2.2.1 DE ATMOSFEER

De atmosfeer of dampkring is de laag lucht om de aarde. De temperatuur van de atmosfeer varieert met de hoogte.

Op basis van het verloop van de temperatuur kun je de atmosfeer indelen in vier lagen:

- de troposfeer,

- de stratosfeer,

- de mesosfeer en

- de thermosfeer.

 Zweefvliegen speelt zich af in de troposfeer. In de troposfeer neemt de temperatuur met de hoogte af. In de stratosfeer neemt de temperatuur weer toe.  

In tegenstelling tot de temperatuur neemt in de hele atmosfeer de luchtdruk met de hoogte af.

In de onderste paar duizend meter daalt de luchtdruk met de hoogte het snelst.

Op 2400 meter is de luchtdruk met een kwart gedaald.

Op 5500 meter is de druk gehalveerd.

Zweefvliegers vliegen in het onderste deel van de troposfeer. Daar daalt de luchtdruk met de hoogte het snelst.

In deze paragraaf over de atmosfeer gaat het vooral om de effecten van een lagere luchtdruk. 

Op de grond is de luchtdruk ongeveer 1000 hPa. Op 16 km is de druk nog 100 hPa. 

Lucht is een mengsel van gassen. De dampkring bestaat:

• voor 78% uit stikstof N2),
• voor 21% uit zuurstof (O2) en
• voor 1% uit andere gassen zoals koolzuurgas (koolstofdioxide = CO2) en waterdamp (H2O). 

Het percentage van elk gas in de lucht blijft bij stijgen vrijwel gelijk.

De druk van elk gas afzonderlijk in een gasmengsel wordt de partiële druk genoemd. Wanneer de totale druk daalt, dan daalt ook de druk van de delen (parten).

Bij stijgen neemt de partiële druk van de verschillende gassen af.

Door daling van de partiële zuurstofdruk neemt het bloed moeilijker zuurstof op. Er zijn minder moleculen om in het bloed opgenomen te worden.

Op zeeniveau wordt de lucht samengeperst door de luchtkolom erboven. Bij het toenemen van de hoogte, daalt de luchtdruk door de afname van het gewicht van de luchtkolom erboven. De lucht wordt ‘ijler’ en bevat minder moleculen zuurstof. De gevolgen van een lage luchtdruk en de beperkingen die daardoor ontstaan moet een zweefvlieger kennen. Het gaat daarbij om:

1. Zuurstofgebrek
2. Barotrauma
3. Decompressieziekte

Gassen gedragen zich volgens natuurkundige wetten. Voor de luchtvaart zijn drie gaswetten belangrijk.

Wat is hypoxie?

Hypoxie betekent zuurstofgebrek in het lichaam. Dit ontstaat o.a. wanneer zweefvliegers boven 3500 meter gaan vliegen en geen zuurstofinstallatie gebruiken. Bij het stijgen blijft het percentage van elk gas in de lucht gelijk, maar er zijn minder moleculen beschikbaar om opgenomen te worden in het bloed. Hypoxie kan ook ontstaan door bloedarmoede, longziekten, etc.   

Welke percentages zuurstof, stikstof en andere gassen zijn in de troposfeer aanwezig?

De troposfeer is de onderste laag in de atmosfeer. Deze 11 km dikke laag bestaat voor 78% uit stikstof, 21% uit zuurstof en 1% uit andere gassen zoals koolzuurgas en waterdamp. De samenstelling van de lucht in de troposfeer blijft nagenoeg constant bij toenemende hoogte. De druk neemt af en dat betekent dat het aantal moleculen per ingeademde liter lucht kleiner is .

Welke gassen in de atmosfeer zijn belangrijk voor de menselijke ademhaling?

De mens ademt zuurstof in en ademt CO2 (koolstofdioxide = koolzuurgas) uit. Normaal verbruik je ongeveer 300 ml zuurstof per minuut. In uitgeademde lucht zit ongeveer 5% CO2 en nog 15 % zuurstof. Bij sporten verbrandt je lichaam meer en is het zuurstofverbruik veel hoger.

