APEX Altitude Physiology Expeditions
Korkeat korkeudet asettavat sukeltajalle ainutlaatuisia haasteita. Minkä tahansa vuoristojärven pinnalla vallitseva alentunut ilmanpaine vaikuttaa sukeltajien syvyysmittareihin, samoin kuin makea vesi, joka on vähemmän tiheää kuin meressä (Wienke, 1993). Kun sukeltaja nousee syvyydestä, muutosnopeus ympäristön paineen laskiessa on paljon suurempi kuin sukellukselta mereen noustessa (Smith, 1976). Nämä tekijät on kompensoitava, sillä muutoin meressä suhteellisen turvallisina pidetyt sukellukset saattavat synnyttää runsaasti inertin kaasun kuplia sukeltajan kudoksiin, mikä aiheuttaa dekompressiosairauden (DCS, Decompression Sickness), joka tunnetaan kansanomaisesti nimellä ”the bends”. Taivutusoireet voivat vaihdella lievästä ihottumasta vaikeutuvaan halvaukseen ja kuolemaan. Gribblen (1960) mukaan ensimmäisen maininnan mahdollisesta altitude bendistä teki von Schrotter vuonna 1906, vaikka tämä kirjoittaja ei ole löytänyt Boycottille ja Haldanelle osoitettua lainausta tästä (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble, 1960; Schrotter, 1906). Siitä huolimatta näyttää siltä, että ”altitude bends” on nykyaikainen sairaus, mikä tarkoittaa, että meillä on luultavasti vielä paljon opittavaa ennen kuin ymmärrämme täysin siihen liittyvät mekanismit.
Fizzyology
Sukeltajan laskeutuessa sukeltajaa ympäröivä paine kasvaa. Tämä nousu ei vaikuta sukeltajiin, jotka käyttävät jäykkiä ”ilmakehäpukuja”, mutta suurin osa meistä, jotka käyttävät joustavaa sukelluspukua, kompensoi kohonnutta painetta nostamalla hengittämämme kaasun painetta. Jos säästä johtuvat pienet vaihtelut jätetään huomiotta, merenpinnan tasolla ympäröivän ilman paine on suunnilleen yksi ilmakehän paine, kymmenen metrin syvyydessä meressä paineen pitäisi olla kaksi ilmakehää, ja jokaista lisäkymmenen metrin syvyyttä kohden paine kasvaa vielä yhdellä ilmakehällä. Emile Gagnanin ja Jacques Cousteaun kehittämän SCUBA-säätimen ansiosta sukeltaja hengittää paineistettua kaasua syvyydessä, jolloin kaasun paine vastaa ympäröivää painetta. Tällä tavoin sukeltajan ei tarvitse ”imeä” kaasua paljon alhaisemmasta paineesta korkeampaan paineeseen (ja tämän vuoksi emme voi yksinkertaisesti käyttää pitkää snorkkelia). Painetta ”säätelee” sukelluslaite, joka aistii ympäristön paineen.
Kaasun hengittäminen korkeammalla paineella ratkaisee yhden ongelman (kaasun toimittaminen keuhkoihin), mutta kun veri kuljettaa tätä kaasua ympäri kehoa, sukeltajan kudokset siirtyvät luonnollisesti kohti tasapainoa uuden ympäristön paineen kanssa imemällä kaasua. Kun sukeltaja myöhemmin nousee paljon alhaisempaan paineeseen, kuten pintaan, kudoksiin on nyt liuennut enemmän kaasua kuin ympäröivään ilmanpaineeseen, ja tämä kaasu siirtyy jälleen kohti tasapainoa, tällä kertaa poistumalla kudoksista (Lenihan & Morgan, 1975). Yleisesti hyväksytään, että tämän tasapainoon siirtymisen nopeus eli kudospaineen ja ympäristön paineen välisen eron suuruus on suurelta osin vastuussa kuplien muodostumisesta sukeltajan kudoksissa. Periaate muistuttaa limsatölkin avaamista: jos tölkki avataan äkillisesti, limsatölkki poreilee, mikä johtuu liuenneen paineen ja ympäristön paineen välisestä äkillisestä erosta. Jos tölkki avataan hitaasti, sooda ei poreile yhtä paljon, koska muutos on asteittaisempi. Jos olet lentänyt liikennelentokoneella, jonka matkustamossa on yleensä paljon alhaisempi ilmanpaine kuin maassa, huomasitko, että soodasi oli epätavallisen kuohuvaa? Se olisi luultavasti johtunut vielä suuremmasta erosta soodassa olevan liuenneen kaasun paineen (yleensä noin 1,5 ilmakehää) ja matkustamossa vallitsevan paineen välillä. Tämä vastaa yhtä sukeltajan tärkeimmistä huolenaiheista korkealla: sukelluksen jälkeen hänen kudoksiinsa liuenneen kaasun paineen ja vuoristojärven pinnalla vallitsevan (paljon alhaisemman) ympäristön paineen välinen ero kasvaa. Näistä kasvaneista eroista tulee ensimmäisen kerran huolenaihe jo 300 metrin tai sitä korkeammilla korkeuksilla (NOAA, 2001).
