Potrzeby 1 – Powietrze

Niedobór tlenu zaczyna być odczuwalny, gdy jego stężenie w powietrzu spadnie poniżej 15%. Przy wartości mniejszej niż 10% możliwe są poważne zaburzenia świadomości, z omdleniem włącznie. Poniżej 8% może nastąpić uduszenie. Rzadko kiedy zastanawiamy się nad tą kwestią, nieświadomie zakładając, że zawartość tlenu w powietrzu zawsze jest stała. Istnieje jednak kilka przypadków, kiedy tak nie jest, między innymi nagrzewanie pomieszczeń otwartym ogniem czy odparowanie skroplonych gazów (na przykład LPG). Ale przede wszystkim zawartość tlenu zależy od wysokości nad poziomem morza.

Powietrze a wysokość.

Choć stężenie objętościowe tlenu w powietrzu jest mniej więcej stałe, należy pamiętać, że ilość tlenu pobieranego przez płuca maleje wraz ze wzrostem wysokości. Ma to związek ze spadającym ciśnieniem atmosferycznym, co przekłada się na mniejsze ciśnienie parcjalne tlenu, przez co płucom trudniej jest pobrać tę samą ilość życiodajnego pierwiastka. Już na tysiącu metrów nad poziomem morza ilość pobieranego przez organizm tlenu spada do 18,4%. Na dwóch tysiącach jest to wartość 16,3%.

Zależność stężenia tlenu w powietrzu od wysokości nad poziomem morza

Najwyżej położoną, stale zamieszkaną miejscowością na świecie jest La Rinconada w Peru, położona na wysokości 5100 metrów n.p.m., gdzie ilość tlenu pobieranego przez płuca szacuje się na około 11% – niemal połowę mniej niż nad poziomem morza (źródło)

La Rinconada (źródło: dw.com)

Życie na takiej wysokości jest możliwe, choć może powodować przewlekłą chorobę górską, (CMS – chronic mountain sickness), zwaną również chorobą Monga. Niektóre społeczności, które mieszkają na dużych wysokościach od wielu pokoleń, wykształciły w toku ewolucji odpowiedź genetyczną na takie warunki. Co ciekawe, różne grupy wykształciły odmienne mechanizmy – tybetańscy Szerpowie oddychają częściej i głębiej oraz mają szersze naczynia krwionośne. Andyjskie plemiona Indian Keczua mają zwiększoną ilość czerwonych krwinek i hemoglobiny we krwi, a etiopscy górale lepszą oksydację krwi, dzięki mutacji jednego genu (gen kodujący receptor endoteliny typu B – ERTB).

Dolna granica bezpieczeństwa, czyli wysokość do której nie występują objawy niedoboru tlenu, została określona na 2500 m n.p.m. Do takich wartości ustalane jest ciśnienie w kabinach samolotowych w przypadku lotu na dużych wysokościach. Powyżej tej wysokości u niektórych osób mogą występować pierwsze objawy choroby wysokościowej. Organizm jest w stanie przystosować się do nowych warunków, w procesie zwanym aklimatyzacją wysokościową. Bezpieczne tempo aklimatyzacji zostało określone jako 300 metrów na dzień plus jeden dodatkowy dzień co 900 metrów. Ponieważ reakcja organizmu na wysokość jest bardzo indywidualna, wiele osób jest w stanie aklimatyzować się znacznie szybciej. Aklimatyzacja ma swoje granice, jednak ciężko dokładnie ustalić, jaka jest maksymalna wysokość, na której organizm ludzki może normalnie funkcjonować przez dłuższy okres czasu. Rekordzistami są górnicy, pracujący w kopalni siarki Aucanquilcha w Chile, położonej na wysokości 5950 metrów n.p.m., którzy spędzili tam 2 lata.

Kopalnia siarki w Aucanquilcha, Chile (źródło: Wikipedia)

Przebywanie powyżej wysokości 6000 metrów jest skrajnie trudne. Strefa śmierci – wysokość, na której przebywanie jest ekstremalnie niebezpieczne dla organizmu ludzkiego, została umownie przyjęta jako 8000 metrów n.p.m. (spotyka się również wartość 25000 stóp, czyli około 7600 metrów, albo 26000 stóp, czyli około 7900 metrów). Na takiej wysokości można spędzić maksymalnie kilkanaście godzin. Jednym z rekordzistów jest himalaista Lincoln Hall, który zasłabł podczas schodzenia z Mount Everest i został pozostawiony przez towarzyszy na wysokości około 8600 metrów. Zapadła noc i Hall uznany był za martwego. 12 godzin później, grupa wspinaczy atakująca szczyt, ku swojemu zdziwieniu odnalazła żywego himalaistę, który był na tyle świadomy i sprawny, że grupie udało się go sprowadzić na dół. Hall przeżył i, nie licząc kilku odmrożeń, wrócił do pełnego zdrowia (źródło).

