Fyziologické výpravy APEX do vysokých nadmořských výšek
Vysoké nadmořské výšky představují pro potápěče jedinečnou výzvu. Snížený atmosférický tlak na hladině každého horského jezera ovlivňuje hloubkoměry potápěčů, stejně jako sladká voda, která má menší hustotu než v moři (Wienke, 1993). Když pak potápěč stoupá z hloubky, je rychlost změny při poklesu okolního tlaku mnohem větší než při výstupu z ponoru v moři (Smith, 1976). Tyto faktory je třeba kompenzovat, jinak by při ponorech, které jsou v moři považovány za relativně bezpečné, mohlo v tělesných tkáních potápěče vznikat velké množství bublin inertního plynu, což by způsobilo onemocnění zvané dekompresní nemoc (DCS), lidově známé jako „ohnutí“. Ta se může projevovat od mírné kožní vyrážky přes stále závažnější projevy až po ochrnutí a smrt. Podle Gribbleho (1960) se o možném výškovém ohybu poprvé zmínil von Schrotter v roce 1906, ačkoli citace připisovaná Boycottovi a Haldanovi ohledně této skutečnosti nebyla tímto autorem nalezena (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble, 1960; Schrotter, 1906). Bez ohledu na to se zdá, že „výškové úhyny“ jsou moderní nemocí, což znamená, že se pravděpodobně musíme ještě mnoho naučit, než plně pochopíme mechanismy, které se na nich podílejí.
Fizikologie
Při sestupu potápěče se zvyšuje tlak v jeho okolí. Toto zvýšení se netýká potápěčů v pevných „atmosférických“ oblecích, ale u většiny z nás, kteří nosíme pružné potápěčské oblečení, kompenzujeme zvýšený tlak zvýšením tlaku plynu, který dýcháme. Pomineme-li drobné odchylky způsobené počasím, na úrovni moře se tlak okolního vzduchu blíží tlaku jedné atmosféry, v hloubce deseti metrů v moři by měl tlak činit dvě atmosféry a s každými dalšími deseti metry hloubky se přidává další atmosféra tlaku. Díky vývoji regulátoru SCUBA Emilem Gagnanem a Jacquesem Cousteauem, když potápěč dýchá stlačený plyn v hloubce, je plyn dodáván pod tlakem odpovídajícím okolnímu tlaku. Potápěč tak nemusí „nasávat“ plyn z mnohem nižšího tlaku na tlak vyšší (a to je důvod, proč nemůžeme jednoduše použít dlouhý šnorchl). Tlak je „regulován“ jednotkou SCUBA, která snímá, jaký je okolní tlak.
Vdechování plynu při zvýšeném tlaku řeší jeden problém (dodávání plynu do plic), ale jak krev transportuje tento plyn po těle, tkáně potápěče se přirozeně posouvají k rovnováze s novým okolním tlakem tím, že plyn absorbují. Když potápěč později vystoupá na mnohem nižší tlak, například na hladině, mají nyní tyto tkáně větší tlak plynu v nich rozpuštěného, než je tlak okolního vzduchu, a tento plyn se opět posune k rovnováze, tentokrát tím, že tkáně opustí (Lenihan & Morgan, 1975). Obecně se má za to, že rychlost tohoto pohybu směrem k rovnováze, tj. velikost rozdílu mezi tlakem v tkáni a okolním tlakem, je do značné míry zodpovědná za vznik bublin v tkáních potápěče. Princip se podobá otevření plechovky s limonádou: pokud plechovku náhle otevřete, limonáda začne šumět v důsledku náhlého rozdílu mezi tlakem rozpuštěných látek a okolním tlakem. Otevřete-li plechovku pomalu, limonáda nebude tolik šumět, protože změna je pozvolnější. Pokud jste letěli dopravním letadlem, které má obvykle mnohem nižší tlak okolního vzduchu v kabině než na zemi, všimli jste si, že vaše limonáda neobvykle šumí? To by bylo pravděpodobně způsobeno ještě větším rozdílem mezi tlakem rozpuštěného plynu v sodovce (obvykle kolem 1,5 atmosféry) a okolním tlakem v kabině. To odpovídá jedné z hlavních starostí potápěče ve vysoké nadmořské výšce: zvýšenému rozdílu mezi tlakem plynu rozpuštěného v jeho tkáních po ponoru a (mnohem nižším) okolním tlakem na hladině horského jezera. Tyto zvýšené rozdíly se poprvé stávají důvodem k obavám ve výškách pouhých 300 m nebo vyšších (NOAA, 2001).