Hoe is de opbouw van het ademhalingssysteem en wat zijn van de diverse elementen de specifieke functies?

De lucht komt via de mond of de neus en de longpijp in de longen. De neus filtert de lucht. In de longen wordt zuurstof gebonden aan de rode bloedlichaampjes. Dit gebeurt door het drukverschil voor zuurstof (partiële zuurstofdruk) in de longblaasjes en het bloed.

Hoe wordt zuurstof aan het weefsel afgegeven en hoe wordt kooldioxide uit het lichaam verwijderd.

De zuurstof in het bloed passeert in het longblaasje een hele dunne wand en komt zo in het bloed. De zuurstofmoleculen binden zich aan het hemoglobine. Via de bloedcirculatie komt de zuurstof in het hele lichaam en wordt daar gebruikt voor de stofwisseling. Bij verbranding komt CO2 (koolstofdioxide) vrij. Dit komt via het bloed in de longen en verlaat daar het lichaam.

Wat is de functie van hemoglobine?

Hemoglobine is het rode, zuurstof- en koolstofdioxide transporterende eiwit in het bloed, dat zich bevindt in de rode bloedcellen. Hemoglobine vervoert zuurstof van de longen naar de rest van het lichaam. Zuurstofrijk bloed is helder rood van kleur. Zuurstof arm bloed is enigszins blauw. Bij zuurstof tekort is dit zichtbaar aan de blauwe kleur van de nagels en lippen. Zie verder: 2.4 Het gebruik van zuurstof

Hyperventilatie en de rol van koolzuur in de beheersing en regeling van de ademhaling? 

Ventilatie is een ander woord voor ademhalen. Bij hyperventilatie is de ademhaling sneller en dieper dan normaal. In de longen wordt CO2 (koolzuurgas, koolstofdioxide) uitgeademd. Wanneer we zware arbeid verrichten, verbranden we meer zuurstof en ontstaat er meer CO2. Het lichaam reageert hierop door de ademhaling te verdiepen en te versnellen. Daardoor wordt meer zuurstof opgenomen en meer CO2 uitgeademd.

Wat bedoelen we met fysiologische en niet fysiologische hyperventilatie en welke betekenis heeft dit voor een veilige vluchtuitvoering?

1. Fysiologische hyperventilatie is een gevolg van zuurstofgebrek. Wanneer er te weinig zuurstof in het bloed zit, ga je hyperventileren om het gehalte aan zuurstof te doen stijgen. Daardoor zal het gehalte aan koolstofdioxide dalen. Gebruik je boven de 3500 m zuurstof en heb je de symptomen van hyperventilatie, controleer dan je zuurstofinstallatie, komt er wel voldoende zuurstof uit. Daal naar een lagere hoogte. Om het hyperventileren te beëindigen moet het CO2-gehalte weer stijgen.
2. Niet fysiologische hyperventilatie heeft een psychologische oorzaak. Door spanning of angst adem je sneller terwijl je lichaam geen extra zuurstof nodig heeft. Hyperventilatie betekent dan dat je, bijvoorbeeld in rust, te veel ademt. De gasuitwisseling in de longen is dan hoger dan normaal bij die situatie. De zuurstofopname is al 98% en kan niet hoger maar door de hyperventilatie wordt de CO2_-graad van het bloed lager dan normaal en soms te laag. Vliegers die niet goed uitgerust zijn of met te veel stress te maken hebben lopen een verhoogd risico.  

Wat zijn de tekenen en symptomen van hyperventilatie?

De symptomen lijken op die van zuurstofgebrek. Wie hyperventileert:

1. ziet slechter
2. wordt duizelig
3. licht in het hoofd
4. heeft tintelende vingers
5. warme en koude sensaties
6. drukgevoel op de borst
7. onwillekeurige spiersamentrekkingen
8. raakt uiteindelijk bewusteloos

Op welke manieren kunnen we hyperventilatie voorkomen?