Lincoln Hall niedługo po spędzeniu nocy na wysokości 8600 metrów n.p.m. (zdjęcie: Brett Faulkner)

Nagłe zmiany poziomu tlenu są dla organizmu dużym wyzwaniem, z którym nie zawsze może sobie poradzić, co może objawiać się ostrą chorobę wysokościową (AMS – accute mountain sickness). Osobiście doświadczyłem takiej zmiany, gdy w przeciągu dwóch godzin z poziomu morza dostałem się na wysokość czterech tysięcy metrów (Hilo – Mauna Kea). Zaledwie w kilka minut brak tlenu był wyraźnie odczuwalny – szum w uszach, ból głowy, splątanie, uczucie odrealnienia, zaburzenie widzenia kolorów. Po powrocie na normalną wysokość wszystkie objawy ustały.

Należy pamiętać, że odpowiednie nawodnienie jest newralgicznym elementem podczas wspinaczek wysokogórskich. Więcej o wodzie możesz przeczytać w w drugim artykule naszej serii o potrzebach.

W przypadku Polski problem związany z chorobą wysokościową nie istnieje (choć osoby bardzo wrażliwe bądź schorowane mogą odczuwać pierwsze objawy już przy wysokości 1500 m). Najwyższy punkt Polski, Rysy, położony jest niemal dokładnie na umownej granicy bezpieczeństwa – 2499 m n.p.m.

Ile można wytrzymać bez powietrza?

Rekordzista wytrzymał na jednym wdechu powietrza atmosferycznego przez 11 minut i 54 sekundy (stan na maj 2020 rok, rekord ustanowiony przez Branko Petrovica, 7 października 2014 roku w Dubaju). Są osoby, które wytrzymywały nawet ponad 20 minut, ale z użyciem czystego tlenu, dlatego ich wyczyn pomijam. Przeciętny człowiek jest w stanie wytrzymać na jednym wdechu około minuty, po czym nastąpi odruch zaczerpnięcia powietrza. Nawet gdybyśmy dysponowali niezwykle silną wolą i postanowilibyśmy nie oddychać, jedyne do czego możemy doprowadzić to utrata świadomości, po czym oddychanie wróci do normy. Przy okazji ciekawostka – ssaki, w tym człowiek, wyposażone są w odruch nurkowania, który uruchamia specjalne mechanizmy adaptacyjne podczas zanurzenia. Przez to oddech oddechowi nierówny – jesteśmy w stanie dłużej wytrzymać pod wodą na jednym wdechu, niż na „suchym lądzie”. Czynnikiem, który w głównej mierze wyzwala odruch nurkowania jest zanurzenie twarzy w wodzie o temperaturze poniżej 21 stopni Celsjusza.

Ile jednak będziemy w stanie wytrzymać, jeżeli nie jesteśmy w stanie oddychać z przyczyn zewnętrznych? Dla większości ludzi czas ten będzie wynosił od 3 do 5 minut, jednak należy przyjąć możliwie najniższą wartość, czyli 3 minuty. Po tym czasie wyczerpuje się ATP, czyli molekularne paliwo komórki, co powoduje jej obumieranie. Krytycznym organem jest tutaj mózg, który ma olbrzymie potrzeby energetyczne i to właśnie on będzie główną ofiarą niedotlenienia. Przyjmuje się, że śmierć mózgu następuje po sześciu minutach od momentu, w którym przestanie być dostarczany tlen. Znane są jednak przypadki wielokrotnego wydłużenia tego czasu, związane z przebywaniem w niskiej temperaturze. Dotyczy to głównie osób, które wpadły do lodowato zimnej wody. Przykładem może być Anna Bågenholm, która wpadła do zamarzniętego jeziora podczas wypadku narciarskiego. Anna przez 40 minut oddychała powietrzem, które utknęło pod lodem, a następnie straciła świadomość i jej serce przestało bić. Spędziła tak kolejne 40 minut, po czym została wyciągnięta i przewieziona do szpitala w Tromsø. Temperatura jej ciała wynosiła 13,7 stopni Celsjusza. Lekarze walczyli o jej życie przez dziewięć godzin. Anna wybudziła się ze śpiączki dziesięć dni później, spędziła dwa miesiące na oddziale intensywnej terapii, ale w końcu udało się jej wrócić do niemal pełnego zdrowia.

Jednak odpowiedź na pytanie, ile jesteśmy w stanie wytrzymać bez powietrza, będzie brzmieć: 3 minuty.