Popularita potápění ve výškách.
Existuje mnoho důvodů, proč se lidé potápějí ve velkých výškách: hledání konkrétních objektů, například letadel z druhé světové války, výcvik, když je moře nehostinné nebo příliš vzdálené, než aby to bylo praktické, vědecký výzkum, dokonce i jen tak pro zábavu. Při posledním sčítání v roce 2008 inzerovalo v telefonních seznamech firem v Johannesburgu 30 potápěčských podniků ve výšce nad 1 500 m a v telefonních seznamech v Coloradu 53 podniků ve výšce nad 1 500 m (Buzzacott & Ruehle, 2009). Kalifornská univerzita provádí vědecký výcvik potápěčů v jezeře Tahoe ve výšce 6 200 stop (1 890 m)(Bell & Borgwardt, 1976) a bolivijské námořnictvo udržuje školu potápění na pobřeží Tiquiny ve výšce 12 500 stop (3 810 m).
Pro některé je výzva potápění ve výšce účelem. V roce 1968 vytvořil tým vedený Jacquesem Cousteauem rekord v potápění ve výšce 12 500 stop (3 810 m) v jezeře Titicaca. V 80. letech 20. století uskutečnil americký tým sérii ponorů v jihoamerických Andách ve výšce 19 450 stop (5 928 m) (Leach, 1986). V roce 1988 tým z výcvikové potápěčské školy indického námořnictva v Kočíně na jihu Indie uskutečnil řadu cvičných ponorů v přehradě Pykara v kopcích Nilgiri ve výšce 7 000 stop (2134 m) a poté provedl 22 ponorů v jezeře Manasbal (7,000ft, 2134m), 16 ponorů v Lehu (11 000ft, 3353m) a nakonec ponor ve výšce 14 200ft (4328m) v jezeře Pangong Tso na severu státu Ladakh v Himálaji (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). V pravém expedičním stylu někteří členové oddílu trpěli podchlazením, bolestmi hlavy nebo bezvědomím. Žádné takové potíže neměla britská expedice na ledovec Khumbu v oblasti Everestu v Himálaji v roce 1989, kdy provedla 18 ledových ponorů v Gokyo Tsho ve výšce 15 700 stop (4 785 m) a osm ledových ponorů v Donag Tscho ve výšce 16 000 stop (4 877 m), přičemž se prosekala 1,2 m silným ledem do hloubky téměř 30 m (Leach, McLean, & Mee, 1994). Rekord na Lago Lincancabur byl od 80. let 20. století několikrát vyrovnán (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007), ale v současnosti platí a v těchto dnech se tam bolivijské námořnictvo potápí každých několik let (H. Crespo, osobní sdělení, 2010). Škola v Tequině nedávno převzala novou hyperbarickou komoru, má za cíl podstatně zvýšit své potápěčské schopnosti ve smíšených plynech a podle názoru tohoto autora je připravena dosáhnout nových hloubek v jezeře Titicaca, zmapovat neprobádané jeskyně, vyzvednout artefakty z předinckých civilizací, které revidují naše chápání předkolumbovské historie, sledovat lidskou fyziologii v prostředí, které dosud nesneslo odezvu, a zaznamenat faunu, která je v současnosti vědě neznámá.
