Wyjaśnienie znaczenia głębokich przystanków Marcin Krysiński Na postawie : Deep Stops Explained by Erik C. Baker 1
Wstęp... 3 Obliczenia konwencjonalne... 3 Pęcherzyki i gradienty... 4 Przedstawienie problemu... 4 Rozwiązanie problemu... 6 Uzupełnienie... 10 Wnioski końcowe... 11 O autorze... 11 Bibliografia:... 11 2
Wstęp Stare powiedzenie gram prewencji jest wart tyle, co kilogram leczenia z pewnością świetnie oddaje naturę różnych symptomów choroby dekompresyjnej (DCS). Najlepszym lekiem na wszystkie jej objawy jest uprzednie wypełnienie odpowiedniego profilu dekompresji. Techniczni nurkowie zauważyli, że wielu symptomów można uniknąć, uwzględniając w profilach głębokie przystanki. Bliższe przyjrzenie się modelowi dekompresji wykazuje, że takie działania służą zredukowaniu lub wyeliminowaniu nadmiernych gradientów nadciśnienia. Wiedząc o tym, można modyfikować model tak, aby dostarczyć precyzyjnych gradientów, a przystanki obliczyć wewnątrz strefy dekompresji do głębokości najgłębszego dopuszczalnego przystanku dekompresyjnego. Uwaga: Dalsze wyjaśnienie koncepcji dekompresji i terminologii w nich używanych można znaleźć w poprzednim artykule Zrozumieć wartości M Marcin Krysiński na postawie : Understanding M Values Erik C. Baker Wielu nurków technicznych zaobserwowało pojawiające się u nich zmęczenie, mdłości lub senność po wykonaniu pewnych rodzajów nurkowań dekompresyjnych. Takie symptomy często wywołuje nurkowanie typu winda lub inaczej góra dół, które jest stosunkowo głębokie i charakteryzuje się krótkim czasem pobytu na największej głębokości. Konwencjonalne zastosowanie modelu dekompresji rozpuszczonego gazu dla tego rodzaju nurkowania wygeneruje w profilu dekompresji pierwszy przystanek znacznie płytszy, niż głębokość nurkowania. Szereg nurków twierdzi, że dodanie w profilach kilku głębokich przystanków, tzn. głębszych niż wymagane przez konwencjonalne obliczenia, powodowało, że powynurzeniowe symptomy uległy znacznemu zmniejszeniu lub całkowitej eliminacji. Wśród nurków technicznych kontrowersją i niejasnością otoczone są pytania o głębokość takich przystanków głębokich i ich liczbę. Obserwacje empiryczne nurków doprowadziły do opracowania pomocniczych metod wprowadzania głębokich przystanków. Wiele z takich metod zakłada indywidualną ocenę i decyzję, a nie ma podstawy w tabelach dekompresyjnych. Analiza kompletnych profili dekompresyjnych, wykorzystujących dowolne głębokie przystanki, ujawnia potencjalne problemy. Należą do nich zbyt głębokie przystanki i nieodpowiednie przedłużenie czasu dekompresji na płytkich przystankach w celu zrekompensowania zwiększonego nasycenia gazem na przystankach głębokich. Obliczenia konwencjonalne W praktyce i teorii dekompresji odbywają się negocjacje między odpowiednią dekompresją (żadnych symptomów choroby dekompresyjnej) i dekompresją ekonomiczną (minimalny czas, zapas gazu, przebywanie itd.). Konwencjonalne algorytmy rozpuszczania gazu, takie jak te opracowane przez Roberta D. Workmana czy Alberta A. Buhlmanna, starają się zoptymalizować dekompresję poprzez pozwolenie nurkowi na wynurzanie się do najpłytszej głębokość, czyli pułapu, na podstawie wartości M, ograniczających wynurzanie dla hipotetycznych tkanek. Ekonomiczność tego jest dwojaka: eliminacja gazu obojętnego podczas dekompresji w szybszych tkankach jest przyspieszona, podczas gdy pobieranie gazu w wolniejszych tkankach jest zminimalizowane. W praktyce nurków instruuje się tradycyjnie, aby 3
