APEX Altitude Physiology Expeditions
Op grote hoogten worden duikers voor unieke uitdagingen gesteld. De verminderde atmosferische druk aan de oppervlakte van een bergmeer beïnvloedt de dieptemeters van de duiker, evenals het zoete water dat minder dicht is dan in de zee (Wienke, 1993). Wanneer de duiker dan van diepte opstijgt, is de snelheid waarmee de omgevingsdruk daalt veel groter dan wanneer hij opstijgt na een duik in zee (Smith, 1976). Deze factoren moeten worden gecompenseerd, anders kunnen duiken die in zee als relatief veilig worden beschouwd, in de lichaamsweefsels van de duiker overvloedige bellen inert gas doen ontstaan, die een ziekte veroorzaken die Decompressieziekte (DCS) wordt genoemd, in de volksmond ook wel “the bends” genoemd. Deze ziekte kan variëren van een lichte huiduitslag tot verlamming en de dood. Volgens Gribble (1960) werd de eerste vermelding van een mogelijke hoogtebuiging gemaakt door von Schrotter in 1906, hoewel het aan Boycott en Haldane toegeschreven citaat hierover door deze auteur niet is gevonden (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble, 1960; Schrotter, 1906). Hoe dan ook, het lijkt erop dat “hoogtebuigingen” een moderne ziekte zijn, wat betekent dat we waarschijnlijk nog veel meer te weten moeten komen voordat we de betrokken mechanismen volledig begrijpen.
Fizzyology
Als een duiker afdaalt, neemt de druk rondom de duiker toe. Deze toename heeft geen invloed op duikers die stijve “atmosferische” pakken dragen, maar voor de meesten van ons die flexibele duikkleding dragen, compenseren we de toegenomen druk door de druk van het gas dat we inademen te verhogen. Kleine variaties als gevolg van het weer buiten beschouwing gelaten, benadert de omgevingsluchtdruk op zeeniveau de druk van één atmosfeer, op tien meter diepte in zee moet de druk twee atmosferen bedragen, en voor elke extra tien meter diepte komt daar nog een atmosfeer bij. Dankzij de ontwikkeling van de SCUBA-regelaar door Emile Gagnan en Jacques Cousteau wordt, wanneer een duiker op diepte samengeperst gas ademt, het gas geleverd bij een druk die gelijk is aan de omgevingsdruk. Op die manier hoeft de duiker zijn gas niet van een veel lagere druk naar een hogere druk te “zuigen” (en dit is de reden waarom we niet gewoon een lange snorkel kunnen gebruiken). De druk wordt “geregeld” door de SCUBA-unit, die aanvoelt wat de omgevingsdruk is.
Het inhaleren van gas bij verhoogde druk lost één probleem op (van het aanvoeren van gas naar de longen), maar terwijl het bloed dit gas door het lichaam transporteert, gaan de weefsels van de duiker op natuurlijke wijze naar een evenwicht met de nieuwe omgevingsdruk door het gas te absorberen. Wanneer de duiker later opstijgt naar een veel lagere druk, zoals aan de oppervlakte, hebben deze weefsels nu een grotere druk van gas opgelost in zich dan de omringende luchtdruk, en dit gas beweegt zich opnieuw naar een evenwicht, dit keer door de weefsels te verlaten (Lenihan & Morgan, 1975). Algemeen wordt aangenomen dat de snelheid waarmee dit evenwicht wordt bereikt, d.w.z. de grootte van het verschil tussen de weefseldruk en de omgevingsdruk, grotendeels verantwoordelijk is voor het ontstaan van luchtbellen in de weefsels van een duiker. Het principe is te vergelijken met het openen van een blikje frisdrank: als je het blikje plotseling opent, gaat het bruisen, door het plotselinge verschil tussen de opgeloste druk en de omgevingsdruk. Als je het blikje langzaam opent, zal de frisdrank minder bruisen, omdat de verandering geleidelijker verloopt. Als u wel eens in een verkeersvliegtuig hebt gevlogen, waar de luchtdruk in de cabine gewoonlijk veel lager is dan op de grond, hebt u dan gemerkt dat uw frisdrank ongewoon bruisend was? Dat was waarschijnlijk te wijten aan het nog grotere verschil tussen de opgeloste gasdruk in de frisdrank (gewoonlijk ongeveer 1,5 atmosfeer) en de omgevingsdruk in de cabine. Dit komt overeen met een van de grootste zorgen van een duiker op grote hoogte: het toegenomen verschil tussen de druk van het in zijn weefsels opgeloste gas na een duik en de (veel lagere) omgevingsdruk aan de oppervlakte van het bergmeer. Deze grotere verschillen worden voor het eerst zorgwekkend op hoogtes van 300 m of meer (NOAA, 2001).