Als er sprake is van fysiologisch hyperventileren dan is dat op dat moment nodig om voldoende zuurstof te krijgen. Dat moet je dus niet tegengaan.

Bij ‘psychisch’ hyperventileren is er geen zuurstoftekort of teveel aan kooldioxide. Het hyperventileren is niet nodig. Door dit hyperventileren wordt de zuurstofverzadiging niet hoger, die is al optimaal en wordt het CO2-gehalte van het bloed lager dan normaal. Het bloed heeft een bepaalde CO2-graad nodig en die mag niet te laag zijn. Bij niet-fysiologische hyperventilatie is de ademhaling vaak vrij oppervlakkig, waarbij niet voldoende wordt uitgeademd. De vlieger krijgt het gevoel dat hij niet genoeg lucht kan krijgen en daardoor neemt de paniek nog meer toe.

De beste manier om dit te voorkomen is door te proberen om gewoon rustig adem te halen. Probeer langzaam en dieper uit te ademen. Bij hardop praten word je gedwongen om rustiger adem te halen. Bij een ernstige mate van ‘psychisch’ hyperventilatie kun je even in een zakje ademen en zo een paar keer de uitgeademde lucht weer in te ademen. De uitgeademde lucht bevat nog voldoende zuurstof maar het CO2-gehalte is hoger en daardoor zullen de longen minder CO2 afgeven in de longen waardoor de normale situatie zich herstelt.

Wat is decompressieziekte en welke betekenis kan dit hebben voor een veilige vluchtuitvoering?

Bij heel snel stijgen, dus een grote daling van de luchtdruk in korte tijd, daalt ook de druk op en in ons lichaam. Daardoor kan door de afname van de druk stikstof in de vorm van gasbelletjes in ons bloed ontstaan, net zoals bij het losdraaien van de dop van een frisdrankfles. De druk daalt dan snel in de fles en je ziet de belletjes uit de vloeistof komen. Deze stikstofbelletjes veroorzaken decompressieziekte. Duikers kennen dit verschijnsel als decompressieziekte. Bij het zweefvliegen kan dit gebeuren als bij het vliegen in de golf te snel wordt gestegen naar een hoogte boven 6.000 meter.

Welke verschijningsvormen van decompressieziekte kennen we? 

1. Stikstofbelletjes in de huid (‘Creeps’) Symptomen: jeuk, een branderig gevoel, rode plekken.
2. Stikstofbelletjes in pezen, banden en gewrichtskapsels (‘Bends’) Symptomen: toenemende pijn in de gewrichten, extreme vermoeidheid.
3. Stikstofbelletjes in de hersenen en het ruggenmerg (‘Staggers’) Symptomen: bewusteloosheid, verlamming, gevoelloosheid (van de huid), gestoord zicht (wazig, dubbel), spraakstoornissen, stemmingsveranderingen, duizeligheid, doofheid.
4. Stikstofbelletjes in het hart en de longen (‘Chokes’) Symptomen: ademhalingsproblemen, hoestaanvallen, bloed opgeven, pijn op de borst (vooral bij ademhalen), shock, bewusteloosheid, ademstilstand, hartstilstand.

De eerste symptomen van decompressieziekte is pijn in de gewrichten. Het buigen van armen, polsen en kniën doet zeer. Zodra één van deze symptomen van decompressieziekte waargenomen wordt, moet je snel dalen. Snel dalen voorkomt dat de belletjes zich verplaatsen naar bijvoorbeeld de hersenen. Het duurt lang voor de gasbelletjes helemaal uit het lichaam zijn verdwenen. Na zo'n vlucht moet je minimaal 24 uur niet vliegen.

Welke oorzaken van decompressieziekte bij het zweefvliegen zijn er?

