FIZIOLOGIA ZBORULUI

FIZIOLOGIA ZBORULUI

Deoarece zborul se efectueaza in spatiul atmosferic, cu toate perfectionarile tehnicilor de proiectare si constructie ale aparatelor de zbor nu putem omite prezenta factorului uman in cockpit, influenta factorilor de mediu ca si interdependenta dintre om si mediul specific.

Pentru intelegerea factorilor externi atmosferici care intervin pe parcursul zborului se va face o scurta trecere in revista a elementelor determinante, urmand a fi detaliate unele aspecte pe parcursul urmatoarelor capitole.

Atmosfera, "patura de aer" ce inconjuara Pamantul, contine un amestec de gaze alcatuit in principal din azot, oxigen, argon si gaze nobile. Acest amestec ramane practic constant pana la o inaltime de 100 km. Pentru fiziologia zborului este importanta compozitia specifica a atmosferei uscate ce este alcatuita din 21% oxigen si 78% azot.

Atmosfera este impartita in patru straturi sferice si concentrice, diferite prin proprietatile fizice si chimice specifice. Acestea sunt: Troposfera, Stratosfera, Ionosfera sau Termosfera si Exosfera. Exista si doua spatii intermediare: Tropopauza, intre Troposfera si Stratosfera, si Stratopauza, intre Stratosfera si Ionosfera.

In cele ce urmeaza vor fi descrise primele doua straturi ce au importanta in fiziologia zborului.

Grosimea reala a troposferei este dependenta de latitudine si anotimp. Astfel, la Poli, grosimea Troposferei este masurata pana la aproximativ 9.100 m. (30.000 feet), iar la Ecuator, pana la aproximativ 18.300 m. (60.000 feet). Deosebirea este justificata de incalzirea diferita a paturii de aer, dependenta de incalzirea diferita a scoartei terestre. Principale caracteristici ale Troposferei sunt:

• scaderea constanta a temperaturii, proportional cu inaltimea, respectiv cu 2⁰ Celsius la fiecare 1.000 feet (aproximativ 330 m.);
• prezenta vaporilor de apa ce determina aparitia fenomenelor meteorologice: nori, ploaie, zapada, ceata, furtuni etc..

Constituie stratul situat deasupra Troposferei, cu o inaltime de pana la 80 km. Stratosfera este caracterizata prin:

• temperatura constanta pana la aprox. 19.800 m. (65.000 feet);
• lipsa vaporilor de apa si deci, lipsa fenomenelor meteorologice;
• prezenta radiatiilor sub forma unor 'furtuni de radiatii', cu viteze de pana la 103 m/s.

Legile fizice ale gazelor explica efectele cresterii altitudinii asupra organismului uman.

Definitie: La temperatura constanta, volumul unui gaz variaza invers proportional cu presiunea.

Aceasta inseamna ca la 18.000 feet (5.486 m) volumul unui gaz uscat se dubleaza fata de volumul de la suprafata marii, deoarece presiunea aerului este de 380 mmHg fata de 760 mmHg. Daca ne referim la un gaz saturat cu vapori de apa, proportia nu se mai pastreaza. De exemplu, la 39.000 feet, unde presiunea aerului este de 152 mmHg (1/5 din presiunea de la nivelul marii), volumul unui gaz uscat se dilata de 5 ori, pe cand volumul unui gaz saturat cu vapori de apa, de 7 ori (vezi figura 1).

Legea Boyle-Mariotte explica efectele modificarilor de volum a gazelor din cavitatile inchise ale organismului uman, ce vor fi dezvoltate in capitolul 'Hipobarism'.

Definitie: Intr-un amestec de gaze, cum este aerul, presiunea totala este egala cu suma presiunilor partiale a gazelor ce compun amestecul. Cunoscand presiunea aerului (760 mmHg - la nivelul marii) si volumul procentual al oxigenului 21%, se poate calcula presiunea partiala a acestui gaz in aer dupa formula:

pO₂ = (760 x 21) : 100 = 160 mmHg.