Populariteit van duiken op hoogte.
Er zijn veel redenen waarom mensen op grote hoogte duiken: op zoek naar bepaalde objecten zoals WOII-vliegtuigen, om te trainen als de zee onherbergzaam of te ver weg is om praktisch te zijn, voor wetenschappelijk onderzoek, en zelfs gewoon voor de lol. Bij de laatste telling, in 2008, waren er 30 duikbedrijven boven 1.500m die adverteerden in de zakelijke telefoongidsen van Johannesburg, en 53 boven 1.500m die adverteerden in de telefoongidsen van Colorado (Buzzacott & Ruehle, 2009). De Universiteit van Californië leiden wetenschappelijke duikers op in Lake Tahoe, op een hoogte van 6.200ft (1.890m)(Bell & Borgwardt, 1976), en de Boliviaanse Marine onderhoudt een duikschool aan de oevers van Tiquina, op 12.500ft (3.810m).
Voor sommigen is de uitdaging van het duiken op grote hoogte het doel. In 1968 vestigde een team onder leiding van Jacques Cousteau het record voor duiken op grote hoogte in het Titicacameer, op een hoogte van 12.500ft (3.810m). In de jaren 1980 maakte een Amerikaans team een reeks duiken in de Zuidamerikaanse Andes, op 19.450ft (5.928m) (Leach, 1986). In 1988 maakte een team van de Indische Marine Duikopleiding School in Cochin, Zuid-India, vele opleidingsduiken in Pykara Dam in de Nilgiri Heuvels op 7.000ft (2134m) alvorens 22 duiken te maken in Lake Manasbal (7,000ft, 2134m), 16 duiken in Leh (11.000ft, 3.353m) en tenslotte duiken op 14.200ft (4.328m), in het Pangong Tso meer in het noorden van de Ladakh staat in de Himalaya (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). Zoals het een expeditie betaamt, leden sommigen van de troepen aan onderkoeling, hoofdpijn of bewusteloosheid. Geen problemen voor de Britse expeditie naar de Khumbu gletsjer in de Everest regio van de Himalaya in 1989, toen zij 18 ijsduiken maakten in Gokyo Tsho op 15.700ft (4.785m) en acht ijsduiken in Donag Tscho op 16.000ft (4.877m), waarbij zij door 1,2m dik ijs sneden om bijna 30m diepte te bereiken (Leach, McLean, & Mee, 1994). Het record bij het Lago Lincancabur is sinds de jaren 1980 een aantal keren geëvenaard (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007) maar staat nu nog overeind, en tegenwoordig duikt de Boliviaanse marine er om de paar jaar (H. Crespo, persoonlijke communicatie, 2010). De school van Tequina heeft onlangs een nieuwe hyperbare kamer in ontvangst genomen en heeft zich ten doel gesteld haar mogelijkheden om met gemengde gassen te duiken aanzienlijk uit te breiden. Naar de mening van de auteur is zij klaar om nieuwe diepten in het Titicacameer te bereiken, onbekende grotten in kaart te brengen, artefacten van pre-Inca beschavingen te bergen die ons begrip van de precolumbiaanse geschiedenis zullen herzien, de menselijke fysiologie te monitoren in omgevingen die nog niet eerder zijn doorstaan en fauna vast te leggen die momenteel onbekend is voor de wetenschap.