In korte tijd heel snel stijgen naar grote hoogte. Dus grote drukafname in korte tijd. Duikers die een dag na het duiken gaan vliegen, kunnen ver onder de 6000 meter last krijgen van decompressieziekte. Voor duikers geldt dat ze minimaal 24 uur moeten bijkomen voor ze gaan zweefvliegen.

Hoe kan decompressieziekte worden voorkomen?

Minder snel stijgen en zodra je een symptoom herkent, direct dalen.

Wat zijn de symptomen van decompressieziekte?

Het begint met pijn in de gewrichten, daarna neemt de pijn verder toe en als dit langer duurt dan kunnen armen en benen door de pijn niet meer gebruikt worden. Wanneer er ook belletjes in de longen ontstaan ontstaat er een benauwd gevoel.

Hoe kunnen de symptomen van decompressieziekte behandeld worden?

Zo snel mogelijk dalen (dan neemt de luchtdruk weer toe) en minimaal 24 uur wachten voor er opnieuw gevlogen kan worden.

Hoe ziet het bloedvatenstelsel eruit?

Zuurstofarm bloed wordt door het hart naar de longen gepompt. Daar neemt het bloed zuurstof op en dit zuurstofrijke bloed wordt door het hart naar alle delen van het lichaam gepompt, waar de stofwisseling plaatsvindt 

Wat is de taak van: aders, slagaders en haarvaten?

Het hart pompt het bloed via de slagaders naar alle delen van het lichaam. Via de aderen wordt het zuurstofarme bloed naar het hart vervoerd.  

Wat zijn de functies van de hartslagaders en aders?

De functie van een slagader is om het zuurstofrijke bloed van het hart naar alle delen en organen van het lichaam te transporteren. De functie van de aders is om het zuurstofarme bloed terug naar het hart te voeren. Een mens heeft ongeveer 6 liter bloed, per minuut wordt er 5½ liter bloed door het lichaam rondgepompt. Per dag passeert ongeveer 8000 liter bloed het hart.

Wat zijn de systolische (bovendruk) en diastolische (onderdruk) bloeddruk en de gemiddelde waarde voor een volwassene in rust?

De normale bloeddruk van een jong en gezond persoon is 120/80 mm Hg. De bovendruk is de maximale druk die wordt opgebouwd in de slagader bij het samentrekken van de linker hartkamer. De onderdruk is het minimum van de druk die optreedt tussen twee samentrekkingen van het hart in, als de linker hartkamer zich weer vult met bloed. Stel dat de bloeddruk 130/80 mm Hg is, dan betekent dat dat de bovendruk 130 en de onderdruk 80 millimeter kwikdruk is. De bovendruk is dan gelijk aan de druk van een kolom van 130 mm kwik. Een bovendruk tussen 100 en 139 en een onderdruk tussen 60 en 89 wordt als normaal beschouwd.

Als de bloeddruk in rust hoger is dan 140 mmHg dan is er sprake van hoge bloeddruk. Je hebt dan een verhoogd risico op het krijgen van hart-en vaatziekten. Dus meer kans op een hartaanval of hersenbloeding.

Wat is de functie van de drukreceptoren in de bloedvaten van de hals?

De drukreceptoren in de hals bewaken de bloeddruk op het niveau van de hersenen. Bij een te lage bloeddruk wordt te weinig zuurstof naar bijvoorbeeld de hersenen getransporteerd. Een te hoge bloeddruk is schadelijk voor o.a. de bloedvaten. De drukreceptoren (baroceptoren) meten voortdurend de bloeddruk en geven een signaal aan de hersenen als de bloeddruk te laag of te hoog is.

Hoe is de samenstelling van het bloed en wat is de functie van bloedplaatjes?

Het bloed bestaat uit: rode bloedcellen, witte bloedcellen, bloedplaatjes en bloedplasma. De rode bloedcellen bevatten hemoglobine en zijn voor het transport van zuurstof, de witte bloedcellen bestrijden bacteriën en virussen. De bloedplaatjes zijn voor het stollen van het bloed als er een wond is.

