Je leest:

Een duik in het water

Een duik in het water

Auteur: | 1 juli 2002
U.S. Navy photo by Jayme Pastoric [Public domain], via Wikimedia Commons

Hoe dieper je onder water bent, hoe meer invloed de gassen, die je inademt, hebben. Zuurstofvergiftiging, stikstofroes of de decompressieziekte zijn gevaren, die voortdurend op de loer liggen.

Onder verhoogde druk

Hoe dieper je onder water gaat, hoe meer druk op je lichaam staat. Op tien meter diepte oefent het water een bijkomende druk uit van 100 kPa. Dat is ongeveer gelijk aan de normale luchtdruk. Bij iedere tien meter die je verder afdaalt, komt er 100 kPa bij. Op een diepte van dertig meter ondervindt een duiker een totale druk van 400 kPa. Bij het inademen trekken spieren de ribben omhoog en naar buiten zodat de borstkas uitzet. In de longen ontstaat een onderdruk waardoor lucht via de luchtwegen wordt aangezogen. Uitademen verloopt gewoonlijk veel makkelijker want de spieren ontspannen en de longen veren vanzelf terug.

Ik en vele volksstammen met mij hebben de onderwaterwereld verkend met een snorkel. Door de hoge waterdruk gaat ademen door een snorkel moeilijk. Wanneer een duiker via een snorkel inademt, moet hij meer lucht inademen dan normaal, omdat de buis van de snorkel zijn zogenaamde dode ruimte verlengt. De dode ruimte is dat gedeelte van de luchtwegen waar geen diffusie van gassen optreedt. De druk in zijn longen gelijk aan de luchtdruk. Anderzijds oefent het water een grotere druk uit op zijn borstkas. Al bij een meter diepte zijn onze ademspieren te zwak om deze grotere druk te overwinnen. De longen blijven in hun uitademingsstand. Inademen is niet meer mogelijk. Je kunt dit probleem oplossen door lucht onder verhoogde druk in te ademen. Een SCUBA-duikset zorgt ervoor dat de druk van het inademingsgas gelijk is aan de omgevingsdruk.

De oren klaren

De druk in het middenoor past zich bij het duiken niet automatisch aan. Door de hoge hydrostatische druk stulpt het trommelvlies naar binnen wat pijn in de oren veroorzaakt. Tijdens de afdaling naar de gewenste duikdiepte moet de duiker er op letten regelmatig de oren te ‘klaren’. Dat gebeurt door de druk aan weerskanten van het trommelvlies gelijk te maken.

De buis van Eustachius verbindt het middenoor met de mond- en keelholte. Er is een kracht nodig om de ingang van de buis van Eustachius te openen. De duiker sluit hiervoor de mond en knijpt met twee vingers de neus dicht zo perst hij een beetje lucht in het middenoor waardoor het trommelvlies zijn oorspronkelijke stand terug aanneemt.

Luchtembolie

Houd nooit je adem in bij het opstijgen. Want wat kan er dan gebeuren? De duiker vult bij het inademen de longblaasjes met lucht. Bij het opstijgen vermindert de druk. Wanneer hij dan niet uitademt, zal volgens de wet van Boyle de lucht in de longen een groter volume innemen. Stijg je op vanaf tien meter diepte dan zal het volume verdubbelen. Op een bepaald moment scheuren de longblaasjes en dringt er lucht in de haarvaten. Hierdoor ontstaan er luchtbellen in de bloedvaten. Komen deze terecht in de bloedvaten van het hart, dan kunnen ze een hartstilstand veroorzaken. In de bloedvaten van de hersenen kan een herseninfarct het gevolg zijn. Adem daarom steeds lucht uit als je naar het wateroppervlak stijgt. Al vanaf twee à drie meter diepte kunnen de longen schade oplopen.

Deeldrukken

De lucht, die we normaal inademen, bestaat voor ongeveer twintig procent uit zuurstof en voor tachtig procent uit stikstof. Tijdens de evolutie is ons lichaam daaraan aangepast. De deeldruk van zuurstof in de ingeademde lucht bedraagt 20 kPa en van stikstof 80 kPa. De wet van Dalton zegt dat de som van de deeldrukken van de gassen in een gasmengsel gelijk is aan de totaaldruk uitgeoefend door het gasmengsel. Deze wet geeft ook aan dat de deeldruk van een gas dat wij inademen evenredig is met de omgevingsdruk waaronder wij het gasmengsel inademen. Op dertig meter diepte zijn de omgevingsdruk en dus ook de deeldrukken van deze gassen viermaal groter geworden.

