APEX Altitude Physiology Expeditions
Wysokie wysokości stanowią wyjątkowe wyzwanie dla nurków. Zmniejszone ciśnienie atmosferyczne na powierzchni każdego górskiego jeziora wpływa na głębokościomierze nurków, podobnie jak słodka woda, która jest mniej gęsta niż w morzu (Wienke, 1993). Następnie, kiedy nurek wynurza się z głębokości, tempo zmian wraz ze spadkiem ciśnienia otoczenia jest znacznie większe niż podczas wynurzania się z nurkowania w morzu (Smith, 1976). Czynniki te muszą być skompensowane, w przeciwnym razie nurkowania uważane za względnie bezpieczne w morzu mogą generować duże ilości pęcherzyków gazu obojętnego w tkankach ciała nurka, powodując chorobę zwaną Chorobą Dekompresyjną (DCS), popularnie zwaną „zakrętami”. Choroba ta może przebiegać od łagodnej wysypki skórnej, poprzez coraz większe nasilenie, aż do paraliżu i śmierci. Według Gribble (1960), pierwsza wzmianka o możliwym zakręcie wysokościowym była autorstwa von Schrottera w 1906 roku, choć cytat przypisywany Boycottowi i Haldane’owi dotyczący tej kwestii nie został odnaleziony przez tego autora (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble, 1960; Schrotter, 1906). Regardless, it appears that „altitude bends” are a modern disease, meaning we probably have much more to learn yet before we fully understand the mechanisms involved.
Fizzyology
As a diver descends the pressure surrounding the diver increases. Ten wzrost nie dotyczy nurków noszących sztywne skafandry „atmosferyczne”, ale dla większości z nas, którzy noszą elastyczny strój nurkowy, kompensujemy wzrost ciśnienia poprzez zwiększenie ciśnienia gazu, którym oddychamy. Pomijając drobne zmiany spowodowane warunkami atmosferycznymi, na poziomie morza ciśnienie powietrza atmosferycznego jest zbliżone do jednej atmosfery ciśnienia, na głębokości dziesięciu metrów w morzu ciśnienie powinno wynosić dwie atmosfery, a kolejne dziesięć metrów głębokości dodaje kolejną atmosferę ciśnienia. Dzięki opracowaniu reduktora SCUBA przez Emile Gagnan i Jacques Cousteau, kiedy nurek oddycha sprężonym gazem na głębokości, gaz jest dostarczany pod ciśnieniem równym ciśnieniu otoczenia. W ten sposób nurek nie musi „zasysać” gazu z dużo niższego ciśnienia do wyższego (i dlatego nie możemy po prostu użyć długiej fajki do nurkowania). Ciśnienie jest „regulowane” przez jednostkę SCUBA, która wyczuwa jakie jest ciśnienie otoczenia.
Wdychanie gazu przy zwiększonym ciśnieniu rozwiązuje jeden problem (dostarczania gazu do płuc), ale jako że krew transportuje ten gaz wokół ciała, tkanki nurka w naturalny sposób zmierzają do równowagi z nowym ciśnieniem otoczenia poprzez absorpcję gazu. Kiedy nurek później wznosi się do znacznie niższego ciśnienia, takiego jak na powierzchni, tkanki te mają teraz większe ciśnienie rozpuszczonego w nich gazu niż ciśnienie otaczającego powietrza, a gaz ten ponownie zmierza do równowagi, tym razem opuszczając tkanki (Lenihan & Morgan, 1975). Ogólnie przyjmuje się, że szybkość tego ruchu ku równowadze, czyli wielkość różnicy pomiędzy ciśnieniem w tkankach a ciśnieniem otoczenia, jest w dużej mierze odpowiedzialna za powstawanie pęcherzyków w tkankach nurka. Zasada działania jest podobna do otwierania puszki z napojem gazowanym: jeśli otworzysz puszkę gwałtownie, napój zacznie pikać, ze względu na nagłą różnicę pomiędzy ciśnieniem rozpuszczonego napoju a ciśnieniem otoczenia. Jeśli otworzysz puszkę powoli, soda nie będzie tak bardzo musować, ponieważ zmiana jest bardziej stopniowa. Jeśli leciałeś komercyjnym odrzutowcem, w którym ciśnienie powietrza w kabinie jest zazwyczaj znacznie niższe niż na ziemi, czy zauważyłeś, że Twój napój gazowany był wyjątkowo gazowany? Prawdopodobnie było to spowodowane jeszcze większą różnicą pomiędzy ciśnieniem gazu rozpuszczonego w napoju (zazwyczaj około 1,5 atmosfery) a ciśnieniem otoczenia w kabinie. Jest to odpowiednik jednego z głównych problemów nurków na dużych wysokościach: zwiększona różnica pomiędzy ciśnieniem gazu rozpuszczonego w jego tkankach po nurkowaniu a (znacznie niższym) ciśnieniem otoczenia na powierzchni górskiego jeziora. Te zwiększone różnice po raz pierwszy stają się powodem do niepokoju na wysokościach 300 m lub wyższych (NOAA, 2001).
