Χρήση του Οξυγόνου στην πτήση

Εισαγωγή-Φυσιολογία της Πτήσης

Σύμφωνα με τη φυσική, η μερική πίεση ενός αερίου που βρίσκεται αναμεμειγμένο με άλλα σε ένα κλειστό δοχείο, είναι η πίεση που θα ασκούσε αυτή η ποσότητα του αερίου στα τοιχώματα του δοχείου, εάν με κάποιο αφαιρούσαμε όλα τα υπόλοιπα αέρια. Πως τώρα αυτά σχετίζονται με τη διαδικασία της αναπνοής και γιατί υπάρχουν συνέπειες στη φυσιολογία μας κατά τη διάρκεια μιας πτήσης σε μεγάλο υψόμετρο; Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή…

Μηχανισμός Αναπνοής

Η διαδικασία της αναπνοής περιλαμβάνει ένα φαινόμενο γνωστό και ως ανταλλαγή αερίων. Όπως μπορεί να έχουμε ακούσει, ο πνεύμονας έχει αναλάβει να εισάγει μέσα στον οργανισμό το οξυγόνο και να απομακρύνει το διοξείδιο του άνθρακα.

Με παθητική διάχυση το οξυγόνο περνάει το επιθήλιο των κυψελίδων του πνεύμονα και εισέρχεται στο αίμα. Αυτή η κίνηση των μορίων του οξυγόνου γίνεται με παθητική διάχυση. Λόγω της διαφοράς στη μερική πίεση του αερίου αυτού στο αίμα και στον αέρα της αναπνοής. Η πορεία του οξυγόνου το οποίο προσλαμβάνεται από την αιμοσφαιρίνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων, καταλήγει μέσα σε κάποια οργανίδια των κυττάρων μας – τα μιτοχόνδρια, στα οποία γίνεται η οξείδωση μεγάλων μορίων που έρχονται από την τροφή μας και έτσι παράγεται ενέργεια και άλλα μικρότερα μόρια απαραίτητα για τη διατήρηση, ανάπτυξη και τις διεργασίες των κυττάρων.

Από αυτή τη διαδικασία της οξείδωσης παράγεται διοξείδιο του άνθρακα το οποία ακολουθεί την αντίστροφη πορεία, και μέσω του αίματος φτάνει στον πνεύμονα από τον οποίο εξάγεται στον ατμοσφαιρικό αέρα. Η αυξημένη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στον οργανισμό, ενεργοποιεί κάποια αισθητήρια του σώματος που επιταχύνουν το ρυθμό της αναπνοής μας για να γίνει η εξαγωγή του. 

Ας πάμε πάλι όμως στο θέμα του οξυγόνου το οποίο μας ενδιαφέρει σε αυτό το άρθρο, και γιατί κατά την πτήση μας μπορεί να υπάρξουν κάποιες διαταραχές σε αυτό.

Το οξυγόνο λοιπόν είναι απαραίτητο να ανανεώνεται μέσω του αέρα που αναπνέουμε, ενώ το διοξείδιο πρέπει να αφαιρεθεί από το σώμα. Αυτή η ανταλλαγή αερίων είναι η κύρια λειτουργία των πνευμόνων.
Η ανταλλαγή αερίων γίνεται στις κυψελίδες μέσω διάχυσης. Η διάχυση είναι η φυσική τάση αερίων να μετακινούνται από το χώρο υψηλής συγκέντρωσης προς το χώρο χαμηλότερης συγκέντρωσης, όπου η ταχύτητα, δηλαδή το πόσο γρήγορα διαχέονται, εξαρτάται από τη διαφορά των πιέσεων μεταξύ των δύο χώρων. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά τόσο πιο γρήγορη είναι η διάχυση (νόμος του Dalton). Αυτό που βοηθά στο σώμα μας τη γρήγορη ανταλλαγή των αερίων είναι η μεγάλη επιφάνεια που έχει δημιουργηθεί μεταξύ αέρα και αίμα στις κυψελίδες με τον τρόπο που αναφέραμε επάνω.

