Domanda:
Perché il tempo della coscienza utile è solo pochi secondi ad alta quota, quando posso trattenere il respiro molto più a lungo a livello del suolo?
h22
2019-09-27 14:52:20 UTC
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Questa risposta dice a FL500 (50.000 piedi; 15.250 m) il tempo di coscienza utile è solo da 6 a 9 secondi.

Ma se smetto di respirare a qualsiasi arbitrario tempo, senza alcuna preparazione, posso tranquillamente continuare senza aria per circa 20 secondi. Come possono questi tempi essere così brevi?

Vale la pena notare che il tempo della "coscienza utile" è molto più breve del tempo della "coscienza", perché gli effetti che compaiono nella situazione rendono la coscienza molto meno utile per risolvere problemi pratici: la visione a tunnel e l'euforia possono essere molto fonte di distrazione, pur essendo ancora cosciente.
I grafici e i dettagli in [questo] (https://travel.stackexchange.com/a/77852/66173) rispondono: quando sei completamente espirato a livello del mare, hai più aria residua nei polmoni di quanta ne hai quando sono completamente inspirati a quell'altitudine.
Tre risposte:
#1
+61
Bianfable
2019-09-27 15:16:57 UTC
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Quando respiri, ossigeno ( $ \ mathrm {O} _2 $ ) e anidride carbonica ( $ \ mathrm {CO} _2 $ ) vengono scambiati tra gli alveoli dei polmoni e l'ambiente. Questo scambio di gas si basa sulla diffusione, il che significa che le pressioni parziali di ciascun gas coinvolto si sposteranno verso l'equalizzazione:

La legge di Henry afferma che la quantità di un gas specifico che si dissolve in un liquido è funzione della sua pressione parziale. Maggiore è la pressione parziale di un gas, più tale gas si dissolverà in un liquido, mentre il gas si sposta verso l'equilibrio.

( fonte)

Finché la pressione parziale dell'ossigeno è più alta nell'ambiente, il sangue acquisirà ossigeno dalla respirazione. Ma se la pressione parziale dell'ossigeno è inferiore, si perde ossigeno respirando. Pertanto, trattenere il respiro a livello del mare ti dà più tempo fino a esaurire l'ossigeno che respirare a 15 km di altitudine, dove la pressione totale è circa 10 volte inferiore rispetto al livello del mare. Inoltre, come ha sottolineato John K nei commenti, trattenere il respiro a livello del mare ti permette di sentire quando hai bisogno di respirare di nuovo, a causa dell'aumento di $ \ mathrm {CO} _2 $ , dove la respirazione ad alta quota non sembra diversa perché $ \ mathrm {CO} _2 $ può ancora lasciare il tuo sistema.

Questo principio consente anche alle maschere di ossigeno negli aerei di funzionare senza creare una pressione maggiore. Poiché viene creato ossigeno (più o meno) puro, la pressione parziale dell'ossigeno è molto più alta che nell'aria circostante nonostante sia alla stessa pressione totale.

