Normálne funkcie dýchania a krvného obehu sa vyvinuli na súši. Keď sa ponoríme do vody, tlak sa postará o celú škálu zmien. Tlak plynu, ktorý nás obklopuje od „pevniny“ až po vesmír sa meria ako atmosférický tlak (1 ata). Na určenie celkového (absolútneho) tlaku v ľubovoľnej hĺbke musíme pripočítať tlak na hladine k hydrostatickému tlaku vyvolanému hmotnosťou vody. S každým 10-metrovým stĺpcom vody narastá tlak o 1 ata. Napríklad, v hĺbke 30 m je absolútny tlak 4 ata: jednu ata za atmosférický tlak plynu na hladinu a jednu ata za každých 10 m vodného stĺpca. Počet jednotiek tlaku alebo absolútny tlak nám pomôže porozumieť ich účinkom.

Na rozdiel od kvapalín a pevných látok, je možné plyny (vzduch) pomocou tlaku ľahko stlačiť. Tlak spôsobuje, že molekuly plynu sa k sebe priblížia a priestor, ktorý vypĺňajú (objem), sa zmenší. Predstavte si napríklad balón napustený vzduchom na hladine. Ponorte balón do hĺbky 10 m. V takej hĺbke by sa balón „scvrkol“ na polovicu svojho objemu na hladine. Vzduch neunikol z balóna, takže v ňom zostalo rovnaké množstvo vzduchu. To isté platí pre vzduch v našich pľúcach. V hĺbke 10 m by bol vzduch dvojnásobne hustejší a jeho objem by bol polovičný. Toto je podstata Boylovho zákona: zvýšenie objemu je nepriamo úmerný nárastu tlaku a zvýšenie hustoty je úmerná nárastu tlaku.

Späť na hladine sa náš balón a naše pľúca naplnia vzduchom. Vzduch sa skladá prevažne z kyslíka (asi 21 %) a z dusíka (asi 79 %). Keď ich sčítate, vyjde vám 100 %. Ak v súvislosti so vzduchom hovoríme len o kyslíku, hovoríme len o jeho zložke, alebo o čiastočnom množstve z celku, ktorým je vzduch. Inými slovami, 1 ata tlaku na hladine sa rovná súčtu parciálneho tlaku (pp) kyslíka (0,21) a parciálneho tlaku dusíka (0,79).

Teraz si musíme opäť spomenúť na pána Boyla. Ponorme balón opäť do hĺbky 10 m. Ak je, podľa Boylovho zákona, v hĺbke 10 m (2 ata) vzduch dvojnásobne hustejší, potom aj kyslík, aj dusík musia byť dvojnásobne hustejšie. Takže, keď hodnotu 2 ata vynásobíme jednotlivými parciálnymi tlakmi: kyslík – 0,21 pp x 2,0 ata = 0,42 pp a dusík – 0,79 pp x 2,0 ata = 1,58 pp, čo je spolu 2,0 ata. Rovnica preukázala, že v hĺbke 10 m je tlak 2 ata.

Keď dýchame vzduch v hĺbke 10 m, v našich pľúcach je parciálny tlak kyslíka 0,42 ata  a parciálny tlak dusíka je 1,58 ata. Toto je podstata Daltonovho zákona: celkový tlak, ktorý vyvíja zmes plynov je rovný súčtu tlakov, ktoré by vyvíjali jednotlivé plyny, keby okupovali pri takej istej teplote daný objem každý samostatne.

