д-р Никола Шопов
В предишната статия разгледах въпроса за начина по който се разтварят газовете в течната среда на организма. Сега продължавам с изясняването на особеностите на усвояването и отделянето на инертния газ (в частност – азота) в организма на водолаз, който е подложен на променящо се околно налягане. Или това е т. нар. процес сатурация – десатурация на тъканите с азот при повишаване на парциалното му налягане във вдишвания въздух.
Сатурация на тъканите на организма с азот
Азотът от въздуха се намира в човешките тъкани в състояние на прост физически разтвор. При нормално атмосферно налягане в организма има разтворен около 1 л азот (от това количество само 1/26 част се съдържа в кръвта) и парциалното му налягане в тъканите е равно на около 570 мм живачен стълб. При покачване на околното налягане парциалното налягане на азота (рN2) в алвеолите на белите дробове също нараства, което води до увеличаването на количеството му в артериалната кръв, а след това в тъканите. По-подробно ще обясня този процес: При повишаване на околното налягане водолазът диша въздух под по-високо налягане (равно на околното), като в алвеолите съответно има по-високо рN2 сравнено с това в кръвта. Тогава чрез дифузия азотът преминава от алвеолите към кръвта с цел да се изравнят наляганията. В клетките все още рN2 е ниско. Но при достигането на кръвта до тях, азотът започва да преминава от кръвта към клетките, докато разликата в налягането на азота между кръвта и клетките се изравни. Или се получава пренос (насищане) на тъканите с азот. Този процес се нарича сатурация и продължава докато рN2 в алвеолите, кръвта и тъканите се изравни с налягането на азота в околната среда и настъпи пълно насищане на организма с азот при съответната величина на налягането му във вдишвания въздух.
Установеното ново ниво на динамичното газово равновесие ще се отличава от изходното с по-голямо количество азот, разтворен във вътрешните среди на организма. Това е свързано с факта, че при повишаване на рN2 във вдишвания въздух сорбционният٭ капацитет на отделните тъкани по отношение на азота се увеличава. Ако при 1 ата въздух пълно насищане на организма се постига при 1000 мл азот (1л), то при 2 ата за това са необходими 2000 мл и т.н.
Газовото равновесие между алвеоларния въздух и артериалната кръв на това ново ниво настъпва практически мигновено. Във всеки случай вече няколко минути след завършване на компресията се установява постоянно налягане на азота в кръвта (равно на това в алвеолите). В системата артериална кръв – тъкани обаче скоростта на изравняване на наляганията значително намалява. Приближавайки се към тъканите, наситената с азот артериална кръв чрез дифузия им отдава част от азота, докато концентрациите му се уравновесят. При повторното протичане през белодробните капиляри кръвта отново се насища с азот и преминавайки през тъканите, пак им отдава излишък азот, но този път количеството азот е значително по-малко от предишния и т.н. Това става дотогава, докато всички кръвоснабдени тъкани (включително и кръвта) се наситят с азот напълно до налягане, под което този газ се намира в алвеоларния въздух, и рN2 в артериалната кръв стане равно на налягането му във венозната кръв.
Във връзка с непрекъснато спадащия градиент (разлика в наляганията) на рN2 темпът на насищане на тъканите с всеки кръговрат на кръвта се забавя. Той се осъществява с геометрично намаляваща скорост. Така, ако времето за насищане на една тъкан с 50% се приема за една условна единица (т.нар. период на полу-насищане – когато тъканта се насити на половина), то за две условни единици тази тъкан се насища с азот до 75%, за 3 периода на полу-насищане тъканта ще се насити до 87.5%, за 4 периода на полу-насищане – до 93.7%, за 5 – до 96.87%, за 10 – до 99.89% и т.н. Следователно процесът на насищане се подчинява на експоненциална функция. За пълното насищане на тъканите с азот обикновено се приема тяхната сатурация до 98.43%, която настъпва след изминаването на 6 условни единици време или както казах, на изтичането на 6 периода на полу-насищане на съответната тъкан.
Последните изследвания, особено проведените с радиоактивни изотопи, показаха, че за пълното насищане на човешкия организъм с азот при определено налягане на въздуха или с други азотни смеси могат да бъдат необходими 2.5 – 3.5 денонощия.