Modificand presiunea aerului corespunzator diferitelor altitudini se poate calcula pO₂ din aer si alveolele pulmonare:

la 3.000 m. - pO₂ aer = 110 mmHg   

- pO₂ alv. = 61 mmHg

la 5.500 m. - pO₂ aer = 80 mmHg

- pO₂ alv. = 38 mmHg

Definitie: Cantitatea unui gaz in solutie variaza direct proportional cu presiunea gazului asupra solutiei.

Astfel, cu cat presiunea unui gaz dintr-o solutie este mai mare, cu atat cantitatea de gaz dizolvat este mai mare.

• Legea Henry (alaturi de Legea Boyle-Mariotte) explica aparitia unor tulburari ca embolia gazoasa si emfizemul gazos ce pot apare in aviatie la o ascensiune rapida sau la pierderea brusca a presiunii din cabina (decompresiune rapida sau exploziva).
• Boala de cheson, cu aceleasi manifestari, apare la scafandrii de mare adancime ce revin prea repede la suprafata.

Difuziunea, ca mecanism fizic, reprezinta in biologie un proces fundamental de transport pentru substantele sub forma lichida sau gazoasa. In totdeauna sensul difuziunii este de la o concentratie mare a substantei spre o concentratie scazuta a aceleiasi substante. Difuziunea se realizeaza printr-o suprafata ce separa cele doua medii cu concentratii diferite: membrana alveolo-capilara, membrana celulara etc.. Viteza de difuziune variaza direct proportional cu diferenta de presiune. Permeabilitatea sau grosimea suprafetei de schimb influenteaza direct viteza de difuziune. Un alt factor ce intervine este greutatea moleculara a gazelor. Intotdeauna gazele cu greutate moleculara mai mica vor difuza mai repede.

Zborul si mediul specific in care se realizeaza actioneaza asupra organismului uman, fiind declansate mecanisme compensatorii la nivelul aparatelor si sistemelor, capabile de a contracara influenta factorilor de mediu. Dar pana la un punct!

Pentru exemplificare, odata cu cresterea altitudinii, primul factor care actioneaza este scaderea presiunii partiale a oxigenului, la care cel mai sensibile sunt analizatorul vizual si cortexul cerebral. Lipsa aportului suplimentar de oxigen sau presurizarea cabinei ar face imposibila desfasurarea zborului. Practic, nu exista segment al organismului uman care sa nu fie solicitat in aceasta activitate, asupra fiecaruia actionand factori fizici specifici. De exemplu, sistemul osteo-muscular resimte actiunea vibratiilor, analizatorul auditiv este afectat de nivelul zgomotului, la nivelul tractului digestiv poate apare disconfort accentuat prin distensia gazelor etc. Dar cum am mentionat anterior, elementul prim de influenta il reprezinta aerul, prin compusii sai. Acesta patrunde in organism si este eliminat prin procesul respiratiei, schimburile de gaze se petrece la nivelul plamanilor iar transportul se realizeaza prin intermediul sistemului cardiovascular, cu ajutorul sangelui.

Pentru intelegerea proceselor care au loc sub influeta factorilor de zbor si a mecanismelor care sunt declansate la nivelul organismului, pe parcursul capitolelor se vor face principale referiri.

Respiratia este un proces ciclic prin care aerul din mediu este adus in plamani, iar aerul pulmonar eliminat.   

Circulatia aerului prin plamani

Aerul, si facem referire in special la oxigen, odata ajuns in plamani, patrunde pana la nivelul alveolelor, formatiuni specializate in realizarea schimburilor de gaze. Peretele acestora vine in contact direct cu peretele unor vase de calibru foarte mic - capilarele pulmonare, formand o structura denumit bariera alveolo-capilara. Presiunea mare a oxigenului din aerului inspirat va forta trecerea acestuia din alveole (printr-un proces de difuziune) in sange de unde, cu ajutorul transportorului denumit hemoglobina (Hb), va putea fi distribuit organelor si tesuturilor. Orice alterare in functionarea plamanilor privind transferul (difuziunea) oxigenului sau in capacitatea sangelui de a-l transporta la utilizatori va determina scaderea concentratiei acestui gaz in organism.