Korkeussukelluksen suosio.
Sukeltajat sukeltavat korkealla monista syistä: tiettyjen kohteiden, kuten toisen maailmansodan aikaisten lentokoneiden, etsimiseksi, harjoittelemiseksi silloin, kun meri ei ole viihtyisä tai on liian kaukana käytännöllisiksi tarkoituksiksi, tieteellisiksi tutkimustarkoituksiksi, tai ihan vain pelkästä hauskanpidosta. Viimeisimmän laskennan mukaan vuonna 2008 Johannesburgin yrityspuhelinluetteloissa mainosti 30 yli 1 500 metrin korkeudessa sijaitsevaa sukellusyritystä ja Coloradon puhelinluetteloissa 53 yli 1 500 metrin korkeudessa sijaitsevaa yritystä (Buzzacott & Ruehle, 2009). Kalifornian yliopisto järjestää tieteellistä sukelluskoulutusta Tahoe-järvellä 1890 metrin korkeudessa (Bell & Borgwardt, 1976), ja Bolivian laivasto ylläpitää sukelluskoulua Tiquinan rannalla 3810 metrin korkeudessa.
Joillekin korkealla sukeltamisen haaste on tarkoitus. Vuonna 1968 Jacques Cousteaun johtama ryhmä teki korkeussukelluksen ennätyksen Titicaca-järvellä 12 500 jalan (3 810 m) korkeudessa. 1980-luvulla amerikkalainen ryhmä teki sarjan sukelluksia Etelä-Amerikan Andeilla 19 450 jalan (5 928 m) korkeudessa (Leach, 1986). Vuonna 1988 Intian laivaston sukelluskoulun ryhmä Cochinissa, Etelä-Intiassa, teki useita harjoitussukelluksia Pykaran padolla Nilgiri-kukkuloilla 7 000 jalan (2134 m) korkeudessa ennen kuin se teki 22 sukellusta Manasbal-järvellä (7,000ft, 2134m), 16 sukellusta Lehissä (11 000ft, 3 353m) ja lopuksi sukelluksia 14 200ft (4 328m) syvyydessä Pangong Tso -järvellä Himalajan pohjoispuolella Ladakhin osavaltiossa sijaitsevassa Pangong Tso -järvessä (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). Aitoon retkikunnan tapaan osa joukosta kärsi hypotermiasta, päänsärystä tai tajuttomuudesta. Tällaisia ongelmia ei ollut brittiläisellä retkikunnalla Khumbun jäätikölle Himalajan Everestin alueella vuonna 1989, kun he tekivät 18 jääsukellusta Gokyo Tshossa 15 700 jalan (4 785 m) korkeudessa ja kahdeksan jääsukellusta Donag Tschossa 16 000 jalan (4 877 m) korkeudessa leikkaamalla 1,2 metrin paksuisen jään läpi lähes 30 metrin syvyydelle (Leach, McLean, & Mee, 1994). Lago Lincancaburin ennätys on ylitetty useita kertoja 1980-luvulta lähtien (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007), mutta se on tällä hetkellä voimassa, ja nykyään Bolivian laivasto sukeltaa siellä muutaman vuoden välein (H. Crespo, henkilökohtainen tiedonanto, 2010). Tequinan koulu on hiljattain saanut käyttöönsä uuden ylipainekammion, sen tavoitteena on lisätä huomattavasti sekakaasusukelluskapasiteettiaan, ja tämän kirjoittajan mielestä se on valmis pääsemään Titicaca-järvessä uusiin syvyyksiin, kartoittamaan kartoittamattomia luolia, ottamaan talteen esi-inkealaisilta sivilisaatioilta peräisin olevia esineitä, jotka uudistavat käsitystämme Kolumbusta edeltävästä historiasta, seuraamaan ihmisen fysiologiaa ympäristöissä, joita ei ole aiemmin koettu, ja tallentamaan eläimistöä, joka on tällä hetkellä tieteen tuntematon.
