Vazduhoplovna medicina/Sadržaj/Vazduhoplovna fiziologija

Uvod

Vazdušno prostranstvo koje okružuje Zemljinu površinu uključujući tu i nama sve dostupniji svemir, sastoji se od materije i od energije. Svaka prirodna pojava vezana je za promenu oblika materije. Fizika proučava kretanje materije u prirodi i uzajamno dejstvo različitih oblika meterije i energije. U jednom kubnom santimetru gasa na temperaturi od 0°S i pri pritisku od 1 atmosfere nalazi se preko 2,7×10¹³, koji sadrže dva ili više atoma.

Za Vazduhoplovnu medicinu posebno je značajno poznavanje onog dela fizike koji proučava ponašanje gasova, principe delovanja sile, potiska u tečnostima i načine na koji se vrši razmena toplote i prostire svetlost i zvuk.

Izvesne fizičke osobine gasova, posebo su značajne pri raznim promenama pritiska i sastava gasova zemljine atmosfere, jer mogu ispoljiti razne uticaje na letačke aktivnosti i organizam pilota. Ljudsko telo normalno funkcioniše samo ako je razlika u pritisku u njemu i izvan njega mala. Zato se u toku letenja, bez obzira na visinu, mora uvek obezediti ravnoteža u dejstvu pritiska gasova na organizam pilota i kosmonauta.

Pri razmatranju dejstva bilo kakvog pritiska ( atmosferskog, vodenog ili gasova koje organizam koristi pri disanju), a koji deluje na ljudsko telo moraju se uzeti u obzir svi zakoni fizike, vezano za ovu materiju, kako bi se njihovom pravilnom primenom u praksi obezbedila i održala stalna ravnoteža pritiska na organizam čoveka.

Osnovni gasni zakoni

Bojl-Mariotov zakon

Animacija koja prikazuje odnos između pritiska i zapremine gasa kada je temperatura stalna

Bojlov zakon je jedan od zakona gasova. Ime je dobio po irskom prirodnjaku Robertu Bojlu i francuskom fizičaru Edmu Mariotu. Primenljiv je na gasovita tela koja se ponašaju približno kao idealni gasovi.

Definicija;

• To znači za koliko puta povećamo pritisak toliko puta ćemo smanjiti zapreminu i obrnuto uz uslov da je tempertura konstantna.

Izvođenje zakona;

• PV=const

Ako se zapremina povećava

• P1V1=const
• V1>V => P1<P
• Znači da je proizvod pritiska i zapremine takođe jednak konstanti:
• pV = const

ili

• p1V1 = p2V2

Primena Bojl-Mariotov zakona; Pri udisanju sa širenjem grudnog koša povećava se zapremina grudne šupljine. Dakle, pritisak u grudnoj šupljina se smanjuje. Atmosferski pritisak se ne menja, te vazdušni struja prelazi od oblasti sa većim pritiskom (atmosfera) u oblast sa manjim (grudni koš). Obrnut proces se odvija pri izdisanju, dakle zapremina grudnog koša se smanjuje te dolazi do povećanja pritiska i strujanja vazduha u suprotnom smeru.

Henrijev zakon

William Henry

Gasovi se u prirodi nalaze i rastvoren u raznim tečnostima. Gasovi rastvoreni u tečnosti zadržavaju svoje osobine, tako da vrše pritisak iako su apsorbovani. Koliko će se gasa rastvoriti u nekoj tečnosti zavisi od parcijalnog pritiska koji on vrši na površinu tečnosti, kao i od njegove temperature. Definicija;

• Količina gasa koja se može rastvoriti u nekoj tečnosti, na datoj temperaturi, direktno je proporcionalna parcijalnom pritisku koji gas vrši na površinu tečnosti.

Drugim rečima, sa povećanjem pritiska povećava se i kapacitet tečnosti da rastvori gas, dok se sa povećanjem temperature taj kapacitet smanjuje.

Primena Henrijevog zakona; Zakon ima veliku primenu kod udisanja gasova pod povišenim pritiskom, koji se rastvaraju u organizmu koji je uglavnom sastavljen od tečnosti.