Compensatiemethoden
Duiktabellen zijn een matrix in tabelvorm van diepten en tijden die betrekking hebben op schattingen van de resulterende druk na de duik binnen een bereik van theoretische weefsels. Als een duiker te lang te diep blijft, zal de druk in zijn weefsels zo hoog worden dat hij niet meer veilig naar de oppervlakte kan opstijgen. Hij zal op de weg naar boven moeten “decompresseren”, anders zullen zich te veel luchtbellen vormen. Natuurlijk, denkend aan de analogie met een blikje frisdrank: het is niet alleen de hoeveelheid gas in de weefsels die moet worden beperkt, het is de snelheid van verandering wanneer de omgevingsdruk daalt die de tweede belangrijke factor is waarmee rekening moet worden gehouden. Hoe sneller de verandering, hoe lager de limieten (kortere tijden en/of geringere dieptes). Daarom is elke tabel ontworpen met een maximale stijgsnelheid in gedachten en deze stijgsnelheid is afhankelijk van de hoogte. Moderne duikers vertrouwen op duikcomputers om real-time limieten te genereren en deze computers maken gebruik van een algoritme om te schatten hoeveel minuten op welke diepte de duiker zich bevindt nog toelaatbaar zijn. Deze algoritmen verschillen, net als de algoritmen die worden gebruikt om duiktabellen te genereren, per fabrikant van duikcomputers. Niet alleen verschillen de algoritmen (en vaak is dit bedrijfseigen informatie die vergelijking bemoeilijkt), duikcomputers verschillen ook op andere manieren, zoals in de frequentie waarmee de tijdslimieten van een duiker worden berekend. Het ene model schat de resterende toegestane tijd eens per seconde, terwijl een ander model de resterende toegestane tijd elke tien seconden schat. Ook andere veiligheidsmechanismen verschillen per model, zoals het stijgsnelheidsalarm, dat regelmatig een pieptoon laat horen als de maximale stijgsnelheid (toegestaan door het algoritme van de individuele duikcomputer) wordt overschreden. Veel duikcomputers maken ook gebruik van een variabele stijgsnelheid, waarbij op diepere diepten sneller kan worden opgestegen en de duiker dichter bij de oppervlakte langzamer moet opstijgen, omdat de stijgsnelheid exponentieel toeneemt. Het debat tussen voorstanders van de constante opstijgsnelheid, oorspronkelijk aanbevolen door een wetenschapper genaamd Hill, en de variabele opstijgsnelheid, oorspronkelijk aanbevolen door Haldane, staat bekend als de “Hill vs. Haldane controverse” (Marroni, 2002).
Bedenk natuurlijk wel dat de onderliggende oorzaken van decompressieziekte nog steeds niet zijn bewezen. Het bewijsmateriaal is overtuigend, maar het wetenschappelijk bewezen verband blijft ongrijpbaar. We denken dat we de mechanismen van het ontstaan van luchtbellen en de oorzaken van decompressieziekte begrijpen, maar veel van de aannames die worden gebruikt om onze limieten te voorspellen, zijn gebaseerd op empirische trial-and-error, waarbij limieten zijn voorspeld en vervolgens naar beneden zijn bijgesteld na gebruik onder water. Er zijn dan ook diverse algoritmen in gebruik die berusten op verschillende fysiologische en fysische veronderstellingen over menselijke weefsels, luchtbellen en gaskinetische theorie. Voor recreatieve duiken in zee resulteren deze verschillende algoritmen gewoonlijk in vergelijkbare voorspellingen van tijdslimieten voor elke diepte, met een kleine tolerantie ten opzichte van de totale toegestane tijd. De meeste duikcomputers en tabellen staan bijvoorbeeld toe dat een duiker zijn eerste duik van de dag tot 30 m maakt gedurende 16-25 minuten (de meeste staan ongeveer 20 minuten toe). Sommigen gaan er dan van uit dat het inerte gas sneller wordt uitgewassen tijdens een oppervlakte-interval tussen twee duiken, en anderen leggen hogere tijdstraffen op voor duiken die worden gemaakt wanneer duikers al restgas over hebben van eerdere duiken. Het resultaat van dit alles is dat algoritmen op vele manieren verschillen, en dat ook de manier waarop zij duiken op grote hoogte compenseren, varieert (Egi & Brubank, 1995).