zeszli z dna i wynurzyli się do pierwszego przystanku zgodnie z harmonogramem. Przy typowym nurkowaniu odbijającym konwencjonalne obliczanie pozwoli na stosunkowo długie wynurzanie z dna do pierwszego przystanku. Przy takim scenariuszu wysycenie gazem obojętnym w najszybszych tkankach może być równe lub prawie równe wysyceniu na największej głębokości, podczas gdy najwolniejsze tkanki są tylko częściowo nasycone. Oznacza to, że najszybsze tkanki będą kontrolować początkowe wynurzanie, ponieważ ich wysycenie gazem obojętnym będzie bliższe wartości M znacznie wcześniej, niż w wolnych tkankach. Pierwszy przystanek jest wymagany, kiedy wysycenie gazu obojętnego w tkance prowadzącej jest równe, lub bliskie, wartości M. Pęcherzyki i gradienty Kiedy Robert D. Workman po raz pierwszy zaprezentował koncepcję wartości M w 1965 zakładano, że gaz obojętny nie uwolni się z roztworu w postaci pęcherzyków w tkankach nurka, aż do chwili przekroczenia wartości M. Teoria ta budziła wtedy pewne kontrowersje, jednak uznano, że w przyszłości technologia będzie w stanie dostarczyć lepszych informacji na temat obecności i zachowania pęcherzyków w ciele nurka. Workman przyznał, że badania nad są ultradźwiękowymi metodami wykrywania pęcherzyków w celu umożliwienia dokładniejszego określenia adekwatności dekompresji, znajdują się na wczesnym etapie. Od tego czasu opracowano technikę ultradźwiękową Dopplera, którą zastosowano szeroko w prowadzonych w różnych częściach świata badaniach nad dekompresją. Badania te wykazały obecność pęcherzyków w organizmie podczas (i po) wielu nurkowań, także takich, po których nie wystąpiły żadne symptomy choroby dekompresyjnej. Innymi słowy, nurek nie musi przekroczyć wartości M, aby wytworzyć pęcherzyki. Fakt ten uznała nauka o dekompresji, ale mechanizmy tworzenia i wzrostu pęcherzyków w ciele ludzkim nie są ani zrozumiałe, ani dokładnie opisane. Biorąc pod uwagę prawa fizyki i modele tworzenia pęcherzyków, można powiedzieć, że większej liczby i większych rozmiarów pęcherzyków można się spodziewać w miarę zwiększanie gradientów nadciśnienia. W modelu gazu rozpuszczonego oznacza to, że można się spodziewać większej liczby większych pęcherzyków, kiedy wysycenia gazem obojętnym w tkankach przecinają się nadal na wykresie ciśnień ponad linią ciśnienia otaczającego. Przedstawienie problemu Wykres ciśnień na rys. 1 pokazuje kompletny profil dekompresji obliczony metodą konwencjonalną. W tym profilu najszybsze tkanki mają największe wysycenie gazem podczas początkowego wynurzania i są tkankami prowadzącymi. Wartości M dla tych szybkich tkanek pozwalają na duże gradienty nadciśnienia w stosunku do tkanek wolniejszych. W rezultacie powstaje duży i gwałtowny gradient nadciśnienia podczas wynurzania do pierwszego przystanku. Jest on nieproporcjonalny do mniejszych gradientów nadciśnienia, dozwolonych podczas pozostałej części profilu dekompresji, kiedy kontrolujące są tkanki wolniejsze. 4
Uwagi : 1. 13/50 Trimix nurkowanie na 90 msw 4. Prędkość wynurzania 10 msw/min. 2. Dekompresja: Nitrox 36% od 33 msw Nitrox 50% od 21 msw Nitrox 80% od 9 msw 3. Ustwienia konserwatyzmu minimalne (15%) Typu winda 5. Nasycenie gazu obojętnego pokazane dla czasu dennego 20 min 6. Czasy w tabeli podanie dla odejścia z przystanków 7. Ten profil dekompresji jest typowy dla głębokiego nukowania 5
