Expediții de fiziologie de altitudine APEX
Altitudinile ridicate produc provocări unice pentru scafandri. Presiunea atmosferică redusă la suprafața oricărui lac de munte afectează indicatoarele de adâncime ale scafandrilor, la fel ca și apa dulce, care este mai puțin densă decât în mare (Wienke, 1993). Apoi, atunci când scafandrul urcă de la adâncime, rata de schimbare pe măsură ce presiunea ambientală scade este mult mai mare decât atunci când urcă de la o scufundare în mare (Smith, 1976). Acești factori trebuie compensați, în caz contrar, scufundările considerate relativ sigure în mare ar putea genera bule abundente de gaz inert în țesuturile corporale ale scafandrului, provocând o boală numită „boala de decompresie” (DCS), cunoscută sub numele popular de „boala de apoplexie”. Boala de decompresie poate varia de la o ușoară erupție cutanată la paralizie și moarte, trecând prin gravitate crescândă. Potrivit lui Gribble (1960), prima mențiune despre o posibilă curbură de altitudine a fost făcută de von Schrotter în 1906, deși citatul atribuit lui Boycott și Haldane cu privire la aceasta nu a fost găsit de acest autor (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble, 1960; Schrotter, 1906). Oricum ar fi, se pare că „virajele de altitudine” sunt o boală modernă, ceea ce înseamnă că, probabil, mai avem încă multe de învățat înainte de a înțelege pe deplin mecanismele implicate.
Fizzyology
Cum un scafandru coboară, presiunea din jurul său crește. Această creștere nu îi afectează pe scafandrii care poartă costume rigide „atmosferice”, dar, pentru majoritatea dintre noi, cei care purtăm costume flexibile de scufundare, compensăm presiunea crescută prin creșterea presiunii gazului pe care îl respirăm. Ignorând variațiile minore datorate condițiilor meteorologice, la nivelul mării presiunea aerului înconjurător se apropie de o atmosferă de presiune, la o adâncime de zece metri în mare presiunea ar trebui să fie de două atmosfere, iar pentru fiecare zece metri suplimentari de adâncime se adaugă încă o atmosferă de presiune. Datorită dezvoltării regulatorului SCUBA de către Emile Gagnan și Jacques Cousteau, atunci când un scafandru respiră gaz comprimat la adâncime, gazul este livrat la o presiune echivalentă cu presiunea din jur. În acest fel, scafandrul nu trebuie să „aspire” gazul de la o presiune mult mai mică la o presiune mai mare (și acesta este motivul pentru care nu putem folosi pur și simplu un tub de respirație lung). Presiunea este „reglată” de unitatea SCUBA, care detectează care este presiunea ambientală.
Inhalarea gazului la o presiune crescută rezolvă o problemă (de livrare a gazului către plămâni), dar, pe măsură ce sângele transportă acest gaz în jurul corpului, țesuturile scafandrului se deplasează în mod natural către un echilibru cu noua presiune ambientală prin absorbția gazului. Când scafandrul urcă mai târziu la o presiune mult mai scăzută, cum ar fi la suprafață, aceste țesuturi au acum o presiune mai mare a gazului dizolvat în ele decât presiunea aerului înconjurător, iar acest gaz se deplasează din nou spre echilibru, de data aceasta părăsind țesuturile (Lenihan & Morgan, 1975). Este în general acceptat faptul că rata acestei mișcări spre echilibru, adică mărimea diferenței dintre presiunea din țesuturi și presiunea ambientală, este în mare măsură responsabilă pentru generarea bulelor în țesuturile unui scafandru. Principiul se aseamănă cu cel al deschiderii unei cutii de sifon: dacă deschideți brusc cutia, atunci sifonul va face efervescență, din cauza diferenței bruște dintre presiunea dizolvată și presiunea ambientală. Dacă deschideți cutia încet, atunci sifonul nu va fi la fel de efervescent, deoarece schimbarea este mai treptată. Dacă ați zburat cu un avion comercial, care are, de obicei, o presiune a aerului ambiant în cabină mult mai mică decât la sol, ați observat că sifonul dvs. era neobișnuit de spumos? Acest lucru s-ar fi datorat, probabil, diferenței și mai mari dintre presiunea gazului dizolvat în sifon (de obicei, în jur de 1,5 atmosfere) și presiunea ambientală din cabină. Acest lucru este echivalent cu una dintre principalele preocupări ale unui scafandru la mare altitudine: diferența crescută dintre presiunea gazului dizolvat în țesuturile sale după o scufundare și presiunea ambientală (mult mai mică) de la suprafața lacului montan. Aceste diferențe crescute devin pentru prima dată un motiv de îngrijorare la altitudini de doar 300 m sau mai mari (NOAA, 2001).
