" van stikstof uit het bloedvat van 0‚79 bar. In de figuur zijn al enkele minuten verstreken‚ dus er is al wat stikstof in de bloedbaan “geduwd”. Hoe meer stikstof in het bloed wordt opgelost‚ hoe hoger de weefseldruk wordt. De weefseldruk is op het moment van de figuur 1‚98 bar. Deze 1‚98 bar is nog steeds lager dan de 3‚16 bar waarin de stikstof uit de alveolus wordt “gedrukt”. We kunnen dit ook zien in de figuur waar meer stikstofmoleculen uit de longblaasjes bewegen dan uit het bloedvat. Het bloedvat zal stikstofmoleculen blijven opnemen totdat het een stikstofweefseldruk bereikt die gelijk is aan de partiële stikstofdruk in de alveolen van 3‚16 bar.

Situatie 3‚ Weefsel verzadiging: We zitten op 30 minuten duiktijd en we bevinden ons nog steeds op 30 meter diepte. De partiële stikstofdruk in de lucht die we inademen is 3‚16 bar en eindelijk is er zodanig veel stikstof opgelost in het bloedvat dat de weefseldruk ook 3‚16 bar heeft bereikt. Het resultaat zal dus zijn dat de "duw" van stikstof in het bloedvat van 3‚16 bar gelijk is aan de "duw" van stikstof uit het bloedvat van 3‚16 bar. De stikstofmoleculen die van de alveolus naar het bloedvat gaan‚ zijn gelijk aan de stikstofmoleculen die van het bloedvat naar de longblaasjes gaan. Als zodanig bevinden we ons weer in een evenwichtssituatie‚ waar de "duw" van stikstof in het bloedvat van 3‚16 bar gelijk is aan de "duw" van stikstof uit het bloedvat van 3‚16 bar.

Situatie 4‚ Weefsel oververzadiging: We zitten op een duiktijd van 35 minuten en we zijn begonnen aan de opstijging van onze duik en bevinden ons nu op 10 meter diepte. De partiële stikstofdruk in de lucht die we inademen is 1‚58 bar. We begonnen onze opstijging van onze duik met stikstof opgelost in ons bloed dat een weefseldruk uitoefende van 3‚16 bar. Het resultaat zal daarom zijn dat de "duw" van stikstof naar de alveolen vanuit het bloedvat van 3‚16 bar hoger zal zijn dan de "duw" van stikstof uit de alveolus naar het bloedvat toe van 1‚58 bar. In de figuur zijn al enkele minuten verstreken‚ dus er is al wat stikstof in de longblaasjes “geduwd”. Hoe meer stikstof uit de bloedoplossing in de alveolus komt‚ hoe meer de weefseldruk afneemt. De weefseldruk is op het moment van de figuur 2‚33 bar. Deze 2‚33 bar is nog steeds hoger dan de 1‚58 bar waarin de stikstof uit de alveolus wordt “geduwd”. We kunnen dit ook zien aan het plaatje dat er meer stikstofmoleculen uit de bloedstroom naar de longblaasjes gaan dan andersom. Het bloedvat zal stikstofmoleculen blijven ontladen totdat het een stikstofweefseldruk bereikt die gelijk is aan de partiële stikstofdruk in de alveoli van 1‚58 bar.

Nu kunnen we beter begrijpen dat de opname en afgifte van stikstof tijd nodig heeft. Hoe snel de stikstofmoleculen van de ene omgeving naar de andere diffunderen‚ hangt gedeeltelijk af van hoe groot de "duw” van het partiële drukverschil is. Dit wordt de drukgradiënt genoemd. De drukgradiënt is het verschil tussen de weefseldruk van stikstof en de partiële omgevingsdruk van stikstof.

Uit onze data uit de figuur kunnen we concluderen dat de drukgradiënt tussen de alveoli en het bloed in situatie 2 is:

N₂ partiële druk alveolus - weefseldruk N₂ = drukgradiënt

3.16 bar – 1.98 bar = 1.18 bar.

Wat we hebben gezien‚ kan worden vertaald in een paar termen die vaak worden gebruikt in de decompressietheorie van duiken:

Onverzadigd weefsel: stikstofweefseldruk < stikstof partiële omgevingsdruk. Dit resulteert in het opnemen van stikstof door de weefsels

Verzadigd weefsel: stikstofweefseldruk = stikstof partiële omgevingsdruk. Dit resulteert in een stikstof opname en afvoer evenwicht.

Oververzadigd weefsel: stikstofweefseldruk > stikstof partiële omgevingsdruk‚ met als resultaat stikstofafvoer uit de weefsels.

Laten we tot slot weer uitzoomen en de samenvatting bekijken van wat we zojuist hebben geleerd in onze duikprofielfoto:

Een goed begrip van deze processen is nodig om de decompressiemodellen van Haldane waar we het in de volgende blog over zullen hebben‚ goed te kunnen volgen!

Alla prossima! 

Esther