Сатурацията на дадена тъкан с азот зависи и от други фактори, като най-важните са: вида на клетъчната структура, скоростта на дифузията на газа, способността на клетъчната цитоплазма да разтваря и задържа в разтвор даден газ и др. В богатите на вода тъкани поглъщането на допълнително количество азот при повишено налягане в кръвта става относително бързо, а мастната тъкан се насища по-бавно, въпреки че разтворимостта на азота в нея е 5 пъти по-голяма от тази във водата и кръвта (в норма мастната тъкан представлява 10-20 % от телесната маса, а в нея се депонира около 35% от намиращия се в организма азот). Бавното насищане на мастната тъкан освен това е свързано с лошото им кръвоснабдяване. Колкото е по-добро кръвоснабдяването на тъканите, толкова по-бързо при равни други условия настъпва насищането им. Ако обилно кръвоснабдените тъкани (сивото вещество на мозъка, бъбреците и др.) се насищат с азот за няколко минути, то за насищането на лошо кръвоснабдените тъкани , (като сухожилия, хрущяли) са необходими десетки часове.
Дълго време за степента на сатурация на организма (както и за хода на десатурацията) с инертен газ се е съдело само въз основа на косвени показатели, получени чрез съпоставяне на броя случаи декомпресионна болест и продължителността на пребиваване при повишено налягане, докато сега скоростта на тези процеси се изчислява с помощта на радиоактивни изотопи, тъканен газанализ и други съвременни „преки” методи на изследване.
По такъв начин степента и скоростта на насищане на организма с инертен газ представляват функция с голям брой променливи. Към тях се отнасят не само парциалното налягане на дадения газ и продължителността на пребиваване под това налягане, но и съставът на вдишваната газова смес, температурните условия, сорбционният капацитет на отделните тъкани. тяхното кръвоснабдяване, проницаемостта на различните тъканни мембрани (от това зависи скоростта на дифузия) и редица други фактори, които ние не винаги можем да вземем под внимание. Във връзка с това изчислението на сатурацията за всеки конкретен случай може да ни даде само ориентировъчна информация. Точното познаване на динамиката на насищането на тъканите във времето би позволило по-обосновано да определим оптималната за дадени условия скорост на десатурация на организма от инертния газ. Двата процеса (сатурация и десатурация) протичат еднотипно и се подчиняват на едни и същи закономерности (има и теории за известни разлики в процеса на десатурацията спрямо този на сатурацията), а това има важно значение за профилактиката на декомпресионната болест.
Десатурация на тъканите на организма от азота
При спадане на околното налягане започва десатурация (отсищане) на тъканите в организма от излишъка на разтворения в тях азот. Десатурацията продължава дотогава, докато рN2 в тъканите, венозната кръв и алвеолите се уравновеси. При бавна декомпресия азотът вследствие на молекулна дифузия прониква от тъканите в кръвта, тя го транспортира до белите дробове и от тях се издиша в околния въздух. Ако външното налягане пада много бързо, излишъкът на азот изцяло се отделя вътре в тъканите, т.е. той не може вече да попадне в белите дробове и да се издиша. Тъканите стават своеобразна “уловка“ на азота, а отделящият се в тях газ във вид на мехурчета представлява причина за развитие на декомпресионна болест.
В основата на декомпресионната болест лежи пренасищането на тъканите с азот. Както е известно, за разлика от наситения разтвор, намиращ се в равновесие с разтварящото се в него вещество или газ, пренаситеният разтвор съдържа значително повече вещество, отколкото е необходимо за насищане при дадена температура и налягане, като представлява неустойчива система. Вярно е, че благодарение на колоидалната си природа тъканите на организма могат, в известни граници на пренасищане, да задържат в разтвор допълнително количество газ, но при по- нататъшното спадане на налягането суперсатурацията (пренасищането) на тъканите предизвиква нарушение на стабилното равновесие на системата газ-течност и обуславя преминаването на азота, разтворен в течните среди на организма, в свободно (газообразно) състояние с образуването на газови мехурчета в тъканите.
По такъв начин декомпресионната болест се развива тогава, когато скоростта на декомпресията е значително по-голяма и освобождаващият се от тъканите значителен по количество азот не успява да премине от тъканите в кръвта и от кръвта в белите дробове и да се издиша. В резултат на това в различните тъкани, влючително и в кръвта, започват да се отделят мехурчета, които предизвикват симптомите на декомпресионната болест.
٭ Сорбция (от латински sorbeo – поглъщане) включва адсорбция – поглъщане на вещества на повърхността на фазите, и абсорбция – поглъщане на вещества от целия обем на сорбента.