rys. 1 Przypuszczalnie podczas początkowego wynurzania do pierwszego przystanku mogło się utworzyć wiele pęcherzyków. W takim przypadku obliczony gradient to 22,4 metry wody morskiej (msw) - 2,2 atmosfery. Dla porównania, kiedy otwiera się puszkę z napojem gazowanym, gradient ciśnienia pomiędzy rozpuszczonym dwutlenkiem węgla i powietrzem wynosi około 3,1 do 3,4 atmosfer. Chociaż w profilu dekompresji na rys. 1 nie jest przekroczona wartość M, nurek może odczuwać symptomy zmęczenia, mdłości lub senności po takim nurkowaniu. Wyjaśnienie tej sytuacji bierze pod uwagę teorie migracji pęcherzyków w ciele i opóźnione odsycanie gazu, spowodowane akumulacją pęcherzyków w pęcherzykach płucnych. W każdym razie, możliwe jest wykazanie związku przyczynowo-skutkowego pomiędzy dużymi gradientami nadciśnienia podczas nurkowania, a symptomami pojawiającymi się po nurkowaniu. Symptomy łagodne lub niejednoznaczne, takie jak zmęczenie lub mdłości, które normalnie nie podlegają leczeniu, mogą być zaliczone do kategorii tresu dekompresyjnego, lżejszej wersji choroby dekompresyjnej. Rozwiązanie problemu Duże i/lub gwałtowne gradienty nadciśnienia w profilu dekompresji przypuszczalnie wytwarzają więcej pęcherzyków, co prowadzi do stresu dekompresyjnego lub choroby dekompresyjnej. Oczywistym rozwiązaniem jest ograniczenie wielkości gradientów nadciśnienia. W tym celu można wykorzystać informacje z modelu dekompresji rozpuszczonego gazu. Po pierwsze, istnieje limit głębokości głębokiego przystanku. Wysycenie gazem obojętnym prowadzącej tkanki, powiązane z przystankiem dekompresyjnym, nie powinno być poniżej strefy dekompresji. Ogólnie można stwierdzić, że pewnej wielkości gradient nadciśnienia jest konieczny do skutecznego odsycenia gazu. Jest również ważne, aby podczas dekompresji zminimalizować wielkość nasycania gazem w wolniejszych tkankach. W kontekście modelu gazu rozpuszczonego najgłębszy dopuszczalny przystanek dekompresyjny dla danego profilu można określić jako głębokość następnego standardowego przystanku ponad punktem, gdzie wysycenie gazem prowadzących tkanek przecina linię ciśnienia otaczającego (rys. 1 do 3). Najgłębszą dopuszczalną głębokość przystanku łatwo obliczyć w programie dekompresyjnym, a będzie ona różnić się w zależności od szybkości wynurzania i rodzaju zastosowanej mieszanki. Profil dekompresji nie koniecznie musi zakładać pierwszego przystanku na największej dopuszczalnej głębokości przystanku. Głębokość ta oznacza po prostu punkt, w którym przynajmniej jedna tkanka będzie w strefie dekompresji. W wielu profilach dekompresji przystanki na głębokości wyższej o kilka standardowych przystanków od najgłębszego dopuszczalnego przystanku powinny być odpowiednie do kontroli nadmiernych gradientów nadciśnienia. Jednak największa dopuszczalna głębokość przystanku jest cenną informacją dla nurka, jako że przedstawia początek strefy dekompresji. Kiedy nurek osiągnie ten punkt podczas wynurzania, powinien zwolnić wynurzanie do szybkości strefy dekompresyjnej, równej 10m/min lub jeszcze mniejszej. Takie postępowanie pomoże zredukować gwałtowne zmiany gradientów nadciśnienia, które przypuszczalnie prowokują powstawanie pęcherzyków. 6
Uwagi : 1. 13/50 Trimix nurkowanie na 90 msw 4. Prędkość wynurzania 10 msw/min. 2. Dekompresja: Nitrox 36% od 33 msw Nitrox 50% od 21 msw Nitrox 80% od 9 msw 5. Nasycenie gazu obojętnego pokazane dla czasu dennego 20 min 6. Czasy w tabeli podanie dla odejścia z przystanków 7. Głębokie przystanki powodują wyższe nasycenie gazami 7