Popularność nurkowania na wysokościach.
Istnieje wiele powodów, dla których ludzie nurkują na dużych wysokościach: poszukiwanie konkretnych obiektów, takich jak samoloty z II wojny światowej, szkolenia, gdy morze jest niegościnne lub zbyt odległe, aby było praktyczne, badania naukowe, a nawet dla zwykłej zabawy. Przy ostatnim liczeniu, w 2008 roku było 30 firm nurkowych powyżej 1500m reklamujących się w biznesowych książkach telefonicznych Johannesburga, i 53 powyżej 1500m reklamujących się w książkach telefonicznych Kolorado (Buzzacott & Ruehle, 2009). Uniwersytet Kalifornijski prowadzi szkolenia nurków naukowych w jeziorze Tahoe, na wysokości 6.200ft (1.890m) (Bell & Borgwardt, 1976), a Marynarka Wojenna Boliwii utrzymuje szkołę nurkowania na brzegach Tiquina, na wysokości 12.500ft (3.810m).
Dla niektórych, wyzwanie nurkowania na wysokości jest celem. W 1968 roku zespół kierowany przez Jacques’a Cousteau ustanowił rekord w nurkowaniu wysokościowym w jeziorze Titicaca, na wysokości 12 500 stóp (3 810 m). W latach 80-tych amerykański zespół wykonał serię nurkowań w południowoamerykańskich Andach, na wysokości 19 450 stóp (5 928 m) (Leach, 1986). W 1988 roku zespół ze Szkoły Treningowej Nurkowania Marynarki Wojennej Indii w Cochin, południowe Indie, wykonał wiele nurkowań treningowych w Pykara Dam w Nilgiri Hills na wysokości 7000 stóp (2134m) przed wykonaniem 22 nurkowań w Lake Manasbal (7,000ft, 2134m), 16 nurkowań w Leh (11,000ft, 3,353m) i w końcu nurkowanie na 14,200ft (4,328m), w jeziorze Pangong Tso w północnej części stanu Ladakh w Himalajach (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). W prawdziwej mody ekspedycji, niektóre z oddziałów cierpiał hipotermii, bóle głowy lub utraty przytomności. Takich kłopotów nie miała brytyjska wyprawa na lodowiec Khumbu w rejonie Everestu w Himalajach w 1989 roku, kiedy wykonała 18 nurkowań w lodzie w Gokyo Tsho na wysokości 15 700 stóp (4 785 m) i osiem nurkowań w lodzie w Donag Tscho na wysokości 16 000 stóp (4 877 m), przecinając lód o grubości 1,2 m i osiągając głębokość prawie 30 m (Leach, McLean, & Mee, 1994). Rekord w Lago Lincancabur został wyrównany kilka razy od lat 80-tych (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007), ale obecnie stoi, a obecnie boliwijska marynarka wojenna nurkuje tam co kilka lat (H. Crespo, komunikacja osobista, 2010). Szkoła w Tequina niedawno odebrała dostawę nowej komory hiperbarycznej, ma cele, aby znacznie zwiększyć swoje możliwości nurkowania z mieszanką gazów i, w opinii tego autora, jest przygotowana do osiągnięcia nowych głębokości w jeziorze Titicaca, do mapowania niezbadanych jaskiń, do odzyskania artefaktów z cywilizacji preinkaskich, które zrewidują nasze rozumienie prekolumbijskiej historii, do monitorowania ludzkiej fizjologii w środowiskach, których wcześniej nie znosiła i do rejestrowania fauny, która jest obecnie nieznana nauce.
