Mer om syrgas

Från DYKOPEDIA
Hoppa till: navigering, sök

Oxygen - ett livsnödvändigt gift


Denna text är ursprungligen en inlämningsuppgift i Humanbiologisk Orienteringskurs 5p av Sten Meyer 1999

Partialtryck och fraktion

I en gasblandning kan verkan av varje enskild komponent bäst beskrivas med gasens partialtryck. Partialtrycket är gaskomponentens del i gasens total tryck. I (torr) atmosfärsluft vid vattenytan får vi:

Totaltryck Ptot = 101,3 kPa Oxygenhalt fO2 = 20,9 %

Partialtryck för oxygen = PO2 = Ptot * fO2 = 101,3 * 0,209 = 21,17 kPa

10 meter under vattenytan är trycket ungefär det dubbla mot trycket vid vattenytan om man andas luft blir då oxygenpartialtrycket:

PO2 = Ptot * fO2 = 200 * 0,209 = 42 kPa

Effekterna av oxygenet på kroppen blir då ungefär de samma som av att vid atmosfärstryck andas en gasblandning med:

fO2 = PO2 / Ptot = 42 / 101,3 = 41,5 %

På motsvarande sätt kan effekten av sänkt lufttryck simuleras med en sänkt oxygenhalt. Detta är något som utnyttjas i så kallade höghöjdshus där idrottare bor för att simulera effekten av vistelse på hög höjd.

Oxygenbrist

Oxygenbrist kan inträffa vid några olika situationer. Det vanligaste är vistelse på hög höjd. Kroppen kan gradvis anpassa sig till sänkt oxygenpartialtryck genom att blida fler röda blodkroppar för att därigenom effektivisera oxygentransporten ut i kroppen. På 5 km höjd är lufttrycket ca hälften av trycket vid havsytan. Människan kan med viss förhöjd risk anpassa sig till att leva vid detta tryck. Oxygenbrist kallas även hypoxi.

Vid akut sänkning av oxygenpartialtrycket uppstår olika effekter. Ned till ca 17 kPa sker ingen som helst försämring. Vid ca 12 kPa fås viss psykisk påverkan så som envishet och dessutom sänks den fysiska arbetsförmågan märkbart. Eftersom andningen i första hand styrs av koldioxiden så har kroppen svårt att anpassa sig för akuta oxygenpartialtryckssänkningar. Efter ca 5 minuter börjar dock oxygenreceptorer i aorta reagera och andningen ökar, vilket dock kan leda till hypokapni - koldioxidbrist, vilket är samma fenomen som uppträder vid hyperventilation. Orsaken är att blodet får ökat pH på grund av den sänkta kolsyrehalten.

Vid ännu lägre oxygenpartialtryck inträder medvetslöshet och död. I sammanhanget kan nämnas att det är farligare att andas en oxygenfri gasblandning än att hålla andan, eftersom man kan förlora medvetandet utan den förvarning från stigande koldioxid som man får vid andhållning.

Oxygenförgiftning

Oxygenförgiftning är samlingsnamnet på olika besvär som uppkommer vid andning av oxygen vid större partialtryck än ca 25 kPa. Oxygenförgiftningen förekommer i två olika former, dels akut, dels kronisk. Vid dykning och medicinsk behandling i tryckkammare är det av avsevärd betydelse att ta hänsyn till dessa fenomen. I synnerhet den akuta typen som om den inträffar under vattenytan kan vara direkt dödande. Inandning av oxygen med förhöjt partialtryck kallas även för hyperoxi.

Detta är en av anledningarna till att nöjesdykning med luft inte är djupare än 18 respektive 30 (40) meter.

Kronisk oxygenförgiftning

Namnet är egentligen något missvisande, det man avser är symptom som uppkommer efter långvarig oxygenandning vid måttliga oxygenpartialtryck. Ett annat namn på fenomenet är Lorrain Smith effekten, efter den man som först beskrev symptomen. Den kroniska förgiftningen är en retning i lungorna minsta hålrum, alveolerna. Det verkar som om den förhöjda oxygenhalten gradvis påverkar produktionen av den ytspänningssänkande substansen så kallad surfactant. Surfactantens uppgift är att hålla alveolerna uppspända så att gasutbytet mellan luft och blod kan ske effektivt. Rubbas detta så börjar vätska diffundera från blodplasmat ut i avleolerna som därvid gradvis vätskefylls, så kallat lungödem. I slutändan kan alltså det paradoxala inträffa att långvarig oxygenandning i slutändan leder till död i hypoxi/syrebrist.