Z zimną wodą związane jest jeszcze jedno ryzyko – szok termiczny. Jeżeli znajdziemy się nagle w zimnej wodzie, naszym pierwszym odruchem będzie chęć zaczerpnięcia powietrza. Odruch ten jest tak silny, że występuje nawet w momencie pełnego zanurzenia, przez co nabieramy wodę do płuc i błyskawicznie toniemy. To właśnie szok termiczny był główną przyczyną śmierci załóg helikopterów, które w wyniku awarii wpadły do morza. Problem ten jest szczególnie istotny dla rejonu Morza Północnego, gdzie odbywa się nawet sto lotów dziennie. Obecnie każdy pasażer wyposażony jest w małą butlę tlenową, z zapasem wystarczającym na kilka minut oddychania, ale jeszcze kilka lat temu w standardowym ekwipunku była kieszeń powietrzna (Rebreather), służąca do oddychania własnym powietrzem. Instrukcja była prosta – tuż przed zanurzeniem wziąć głęboki oddech i uaktywnić rebreather. W ten sposób wydychane powietrze dostawało się do kieszeni i było używane do oddychania. Koncepcja oddychania własnym powietrzem na początku wydaje się trochę bez sensu, ale głównym celem jest tutaj poradzenie sobie z odruchem zaczerpnięcia powietrza podczas szoku termicznego.

W przypadku, kiedy nie jesteśmy w pełni zanurzeni i nasza głowa jest ponad powierzchnią wody, szok termiczny jest równie niebezpieczny, ponieważ może prowadzić do hiperwentylacji i zjawiska zwanego zasadowicę oddechową – nagłego usunięcia dwutlenku węgla z organizmu, powodującego wzrost pH krwi. Zasadowica oddechowa może prowadzić do utraty przytomności i w konsekwencji do utonięcia. Ekstremalnym przypadkiem jest wpadnięcie do zamarzniętego jeziora. W takich przypadkach należy pamiętać, że istnieją bardzo skuteczne metody samopomocy. Poniżej jedna z nich:

Jedna uwaga – ta technika jest dobra w przypadku wychodzenia z przerębli, czyli wszędzie tam, gdzie sąsiadujący lód jest wystarczająco gruby, by dalej się nie zapadać. W przypadku, gdy mamy do czynienia z cienką warstwą lodu, który się pod nami załamuje, technika ta będzie nieco inna – nie należy wstawać od razu, tylko przeczołgać się do bardziej stabilnej części i dopiero tam wstać. Przykład takiej techniki poniżej (niestety w języku angielskim):

Naprawdę warto obejrzeć ten film kilka razy i dobrze sobie zapamiętać poszczególne kroki.

W jakich miejscach mogę mieć problemy z oddychaniem?

Najbardziej oczywista odpowiedź, to pod wodą. Drugie, co nam przychodzi na myśl, to duże wysokości. Ale jest jeszcze kilka miejsc, gdzie zawartość tlenu może być poniżej bezpiecznego minimum. Szczególnie niebezpieczne są zamknięte, ciasne pomieszczenia, zwane fachowo przestrzeniami zamkniętymi (confined spaces), do których należą: zbiorniki, silosy, studzienki kanalizacyjne, kanały, szamba, studnie, tunele, czy szyby. Gromadzić się tam mogą ciężkie gazy, które na skutek grawitacji wypychają powietrze do góry. Należy o tym pamiętać, ilekroć przyjdzie nam ochota, by zobaczyć co jest na dnie wyschniętej studni. Najczęściej nie znajdziemy tam nic ciekawego, a możemy natknąć się na niewidzialnego zabójcę w postaci braku tlenu.

Nie należy jednak wpadać w panikę, jeżeli utkniemy w windzie czy samochodzie. W obydwu przypadkach nie skończy się nam tlen, gdyż te przestrzenie nie są szczelnie zamknięte i zawsze występuje choć minimalna cyrkulacja powietrza, która wystarczy nam do przeżycia. Silne emocje zawsze są złym doradcą i nie inaczej jest w tym przypadku: zwiększa się tętno, oddech przyspiesza i może dojść do hiperwentylacji, co jeszcze potęguje panikę. W ten sposób wpadamy w spiralę strachu, która odbiera zdolność logicznego myślenia i może sprowadzić na nas jeszcze większe tarapaty. Zachowanie spokoju i trzeźwości myśli w sytuacjach zagrożenia życia jest umiejętnością krytycznie ważną. Na zakończenie złota myśli Bruce’a Lee, w sam raz na utknięcie w windzie, bankructwo, złamanie nogi i wszelkie bolączki życiowe:

Jeśli tracisz pieniądze, nic nie tracisz. Jeśli tracisz zdrowie, coś tracisz. Jeśli tracisz spokój, tracisz wszystko.

Podsumowując: czas, który możemy spędzić bez dostępu do powietrza, to 3 minuty.