Metody kompensacji
Tablice nurkowe są tabelaryczną matrycą głębokości i czasów, które odnoszą się do szacunków po nurkowaniu wynikających z ciśnień w zakresie teoretycznych tkanek. Jeśli nurek pozostanie zbyt głęboko przez zbyt długi czas, jego tkanki będą miały tak duże ciśnienie, że nie będzie w stanie bezpiecznie wynurzyć się na powierzchnię. Będzie musiał „dekompresować się” w drodze do góry, bo inaczej powstanie zbyt wiele pęcherzyków powietrza. Oczywiście, pamiętając o analogii z puszką sody: to nie tylko ilość gazu w tkankach musi być ograniczona, to szybkość zmian, gdy ciśnienie otoczenia spada, jest drugim kluczowym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę. Im szybsze tempo zmian, tym niższe limity (krótsze czasy i/lub płytsze głębokości). Dlatego każda tabela jest zaprojektowana z uwzględnieniem maksymalnego tempa wynurzania, które jest zależne od wysokości. Współcześni nurkowie polegają na osobistych komputerach nurkowych, które generują limity w czasie rzeczywistym i te komputery wykorzystują rządzący algorytm do oszacowania ile minut może pozostać do końca nurkowania na danej głębokości. Algorytmy te, podobnie jak algorytmy używane do generowania tabel nurkowych, różnią się w zależności od producenta komputera nurkowego. Nie tylko algorytmy się różnią (i często są to informacje zastrzeżone, co utrudnia porównanie), komputery nurkowe różnią się także w inny sposób, np. częstotliwością obliczania limitów czasu nurka. Jeden model może szacować pozostały dopuszczalny czas raz na sekundę, podczas gdy inny model może szacować pozostały dopuszczalny czas co dziesięć sekund. Inne mechanizmy bezpieczeństwa również różnią się między modelami, np. alarmy prędkości wynurzania, które emitują regularny sygnał dźwiękowy, jeśli maksymalna prędkość wynurzania (dozwolona przez indywidualny algorytm komputera nurkowego) zostanie przekroczona. Wiele komputerów nurkowych wykorzystuje również zmienne tempo wynurzania, pozwalając na szybsze wynurzanie na większych głębokościach, a następnie wymagając od nurka spowolnienia wynurzania bliżej powierzchni, ponieważ tempo zmian wzrasta wykładniczo. Debata pomiędzy zwolennikami stałej prędkości wynurzania, pierwotnie zalecanej przez naukowca o nazwisku Hill, a zmienną prędkością wynurzania, pierwotnie zalecaną przez Haldane’a, znana jest jako „kontrowersja Hill vs. Haldane” (Marroni, 2002).