Metody kompenzace
Potápěčské tabulky jsou tabulkovou maticí hloubek a časů, které se vztahují k odhadům výsledných tlaků po ponoru v rámci rozsahu teoretických tkání. Zůstane-li potápěč příliš dlouho v hloubce, bude mít v tkáních takový tlak, že nebude schopen bezpečně vystoupit na hladinu. Cestou nahoru bude muset „dekomprimovat“, jinak se vytvoří příliš mnoho bublin. Samozřejmě, když si vzpomeneme na analogii s plechovkou sodovky: nejde jen o množství plynu v tkáních, které je třeba omezit, ale druhým klíčovým faktorem, který je třeba zohlednit, je rychlost změny při poklesu okolního tlaku. Čím rychlejší je rychlost změny, tím nižší jsou limity (kratší časy a/nebo menší hloubka). Proto je každá tabulka navržena s ohledem na maximální rychlost stoupání a tato rychlost stoupání závisí na nadmořské výšce. Moderní potápěči se spoléhají na osobní potápěčské počítače, které vytvářejí limity v reálném čase, a tyto počítače využívají řídící algoritmus k odhadu, kolik minut by mohlo zbývat v jakékoliv hloubce, ve které se potápěč nachází. Tyto algoritmy, stejně jako algoritmy používané k vytváření potápěčských tabulek, se u různých výrobců potápěčských počítačů liší. Liší se nejen algoritmy (a často se jedná o patentované informace, které ztěžují srovnání), ale potápěčské počítače se liší i v dalších ohledech, například v četnosti výpočtu časových limitů potápěče. Jeden model může odhadovat zbývající povolený čas jednou za sekundu, zatímco jiný model může odhadovat zbývající povolený čas každých deset sekund. Jednotlivé modely se liší i dalšími bezpečnostními mechanismy, jako jsou alarmy rychlosti stoupání, které vydávají pravidelný zvukový signál, pokud je překročena maximální rychlost stoupání (povolená algoritmem daného potápěčského počítače). Mnoho potápěčských počítačů používá také proměnlivou rychlost výstupu, která umožňuje rychlejší výstupy ve větších hloubkách a pak vyžaduje, aby potápěč zpomalil výstup blíže k hladině, protože rychlost změny se exponenciálně zvyšuje. Debata mezi zastánci konstantní rychlosti výstupu, původně doporučované vědcem jménem Hill, a proměnlivé rychlosti výstupu, původně doporučované Haldanem, je známá jako „spor Hill vs. Haldane“ (Marroni, 2002).
Nezapomeňte ovšem, že základní příčiny dekompresní nemoci stále nejsou prokázány. Důkazy jsou přesvědčivě podpůrné, ale vědecky prokázaná souvislost zůstává nepolapitelná. Myslíme si, že rozumíme mechanismům vzniku bublin a příčinám dekompresní nemoci, ale mnoho předpokladů používaných k předpovídání našich limitů je založeno na empirických metodách pokus-omyl, kdy byly limity předpovězeny a následně revidovány směrem dolů po použití ve vodě. V souladu s tím se dnes používá řada algoritmů, které vycházejí z různých fyziologických a fyzikálních předpokladů o lidských tkáních, bublinách a kinetické teorii plynů. Pro rekreační potápění v moři tyto různé algoritmy obvykle vedou k podobným předpovědím časových limitů pro každou hloubku, plus minus malá část celkové přípustné doby. Například většina potápěčských počítačů a tabulek umožňuje potápěči první ponor dne do hloubky 30 m po dobu 16-25 minut (většina povoluje přibližně 20 minut). Některé pak předpokládají, že se inertní plyn vyplaví rychleji během přestávky mezi ponory na hladině, a jiné ukládají vyšší časové penalizace za ponory uskutečněné v době, kdy již potápěči zbývá zbytkový plyn z předchozích ponorů. Výsledkem toho všeho je, že algoritmy se v mnoha ohledech liší a liší se i způsoby, jakými kompenzují ponory ve velké výšce (Egi & Brubank, 1995).