Ο αέρας που αναπνέουμε (ατμοσφαιρικός αέρας), περιέχει περίπου 21% οξυγόνο, 0.04% διοξείδιο. Όταν εκπνέουμε, ο αέρας αυτός περιέχει περίπου 15% οξυγόνο και 4% διοξείδιο

Φανταστείτε ότι ο πνεύμονας είναι μια διαπερατή μεμβράνη, από τη μια πλευρά της οποίας βρίσκεται το αίμα, όπου η μερική πίεση του οξυγόνου έχει κάποια φυσιολογική τιμή, και από την άλλη βρίσκεται ο ατμοσφαιρικός αέρας, στον οποίο η μερική πίεση του οξυγόνου είναι μεγαλύτερη. Έτσι κατά την εισπνοή, το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα, τείνει να διαπεράσει τη μεμβράνη προς το αίμα, τη στιγμή που το διοξείδιο του άνθρακα περνάει προς τα έξω καθώς η μερική του πίεση είναι πολύ μεγαλύτερη μέσα στο αίμα από ότι έξω στον αέρα.

Τι γίνεται όμως καθώς το υψόμετρο αυξάνεται σε μία πτήση μεγάλου υψομέτρου;

Σταδιακά η μερική πίεση του οξυγόνου της ατμόσφαιρας μειώνεται, με αποτέλεσμα στις κυψελίδες του πνεύμονα να περιορίζεται ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται η εισαγωγή του στον οργανισμό. Σε κάποιο ύψος, η μερική πίεση του οξυγόνου γίνεται τόση ώστε πρακτικά δεν είναι δυνατή η ανταλλαγή των αερίων. Αυτό οδηγεί σε αυτό που είναι γνωστό σαν Υποξία, και συγκεκριμένα Υποξική Υποξία νομίζω ότι είναι ο ορθός όρος.

Η ανάγκη για υποστήριξη οξυγόνου λοιπόν γίνεται σαφής και για το λόγω αυτό έχει αναπτυχθεί κάποια τεχνολογία υποστήριξης σε οξυγόνο, είτε με τη μορφή της συμπιεζόμενης καμπίνας, είτε με τη μορφή του υποστηρικτικού οξυγόνου με τη βοήθεια διαφόρων συσκευών.

Παρακάτω, κάνω μια αναφορά σε σχέση με τα συστήματα που προβλέπονται από την FAA.

Σύμφωνα λοιπόν με την FAA, και με βάση την ανθρώπινη φυσιολογία και το πώς αυτή διαμορφώνεται σε μεγάλο υψόμετρο:

Το οξυγόνο πρέπει να χρησιμοποιείται από έναν πιλότο οποτεδήποτε βρίσκεται πάνω από 4.600 μέτρα, ή και πάνω από τα 4.100, εφόσον η διάρκεια παραμονής είναι τουλάχιστον 30 λεπτά.

Υπάρχουν κάποια συστήματα φορητού οξυγόνου τα οποία χρησιμοποιούνται σε πτήσεις μεγάλου υψομέτρου με ανεμόπτερα. Κάποια από αυτά τα συστήματα διαθέτουν τεχνογνωσία η οποία έχει αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια του δεύτερου παγκόσμίου πολέμου, υπάρχουν όμως και περισσότερο σύγχρονες προσεγγίσεις που έχουν σχεδιαστεί για μείωση του βάρους, κάτι σημαντικό για χρήση σε αιωρόπτερα ή ελαφρά ανεμόπτερα όπου ο χώρος και το επί πλέον βάρος είναι περιορισμένα.

Τέτοια συστήματα είναι για παράδειγμα η Κάνουλα, το σύστημα EDS, και η γνωστή Full face μάσκα προσώπου.

Κάνουλα Συντήρησης

Η χρήση των cannulas έχει εγκριθεί από την FAA για χρήση μέχρι τα 6.000 μέτρα, αλλά με βάση τη σχετική νομοθεσία στην Αμερική, ο πιλότος πρέπει να έχει και μάσκα προσώπου μαζί του όταν η κάνουλα χρησιμοποιείται (FAR 25). Ο υποχρεωτική ροή της κάνουλας πρέπει να είναι 1 λίτρο ανά λεπτό ανά 3.000 μέτρα ή παραπάνω.