In urma proceselor ce au loc in celulele rezulta dioxidul de carbon (CO₂). Acesta este    captat de hemoglobina (care anterior a transportat oxigenul) si circulat inapoi la plamani unde, traversand bariera alveolo-capilara, de data aceasta in sens invers, va fi eliminat in mediu.

Intregul ciclu inspir-expir se realizeaza de obicei de 12-16 ori pe minut. In conditii normale, acest ritm este controlat de senzori distribuiti in diferite parti ale corpului care monitorizeaza in special concentratia de dioxid de carbon.

Activitatea sistemului circulator asigura, prin miscarea continua a sangelui printr-un sistem tubular inchis, aportul componentelor necesare functiilor celulare si preluarea    produsilor de metabolism rezultati spre a fi eliminati in mediul extern.

Functia de pompa in vederea realizarii acestui circuit se constituie prin intermediul inimii, respectiv prin contractiile celor doi ventriculi.

Sistemul circulator, din punct de vedere functional poate fi impartit in doua segmente: sistemul arterial si sistemul venos. Legatura dintre aceste doua elemente se realizeaza, pe de o parte de catre inima, iar de cealalta parte de reteaua de capilare.

• Sistemul arterial

Arterele asigura transportul sangelui de la inima catre intreg organismul. Se realizeaza prin vase de calibru mare, cu pereti elastici (aorta, arterele mari), prin vase cu o bogata retea musculara si care isi adapteaza calibrul la volumul de sange circulant si prin intermediul arterelor cu lumen mic (arteriole), cu o mare capacitate de raspuns la necesitatile organismului. Prin acest sistem sunt transportate elementele nutritive si oxigenul, necesare functionarii celulelor organismului.

Circulatia sangelui prin organismul uman

• Microcirculatia

Este constituita in principal din capilare. Important de specificat este faptul ca la nivelul acestora se realizeaza schimburile de gaze, apa si alte substante, in acesta retea regasindu-se permanent un volum de aproximativ 5% din volumul total de sange.

• Sistemul venos

Constituie sistemul prin care sangele este reintors catre inima. Fiind constituit din vase distensibile, el poate cuprinde 60-70% din volumul sangelui circulant.

• Inima

Este un organ format dintr-o bogata retea de fibre musculare specifice (fibre musculare cardiace) care alcatuiesc patru cavitati cu functii specifice: doua atrii si doi ventriculi.

Atriile sunt situate in planul superior al inimii iar ventriculii in cel inferior. Din punct de vedere functional, inima poate fi delimitata in doua segmente: cordul drept (format din atriul drept si ventricolul drept) si respectiv cel stang (cu o componenta similara).

Inima

Intre cavitatile de aceiasi parte sunt localizate valvele atrioventriculare cu rolul de directionare a sensului de scurgere al sangelui, din etajul superior spre cel inferior. In ventriculi se acumuleaza un volum de sange suficient de mare pentru a intrerupe comunicarea cu atriile si evacuarea lui, prin contractii, in marea si mica circulatie.

Marea circulatie preia sangele oxigenat de la plamani pe calea venelor pulmonare si prin intermediul inimii stangi si a sistemului arterial si este redistribuit intregului organism.

Produsii de metabolism, incluzand si dioxidul de carbon legat de hemoglobina, sunt transportati de la nivelul capilarelor, prin intermediul sistemului venos la atriul drept care, pe calea ventricul drept - artere pulmonare ajunge la plamani pentru realizarea schimbului de gaze. Acest circuit poarta denumirea de mica circulatie pulmonara.

Pornind de la aceste cateva elemente de baza, pe parcursul capitolelor urmatoare se va incerca ilustrarea interactiunii dintre organismul uman si factorii de mediu intalniti in activitatea de zbor si modalitatile de optimizare a acestor relatii, de contracarare a efectelor negative si de crestere a performantelor personalului aeronavigant.