Kompenzační mechanismy
Pravděpodobně nejběžnějším způsobem úpravy tabulek pro použití ve velké nadmořské výšce je přepočet maximální hloubky, které potápěč plánuje dosáhnout, na „ekvivalentní hloubku mořského ponoru“ (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), což je způsob zkrácení povoleného času použitím časového limitu z větší hloubky. Tato metoda je známá jako „Haldaneova metoda“ (Hennessy, 1977), později označovaná americkým námořnictvem jako „Crossova korekce“ podle E. R. Crosse, který tuto metodu propagoval v roce 1967 a znovu v roce 1970 (Egi & Brubank, 1995). Čím vyšší je nadmořská výška, tím více potápěč při hledání svého limitu přidává ke své plánované skutečné hloubce. Například potápěč může plánovat hloubku 18 metrů. Aby našel svůj limit, bude se dívat na časový limit 18 m na úrovni moře, na limit 21 m ve výšce 5000 stop a na limit 27 m ve výšce 10 000 stop (Bell & Borgwardt, 1976). Existuje však řada dalších teoretických způsobů, jak přizpůsobit potápěčské tabulky na úrovni moře pro použití ve výšce, a ještě více způsobů využívají osobní potápěčské počítače. V jedné nedávné studii (Buzzacott & Ruehle, 2009) se pořadí řady potápěčských počítačů, když byly seřazeny podle toho, jak konzervativní byly na úrovni moře, ve výšce 10 000 stop obrátilo, takže nejkonzervativnější na úrovni moře se stal nejštědřejším ve výšce a nejštědřejší na úrovni moře se stal nejkonzervativnějším ve výšce.
Závěr
Rekreační potápění ve výšce s sebou nese další rizika oproti potápění na úrovni moře a rekreační potápěči potřebují další výcvik. U dekompresního potápění stále není jasné, která metoda je nejlepší pro přizpůsobení stávajících dekompresních plánů pro použití ve výšce. Proto se všem týmům, které plánují významnou expozici dekompresnímu stresu ve výšce, doporučuje, aby se poradily s fyziologem se zkušenostmi s potápěním ve výškách. Kromě toho by se všichni potápěči měli smířit s tím, že ať už přijmou jakýkoli potápěčský plán, předpoklady, z nichž tento model vychází, mohou být nevyzkoušené nebo neověřené a že mnoho dekompresních ponorů ve vysoké nadmořské výšce lze dokonce považovat za experimentální. Některé tabulky byly například testovány ve vodě do určité výšky a nad touto výškou zůstávají neověřené (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). K minimalizaci rizika ohnutí by měla být přijata další profylaktická opatření, pokud je to možné, jako je zapojení vhodného cvičebního režimu před ponorem, zavedení dodatečného kyslíku do dýchací směsi, odstranění inertního plynu z dýchací směsi, teplo během dekomprese na podporu periferního oběhu, referenční rychlost stoupání, jako je zátěžové lano nebo zavěšená hrazda, horizontální poloha, aby přirozený vztlak plic podporoval maximální povrchovou plochu pro výměnu plynů, a okamžitá pomoc po ponoru ke snížení pracovní zátěže potápěče.
Potápění ve výšce může být zábavou, výzvou a existuje mnoho pádných důvodů, proč se potápět v horských jezerech. Dávejte si však pozor – potápění ve výšce je mnohem méně shovívavé, pokud se vám to nepovede. Jednoduchá záležitost, jako je zaseklý knoflík nafukování vztlakové vesty, vás může rychle vynést nahoru a v moři vám to projde s větší pravděpodobností než v horách. Přidejte komplikace, jako je nutnost překonat horský průsmyk, abyste se dostali do nemocnice, a relativně malá zatáčka se může velmi rychle zvrtnout a nikdo nechce skončit ochrnutý od krku dolů.