Då kronisk oxygenförgiftning är en långsam process kan den lindras genom att man med jämna mellanrum avbryter oxygenandningen med en kortare paus med luft. Detta används regelmässigt vid oxygenbehandlig i tryckkammare. För att bedöma risken för kronisk oxygenförgiftning har det utarbetats tabeller som möjliggör jämförelse av olika kombinationer av exponeringstid och partialtryck. Tabellen är garderad i UPTD (Unit Pulmonary Toxic Dose) vilket är effekten av en minuts oxygenandning vid 100 kPa. Summan av olika oxygendoser (UPTD*tid) summeras till CPTD (Cumulative Pulonary Toxic Dose). För dykning brukar man sätta gränsen vid 615 CPTD och för medicinsk behandling 1425 CPTD.

Håller man sig till dessa värden så klingar eventuell nedsättning i lungfunktionen av på något dygn.

Akut oxygenförgiftning

Akut oxygenförgiftning kallas ibland för Paul Bert-effekten efter den forskare som först beskrev detta tillstånd. Den exakta verkansmekanismen är okänd, men man vet att det sker en påverkan på centrala nervsystemet. Känsligheten för akut oxygenförgiftning är individuell och varierar dessutom över tiden för samma individ. Ett stort antal faktorer kan påverka känsligheten.

Normalt uppträder inga akuta symptom vid tryck under 160 kPa, även om det finns misstankar om att enstaka fall har skett vid något lägre tryck. Symptomen listas nedan:

  • Tunnelseende
  • Ansiktsblekhet
  • Svettningar
  • Ryckningar i läpparna
  • Humörförändringar
  • Illamående
  • Medvetslöshet
  • Kramp

En fullt utvecklad akut oxygenförgiftning kan liknas vid ett epeleptiskt anfall och medför även epelepsiliknande förändringar i hjärnans elektriska aktivitet (EEG). Det farliga i att få ett anfall under vattnet är lätt att inse, det som kan hända är t.ex. att dykaren tappar andningsmunstycket och drunknar. Man kan inte heller riskfritt föra dykaren till ytan så länge krampen består eftersom luften som är instängd i lungorna inte kan ta sig ut så länge krampen stänger svalget. Detta kan leda till lungbristning eftersom gasen utvidgas när vattentrycket sjunker under uppstigningen.

Risken för akut oxygenförgiftning ökas av ansträngning, förhöjd koldioxid nivå i blodet, hypertermi (förhöjd kroppstemperatur), adrenalin, noradrenalin mm. Flera av dessa faktorer kan öka vid en kritisk situation för en dykare. Oxygenkramp kan alltså drabba dykare om problem inträffar och kroppen påbörjar en krisreaktion. Faktorer som reducerar risken för oxygenförgiftning är bland annat GABA, Vitamin E, hypotermi (nedkylning), valium, litium m.m. En del av dessa ämnen är direkt olämpliga för annat än sängliggande patienter, men kan vara av intresse för patienter som behandlas i tryckkammare.

Det verkar finnas ett visst tid-dossamband även vid akut oxygenförgiftning. Data från de försök som har gjorts är dock ganska förvirrande, och med tanke på de allvarliga konsekvenserna av en oxygenkramp under vatten har man valt att lägga en gräns på 140 kPa oxygen för arbetsdykning. Vid dykning med luft som andningsgas tillåter detta ett största dykdjup på 57 meter, vilket är avsevärt mer än de 30-50 meter som brukar accepteras som maxgräns för dykning med luft.

Vid dykning med andra andningsgaser, t.ex. oxygen eller nitrox (nitrogen-oxygen blandningar med mer än 21% oxygen) kan man komma upp i avsevärda oxygenpartialtryck även vid grunda dyk. Just därför är hela principen med nitrox långa, men grunda dyk.

Är oxygen narkotiskt?