Žijeme na súši už dlho, takže krv a tkanivá obsahujú rovnaké množstvo rozpusteného kyslíka a dusíka ako naše pľúca. V hĺbke 10 m parciálne tlaky kyslíka (0,42 pp) a dusíka (1,58 pp)
v pľúcach si v konečnom dôsledku vynútia, aby boli parciálne tlaky v krvi a v tkanivách rovnaké ako tlak vzduchu v našich pľúcach (rovnováha). Toto je podstata Henryho zákona: Množstvo akéhokoľvek daného plynu, ktorý sa rozpustí v kvapaline pri danej teplote je priamo úmerné parciálnemu tlaku daného plynu.
Ešte sme na niečo zabudli. Keď dýchame, nielen že vdychujeme, ale aj vydychujeme. Takže naše pľúca prijímajú kyslík a dusík a zbavujú sa dusíka, kyslíka a oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je vedľajším produktom nášho metabolizmu. Správa sa rovnako ako ostatné plyny. Keď kyslík, dusík, a nezabudnite, že aj oxid uhličitý výrazne zvýšia parciálne tlaky, začnú byť toxické alebo narkotické. Nástup narkotických účinkov a otravy je nepredvídateľný, nielen u jednotlivých ľudí, ale aj v rôzne dni u toho istého človeka.
Zistilo sa, že parciálny tlak kyslíka presahujúci hodnotu 1,6 spôsobuje problémy centrálneho nervového systému (CNS) a pri dlhodobom pôsobení pľúcnu (pulmonárnu) otravu (toxicitu). Otrava CNS postihuje centrálny nervový systém. Príznakmi otravy CNS sú nauzea, abnormálne videnie alebo počutie, ťažkosti s dýchaním, úzkosť, zmätenosť, únava, nedostatočná koordinácia, mykanie tváre, pier alebo rúk a kŕče. Kŕče môžete dostať bez výstrahy a ľahko môžu viesť až k topeniu. Pľúcna otrava kyslíkom postihuje predovšetkým pľúca, pričom spôsobuje bolesť v hrudi a kašeľ. Môže nastať po 24-hodinovom pôsobení parciálneho tlaku O² s hodnotou 0,6  parciálneho tlaku.

Zistilo sa, že parciálny tlak dusíka presahujúci hodnotu 3,16 (ekvivalent tlaku vzduchu v hĺbke 30 m) oslabuje schopnosť potápača rozmýšľať a znižuje jeho pohybové schopnosti. Pod toto zníženie spadá aj činnosť svalov súvisiaca s dýchaním. Na základe výsledkov jednej štúdie (Meyer-Overton) sa predpokladá, že anestetický účinok plynu nepriamo súvisí s rozpustnosťou tuku. Rozpustnejšie plyny vytvárajú narkotické účinky pri nižších koncentráciách ako menej rozpustné plyny. Na základe rozpustnosti tuku by mal byť kyslík narkotickejší ako dusík.

Zistilo sa, že parciálne tlaky oxidu uhličitého, ktoré sa pohybujú nad alebo pod úzkym rozsahom spôsobujú narkózu a otravu. Otrava oxidom uhličitým alebo hyperkapnia je abnormálne vysoká úroveň oxidu uhličitého v telesných tkanivách. Za priemerný bežný rozsah CO² sa považuje 35 – 45 mmHg (milimetrov ortuťového stĺpca). Známky otravy CO² sú zvyčajne evidentné pri PACO² (parciálny tlak CO² v alveolárnom vzduchu) = 60 mmHg na hornej hranici a 30 mmHg na dolnej hranici. Nárast na 80 mmHg alebo pokles na 20 mmHg by mal zneschopňujúci účinok. V tele človeka je za normálnych podmienok stály arteriálny tlak CO², takmer bez výnimky, v rámci úzkeho rozsahu 3 mmHg počas oddychu, aj počas fyzickej aktivity. Niekoľko štúdií tiež preukázalo, že oxid uhličitý znižuje duševné aj telesné schopnosti pri subanestetických koncentráciách. Preto by nahromadenie oxidu uhličitého malo vyvolávať obavy z narkotického, aj z toxického hľadiska.