De effecten die gassen hebben op het menselijk lichaam hangen af van hun deeldrukken. De wet van Henry zegt dat de hoeveelheid gas die zal oplossen in een vloeistof bij een gegeven temperatuur, bijna evenredig is met de deeldruk van dat gas boven de vloeistof. Als de duiker naar beneden afdaalt, worden de deeldrukken van de gassen in de longen groter dan de deeldrukken van de opgeloste gassen in het bloed of in de weefsels. De oplosbaarheid van de gassen neemt toe waardoor de concentratie van de opgeloste gassen toeneemt.

Zuurstofvergiftiging

Zuurstofvergiftiging wordt een belangrijk probleem wanneer de deeldruk van de ingeademde zuurstof groter wordt dan 140 kPa. Naast de zuurstof gebonden aan de hemoglobine komt nu ook vrije zuurstof voor in het bloed. De hogere zuurstofdruk in het bloed heeft invloed op de hoeveelheid zuurstof, die de hemoglobine afgeeft aan de weefsels en de hoeveelheid koolstofdioxide, die vanuit de weefsels naar het bloed gaat. Dat heeft tot gevolg dat er te weinig CO2 wordt afgevoerd. Het ademhalingscentrum in de hersenen reageert op de veranderde gehaltes van zuurstof en koolstofdioxide. De duiker komt in een toestand van hyperventilatie. Een te hoge concentratie aan CO2 en O2 in de hersenen leidt zelfs tot een verstoorde hersendoorbloeding. Hiervan zijn de symptomen: verminderd zicht, ongecoördineerde spiersamentrekkingen, misselijkheid.

De ongecontroleerde krampachtige stuiptrekkingen zijn werkelijk gevaarlijk. Ze overvallen de duiker onverwacht. Verschillende duikers kwamen daardoor in moeilijkheden omdat ze zo onmogelijk de drukregulator in de mond konden houden.

Het gevaar van zuurstofvergiftiging kan vermeden worden door het zuurstofaandeel in de gasfles te verlagen van 20 procent naar bijvoorbeeld 10 procent. In dat geval zal de limietwaarde van 140 kPa niet bereikt worden op 60 meter maar wel op 120 meter. Om op zeer grote diepten te duiken wordt daarom een mengsel gebruikt waarin helium voor een deel de stikstof en de zuurstof vervangt.

Roes

Een overmaat aan stikstof zorgt voor een roes die bij de duikers bekend staat als de stikstofroes. Je concentratievermogen neemt sterk af, je kunt nog maar amper helder denken en je reageert veel trager. Het grote verschil met een alcoholroes is dat zodra de stikstofdeeldruk in de ademlucht opnieuw normaal wordt, de stikstof roes verdwijnt.

Caissonziekte

Ons lichaam verbruikt geen stikstof. Normaal is hoeveelheid stikstof in het bloed in evenwicht met de hoeveelheid stikstof in de lucht. Na een te snelle opstijging komen door de drukvermindering in alle lichaamsweefsels en in het bloed N2-gasbelletjes vrij. Bij O2 gebeurt dit niet, doordat het verbruikt wordt. Hetzelfde neem je waar bij het snel openen van een colaflesje. In de frisdrank is koolzuurgas opgelost onder een overdruk van 250 kPa. Draai je de dop in een keer open, dan bruist de CO2 door de plotse drukverlaging uit de vloeistof.

Stijgt de duiker op met een snelheid van 15 meter per seconde dan is er niets aan de hand. Zijn lichaam geeft het teveel aan stikstof vrij zonder belvorming. Dit kun je vergelijken met het heel langzaam opendraaien van een dopje van een colafles. Bij het bereiken van de oppervlakte is er nog een overschot aan stikstof in het lichaam van de duiker aanwezig. Maar na twaalf uur zal de deeldruk van de stikstof in het lichaam, via diffusie in de longen, gelijk worden aan die van de atmosfeer. Indien de duiker geen decompressiestops inbouwt zal hij last krijgen van symptomen die de caissonziekte wordt genoemd. In het Frans wordt een ouderwetse duikerklok voor het duiken naar grotere diepten ‘caisson’ genoemd.