Quindi, se potessi trattenere il respiro, potresti rimanere cosciente per un minuto o giù di lì come al solito, ma tentare di respirare non solo rimuove l'ossigeno rimanente dai polmoni, ma rimuove anche l'ossigeno dal sangue?
@RobinBennett In linea di principio sì. Ma nota che durante una rapida depressurizzazione non puoi davvero * trattenere il respiro *. L'aria sarà comunque espulsa dai tuoi polmoni. Trattenendo il respiro a livello del mare la pressione ti dà il "minuto o giù di lì". Ho chiarito la risposta.
Un'altra cosa è che quando trattieni il respiro a terra ciò che ti costringe a respirare di nuovo è l'accumulo di anidride carbonica nel sangue, non la mancanza di ossigeno. Se non fosse per quello, potresti facilmente farti svenire. Quando la pressione della cabina viene ridotta lentamente, non sarai nemmeno consapevole della caduta di pressione perché sei ancora in grado di espellere la CO2. Quando ho fatto un giro in una camera di indottrinamento ad alta quota negli anni '80, la più grande sorpresa quando ho iniziato a respirare aria ambiente di 25000 piedi è stata che non potevo dire la differenza, rimanendo seduto immobile nella mia camera da letto, fino a quando i sintomi dell'ipossia non si sono manifestati.
@JohnK Buon punto, l'ho aggiunto alla risposta.
Recentemente abbiamo avuto una domanda su un [controllore ATC colpito da ictus] (https://aviation.stackexchange.com/q/69811/18733) mentre era in servizio. Alcuni dei commentatori del [video originale di YT] (https://www.youtube.com/watch?v=Jv1kmuFOhWk) hanno detto di aver avuto un ictus e non se ne sono accorti neanche. Suppongo che sia lo stesso con quella situazione di scarsa ossigeno: semplicemente non ti accorgi di te stesso e questo lo rende così pericoloso.
@JohnK's sottolinea l'importanza dei livelli di CO2 [è rilevante anche a livello del mare o anche al di sotto] (https://en.wikipedia.org/wiki/Freediving_blackout). Ci sono molte informazioni su questo riflesso poiché l'eliminazione della CO2 dal corpo è una causa di annegamento nell'apnea.
@PerlDuck il problema più grande è che per molte persone il sintomo iniziale dell'ipossia è lo stadio di euforia, che è molto simile all'essere sul gas esilarante dal dentista. Il mio sintomo iniziale, fortunatamente per me, era la visione a tunnel. Nel frattempo un compagno di posto è andato dritto all'euforia e rideva a crepapelle mentre cercava di disegnare le sue forme. Mi sono ricollegato quando ho sentito una strana sensazione di schiacciamento mentre osservavo la mia visione a tunnel, poi tutti i sintomi sono svaniti. Sei seduto a disegnare personaggi su una lavagna per appunti. Quando i tuoi personaggi diventano tutti sbilenchi, sei CONSAPEVOLE che sono sbilenchi, ma non ti importa.
@RobinBennett ha corretto, ma (come forse saprai ma non è ancora stato sottolineato nella risposta) * non puoi * trattenere il respiro durante un evento di decompressione anche se sai che sta arrivando. Non è possibile sostenere un differenziale di pressione significativo tra l'interno dei polmoni e la cabina. L'aria uscirà, probabilmente facendo dei danni lungo il percorso se cerchi di tenere il naso e la bocca chiusi.
Questo è essenzialmente lo stesso motivo [per cui l'iperventilazione prima dell'immersione è così pericoloso] (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1114047/): riduce la CO2 senza influire sull'O2, quindi sopprime il tuo bisogno di respirare, potenzialmente fino a quando non è troppo tardi.
@RobinBennett: Il problema è che quando la pressione scende, il tuo corpo non interrompe automaticamente la respirazione. Non c'è motivo per farlo, perché i nostri antenati non hanno mai incontrato tali problemi. Quando realizzi consapevolmente cosa è successo, hai già espirato il prezioso contenuto dei tuoi polmoni. D'altra parte, se cadi in acqua, il tuo corpo interrompe il respiro automaticamente e istantaneamente (come spesso i nostri antenati hanno affrontato tali situazioni).
@Bianfable Sì, puoi, ed è dannatamente letale. Nelle immersioni subacquee, esiste una tecnica standard chiamata CESA (risalita controllata di emergenza per nuotare) in cui se l'aria viene a mancare e il tuo amico scompare misteriosamente, nuoti fino in superficie. Sei addestrato a fare un'espirazione controllata durante la salita, perché se trattieni il respiro, il gas si espande al diminuire della pressione dell'acqua e può rompere fatalmente i tuoi polmoni.
@JohnK: puoi farti svenire per mancanza di O2 se prima iperventili, perché abbassa la CO2 nel sangue e può essere molto pericoloso: https://en.wikipedia.org/wiki/Freediving_blackout#Shallow_water_blackout
#2
+24
Harry Braviner
2019-09-28 02:03:12 UTC
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La situazione in una depressurizzazione ad alta quota è diversa perché:

  1. L'aria nei polmoni ora è "aria FL500", ovvero la pressione è di circa 0,1 atmosfere. Ciò significa che la pressione parziale di O 2 (ppO 2 ) è di circa 0,021 atm, invece di 0,21 atm. L'ossigeno si diffonderà rapidamente dal tuo sangue e nei tuoi polmoni e il tuo cervello molto presto non avrà abbastanza ossigeno per funzionare. (Puoi effettivamente gestire una pressione parziale leggermente inferiore di O 2 - le miscele per immersioni subacquee sono spesso considerate "ipossiche" quando sono inferiori al 16% di O 2 , poiché il tuo può respirare una ppO 2 di 0,16 atm e funzionare normalmente. Ma nota che è 8 volte maggiore di 0,02 atm).

  2. Non puoi trattenere il tuo ultimo respiro di aria compressa in cabina. Provare a farlo sarebbe infatti molto pericoloso, poiché i tuoi polmoni tenterebbero di sostenere una differenza di pressione di 0,9 atm tra l'interno e l'esterno. Ai subacquei viene insegnato a non trattenere mai il respiro durante la risalita proprio per questo motivo: la differenza di pressione può rompere gli alveoli del polmone. Ciò può provocare il passaggio di gas direttamente nel sangue e causare un'embolia.

  3. Ma se ci si attacca a una maschera per l'ossigeno, quella 0,1 atm di aria (con una ppO 2 di 0,02) è stato sostituito da 0,1 atm di O 2 . Quindi il tuo ppO 2 è quindi 0,1. Ancora non ideale, ma molto meglio di 0,02 atm.

Se indossi una maschera per l'ossigeno al FL500, sarà una maschera a richiesta di pressione (che fornisce ossigeno ai polmoni a una pressione superiore a quella ambiente), fornendo ai polmoni una ppO2 di 0,16-0,2 atm (questo lascia i tuoi polmoni mantengono un piccolo differenziale di pressione - 0,06-0,1 atm nel nostro esempio, potenzialmente fino a 0,18-0,2 atm ad altitudini più elevate - ma gestiscono piccoli differenziali di pressione come questi senza troppi problemi).
La ppO2 di 0,16 atm consente di funzionare normalmente se non si esercita troppo. Probabilmente lo sentirai se provi a correre su una rampa di scale o in bicicletta su passi di montagna (ho fatto entrambe le cose a quella pressione)
Ok quindi l'idea è che la pressione nel flusso sanguigno sia controllata dalla pressione esterna dell'aria o dell'acqua, mentre la pressione del gas negli alveoli può essere aumentata ben al di sopra della pressione dell'aria o dell'acqua esterna trattenendo il respiro durante la decompressione o la risalita rapida -
A FL500 la tua maschera non funziona molto bene.
@quietflyer Non credo che userei la frase "ben al di sopra" in quel contesto. Gli alveoli iniziano a rompersi e creano emboli d'aria a poco più di 0,2 atm, e ci vuole uno sforzo cosciente per espirare a una differenza di pressione molto inferiore a quella, rendendo il solo respiro un compito faticoso per un periodo abbastanza breve. La maggior parte delle persone non può espirare affatto contro 0,2 atm.
#3
+4
Harper - Reinstate Monica
2019-09-29 22:09:27 UTC
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È anche la pistola di partenza.

Quando trattieni il respiro, scegli tu quando iniziare. Questo è noto.

In un incidente di ipossia, raramente scopri il problema della pressurizzazione proprio all'inizio dell'evento. Potrebbe passare molto prima che te ne accorga. Quindi non sai quando hai effettivamente iniziato a "trattenere il respiro".

Sarebbe più un confronto equo se il sistema guasto fosse "perdita di pressione in cabina in 3, 2, 1 ..." Ma ovviamente non è così!

C'è decompressione esplosiva e decompressione non esplosiva.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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