3. Ustwienia konserwatyzmu minimalne (15%) obojętnymi na płytszych przystankach dekompresyjnych rys. 2 Uwagi : 1. 13/50 Trimix nurkowanie na 90 msw. 4. Prędkość wynurzania 10 msw/min. 2. Dekompresja: Nitrox 36% od 33 msw 5. Nasycenie gazu obojętnego pokazane dla czasu dennego 20 min. 8
Nitrox 50% od 21 msw Nitrox 80% od 9 msw. 6. Czasy w tabeli podanie dla odejścia z przystanków. 7.Kontrola nasycenia gazami w stosunku do wartości M poprzez 3. Ustwienia konserwatyzmu poprzez kontrole gradientu. gradient. rys.3 Istnieje jeszcze kwestia wprowadzania głębokich przystanków. Empirycznie opracowaną metodę głębokich przystanków opublikował nurek i biolog morski Richard L. Pyle. Jest ona stosowana w połączeniu z wielopoziomowym, komputerowym programem dekompresji. Kompletny profil dekompresji, wykorzystujący metodę Richarda Pyle' a do ustalania głębokich przystanków, przedstawia wykres ciśnień na rys. 2. Wykres wskazuje, że metoda ta skutecznie redukuje lub całkowicie eliminuje nadmierne gradienty nadciśnienia, w porównaniu z profilem obliczonym konwencjonalnie. Takie podejście wiąże się jednak z potencjalnymi problemami. W zależności od użytego programu dekompresyjnego i jego metody zachowawczości, wysycenie gazem w wolniejszych tkankach może być bliższe wartości M na płytszych przystankach z powodu zwiększonego nasycania, spowodowanego przez przystanki głębokie. Program zrekompensuje głębokie przystanki, ale jeśli nie zwiększy się współczynnika zachowawczości, może nie zapewnić takiego samego marginesu bezpieczeństwa na płytkich przystankach, jak podczas wykonywania konwencjonalnego profilu. Dobrym sposobem oceny jest tu obliczenie maksymalnych procentowych wartości M i gradientów procentowych wartości M dla wszystkich tkanek, na każdym przystanku. Wykres ciśnień na rys. 3 przedstawia kompletny profil dekompresji, obliczony przy wykorzystaniu współczynników gradientowych do kontroli gradientów nadciśnienia w całym profilu. Współczynniki gradientowe zapewniają jednolite podejście do zachowawczości w obliczeniach dekompresyjnych. Można je stosować do tworzenia głębokich przystanków w strefie dekompresji, kontrolowania gradientów nadciśnienia i zapewniania stałego marginesu bezpieczeństwa od wartości M w całym profilu dekompresji. Współczynnik gradientowy jest to po prostu ułamek dziesiętny, lub procentowy gradient wartości M (rys. 4). Opis rys 4. Wspólczynnik gradientu (GF) jest częscia dziesiętną( lub procentową) gradientu wartości M z zakresu <0,1>. GF=0 odpowiada linii ciśnienia otoczenia. GF=1 odpowiada linii wartości M. GF modyfikuje oryginalne równanie wartości M dodając konserwatyzm w strefie dekompresji. GF Lo wyznacza głębokość pierwszego przystanku. Zaleca się generowanie pierwszego przystanku jak najgłębiej. Równania wartości M zmodyfikowane w celu użycia GF: Równanie Wokmana: Równanie Buhlmanna: GF mogą być wprowadzone ręcznie dla każdego przystanku lub automatycznie. Prosta funkcja liniowa umożliwia stopniową zmianę GF od GF Lo do GF Hi. nachylenie GF= GF Hi - GF Lo Głębokość ostatniego przystanka - Głębokość pierwszego przystanka GF=nachylenie GF * Bierzący przystanek * GF Hi Zalety metody wprowadzania konserwatyzmu poprzez współczynniki gradientu: Umozliwia generowanie przystanków jak najgłębiej Przystanki dekompresyjne wraz z głebokimi przystankami zawsze będą w strefie dekompresji Umozliwia precyzyjną kontrolę gradientu nadciśnienia wraz ze stopniową jego zmianą od pierwszego przystanku do powierzchni. 9