Compensatiemechanismen
Waarschijnlijk de meest gebruikelijke methode om tabellen aan te passen voor gebruik op grote hoogte is om de maximale diepte die een duiker van plan is te bereiken om te zetten in een “equivalente zeeduik” diepte (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), wat een manier is om de toegestane tijd te verkorten door de tijdslimiet van een diepere diepte te gebruiken. Deze methode staat bekend als de “Haldane methode” (Hennessy, 1977), later door de US Navy aangeduid als de “Cross Correction”, naar E.R. Cross die de methode in 1967 en nogmaals in 1970 promootte (Egi & Brubank, 1995). Hoe hoger de hoogte, hoe meer een duiker toevoegt aan zijn geplande werkelijke diepte bij het zoeken naar zijn limiet. Een duiker kan bijvoorbeeld van plan zijn om tot 18 meter diepte te gaan. Om zijn limiet te vinden zal hij kijken naar de 18m tijdslimiet op zeeniveau, de 21m limiet op 5000ft en de 27m limiet op 10.000ft hoogte (Bell & Borgwardt, 1976). Maar er zijn nog een aantal andere theoretische manieren om zeeniveau-duiktabellen aan te passen voor gebruik op hoogte, en er zijn nog meer manieren die door persoonlijke duikcomputers worden gebruikt. In een recent onderzoek (Buzzacott & Ruehle, 2009) werd de volgorde van een reeks duikcomputers, gerangschikt naar hoe conservatief ze waren op zeeniveau, omgedraaid op 10.000 voet, zodat de meest conservatieve op zeeniveau de meest genereuze werd op hoogte, en de meest genereuze op zeeniveau de meest conservatieve werd op hoogte.
Conclusie
Recreatief duiken op hoogte brengt risico’s met zich mee die aanvullend zijn op het duiken op zeeniveau, en recreatieve duikers moeten extra getraind worden. Voor decompressieduiken is de jury er nog niet over uit welke methode het beste is om bestaande decompressieschema’s aan te passen voor gebruik op hoogte. Teamleden die van plan zijn op grote hoogte aan decompressiestress bloot te stellen, doen er dan ook goed aan een duikfysioloog te raadplegen die ervaring heeft met duiken op grote hoogte. Verder moeten alle duikers accepteren dat welk duikschema er ook wordt aangenomen, de aannames die aan dat model ten grondslag liggen mogelijk niet getest of bewezen zijn en dat veel decompressieduiken op grote hoogte zelfs als experimenteel van aard kunnen worden beschouwd. Sommige tabellen, bijvoorbeeld, zijn getest in water tot een bepaalde hoogte en blijven onbewezen boven die hoogte (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). Om het risico van de bochten tot een minimum te beperken, moeten waar mogelijk extra profylactische maatregelen worden genomen, zoals een geschikt trainingsregime vóór de duik, het inbrengen van extra zuurstof in het ademmengsel, het verwijderen van inert gas uit het ademmengsel, warmte tijdens de decompressie om de perifere circulatie te bevorderen, een stijgsnelheidsreferentie zoals een verzwaarde lijn of een hangende trapeze, een horizontale houding om het natuurlijke drijfvermogen van de longen een maximaal oppervlak voor gasuitwisseling te laten bevorderen, en onmiddellijke hulp na de duik om de werkbelasting van de duiker te verminderen.