Kompensaatiomenetelmät
Sukellustaulukot ovat syvyyksien ja aikojen taulukkomatriisi, joka liittyy sukelluksen jälkeisiin arvioihin syntyvistä paineista teoreettisten kudosten sisällä. Jos sukeltaja viipyy liian syvällä liian kauan, hänen kudoksissaan on niin paljon painetta, ettei hän pysty nousemaan turvallisesti pintaan. Hänen on ”purettava paineita” matkalla ylös tai muuten muodostuu liikaa kuplia. Tietenkin, kun muistetaan sooda-analogia: ei ole kyse vain kudoksissa olevan kaasun määrästä, jota on rajoitettava, vaan se on muutosnopeus, kun ympäristön paine laskee, mikä on toinen keskeinen tekijä, joka on otettava huomioon. Mitä nopeampi muutosnopeus, sitä alhaisemmat rajat (lyhyemmät ajat ja/tai matalammat syvyydet). Tämän vuoksi kukin taulukko on suunniteltu siten, että siinä otetaan huomioon suurin nousunopeus, ja tämä nousunopeus riippuu korkeudesta. Nykyaikaiset sukeltajat luottavat henkilökohtaisiin sukellustietokoneisiin reaaliaikaisten raja-arvojen luomiseksi, ja nämä tietokoneet käyttävät ohjaavaa algoritmia arvioidakseen, kuinka monta minuuttia sukeltaja voi olla jäljellä missä tahansa syvyydessä. Nämä algoritmit, kuten myös sukellustaulukoiden laatimiseen käytettävät algoritmit, vaihtelevat sukellustietokoneiden valmistajien välillä. Sen lisäksi, että algoritmit eroavat toisistaan (ja ne ovat usein salassa pidettäviä tietoja, mikä vaikeuttaa vertailua), sukellustietokoneet eroavat toisistaan myös muilla tavoin, kuten siinä, kuinka usein sukeltajan aikarajat lasketaan. Yksi malli voi arvioida jäljellä olevan sallitun ajan kerran sekunnissa, kun taas toinen malli voi arvioida jäljellä olevan sallitun ajan kymmenen sekunnin välein. Myös muut turvamekanismit vaihtelevat malleittain, kuten nousunopeushälytykset, jotka antavat säännöllisen äänimerkin, jos (sukellustietokoneen algoritmin sallima) enimmäisnousunopeus ylittyy. Monet sukellustietokoneet käyttävät myös muuttuvaa nousunopeutta, joka sallii nopeamman nousun syvemmillä syvyyksillä ja vaatii sitten sukeltajaa hidastamaan nousua lähemmäs pintaa, kun muutosnopeus kasvaa eksponentiaalisesti. Hill-nimisen tutkijan alun perin suositteleman vakionousunopeuden ja Haldanen alun perin suositteleman vaihtelevan nousunopeuden kannattajien välinen kiista tunnetaan nimellä ”Hill vs. Haldane -kiista” (Marroni, 2002).
Tietenkin on muistettava, että dekompressiosairauden perimmäisiä syitä ei ole vielä todistettu. Todisteet tukevat vakuuttavasti, mutta tieteellisesti todistettu yhteys on edelleen vaikeasti löydettävissä. Uskomme ymmärtävämme kuplanmuodostuksen mekanismeja ja dekompressiosairauden syitä, mutta monet raja-arvojemme ennustamiseen käytetyt oletukset perustuvat empiiriseen kokeilemiseen ja erehtymiseen, jossa raja-arvot on ennustettu ja sitten tarkistettu alaspäin vedessä tapahtuneen käytön jälkeen. Näin ollen nykyään on käytössä erilaisia algoritmeja, jotka perustuvat erilaisiin fysiologisiin ja fysikaalisiin oletuksiin ihmiskudoksista, kuplista ja kaasukineettisestä teoriasta. Vapaa-ajan sukelluksissa meressä nämä erilaiset algoritmit johtavat yleensä samankaltaisiin ennusteisiin aikarajoista kullekin syvyydelle lisättynä tai vähennettynä pienellä osuudella sallitusta kokonaisajasta. Esimerkiksi useimmat sukellustietokoneet ja -taulukot sallivat sukeltajan tehdä päivän ensimmäisen sukelluksen 30 metriin 16-25 minuutin ajan (useimmat sallivat noin 20 minuuttia). Joissakin taulukoissa oletetaan, että inertti kaasu huuhtoutuu nopeammin pois sukellusten välisenä pintakäyntiaikana, ja toiset taas määräävät suuremmat aikarangaistukset sukelluksille, jotka tehdään silloin, kun sukeltajalla on jo jäännöskaasua jäljellä edellisiltä sukelluksilta. Kaikesta tästä seuraa, että algoritmit vaihtelevat monin tavoin, ja myös tavat, joilla ne kompensoivat sukelluksia korkealla, vaihtelevat (Egi & Brubank, 1995).