Popularitatea scufundărilor la altitudine.
Există multe motive pentru care oamenii se scufundă la mare altitudine: căutarea unor obiecte particulare, cum ar fi avioanele din Al Doilea Război Mondial, antrenamente atunci când marea este inospitalieră sau prea îndepărtată pentru a fi practică, pentru cercetare științifică, chiar și doar pentru simpla plăcere de a face acest lucru. La ultima numărătoare, în 2008 existau 30 de întreprinderi de scufundări la peste 1.500 m care făceau publicitate în anuarele telefonice de afaceri din Johannesburg și 53 de întreprinderi la peste 1.500 m care făceau publicitate în anuarele telefonice din Colorado (Buzzacott & Ruehle, 2009). Universitatea din California desfășoară cursuri de pregătire a scafandrilor științifici în Lacul Tahoe, la o altitudine de 1.890 m (Bell & Borgwardt, 1976), iar Marina boliviană menține o școală de scufundări pe malul Tiquina, la 3.810 m (12.500 ft).
Pentru unii, provocarea de a face scufundări la altitudine reprezintă scopul. În 1968, o echipă condusă de Jacques Cousteau a stabilit recordul de scufundări la altitudine în Lacul Titicaca, la o altitudine de 3.810m (12.500ft). În anii 1980, o echipă americană a realizat o serie de scufundări în Anzii sud-americani, la o altitudine de 19.450 de picioare (5.928 m) (Leach, 1986). În 1988, o echipă de la Școala de pregătire pentru scufundări a marinei indiene din Cochin, în sudul Indiei, a făcut mai multe scufundări de antrenament în barajul Pykara din dealurile Nilgiri, la 2134 m (7.000 ft), înainte de a face 22 de scufundări în lacul Manasbal (7,000ft, 2134m), 16 scufundări la Leh (11.000ft, 3.353m) și, în cele din urmă, scufundări la 14.200ft (4.328m), în lacul Pangong Tso, în nordul statului Ladakh din Himalaya (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). În adevărata modă a expedițiilor, o parte din trupă a suferit de hipotermie, dureri de cap sau pierderea cunoștinței. Nu au existat astfel de probleme pentru expediția britanică la ghețarul Khumbu din regiunea Everest din Himalaya în 1989, când au făcut 18 scufundări în Gokyo Tsho la 4.785 m (15.700 ft) și opt scufundări în Donag Tscho la 4.877 m (16.000 ft), tăind prin gheață de 1,2 m grosime pentru a ajunge la aproape 30 m adâncime (Leach, McLean, & Mee, 1994). Recordul de la Lago Lincancabur a fost egalat de mai multe ori începând cu anii 1980 (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007), dar în prezent se menține, iar în aceste zile marina boliviană face scufundări acolo la fiecare câțiva ani (H. Crespo, comunicare personală, 2010). Școala de la Tequina a primit recent o nouă cameră hiperbară, are ca obiectiv creșterea substanțială a capacităților de scufundare cu gaze mixte și, în opinia acestui autor, este pregătită să atingă noi adâncimi în Lacul Titicaca, să cartografieze peșteri neexplorate, să recupereze artefacte de la civilizațiile preincaice care ne vor revizui înțelegerea istoriei precolumbiene, să monitorizeze fiziologia umană în medii pe care nu le-a mai suportat până acum și să înregistreze o faună necunoscută în prezent științei.