I samband med dykning med luft som andningsgas har man sedan länge upptäckt att nitrogenet i luften har narkotisk effekt, så kallad djupberusning. Nitrogenet tycks verka på ungefär samma sätt som lustgas (N2O) fast det krävs högre partialtryck för att uppnå samma grad av påverkan. Vid dykning med nitrox trodde man till en början att man skulle slippa en del av djupberusningen eftersom kvävepartialtrycket minskade vid samma dykdjup. Preliminära studier och praktisk erfarenhet verkar dock tyda på att oxygen är ungefär lika narkotiskt som nitrogen. Hur oxygenet utövar sin bedövande verkan är dock okänt. Vid djurförsök med oxygenpartialtryck på mer än 1200 kPa har oxygen visat sin narkotiska effekt.

Varför riskera hyperoxi?

Nu när jag har beskrivit alla problem som oxygen kan ge upphov till kan man med rätta fråga sig varför man skall utsätta människor för risken att drabbas av oxygenförgiftning.

Att oxygen kan transporteras direkt i blodplasmat utnyttjas vid behandling av bland annat rökgasförgiftning då man ger patienten oxygen i tryckkammare, varvid tillräckligt med oxygen når cellerna genom plasmat trots att kolmonoxid (CO) från branden har blockerat hemoglobinets syrebärande förmåga. Den ökande syresättningen kan också utnyttjas för behandling av bensår, brännskador och gasbrandsinfektioner.

Användningen av hyperbar (vid tryck större än atmosfärstryck) oxygen sker också i samband med behandling av dykolyckor. Problemet vid dykolyckor är att gasbubblor cirkulerar i blodet. Med hyperbar oxygenbehandling vill man uppnå flera saker.

Först att minska gasbubblorna genom att utsätta dem för förhöjt tryck. De mindre bubblorna kan då förhoppningsvis lättare ta sig med blodet till lungorna och där avgå med andningen. För det andra vill man förbättra syresättningen av kroppen genom det ökade oxygen partialtrycket som underlättar transport till vävnader som har fått blodtillförseln reducerad genom att bubblor har fastnat i kärlen. För det tredje vill man ersätta nitrogenet i inandningsluften med oxygen som förbrukas i kroppen och därför inte bidrar till gasbubblornas tillväxt.

Vi denna typ av behandling betraktar man oxygenet som ett läkemedel och är beredd att tolerera en del biverkningar för att kurera patienten.

Även vid rutinmässig dykning är man beredd att utsätta sig för förhöjda oxygenpartialtryck. Vid dykning med luft är det en naturlig konsekvens av det stigande trycket, eftersom gasblandningen är given av naturen. Här är dock risken för förgiftning obefintlig om man inte dyker oerhört djupt.

För att undvika dykarsjuka efter längre dykningar måste trycksänkningen göras gradvis. Man säger att uppstigningen görs med så kallade dekompressionsstopp. På dessa stopp låter man det nitrogen som har löst sig i kroppen under dyket avgå under kontrollerade former. För att reducera behovet av dekompression vill man ha en andningsgas med minsta möjliga mängd nitrogen. Man använder då nitrox med en oxygenfraktion som är anpassad för att oxygenparialtrycket skall vara på en säker nivå. Risken här är framförallt om man råkar använda en nitroxblandning på större djup än den är avsedd för. Genom att uttnytja oxygen på rätt sätt kan man dyka effektivare så länge man tar hänsyn till risken för oxygenförgiftning.


Källor

Bookspan, Jolie; Diving Physiology in Plain English; Kensington 1995
Donald, Kenneth; Oxygene and the Diver; Welshpool 1992
Lippman, John; Deeper Into Diving; Carnegie 1990
Mount, Tom; Understanding Oxygene; i Mixed Gas Diving; San Diego 1993
Voss, Bruce; Oxygene and its Effect on the Diver; i Technical Diver Encyclopedia, Miami 1998
Örnhagen, Hans; Hyperbar Fysiologi och Dykerimedicin; Stockholm 1990
AGA Gas AB; Webbplats; http://www.aga.se
Lunds Universitet; Webbplats Oxygenterapi; http://www.medtek.lu.se/Svensk/Utbildning/oxygenterapi/sve/meny.htm