Bellen kleiner dan 0,04 millimeter veroorzaken geen ziekteverschijnselen. Ze blijven in de longhaarvaten hangen en verlaten via de longblaasjes het lichaam. Meestal openbaren de ziekteverschijnselen zich pas na enkele uren. De grotere stikstofbellen hinderen de doorbloeding. Er treedt zuurstoftekort op in de weefsels waar het bloedvat naartoe loopt.

Waggelpas

De symptomen zijn onder te verdelen in vier categorieën. De stikstofbelletjes die terechtkomen in het weefsel onder de huid veroorzaken jeuk. De huid vertoont steken die op vlooienbeten gelijken. We noemen dit duikersvlooien of skinbands. Komen de belletjes terecht in de gewrichtskapsels dan gaat dit gepaard met pijn in de botten, spieren en ledematen. Dan spreken we van kronkel of bends.

Als de belletjes terecht komen in de hersenstam of in het ruggenmerg zijn de symptomen duizeligheid, doofheid, spraakstoornissen, verlammingsverschijnselen en zelfs bewusteloosheid. Men spreekt dan van waggelpas of staggers. Verstikking of chokes doet zich voor wanneer de belletjes in de slagaders van het hart en de longen geraken. De duiker krijgt last van kortademigheid, benauwdheid, ademstilstand of bewusteloosheid.

Recompressiekamer

Men kan blijvende beschadiging voorkomen door de duiker in een recompressiekamer opnieuw onder druk te brengen. Het lichaam krijgt dan opnieuw de kans om de stikstof langzaam weg te werken. Bij minder erge gevallen duurt zo’n behandeling zeven uren, maar bij een ernstig geval neemt de behandeling al gauw 37 uur in beslag.

Ademloos de diepte in

Walvissen kunnen ongeveer een uur onder water blijven en dolfijnen een kwartier. Ze stijgen geregeld naar de oppervlakte om hun longen met verse lucht te vullen. Zuurstof wordt in hun bloed en spieren opgeslagen en verbruikt tijdens de duik.

En wat kan de mens? Normaal kunnen we ongeveer een minuut ademloos onder water blijven waarbij we ons zo weinig mogelijk inspannen om zo weinig mogelijk zuurstof te verbruiken. Het wereldrecord Apnea Static, waarbij de duiker met een loodgordel om bewegingsloos op de bodem van een zwembad ligt, bedraagt een adembenemende 7 minuten 48 seconden.

Free diving is de moeilijkste discipline: diep duiken op eigen kracht zonder zuurstoffles. Het touw dient alleen maar om de richting aan te wijzen en mag tijdens de recordpoging niet gebruikt worden. De druk op de buitenkant van het lichaam is verschrikkelijk. Het is alsof je longen in een bankschroef worden aangedraaid. Je moet gespierd en gehard zijn om die druk te weerstaan.

Beneden moet je echter vooral zorgen dat de trommelvliezen niet scheuren. Daarom moet je de lucht die je vlak voor het duiken diep inademt, voor een deel naar je oren leiden door te slikken. Bij de mens bedraagt het totaal longvolume gemiddeld zes liter. Volgens de gaswet van Boyle-Mariotte zal op dertig meter diepte het restvolume van de longen, wat ongeveer 1,5 liter is, bereikt worden.

Pure euforie

Bij apnoe-duiken wordt tijdens het opstijgen de ademprikkel door de snel dalende O2-deeldruk en de stijgende CO2-deeldruk voortdurend groter. Dikwijls wacht de duiker tijdens het opstijgen te lang op de ademprikkel. Bevindt hij zich dan nog op een diepte van bijvoorbeeld tien meter, dan is de kans groot dat de duiker ten gevolge van een zuurstoftekort bewusteloos aan de oppervlakte komt. Deze discipline vereist een zware fysieke en mentale voorbereiding. Yoga speelt hierbij een essentiële rol. De duiker beperkt zijn inspanningen om zo weinig mogelijk zuurstof te verbruiken. Zodra er spierarbeid wordt verricht stijgt immers het CO2-gehalte in het bloed.

Het wereldrecord vrijduiken staat op naam van Umberto Pelizzari en bedraagt 75 meter. Zijn maximale longinhoud is tien liter. De apnoe-duikers hebben na hun duik te lijden van bends. Tijdens de duik gaat het gevoel van euforie crescendo. De hersenen krijgen bijna geen zuurstof meer en daardoor voel je je echt geweldig. Bijna wil je niet meer naar boven.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 4 uit de jaargang 2002 van het blad Archimedes.

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 juli 2002

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.