Elastyczność: GF może być użyta do brania pod uwagę fizjolofii nurka jak i różnych typów profili nurkowych. rys. 4 Uzupełnienie Erik Baker ostatnio odkrył, że powyższy diagram zawiera mały błąd w zmodyfikowanym równaniu Workmana. Równania W Workmana wartości M są funkcją ciśnienia głębokościowego (nie ciśnienia otaczającego, używanego przez Buhlmanna). W związku z tym na wykresie ciśnień wszystko jest przesunięte o wartość powierzchniowego ciśnienia barometrycznego. Niepoprawne zmodyfikowane równanie Workmana zapisano w następujący sposób: M = Głębokość*(L\M - GF + 1) + GF MO 10
Dop. głębokość = (M - GF*MO)/( L\M8GF - GF + l) [Uwaga. M powinno być P ] Poprawne zmodyfikowane równanie W Workmana do stosowania we współczynnikach gradientu brzmi: M = Głębokość*(L\ M- GF + 1) + (Psb + GF*(MO - Psb» Dop. głębokość = (P - (psb + GF*(MO - Psb )/( L\ M8GF - GF + 1) gdzie P = ciśnienie gazu obojętnego w tkance, absolutne Psb = ciśnienie powierzchniowe barometryczne, absolutne Wnioski końcowe Dodanie głębokich przystanków do profilu zwiększa wymagany czas trwania płytkich przystanków, a także ogólny czas dekompresji. Jednakże, jeśli wynikiem jest naprawdę wystarczająca dekompresja, nie kłócie się to z koncepcją dekompresji ekonomicznej. Wykres ciśnień jest świetnym narzędziem dla nurków do obliczania profilów dekompresji. Nawet szybka analiza może wykazać potencjalne obszary problemów, takie jak duże gradienty nadciśnienia. Zachęca się autorów modeli dekompresji i programistów komputerowych do uwzględnienia go w swoich programach. Na zakończenie tylko dodam, że przykładowe profile dekompresji użyte w wykresach ciśnień w niniejszym artykule zostały obliczone z minimalną zachowawczością i są przeznaczone wyłącznie do celów porównawczych. O autorze Erik C. Baker jest inżynierem elektrykiem, zatrudnionym w firmie architektoniczno-inżynieryjnej w Pensylwanii. W ramach hobby prowadzi badania w zakresie dekompresji i fizjologii nurkowania. Opracował kilka programów komputerowych w języku fortran do obliczania i analizy dekompresji. Erik ma certyfikat nurka jaskiniowego i nurka trimix. Bibliografia: Baker EC. 1998. Understanding M-values. Immersed. Vol. 3, No. 3. Bennett PB, Elliott DH, eds. 1993. The Physiology and Medicine of Diving. London: WB Saunders. Bühlmann, AA. 1984. Decompression-Decompression Sickness. Berlin: Springer-Verlag. Bühlmann, AA. 1995. Tauchmedizin. Berlin: Springer-Verlag. 11
Hamilton RW, Rogers RE, Powell MR, Vann RD. 1994. Development and validation of no-stop decompression procedures for recreational diving: The DSAT Recreational Dive Planner. Santa Ana, CA: Diving Science and Technology Corp. Pyle RL. 1996. The importance of deep safety stops: Rethinking ascent patterns from decompression dives. DeepTech. 5:64; Cave Diving Group Newsletter. 121:2-5. Schreiner HR. 1968. Safe ascent after deep dives. Rev. Subaquat. Physiol. Hyperbar. Med. 1:28-37. Schreiner HR, Kelley PL. 1971. A pragmatic view of decompression. In: Lambertsen CJ, ed. Underwater Physiology IV. New York: Academic Press. Wienke BR. 1991. Basic decompression theory and application. Flagstaff, AZ: Best. Wienke BR. 1994. Basic diving physics and applications. Flagstaff, AZ: Best. Workman RD. 1965. Calculation of decompression schedules for nitrogen- oxygen and helium-oxygen dives. Research Report 6-65. Washington: Navy Experimental Diving Unit. 12