Na rastvaranja gasova utiču dva faktora: pritisak i temperatura;

• Pritisak - ako se u zatvorenoj komori napunjenoj tečnošću, povećava pritisak, onda će se vazduh u komori polako rastvarati u tečnosti sve do određene količine koja predstavlja maksimalno zasićenje tečnosti za taj pritisak (zasićenje). Kada se pritiska u komori smanji, izdvaja se gas iz tečnosti, kako bi se ponovo postigao pritisak okoline. Ukoliko se pritisak smanji polako, gas se izdvaja bez ikakvih problema. Međutim, ukoliko se promena pritiska vrši ubrzano, molekula gasa se grupiše u mehuriće.
• Temperatura - povećanjem temperature ubrzava se oslobađanje gasa jer se smanjuje i prostor između molekula tečnosti gde se nalazi rastvoren gas. Primer za ovo je pojava mehurića u vodi pre ključanja. Međutim, zbog skoro konstantne temperature organizma, njen uticaj na apsorpciju gasova je zanemarljive.

Rastvaranja gasova u organizmu nema uticaja na disanje pri normalnom atmfosferskom pritisku, ali je veoma bitno za pilote kada dišu kiseonik pod povišenim pritiskom, ili u slučaju naglog gubitka pritiska u kabini aviona, kada zbog smanjenja pritisak okoline rastvoreni gasovi teže da se izdvoje iz tkiva. Kako izdvajanje, često nije dovoljno brzo formiraju mehuriće, što može dovesti do pojave dekompresione bolesti.

Daltonov zakon

John Dalton

Daltonov zakon je opšti zakon o gasovima i objašnjava ponašanje gasova ne razmatrajući činjenicu da su oni načešće mešavina koja je sastavljena od više gasova.

Definicija;

• Pritisak koji vrši gasna mešavina jednak je zbiru pritisaka koji bi vršio svaki od njih ako bi sam zauzimao ukupnu zapreminu.

• P (ukupni pritisak) = P1 + P2 + P3 ... Pn

U osnovi ovo znači da svaki gas u mešavini deluje nezavisno od drugih. Pritisak svakog gasa u mešavini nazivamo parcijalni pritisak, a njegova visina zavisi od količine tog gasa i ukupnog pritiska mešavine.

Parcijalni pritisak, pojedinačno svakog gasa u mešavine može se izračunati pomoću formule;

• A = a×P/100
• A - delimični pritisak
• a - procenat gasa u mešavine
• P- apsolutni pritisak gasne mešavine

Čarlsov zakon

Volumen gasa se menja sa promenom temperature ako je pritisak nepromenjen

Pri stalnoj zapremini pritisak je srazmeran temperaturi i gustini.

Definicija;

• Pritisak gasa direktno varira sa temperaturom, ako je zapremina stalna, volumen gasa će se menjati sa promenom temperature ako je pritisak nepromenjen, ili ako zapremina ostaje nepromenjena,a raste temperatura, povećava se pritisak.

Atmosferski pritisak

Atmosferski pritisak je direktna posledica težine vazduha, to je težina vazdušnog stuba koji vrši pritisak na živin stub površine 1 sm² i znosi 760 mmNg ili 1 bar (101,3 kRa). Pritisak vazduha razlikuje se sa promenom mesta i vremena jer se količina (i težina) vazduha iznad Zemlje isto tako razlikuje. Atmosferski pritisak se smanjuje za 50% na visini od oko 5 km (kao što se i oko 50% ukupne mase atmosfere nalazi unutar najnižih 5 km). Prosečni atmosferski pristisak izmeren na morskom nivou iznosi oko 101.3 kilo paskala.

Pritisak (p) je količnik sile koja deluje na površinu ili uopšteno, pritisak se definiše kao odnos sile (F) i površine (S) na koju ta sila deluje pod pravim uglom. Ovaj odnos predstavlja se formulom:

$p\,$

$={\frac {F}{S}}$

U međunarodnom sistemu mernih jedinica (SI) pritisak se meri paskalom (Ra),koji je definisan kao sila od 1 njutna (N) po 1 m², što se pretstavlja formulom:

$1Pa\,$

$={\frac {1N}{1m^{2}}}$

Promena atmosferskog pritiska, parcijalnog pritiska kiseonika i temperature sa visinom

Visina(m)	Pritisak (mmHg)	Pritisak kiseonika(mmHg)	Temperatura(°S)
na nivou mora	760 (664-803)	159	+15
5.500	380	75	- 21
11.000	190	38	- 52
15.000	88	18	- 55
19.350	47	0	- 55

Simulacija promene pritiska i temperature u atmosferi sa visnom

• Simulator atmosfere

• Simulator atmosfere(druga verzija)