Gyorskeresés

A keszonbetegség 6867

Amikor egy búvár lemerül, a palackjában $2\unicode{x2013} 300\ \mathrm{bar}$ nyomású levegőt vagy inkább nitrox nevű, oxigénben dúsított levegőt visz magával:

A nitroxban az oxigéntartalom a légköri $21\%$ helyett $32\unicode{x2013} 55\%$‑ra növelt, hogy ugyanazzal a töltettel több időt tölthessen lent a búvár; dúsított levegőnek (enriched air) is hívják:

A búvár alapvizsga általában maximum $40\%$‑os oxigéntartalmú nitroxra szól, az ennél nagyobb oxigéntartalmú lélegzőgáz használata már nagy körültekintést igényel, lásd később.

Minél mélyebbre megyünk a vízben, annál nagyobb ott lent a nyomás, hisezzen egyre nagyobb víztömeg súlya nehezedik ránk, kb. $10\ \mathrm{méterenként}$ további $1\ \mathrm{bar}$‑ral. Nagy nyomáson a gázok általában jobban oldódnak a folyadékokban. A Henry-törvény szerint adott hőmérsékleten a folyadékba oldódott gáz mennyisége arányos a gáz parciális nyomásával. Vagyis $10\ \mathrm{méter}$ mélyen már 2-szer, $50\ \mathrm{méter}$ mélyen már 6-szor annyi lesz minden belélegzett gázból a vérünkbe oldódott mennyiség, mint amennyi a felszínen. Az oxigén is egyre jobban beoldódik a vérbe, bár ennek nincs különösebb jelentősége, mert az efféle fizikai oldódással csak elhanyagohatóan kevés oxigént vesz magába a vér ahhoz képest, mint amennyit a vörösvértestek hemoglobinja révén. Az alábbi ábra alján "dissolved O2" feliratú szaggatott egyenes jelzi a Henry törvány szerinti, nyomással egyenesen arányos beoldódást, a kék vonal a hemoglobinhoz kötődött (combined) oxigént, a legfelső szaggatott pedig a vérben lévő összes oxigént. 



 

A gondot az okozza, hogy a levegő nitrogéntartalma is egyre inkább beoldódik. A nagyobb vérben oldott nitrogénmennyiségnek 2 hátrányos tulajdonsága van:

  • mélységi mámor
  • dekompressziós betegség (keszonbetegség)

 

Mélységi mámor

A mélységi mámor a nitrogén és más gázok vérben oldódása hatására kialakuló módosult tudatállapot. Minden hasonlat tökéletlen, de azt szokták mondani, olyasmi, mintha a merülés során 15 méterenként 1 pohár Martinit meginnánk, és egyre részegebbé válnánk.

Emiatt a búvárnak csökken a józan ítélőképessége, és például akár nem veszi komolyan az óráján látható időt, miszerint már indulnia kellene felfelé.


A keszonbetegség

Amikor nagyobb mélységben jelentős mennyiségű nitrogéngáz beoldódott a vérbe, majd a búvár - mivel a palackja már fogytán van - elkezd felfelé haladni, akkor a csökkenő nyomás miatt a vér nitrogénoldó képessége is csökken, vagyis újra egyre kevesebb nitrogéngázt tud oldott állapotban magában tartani. Ha a felfelé menetel lassan történik, akkor a vérben lévő "túlzott" nitrogénmennyiség a kilélegzésekkel folyamatosan távozni tud ("kipárolog a tudőn keresztül a vérből"). Ha viszont a felmenetel gyors, akkor a kilégzések nem tudnak kellő mennyiségű nitrogént kijuttatni a vérből, de az meg nem tud oldott állapotban a vérben maradni, ilyenkor az oldott nitrogén a vérből kilépve nitrogén gázbuborékokat hoz létre. Ezzel az a baj, hogy egy ilyen gázbuborék elzárhatja az ereket, pontosabban az érben a vér áramlását (ezt hívjuk embóliának), ezzel megszüntetheti a vérellátását a szervezet egy részének.


A keszonbetegség kezelése

Ha nitrogén gőzbuborékok létrejönnek a vérben, akkor ezeket minél előbb valahogy "vissza kell gyömöszölni", vissza kell oldatni a vérbe. Ez történhet úgy is, hogy a búvár (ha van elég gáz a palackjában, vagy a társaitól kap egy másik palackot) visszamegy az eredeti, nagyobb mélységbe, és onnan lassan, fokozatosan jön fel. Ha erre nincs lehetőség, akkor a búvárt beteszik egy ún. rekompressziós kamprába (túlnyomású kamra; diving chamber), ahol előállítjaák a nagy nyomást (mintha visszament volna az eredeti mélységbe), és fokozatosan csökkenti, mintha lassan jönne fel, ezáltal kilélegzi a véréből a nitrogént.

 

A keszonbetegség megelőzése

Ha a nitrogén a vérbe beoldódásával ilyen galibákat okoz, akkor cseréljük le valami problémamentes gázra! Első gondolatunk az lehetne, hogy vigyünk a palackban tiszta oxigént, de ez nem járható út, mert a belélegzett gázban minél nagyobb az oxigén parciális nyomása, annál rövidebb ideig állhat fenn károsodás nélkül ez az állapot (oxigénmérgezés). Például ha az oxigén parciális nyomása $1,5\ \mathrm{bar}$, akkor még egyhuzamban $2\ \mathrm{óra}$ a megengedett, de ha $1,6\ \mathrm{bar}$, akkor már csak $45\ \mathrm{perc}$. Ezért nem lehet túl nagy a lélegzőgáz oxigéntartalma. De van más lehetsőség is: a bajkeverő nitrogént lecseréljük valami problémamentes gázra. Tehát hélium-oxigén (heliox) vagy hélium-argon gázkeverékkel merülünk, de ezek a gázok sajnos meglehetősen drágák.

Érdekesség, hogy az emberiség héliumfogyasztásának $3\%$‑áért a búvárkodás felelős:

A világ héliumszükségletének $23\%$ cryogenics, azaz hűtés, vagyis folyékony héliummal történő hűtést jelenti (amit nagyon alacsony, kb $2\ \mathrm{K}$ hőmérsékletek biztosítására használnak). A CERN-ben az LHC nevű, $27\ \mathrm{km}$ kerületű ütközőnyalábos tárológyűrűben a protonokat körpályára kényszerítő $36\ 000\ \mathrm{tonnányi}$ (3,5 Eiffel-torony tömegű) nióbium-titán ötvözetből készült elektromágnes tekercseket (amik az igen erős $8,3\ \mathrm{tesla}$ indukciójú mágneses mezőt biztosítják) egy komoly hűtőrendszer hűti le $2\ \mathrm{K}$ hőmérsákletre, hogy biztosítsák a szupravezetéshez szükséges körülményeket. A hűtőrendszerben 11.000 tonna folyékony nitrogén és $120\ \mathrm{tonna}$ folyékony hélium van. Hirtelen azt hihetnénk, hogy az őrült részecskefizikusok elhasználták a fél világ héliumát, de nem, a világtermelés $20\unicode{x2013} 25\ \mathrm{ezer\ tonna}$ évente.