Το πλεονέκτημα της κάνουλας βρίσκεται στο γεγονός ότι δεν έχει απώλειες οξυγόνου κατά την εκπνοή, ή την παύση μέχρι την επόμενη εισπνοή. Με τη χρήση της κάνουλας, η ροή μπορεί να ρυθμίζεται ώστε να είναι από 0,3 έως 0,4 λίτρα ανά λεπτό.

Είναι πάντως χρήσιμο να χρησιμοποιείται ένα οξύμετρο, το οποίο μετράει επί τοις % κορεσμό οξυγόνου, στην ουσία συγκρίνοντας το ποσοστό του οξυγόνου που μεταφέρεται από τα ερυθρά αιμοσφαίρια του αίματος σε σχέση με αυτό που το αίμα έχει τη δυνατότητα να μεταφέρει.

Σύστημα EDS

Το σύστημα EDS (Electronic Delivery System) είναι το πρώτο υποστηρικτικό σύστημα αναπνοής το οποίο αναπτύχθηκε ειδικά για αεροπορική χρήση. Το σύστημα δίνει αυτόματα παλμούς οξυγόνου, ανάλογα με τις ανάγκες της αναπνοής. Αυτό περιορίζει την περιττή κατανάλωση οξυγόνου τουλάχιστον 10 φορές σε σχέση με αντίστοιχα συστήματα συνεχούς ροής, διατηρώντας ένα 90% κορεσμό οξυγόνου στο αίμα και σε υψόμετρα πάνω από 8.000 μέτρα. Το EDS αισθάνεται και συγχρονίζεται με το ρυθμό της αναπνοής και προσφέρει στον πιλότο την ιδανική ποσότητα του οξυγόνου που είναι απαραίτητη εκείνη τη στιγμή. Με ένα αισθητήριο της βαρομετρικής πίεσης, ανταποκρίνεται αυτόματα στην αλλαγή του υψομέτρου.

Στην περίπτωση του EDS, o ρυθμιστής του μπορεί να υπολογίζει την ποσότητα του οξυγόνου που θα έπρεπε να μεταφέρεται, και ρυθμίζει αναλόγως τη ροή στην επόμενη αναπνοή. Έτσι θεωρητικά, η ίδια περίπου ποσότητα οξυγόνου παρέχεται με την κάνουλα, η οποία στην ουσία έχει μια μικρή απώλεια. Η διαφορά αυτή γίνεται μεγαλύτερη για υψόμετρα μεγαλύτερα από 6.000 μέτρα.

Υπάρχουν δύο μειονεκτήματα στο σύστημα EDS: Πρώτον το κόστος και δεύτερον η κατανάλωση μπαταρίας.

Έχουν καταγραφεί περιπτώσεις στις οποίες η μπαταρία απέτυχε, με αποτέλεσμα να ακυρωθούν πτήσεις.

Το πλεονέκτημα του EDS βρίσκεται στο γεγονός ότι αυτόματα λειτουργεί σωστά και είναι απλό στη χρήση του.

Μάσκα προσώπου

Η τεχνολογία της μάσκας οξυγόνου στην ουσία αναπτύχθηκε κατά το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο και είναι ένα σύστημα συνεχούς ροής.

Για υψόμετρα μεγαλύτερα από 6.000 μέτρα, η FAA απαιτεί μια μάσκα προσώπου με ασκό και μια ροή της τάξης του 1 λίτρο/λεπτό/3.000 μέτρα. Θεωρητικά και πρακτικά αυτό το σύστημα είναι αποτελεσματικό για υψόμετρα μέχρι τα 13.000 μέτρα.

Το σύστημα αυτό προσαρμόζει το ποσοστό του οξυγόνου στην εισπνοή με βάση την βαρομετρική πίεση, και σε ύψος 14.000 μέτρα προσφέρει 100% οξυγόνο. Αυτό δεν γίνεται αυτόματα.

Πρακτικά από τη χρήση των τριών αυτών συστημάτων, τόσο η κάνουλα όσο και το EDS, φαίνεται ότι λειτουργούν αποτελεσματικά για υψόμετρα μέχρι τα 8.000 μέτρα.