Duiken op hoogte kan heel leuk zijn, een uitdaging, en er zijn veel waardige redenen om in bergmeren te duiken. Wees echter voorzichtig – duiken op hoogte is een stuk minder vergevingsgezind als je het fout doet. Een simpele zaak als een vastzittende opblaasknop van het trimvest kan je snel opbreken en je zou er in de zee eerder mee wegkomen dan in de bergen. Voeg daarbij complicaties zoals het moeten oversteken van een bergpas om bij het ziekenhuis te komen en een relatief kleine bocht kan heel snel heel vervelend worden, en niemand wil verlamd raken vanaf de nek naar beneden.
Bell, R. L., & Borgwardt, R. E. (1976). De theorie van de correcties op grote hoogte van de standaard decompressietabellen van de U.S. Navy. De kruiscorrecties. Undersea Biomed Res, 3(1), 1-23.
Boni, M., Schibli, R., Nussberger, P., & Buhlmann, A. A. (1976). Duiken bij verminderde atmosferische druk: luchtdecompressietabellen voor verschillende hoogten. Undersea Biomed Res, 3(3), 189-204.
Boycott, A. E., Damant, G. C. C., & Haldane, J. S. (1908). De preventie van perslucht ziekte. J. Hyg. (Lond.)(8), 342-443.
Buzzacott, P., & Ruehle, A. (2009). The effects of high altitude on relative performance of dive decompression computers. International Journal of the Society for Underwater Technology, 28(2), 51-55.
Egi, S. M., & Brubank, A. O. (1995). Duiken op hoogte: een overzicht van decompressiestrategieën. Undersea Hyperb Med, 22(3), 281-300.
Gribble, M. d. G. (1960). A comparison of the ‘high altitude’ and ‘high pressure’ syndromes of decompression sickness. British Journal of Industrial Medicine, 17, 181-186.
Hennessy, T. R. (1977). Converting standard air decompression tables for no-stop diving from altitude or habitat. Undersea Biomed Res, 4(1), 39-53.
Leach, J. (1986). Duikexpeditie in de Andes op grote hoogte. Journal of Underwater Technology, 12, 27-31.
Leach, J., McLean, A., & Mee, F. B. (1994). Duiken op grote hoogte in de Nepalese Himalaya. Undersea Hyperb Med, 21(4), 459-466.
Lenihan, D., & Morgan, K. (1975). Duiken op grote hoogte. Santa Fe, New Mexico: U.S. Department of the Interior. National Parks Service.
Marroni, A. (2002). Welk opstijgprofiel voor de preventie van decompressieziekte? II – Een veldmodel waarin de stijgmodaliteiten van Hill en Haldane worden vergeleken, met het oog op de ontwikkeling van een decompressiealgoritme dat de veiligheid van de luchtbellen waarborgt. DAN Europe DSL speciaal project ‘Haldane Vs Hill’. Eur. J. Underwater Hyperb. Med., 3(3).
Morris, R., Berthold, R., & Cabrol, N. (2007). Duiken op extreme hoogte: Duikplanning en uitvoering tijdens de 2006 High Lakes Science Expedition. Paper gepresenteerd op de American Academy of Underwater Sciences 26e Symposium, Dauphin Island, AL.
NOAA. (2001). NOAA Duikhandboek. Duiken voor wetenschap en technologie (4th ed.): U.S. Department of Commerce. National Oceanic and Atmospheric Administration.
Paulev, P., & Zubieta-Calleja Jr, G. (2007). Duikdieptes op grote hoogte. Research in sports medicine, 15, 213-223.
Sahni, T. K., John, M. J., Dhall, A., & Chatterjee, A. K. (1991). Duiken op grote hoogte van 7000 tot 14.200 voet in de Himalaya. Undersea Biomed Res, 18(4), 303-316.
Schrotter, H. v. (1906). Der sauerstoff in der prophylaxie und therapie der luftdruckerkrankungen (2nd ed.).
Smith, C. L. (1976). Hoogte procedures voor de oceaanduiker (pp. 46): National Association of Underwater Instructors.
Wienke, B. R. (1993). Duiken boven zeeniveau. Flagstaff, AZ: Best Publishing Company.
door Peter Buzzacott