Metode de compensare
Tabele de scufundare sunt o matrice tabelară de adâncimi și timpi care se referă la estimări după scufundare ale presiunilor rezultate în cadrul unei game de țesuturi teoretice. Dacă un scafandru stă prea mult timp la adâncime, atunci țesuturile sale vor avea o presiune atât de mare în interiorul lor încât nu va putea urca în siguranță la suprafață. El va trebui să „decomprime” în timpul ascensiunii sau, altfel, se vor forma prea multe bule. Desigur, amintindu-ne de analogia cu cutia de sifon: nu doar cantitatea de gaz din țesuturi trebuie limitată, ci și rata de schimbare atunci când presiunea ambientală scade, acesta fiind al doilea factor cheie de care trebuie să se țină cont. Cu cât rata de schimbare este mai rapidă, cu atât limitele sunt mai mici (perioade mai scurte și/sau adâncimi mai mici). Prin urmare, fiecare masă este proiectată având în vedere o viteză maximă de ascensiune, iar această viteză de ascensiune depinde de altitudine. Scafandrii moderni se bazează pe computerele personale de scufundare pentru a genera limite în timp real, iar aceste computere utilizează un algoritm de guvernare pentru a estima câte minute ar mai putea fi permise la orice adâncime la care se află scafandrul. Acești algoritmi, la fel ca și algoritmii utilizați pentru a genera tabelele de scufundare, variază de la un producător de computere de scufundare la altul. Nu numai că algoritmii diferă (și deseori sunt informații confidențiale, ceea ce îngreunează comparația), dar computerele de scufundare diferă și în alte moduri, cum ar fi frecvența cu care sunt calculate limitele de timp ale unui scafandru. Un model poate estima timpul rămas admisibil o dată la fiecare secundă, în timp ce un alt model poate estima timpul rămas admisibil la fiecare zece secunde. Și alte mecanisme de siguranță diferă de la un model la altul, cum ar fi alarmele de viteză de ascensiune, care emit un semnal sonor regulat dacă este depășită viteza maximă de ascensiune (permisă de algoritmul fiecărui computer de scufundare). Multe computere de scufundare utilizează și o rată de ascensiune variabilă, permițând ascensiuni mai rapide la adâncimi mai mari, apoi cerând scafandrului să încetinească ascensiunea mai aproape de suprafață, deoarece rata de schimbare crește exponențial. Dezbaterea dintre susținătorii ratei constante de ascensiune, recomandată inițial de un om de știință numit Hill, și rata variabilă de ascensiune, recomandată inițial de Haldane, este cunoscută sub numele de „controversa Hill vs. Haldane” (Marroni, 2002).
Desigur, nu uitați că cauzele care stau la baza bolii de decompresie sunt încă nedovedite. Dovezile sunt convingătoare, dar legătura dovedită științific rămâne evazivă. Credem că înțelegem mecanismele de generare a bulelor și cauzele bolii de decompresie, dar multe dintre ipotezele utilizate pentru a prezice limitele noastre se bazează pe încercări empirice, în care limitele au fost prezise și apoi revizuite în jos după utilizarea în apă. În consecință, există o varietate de algoritmi utilizați în prezent care se bazează pe diferite ipoteze fiziologice și fizice privind țesuturile umane, bulele și teoria cinetică a gazelor. Pentru scufundările de agrement în mare, acești diverși algoritmi au ca rezultat, de obicei, previziuni similare ale limitelor de timp pentru fiecare adâncime, la o proporție mai mică sau mai mică din timpul total permis. De exemplu, majoritatea computerelor și tabelelor de scufundare permit unui scafandru să facă prima scufundare a zilei la 30 m timp de 16-25 de minute, (majoritatea permit aproximativ 20 de minute). Unele presupun apoi că gazul inert este eliminat mai repede în timpul unui interval la suprafață între scufundări, iar altele impun penalizări de timp mai mari pentru scufundările efectuate atunci când scafandrii au deja gaz rezidual rămas de la scufundările anterioare. Rezultatul tuturor acestor lucruri este că algoritmii variază în multe feluri, iar modurile în care compensează scufundările la mare altitudine variază, de asemenea, (Egi & Brubank, 1995).