Kompensaatiomekanismit
Välttämättä yleisin tapa mukauttaa taulukoita korkealla käytettäväksi on muuntaa sukeltajan suunnittelema maksimisyvyys ”vastaavaksi merisukellussyvyydeksi” (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), jolloin sallittua sukellusaikaa lyhennetään käyttämällä syvemmästä syvyydestä laskettua aikarajaa. Tämä menetelmä tunnetaan nimellä ”Haldane-menetelmä” (Hennessy, 1977), josta Yhdysvaltain laivasto käytti myöhemmin nimitystä ”Cross-korjaus” sen jälkeen, kun E.R. Cross edisti menetelmää vuonna 1967 ja uudelleen vuonna 1970 (Egi & Brubank, 1995). Mitä suurempi korkeus on, sitä enemmän sukeltaja lisää suunniteltuun todelliseen syvyyteensä etsiessään rajaa. Sukeltaja voi esimerkiksi suunnitella menevänsä 18 metrin syvyyteen. Löytääkseen rajansa hän tarkastelee 18 metrin aikarajaa merenpinnan tasolla, 21 metrin rajaa 5000 jalan korkeudessa ja 27 metrin rajaa 10 000 jalan korkeudessa (Bell & Borgwardt, 1976). On kuitenkin olemassa useita muita teoreettisia tapoja mukauttaa merenpinnan tason sukellustaulukoita korkealla käytettäviksi, ja henkilökohtaiset sukellustietokoneet hyödyntävät vielä useampia tapoja. Eräässä hiljattain tehdyssä tutkimuksessa (Buzzacott & Ruehle, 2009) useiden sukellustietokoneiden järjestys, kun ne asetettiin paremmuusjärjestykseen sen mukaan, kuinka konservatiivisia ne olivat merenpinnan tasolla, kääntyi päinvastaiseksi 10 000 jalan korkeudessa siten, että konservatiivisimmasta merenpinnan tasolla konservatiivisimmasta tuli anteliain korkeudessa, ja anteliaimmasta merenpinnan tasolla konservatiivisimmasta korkeudessa.
Johtopäätökset
Vapaa-ajan sukeltamiseen korkeudessa liittyy riskejä, jotka ovat lisäriskejä verrattuna sukeltamiseen merenpinnan tasolla, ja vapaa-ajan sukeltajilta vaaditaan lisäkoulutusta. Dekompressiosukelluksen osalta on vielä epäselvää, mikä menetelmä on paras olemassa olevien dekompressiosuunnitelmien mukauttamiseksi korkealla tapahtuvaa käyttöä varten. Näin ollen kaikkien ryhmien, jotka suunnittelevat huomattavaa altistumista dekompressiosta johtuvalle stressille korkealla, on hyvä ottaa yhteyttä sukellusfysiologiin, jolla on kokemusta korkeussukelluksesta. Lisäksi kaikkien sukeltajien olisi hyväksyttävä, että riippumatta siitä, mikä sukellussuunnitelma hyväksytään, mallin perustana olevat oletukset voivat olla testaamattomia tai todistamattomia ja että monia korkealla tehtäviä dekompressiosukelluksia voidaan pitää jopa luonteeltaan kokeellisina. Joitakin taulukoita on esimerkiksi testattu vedessä tiettyyn korkeuteen asti ja ne ovat todistamattomia tämän korkeuden ulkopuolella (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). Taivutuksen riskin minimoimiseksi olisi mahdollisuuksien mukaan ryhdyttävä ennaltaehkäiseviin lisätoimenpiteisiin, kuten sopivaan harjoitusohjelmaan ennen sukellusta, lisähapen lisääminen hengityssekoitukseen, inertin kaasun poistaminen hengityssekoituksesta, lämpö dekompression aikana perifeerisen verenkierron edistämiseksi, nousuvauhdin vertailuarvo, kuten punnittu köysi tai ripustettu trapetsi, vaakasuora asento keuhkojen luontaisen kelluvuuspainon edistämiseksi, jotta maksimaalinen pinta-ala kaasunvaihtoa varten olisi mahdollisimman suuri, ja välitön apu sukeltajan työkuormituksen keventämiseksi sukelluksen jälkeen.