Oczywiście należy pamiętać, że podstawowe przyczyny choroby dekompresyjnej są nadal nieudowodnione. Dowody są przekonująco wspierające, ale naukowo udowodniony związek pozostaje nieuchwytny. Wydaje nam się, że rozumiemy mechanizmy powstawania pęcherzyków i przyczyny choroby dekompresyjnej, ale wiele założeń wykorzystywanych do przewidywania naszych limitów opiera się na empirycznych próbach i błędach, gdzie limity były przewidywane, a następnie korygowane w dół po użyciu w wodzie. W związku z tym istnieje wiele różnych algorytmów, które opierają się na różnych fizjologicznych i fizycznych założeniach dotyczących ludzkich tkanek, pęcherzyków i teorii kinetyki gazu. Dla nurkowań rekreacyjnych w morzu te różne algorytmy zwykle dają podobne przewidywania limitów czasowych dla każdej głębokości, dając lub odejmując niewielką część całkowitego dopuszczalnego czasu. Na przykład, większość komputerów nurkowych i tabel pozwala nurkowi na pierwsze nurkowanie w ciągu dnia na 30m przez 16-25 minut, (większość pozwala na około 20 minut). Niektóre z nich zakładają, że gaz obojętny jest wypłukiwany szybciej podczas przerwy między nurkowaniami na powierzchni, a inne nakładają większe kary czasowe za nurkowania, gdy nurkowie mają już resztki gazu z poprzednich nurkowań. Rezultatem tego wszystkiego jest to, że algorytmy różnią się pod wieloma względami, a sposoby kompensacji nurkowań na dużych wysokościach również się różnią (Egi & Brubank, 1995).
Mechanizmy kompensacji
Prawdopodobnie najczęstszą metodą przystosowania tabel do użycia na dużych wysokościach jest przeliczenie maksymalnej głębokości jaką nurek planuje osiągnąć na głębokość „równoważnego nurkowania morskiego” (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), co jest sposobem na skrócenie dozwolonego czasu poprzez użycie limitu czasu z większej głębokości. Metoda ta znana jest jako „metoda Haldane’a” (Hennessy, 1977), później określana przez US Navy jako „Cross Correction”, po tym jak E.R. Cross rozpropagował tę metodę w 1967 i ponownie w 1970 roku (Egi & Brubank, 1995). Im wyższa wysokość, tym więcej nurek dodaje do planowanej rzeczywistej głębokości podczas poszukiwania swojego limitu. Na przykład, nurek może planować zejście na głębokość 18m. Aby znaleźć swój limit będzie patrzył na 18m limit czasowy na poziomie morza, 21m limit na 5000ft i 27m limit na wysokości 10,000ft (Bell & Borgwardt, 1976). Istnieje jednak wiele innych teoretycznych sposobów przystosowania tabel nurkowania na poziomie morza do użycia na wysokości, a jeszcze więcej sposobów jest wykorzystywanych przez osobiste komputery nurkowe. W jednym z ostatnich badań (Buzzacott & Ruehle, 2009) kolejność serii komputerów nurkowych uszeregowanych według tego jak konserwatywne były na poziomie morza została odwrócona na wysokości 10,000 stóp, tak że najbardziej konserwatywne na poziomie morza stały się najbardziej hojne na wysokości, a najbardziej hojne na poziomie morza stały się najbardziej konserwatywne na wysokości.
Wnioski
Rekreacyjne nurkowanie na wysokości niesie ze sobą ryzyko, które jest dodatkowe w stosunku do nurkowania na poziomie morza i dodatkowe szkolenie jest wymagane przez nurków rekreacyjnych. W przypadku nurkowania dekompresyjnego nadal nie wiadomo, która metoda jest najlepsza do zaadaptowania istniejących schematów dekompresyjnych do użycia na wysokości. W związku z tym, każdy zespół planujący znaczne narażenie na stres dekompresyjny na wysokości powinien skonsultować się z fizjologiem nurkowania, który ma doświadczenie w nurkowaniu wysokościowym. Ponadto wszyscy nurkowie powinni zaakceptować fakt, że niezależnie od przyjętego schematu nurkowania, założenia leżące u podstaw tego modelu mogą być niesprawdzone lub nieudowodnione, a wiele nurkowań dekompresyjnych na dużych wysokościach można nawet uznać za eksperymentalne z natury. Niektóre tabele, na przykład, zostały przetestowane w wodzie do pewnej wysokości i pozostają niesprawdzone po przekroczeniu tej wysokości (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). Aby zminimalizować ryzyko wystąpienia zakrętów należy podjąć dodatkowe środki profilaktyczne, gdy jest to możliwe, takie jak zaangażowanie w odpowiedni reżim ćwiczeń przed nurkowaniem, wprowadzenie dodatkowego tlenu do mieszaniny oddechowej, usunięcie gazu obojętnego z mieszaniny oddechowej, ciepło podczas dekompresji w celu promowania krążenia obwodowego, odniesienie prędkości wznoszenia, takie jak obciążona lina lub podwieszony trapez, pozę poziomą, aby naturalna pływalność płuc promowała maksymalną powierzchnię wymiany gazowej i natychmiastową pomoc po nurkowaniu w celu zmniejszenia obciążenia nurka.