Mecanisme de compensare
Posibil cea mai comună metodă de adaptare a tabelelor pentru utilizarea la altitudine mare este convertirea adâncimii maxime pe care un scafandru plănuiește să o atingă într-o adâncime „echivalentă cu cea a scufundării în mare” (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), care este o modalitate de a reduce timpul permis prin utilizarea timpului limită de la o adâncime mai mare. Această metodă este cunoscută sub numele de „metoda Haldane” (Hennessy, 1977), denumită ulterior de marina americană „Cross Correction”, după ce E.R. Cross a promovat metoda în 1967 și din nou în 1970 (Egi & Brubank, 1995). Cu cât altitudinea este mai mare, cu atât un scafandru adaugă mai mult la adâncimea reală planificată atunci când își caută limita. De exemplu, un scafandru poate planifica să ajungă la 18 m adâncime. Pentru a-și găsi limita, el se va uita la limita de timp de 18m la nivelul mării, la limita de 21m la 5000ft și la limita de 27m la 10.000ft altitudine (Bell & Borgwardt, 1976). Dar, există o serie de alte modalități teoretice de adaptare a tabelelor de scufundare la nivelul mării pentru utilizarea la altitudine, și chiar mai multe modalități care sunt utilizate de computerele personale de scufundare. Într-un studiu recent (Buzzacott & Ruehle, 2009), ordinea unei serii de computere de scufundări, atunci când au fost clasificate în funcție de cât de conservatoare erau la nivelul mării, a fost inversată la 3.000 de metri, astfel încât cel mai conservator la nivelul mării a devenit cel mai generos la altitudine, iar cel mai generos la nivelul mării a devenit cel mai conservator la altitudine.
Concluzie
Plimbările recreative la altitudine comportă riscuri suplimentare față de scufundările la nivelul mării, iar scafandrii recreativi au nevoie de pregătire suplimentară. Pentru scufundările cu decompresie, juriul încă nu a stabilit care este cea mai bună metodă de adaptare a programelor de decompresie existente pentru utilizarea la altitudine. În consecință, orice echipă care plănuiește o expunere semnificativă la stresul de decompresie la altitudine este bine sfătuită să consulte un fiziolog de scufundări cu experiență în scufundările la altitudine. Mai mult decât atât, toți scafandrii ar trebui să accepte faptul că, indiferent de programul de scufundare adoptat, ipotezele care stau la baza acelui model pot fi netestate sau nedovedite și că multe scufundări cu decompresie la mare altitudine ar putea fi considerate chiar de natură experimentală. Unele tabele, de exemplu, au fost testate în apă până la o anumită altitudine și rămân nedovedite dincolo de această înălțime (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). Pentru a minimiza riscul de îndoire ar trebui luate măsuri profilactice suplimentare atunci când este posibil, cum ar fi angajarea într-un regim de exerciții adecvate înainte de scufundare, introducerea de oxigen suplimentar în amestecul de respirație, eliminarea gazului inert din amestecul de respirație, căldură în timpul decompresiei pentru a promova circulația periferică, o referință a vitezei de ascensiune, cum ar fi o frânghie cu greutăți sau un trapez suspendat, o poziție orizontală pentru ca flotabilitatea naturală a plămânilor să promoveze o suprafață maximă pentru schimbul de gaze și asistență imediată după scufundare pentru a reduce volumul de muncă al scafandrului.