Sukellus korkealla voi olla hauskaa ja haastavaa, ja on monia varteenotettavia syitä sukeltaa vuoristojärvillä. Ole kuitenkin varovainen – korkealla sukeltaminen on paljon vähemmän anteeksiantavaa, jos teet väärin. Yksinkertainen asia, kuten jumissa oleva kelluntatakin puhallusnappi, saattaa nostaa sinut nopeasti ylös, ja merellä selviäisit siitä todennäköisemmin kuin vuoristossa. Kun tähän lisätään komplikaatioita, kuten se, että joutuu ylittämään vuoristosolan päästäkseen sairaalaan, suhteellisen pieni mutka voi muuttua todella ikäväksi hyvin nopeasti, eikä kukaan halua päätyä halvaantuneeksi niskasta alaspäin.
Bell, R. L., & Borgwardt, R. E. (1976). Yhdysvaltain laivaston standardidekompressiotaulukoiden korkean korkeuden korjausten teoria. Ristikorjaukset. Undersea Biomed Res, 3(1), 1-23.
Boni, M., Schibli, R., Nussberger, P., & Buhlmann, A. A. (1976). Sukeltaminen alentuneessa ilmanpaineessa: ilman dekompressiotaulukot eri korkeuksille. Undersea Biomed Res, 3(3), 189-204.
Boycott, A. E., Damant, G. C. C. C., & Haldane, J. S. (1908). Paineilmasairauksien ehkäisy. J. Hyg. (Lond.)(8), 342-443.
Buzzacott, P., & Ruehle, A. (2009). Suuren korkeuden vaikutukset sukelluksen dekompressiotietokoneiden suhteelliseen suorituskykyyn. International Journal of the Society for Underwater Technology, 28(2), 51-55.
Egi, S. M., & Brubank, A. O. (1995). Sukeltaminen korkealla: katsaus dekompressiostrategioihin. Undersea Hyperb Med, 22(3), 281-300.
Gribble, M. d. G. (1960). Dekompressiopahoinvoinnin ”korkean korkeuden” ja ”korkean paineen” oireyhtymien vertailu. British Journal of Industrial Medicine, 17, 181-186.
Hennessy, T. R. (1977). Standardi-ilman dekompressiotaulukoiden muuntaminen pysähtymättömään sukellukseen korkeudesta tai elinympäristöstä. Undersea Biomed Res, 4(1), 39-53.
Leach, J. (1986). Andien korkeussukellusretki. Journal of Underwater Technology, 12, 27-31.
Leach, J., McLean, A., & Mee, F. B. (1994). Korkeussukellukset Nepalin Himalajalla. Undersea Hyperb Med, 21(4), 459-466.
Lenihan, D., & Morgan, K. (1975). Korkeasukellus. Santa Fe, New Mexico: U.S. Department of Interior. National Parks Service.
Marroni, A. (2002). Mikä nousuprofiili dekompressiosairauden ehkäisemiseksi? II – Kenttämalli, jossa verrataan Hillin ja Haldanen nousumalleja kuplaturvallisen dekompressioalgoritmin kehittämistä silmällä pitäen. DAN Europe DSL -erityishanke ”Haldane vs. Hill”. Eur. J. Underwater Hyperb. Med., 3(3).
Morris, R., Berthold, R., & Cabrol, N. (2007). Sukeltaminen äärimmäisessä korkeudessa: Sukellusten suunnittelu ja toteutus vuoden 2006 High Lakes Science Expeditionin aikana. Paper presented at the American Academy of Underwater Sciences 26th Symposium, Dauphin Island, AL.
NOAA. (2001). NOAA:n sukelluskäsikirja. Diving for science and technology (4. painos): Yhdysvaltain kauppaministeriö. National Oceanic and Atmospheric Administration.
Paulev, P., & Zubieta-Calleja Jr, G. (2007). Korkeasukellussyvyydet. Research in sports medicine, 15, 213-223.
Sahni, T. K., John, M. J., Dhall, A., & Chatterjee, A. K. (1991). Korkeussukellukset 7000 – 14 200 jalan korkeudesta Himalajalla. 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). Korkeusmenettelyt valtamerisukeltajalle (s. 46): National Association of Underwater Instructors.
Wienke, B. R. (1993). Sukeltaminen merenpinnan yläpuolella. Flagstaff, AZ: Best Publishing Company.
Peter Buzzacott
.