Bloeddonoren geven per keer een halve liter bloed. Je geeft alleen bloed als je gezond bent en een gezond mens merkt nauwelijks dat hij bloed gegeven heeft. Wel is het mogelijk dat er iets eerder zuurstofgebrek optreedt bij vliegen op grote hoogte. Er wordt daarom geadviseerd om binnen 24 uur na het geven van bloed niet te vliegen.

Welke factoren bepalen de hartfrequentie (polsslag)?

Een normale hartslag zit tussen 60 en 80 slagen per minuut. De hartslagfrequentie wordt bepaald door de sinusknop in de rechter(hart) boezem. Bij sporten neemt de behoefte aan zuurstof e.d. toe en daar reageert het hart op door de hartslag te verhogen. Bij zuurstofgebrek gebeurt hetzelfde. Angst en stress verhogen de hartslag. Ook alcohol en sommige medicijnen beïnvloeden de hartslag.

Met welke versnellingen heeft een zweefvlieger hoofdzakelijk te maken en wat betekent dit voor een veilige vluchtuitvoering?

1. Met lineaire versnelling (een hogere snelheid zonder richting verandering) 
2. Met hoekversnelling (een versnelling door met gelijkblijvende snelheid een andere richting te kiezen).
3. Met centripetale versnelling (het maken van een bocht) Bij een bocht van bijvoorbeeld 60° helling vindt een versnelling plaats in de richting van het centrum van de cirkel en bij een bocht van 60° ervaart je lichaam een kracht van 2G.

Een zweefvlieger heeft te maken met negatieve G-krachten (bijvoorbeeld bij sterk bijprikken na een kabelbreuk of bij een buitenwaartse looping) en met positieve G. Positieve G ervaar je bij het maken van een binnenwaartse looping of bijvoorbeeld bij het maken van steile bochten.

Welke effecten hebben versnellingen op de bloedsomloop en de bloeddruk?  

1. Bij negatieve G stroomt het bloed van de voeten naar het hoofd. In de hersenen en de ogen stijgt de bloeddruk (redout). De vlieger ziet een rode waas voor de ogen.
2. Bij positieve G ondervind je een kracht van het hoofd naar de voeten. Het hart is gewend aan de normale zwaartekracht en het hart heeft nu veel meer moeite om het bloed tegen de verhoogde kracht in naar het hoofd te pompen. De bloedtoevoer naar de hersenen en de ogen vermindert of stagneert. De hersenen hebben een zuurstofvoorraad voor maar ongeveer 5 seconden. Wie langer dan 5 seconden wordt blootgesteld aan 5 G verliest het bewustzijn.

Wat bedoelen we met “grey out, tunnel vision en blackout” en waar komt dat bij voor?

Ons lichaam is gewend aan 1 G. De normale zwaartekracht. Tijdens steile bochten en loopings treden versnellingen op waardoor je meer dan 1 G zwaartekracht op je lichaam ondervindt. Afhankelijk van de sterkte van de G-kracht en hoe lang je aan die kracht wordt blootgesteld krijg je de volgende symptomen:

Bij positieve G krijg je dus achtereenvolgens last van tunnelvisie, greyout (geen kleuren meer zien), blackout en tenslotte bewusteloosheid.

Hoe kunnen we de tolerantie voor positieve versnellingen vergroten?

Zorgen voor een goede lichamelijke conditie. Vermoeidheid, alcoholgebruik en sommige medicijnen zorgen voor een verminderde g-tolerantie.Door een drukbroek kun je voorkomen dat het bloed naar de voeten loopt. De tolerantie voor positieve versnellingen kun je door training vergroten. In een centrifuge worden gevechtsvliegers en astronauten voorbereid op hogeg-krachten.

Dirk Corporaal, laatste update december 2018