Plimbarea la altitudine poate fi foarte distractivă, o provocare și există multe motive întemeiate pentru a face scufundări în lacurile de munte. Aveți grijă totuși – scufundările la altitudine sunt mult mai puțin iertătoare dacă greșiți. O chestiune simplă, cum ar fi un buton de umflare a jachetei de flotabilitate blocat, ar putea să vă aducă rapid la suprafață și ar fi mai probabil să scăpați cu bine în mare decât în munți. Adăugați complicații cum ar fi faptul că trebuie să traversați o trecătoare de munte pentru a ajunge la spital și o curbă relativ minoră ar putea deveni foarte urâtă foarte repede, și nimeni nu vrea să sfârșească paralizat de la gât în jos.
Bell, R. L., & Borgwardt, R. E. (1976). Teoria corecțiilor de mare altitudine la tabelele standard de decompresie ale marinei americane (The theory of high-altitude corrections to the U.S. Navy standard decompression tables). Corecțiile încrucișate. Undersea Biomed Res, 3(1), 1-23.
Boni, M., Schibli, R., Nussberger, P., & Buhlmann, A. A. (1976). Scufundări la presiune atmosferică diminuată: tabele de decompresie cu aer pentru diferite altitudini. Undersea Biomed Res, 3(3), 189-204.
Boycott, A. E., Damant, G. C. C., & Haldane, J. S. (1908). Prevenirea îmbolnăvirii aerului comprimat. J. Hyg. (Lond.)(8), 342-443.
Buzzacott, P., & Ruehle, A. (2009). Efectele altitudinii mari asupra performanței relative a computerelor de decompresie în scufundare. International Journal of the Society for Underwater Technology, 28(2), 51-55.
Egi, S. M., & Brubank, A. O. (1995). Scufundări la altitudine: o analiză a strategiilor de decompresie. Undersea Hyperb Med, 22(3), 281-300.
Gribble, M. d. G. (1960). O comparație a sindroamelor de „altitudine înaltă” și „presiune înaltă” ale bolii de decompresiune. British Journal of Industrial Medicine, 17, 181-186.
Hennessy, T. R. (1977). Conversia tabelelor standard de decompresie cu aer pentru scufundări fără oprire de la altitudine sau habitat. Undersea Biomed Res, 4(1), 39-53.
Leach, J. (1986). Expediție de scufundări la mare altitudine în Andean. Journal of Underwater Technology, 12, 27-31.
Leach, J., McLean, A., & Mee, F. B. (1994). Scufundări la mare altitudine în Himalaya nepaleză. Undersea Hyperb Med, 21(4), 459-466.
Lenihan, D., & Morgan, K. (1975). Scufundări la mare altitudine. Santa Fe, New Mexico: Departamentul de Interne al SUA. National Parks Service.
Marroni, A. (2002). Ce profil de ascensiune pentru prevenirea bolii de decompresie? II – Un model de teren care compară modalitățile de ascensiune Hill și Haldane, în vederea dezvoltării unui algoritm de decompresie fără bule. Proiectul special DAN Europe DSL „Haldane vs Hill”. Eur. J. Underwater Hyperb. Med., 3(3).
Morris, R., Berthold, R., & Cabrol, N. (2007). Scufundări la altitudine extremă: Planificarea și executarea scufundărilor în timpul Expediției Științifice High Lakes din 2006. Lucrare prezentată la cel de-al 26-lea Simpozion al Academiei Americane de Științe Subacvatice, Dauphin Island, AL.
NOAA. (2001). Manual de scufundări NOAA. Scufundări pentru știință și tehnologie (4th ed.): Departamentul de Comerț al Statelor Unite ale Americii. National Oceanic and Atmospheric Administration.
Paulev, P., & Zubieta-Calleja Jr, G. (2007). Adâncimi de scufundare la mare altitudine. Research in sports medicine, 15, 213-223.
Sahni, T. K., John, M. J., Dhall, A., & Chatterjee, A. K. (1991). Scufundări la mare altitudine de la 7000 la 14.200 de picioare în 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). Proceduri de altitudine pentru scafandrul oceanic (pp. 46): National Association of Underwater Instructors.
Wienke, B. R. (1993). Scufundări deasupra nivelului mării. Flagstaff, AZ: Best Publishing Company.
de Peter Buzzacott
.