Nurkowanie na wysokościach może być świetną zabawą, wyzwaniem i jest wiele powodów, dla których warto nurkować w górskich jeziorach. Należy jednak uważać – nurkowanie na wysokości jest o wiele mniej wybaczające, jeśli popełni się błąd. Prosta sprawa, jak zatkany przycisk nadmuchiwania kamizelki wypornościowej, może sprawić, że szybko wylądujesz na dnie i będzie bardziej prawdopodobne, że ujdzie Ci to na sucho w morzu niż w górach. Dodaj komplikacje, takie jak konieczność przekroczenia przełęczy górskiej, aby dostać się do szpitala i stosunkowo niewielki zakręt może stać się naprawdę paskudny bardzo szybko, a nikt nie chce skończyć sparaliżowany od szyi w dół.
Bell, R. L., & Borgwardt, R. E. (1976). The theory of high-altitude corrections to the U.S. Navy standard decompression tables. The cross corrections. Undersea Biomed Res, 3(1), 1-23.
Boni, M., Schibli, R., Nussberger, P., & Buhlmann, A. A. (1976). Diving at diminished atmospheric pressure: air decompression tables for different altitudes. Undersea Biomed Res, 3(3), 189-204.
Boycott, A. E., Damant, G. C. C., & Haldane, J. S. (1908). The prevention of compressed air illness. 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). Diving at altitude: a review of decompression strategies. 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). Andyjska ekspedycja nurkowa na duże wysokości. Journal of Underwater Technology, 12, 27-31.
Leach, J., McLean, A., & Mee, F. B. (1994). High altitude dives in the Nepali Himalaya. Undersea Hyperb Med, 21(4), 459-466.
Lenihan, D., & Morgan, K. (1975). High Altitude Diving. Santa Fe, Nowy Meksyk: U.S. Department of the Interior. National Parks Service.
Marroni, A. (2002). Jaki profil wynurzania dla zapobiegania chorobie dekompresyjnej? II – Model terenowy porównujący modalności wynurzania Hilla i Haldane’a, z myślą o opracowaniu algorytmu dekompresji bezpiecznej dla pęcherzyków powietrza. Projekt specjalny DAN Europe DSL „Haldane Vs Hill”. Eur. J. Underwater Hyperb. Med., 3(3).
Morris, R., Berthold, R., & Cabrol, N. (2007). Nurkowanie na ekstremalnych wysokościach: Planowanie i realizacja nurkowania podczas 2006 High Lakes Science Expedition. Paper presented at the American Academy of Underwater Sciences 26th Symposium, Dauphin Island, AL.
NOAA. (2001). NOAA Diving Manual. Nurkowanie dla nauki i technologii (4th ed.): U.S. Department of Commerce. National Oceanic and Atmospheric Administration.
Paulev, P., & Zubieta-Calleja Jr, G. (2007). Głębokość nurkowania na dużych wysokościach. Research in sports medicine, 15, 213-223.
Sahni, T. K., John, M. J., Dhall, A., & Chatterjee, A. K. (1991). Wysokie nurkowania wysokościowe z 7000 do 14,200 stóp w Himalajach. 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). Procedury wysokościowe dla nurków oceanicznych (str. 46): National Association of Underwater Instructors.
Wienke, B. R. (1993). Nurkowanie powyżej poziomu morza. Flagstaff, AZ: Best Publishing Company.
by Peter Buzzacott
.