Μέχρι τα 6.000 μέτρα η κάνουλα φαίνεται να είναι αρκετή. Από εκεί και πάνω, για την απαραίτητα οξυγόνωση πρέπει να αυξηθεί τόσο η ροή ώστε γίνεται απώλεια. Το EDS φαίνεται να είναι καλύτερο από τα 6.000 και μετά, όπου φαίνεται το πλεονέκτημα σε σχέση με την κάνουλα. Σε ύψη όμως πάνω από τα 10.000 μέτρα και το EDS πιθανώς χάνει την αποτελεσματικότητά του.

Συμπέρασμα

Άρα το σύστημα που θα επιλέξει ένας πιλότος, εξαρτάται από τον τρόπο, τον τόπο και τις συνήθεις συνθήκες στις οποίες θα το χρησιμοποιήσει.

Αν πρόκειται να επιλέξει ανάμεσα στην κάνουλα και το EDS, θα μετρήσει στην επιλογή το ρίσκο του να αστοχήσει μια μπαταρία στο EDS, σε σχέση με την απαραίτητη προσοχή που ο πιλότος πρέπει να δίνει συνέχεια στο σύστημα στην άλλη περίπτωση.

Σχετικά τώρα με την αποτελεσματικότητα, τόσο το EDS όσο και η κάνουλα είναι εντάξει αλλά με περιορισμούς στο υψόμετρο.

Η τρίτη επιλογή της μάσκας, έχει πλεονέκτημα σε σχέση με το μεγάλο υψόμετρο (μέχρι τα 14.000 μέτρα), αλλά έχει τριπλάσια ροή οξυγόνου.

Παρατηρήσεις

Μια παρατήρηση για τη σωστή χρήση του οξυγόνου μετά από μία πτήση σε μεγάλο υψόμετρο, είναι να παραμένει ενεργό το σύστημα κοντά στην προσγείωση, γιατί μπορεί να υπάρξει μια κατάσταση χαμηλού οξυγόνου στον οργανισμό και μάλιστα σε μια απαιτητική και στρεσσογόνο στιγμή πριν την προσγείωση που μάλιστα μπορεί να είναι έντονη εφόσον μιλάμε για ημέρες με πολύ ισχυρό άνεμο (Wave). Έτσι η σύσταση λέει να παραμένει σε λειτουργία το οξυγόνο μέχρι την προσγείωση, μετά από παρατεταμένη πτήση σε συνθήκες χαμηλής μερικής πίεσης οξυγόνου.

Μια ακόμη παρατήρηση την οποία εντόπισα στο internet, αφορά στο ερώτημα εάν θα μπορούσαμε με οικειοθελή αύξηση του ρυθμού αναπνοής να λύσουμε το πρόβλημα της ελλιπούς οξυγόνωσης λόγω υψομέτρου.

Αρχικά η ερώτηση βασίζεται στην παρατήρηση ότι το αίμα δεν διαθέτει αισθητήριο για την ανίχνευση της συγκέντρωσης του οξυγόνου αλλά του διοξειδίου του άνθρακα. Μόλις τα επίπεδα του διοξειδίου αυξηθούν, αυτόματα αυξάνεται ο ρυθμός της αναπνοής, με αποτέλεσμα η αυξημένη εξαγωγή του διοξειδίου από τους πνεύμονες να συνοδεύεται και από αυξημένη εισαγωγή οξυγόνου, με αποτέλεσμα να επέρχονται συνθήκες αυξημένης οξυγόνωσης.

Αυτό όμως γίνεται στην επιφάνεια της θάλασσας. Σε μια πτήση μεγάλου υψομέτρου, τα επίπεδα του διοξειδίου δεν αυξάνονται μέσα στο αίμα μας, αλλά μειώνονται τα επίπεδα του οξυγόνου

Εάν βρεθούμε σε ύψος 5.000 μέτρα, εκεί η πίεση του οξυγόνου είναι η μισή από ότι στο έδαφος και έτσι λόγω του νόμου του Dalton, δεν υπάρχει αρκετή διαφορά πίεσης ώστε να γίνει η παθητική διάχυση του οξυγόνου προς το αίμα, ακόμη και αν διπλασιαστεί ο ρυθμός της αναπνοής. Είναι λοιπόν αναγκαίο να υπάρχει υποστήριξη στην αναπνοή σε μεγάλο υψόμετρο.

Βαγγέλης Τσούκας