Bell, R. L., & Borgwardt, R. E. (1976). The theory of high-altitude corrections to the U.S. Navy standard decompression tables [Teorie výškových korekcí standardních dekompresních tabulek amerického námořnictva]. Křížové korekce. Undersea Biomed Res, 3(1), 1-23.
Boni, M., Schibli, R., Nussberger, P., & Buhlmann, A. A. (1976). Potápění při sníženém atmosférickém tlaku: vzdušné dekompresní tabulky pro různé nadmořské výšky. Undersea Biomed Res, 3(3), 189-204.
Boycott, A. E., Damant, G. C. C., & Haldane, J. S. (1908). The prevention of compressed air illness [Prevence nemocí způsobených stlačeným vzduchem]. J. Hyg. (Lond.)(8), 342-443.
Buzzacott, P., & Ruehle, A. (2009). The effects of high altitude on relative performance of dive decompression computers [Vliv vysoké nadmořské výšky na relativní výkonnost potápěčských dekompresních počítačů]. International Journal of the Society for Underwater Technology, 28(2), 51-55.
Egi, S. M., & Brubank, A. O. (1995). Potápění ve výškách: přehled dekompresních strategií. Undersea Hyperb Med, 22(3), 281-300.
Gribble, M. d. G. (1960). Srovnání „výškového“ a „vysokotlakého“ syndromu dekompresní nemoci. British Journal of Industrial Medicine, 17, 181-186.
Hennessy, T. R. (1977). Převod standardních vzduchových dekompresních tabulek pro potápění bez zastávky z nadmořské výšky nebo stanoviště. Undersea Biomed Res, 4(1), 39-53.
Leach, J. (1986). Andská výprava za vysokohorským potápěním. Journal of Underwater Technology, 12, 27-31.
Leach, J., McLean, A., & Mee, F. B. (1994). Výškové ponory v nepálském Himálaji. Undersea Hyperb Med, 21(4), 459-466.
Lenihan, D., & Morgan, K. (1975). Potápění ve velkých nadmořských výškách. Santa Fe, Nové Mexiko: U.S. Department of the Interior. National Parks Service.
Marroni, A. (2002). Jaký profil výstupu pro prevenci dekompresní nemoci? II – Terénní model porovnávající Hillův a Haldaneův způsob výstupu s ohledem na vývoj algoritmu pro bezpečnou dekompresi s bublinami. Zvláštní projekt DAN Europe DSL „Haldane vs Hill“. Eur. J. Underwater Hyperb. Med., 3(3).
Morris, R., Berthold, R., & Cabrol, N. (2007). Potápění v extrémních nadmořských výškách: Dive planning and execution during the 2006 High Lakes Science Expedition. Příspěvek přednesený na 26. sympoziu Americké akademie podmořských věd, Dauphin Island, AL.
NOAA. (2001). NOAA Diving Manual (Příručka NOAA pro potápění). Diving for science and technology (4. vydání): Ministerstvo obchodu USA. National Oceanic and Atmospheric Administration.
Paulev, P., & Zubieta-Calleja Jr, G. (2007). Hloubky potápění ve velkých výškách. Research in sports medicine, 15, 213-223.
Sahni, T. K., John, M. J., Dhall, A., & Chatterjee, A. K. (1991). Výškové ponory z výšky 7000 až 14 200 stop v Himálaji. Undersea Biomed Res, 18(4), 303-316.
Schrotter, H. v. (1906). Der sauerstoff in der prophylaxie und therapie der luftdruckerkrankungen (2. vyd.).
Smith, C. L. (1976). Výškové postupy pro oceánské potápěče (s. 46): National Association of Underwater Instructors.
Wienke, B. R. (1993). Potápění nad hladinou moře. Flagstaff, AZ: Best Publishing Company.
od Peter Buzzacott
.