Tieto predstavy v nás vyvolávajú znepokojenie, preto by sme chceli vedieť, čo je potrebné na zníženie rizík otravy a narkózy? Môžeme zmeniť zloženie toho, čo dýchame. Tak, že nahradíme časť dusíka vo vzduchu väčším množstvom kyslíka, tak aby sme na hladine mali parciálny tlak 0,32 pp kyslíka a 0,68 dusíka (Táto zmes sa nazýva Nitrox 32.). Ak je však parciálny tlak kyslíka na hladine vyšší, v hĺbke hrozí väčšie nebezpečenstvo otravy kyslíkom z dôvodu zvýšeného parciálneho tlaku. Preto sme stanovili pracovný rozsah pre Nitrox 32 ako 0 – 30 m (30 m alebo 4 ata x 0,32 = 1,28 pp kyslíka). Tento parciálny tlak 1,28 kyslíka je nižší ako maximum, pri ktorom väčšina štúdií preukázala zvýšenie pravdepodobnosti výskytu príznakov otravy kyslíkom. Udržaním nízkeho parciálneho tlaku kyslíka sa tiež snažíme minimalizovať pravdepodobnosť výskytu kyslíkovej narkózy, ako vyplýva z hypotézy Meyera a Overtona.

Ak sa chcete potápať hlbšie, predstavujeme vám hélium. Zmes 0,30 pp kyslíka, 0,30 pp hélia a 0,40 pp dusíka (Trimix 30/30) udržiava kyslíkovú toxicitu a narkózu, ako aj dusíkovú narkózu v prijateľných rozsahoch, prípadne menšiu v hĺbke 30 m. Zmes 0,21 pp kyslíka, 0,35 pp hélia a 0,44 pp dusíka udržiava otravu kyslíkom a kyslíkovú narkózu v prijateľnom rozsahu. Tiež môžme zjednodušiť pohyb dýchacej zmesi v našom tele pridaním hélia. Pri vyššej hustote dýchacej zmesi sa ťažšie dýcha, v hĺbke 30 m je to štyrikrát ťažšie. (Hustoty na hladine a v hĺbke 30 m nájdete v tabuľke 1.)

Ak naše telá nedokážu účinne presunúť oxid uhličitý z tkanív do pľúc a ďalej von z tela, jeho úroveň začína stúpať. Produkciu a elimináciu CO² zvyšuje niekoľko faktorov, od dýchacieho odporu cez hustotu dýchacej zmesi až po fyzickú kondíciu. Napríklad u potápačov so slabou kondíciou sa môže vytvárať asi dvakrát toľko CO² ako u potápača s dobrou kondíciou. Okrem toho, hustota dýchacej zmesi môže súvisieť s rastúcou hĺbkou, čo môže spôsobiť mimoriadne náročné dýchanie (z dôvodu neustáleho nárastu hustoty). Bez ohľadu na konkrétne dôvody zvýšeného hromadenia CO² sa ho telo pokúša kompenzovať zvýšeným tempom dýchania. Veľmi často to vedie k rýchlemu, ale plytkému dýchaniu, ktoré nie je účinné pri zbavovaní sa CO². Keď si uvedomíme, že CO² je veľmi narkotický plyn, táto narkóza s akoukoľvek narkózou spôsobenou inými plynmi môže potápačovi výrazne ublížiť. Okrem toho, rýchle, plytké dýchanie, ku ktorému môže dôjsť pri vynakladaní námahy (najmä s hustou dýchacou zmesou) môže človeka priviesť do stavu paniky a/alebo otravy CO² a k bezvedomiu. 

	Hustota (g/l)
Plyn	0º C, 1 ata	0º C, 4 ata
Vzduch	1,293	5,172
Nitrox 32 #	1,307	5,228
Trimix 30/30 *	0,980	3,920
Trimix 21/50 **	0,752	3,008

# používa sa až do 30 m (100 fsw)
* používa sa od 24 do 36 m (80 do 120 fsw)
** používa sa od 36 do 54 m (120 do 160 fsw)

Referencie:
        The physiology and medicine of diving, 4th Ed., Peter Bennett a David Elliott, et. al
        US Navy Diving Manual
        Doing it Right: The Fundamentals of Better Diving, Jarod Jablonski
        Časopis Quest, spoločnosť GUE
        Materiály ku kurzu NAUI Master Scuba Diver
        The Fundamentals of DIR, prezentácia spoločnosti GUE