O ile poziom wiedzy dotyczący zagrożeń nurkowania z użyciem aparatów powietrznych nie jest jeszcze najgorszy, co wynikać może z faktu, że na temat narkozy azotowej, choroby ciśnieniowej czy urazu ciśnieniowego płuc mówi się i pisze stosunkowo często, o tyle wiedza na temat zagrożeń występujących w trakcie nurkowania na zatrzymanym oddechu jest bardzo mała i powierzchowna, często bez świadomości podstaw, których znajomość może pozwolić na wyeliminowanie niebezpieczeństw.
Według statystyk amerykańskich, niemały procent
wypadków zdarzających się nad wodą, w których poszkodowani są nurkowie,
stanowią właśnie wypadki do których dochodzi w trakcie wykonywania ćwiczeń
na zatrzymanym oddechu, w trakcie uprawiania turystyki ''snorkelingowej''
lub też w trakcie polowań podwodnych. We wszystkich wyżej wymienionych
przypadkach, bezpośrednim powodem całej kaskady zdarzeń prowadzących w
efekcie do wypadku, jest zaburzenie naturalnej wymiany gazowej w organizmie
nurka. Intensywne badania nad zjawiskami zachodzącymi w organizmie płetwonurka
w trakcie nurkowania na zatrzymanym oddechu, prowadzone od lat 60-tych
doprowadziły do wyjaśnienia wielu czynników mających bezpośredni wpływ
na zmiany w fizjologii wymiany oddechowej zachodzącej w warunkach hiperbarii.
Dobra znajomość tych procesów pozwala na lepsze poznanie swojego organizmu,
a co za tym idzie na poprawę bezpieczeństwa nurka.
Organizm, aby mógł funkcjonować prawidłowo, musi mieć możliwość
stałej wymiany oddechowej z otoczeniem. Zawartość gazów w poszczególnych
przedziałach organizmu polega na dynamicznej równowadze i podlega ciągłym
wahaniom. Przeciwdziałają tym wahaniom liczne mechanizmy fizjologiczne,
dążące do utrzymania prężności gazów w tych przedziałach w możliwie jak
najwęższym zakresie. Mechanizmy te wpływają przede wszystkim na gospodarkę
tlenową i dwutlenku węgla. I właśnie ta równowaga ulega znacznemu zakłóceniu
w przypadku przerwania dowolnej wentylacji, prowadząc do zaburzenia naturalnych
mechanizmów fizjologicznych i obronnych organizmu.
Tlen podlega ciągłej dyfuzji z powietrza w pęcherzykach płucnych (powietrze pęcherzykowe) do łożyska naczyniowego, natomiast CO2 dyfunduje stale w kierunku przeciwnym z krwi do pęcherzyków płucnych. W stanie równowagi powietrze wdechowe miesza się z powietrzem pęcherzykowym uzupełniając O2 przenikający do krwi i rozcieńczając CO2 nagromadzony w płucach. Następnie zawartość tlenu w powietrzu pęcherzykowym zmniejsza się a CO2 zwiększa się aż do następnego wdechu.
Dzięki mechanizmom regulującym proces wentylacji skład powietrza pęcherzykowego
pozostaje w znacznej mierze stały nie tylko w spoczynku, ale także w warunkach
wzmożonego metabolizmu jaki towarzyszy wysiłkowi fizycznemu. Zapewnia
to możliwość bardzo znaczących zmian w zakresie zarówno trybu jak
i głębokości i częstości wentylacji.
W pęcherzykach płucnych rozpoczyna się kolejna faza procesu oddychania. Następuje wymiana gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a krwią przepływającą przez sieć naczyń włosowatych otaczających pęcherzyki płucne. W naczyniach tych znajduje się stale około 100 ml krwi która przepływa prze te naczynia w trakcie 0,8 sekundy. Podczas pracy fizycznej i związanego z nią wzrostu pojemności minutowej serca, krew przepływa znacznie szybciej i czas jej kontaktu z pęcherzykami może ulec kilkakrotnemu skróceniu. Dyfuzja gazów przez ścianę pęcherzyków odbywa się zgodnie z gradientem prężności gazów. Cząsteczki O2 dyfundują ze światła pęcherzyków do krwi, ponieważ w powietrzu pęcherzykowym ciśnienie parcjalne tlenu jest większe, a we krwi dopływającej do płuc - mniejsze. W przeciwnym kierunku dyfundują cząsteczki CO2. We krwi dopływającej do naczyń włosowatych pęcherzyków pCO2 jest większe, w powietrzu pęcherzykowym natomiast PCO2 jest mniejsze.
Zarówno cząsteczki O2 jak i CO2 są transportowane przez krew i przekazywane zgodnie z gradientem prężności wykorzystując zjawiska rozpuszczalności fizycznej jak również w oparciu o wiązania chemiczne. Transport tlenu odbywa się w głównej mierze w postaci związanej z hemoglobiną i w bardzo małym stopniu w postaci rozpuszczonej na drodze fizycznej w osoczu. Transport dwutlenku węgla, dyfundującego z tkanek do krwi a następnie z krwi do pęcherzyków odbywa się w trojaki sposób:
Krew tętnicza dopływająca do wszystkich tkanek ma wyższą prężność
tlenu i niższą prężność dwutlenku węgla w porównaniu z odpływającą krwią
żylną. Zgodnie z gradientem prężności uwolniony z hemoglobiny tlen dyfunduje
do komórek, dwutlenek węgla zaś dyfunduje w kierunku przeciwnym - z komórek
do osocza. W zależności od intensywności metabolizmu wewnątrzkomórkowego
występują dość znaczne różnice w prężności tlenu w poszczególnych tkankach.
W komórkach o intensywnym metabolizmie prężność tlenu jest niska i jednocześnie
te tkanki zużywają więcej tlenu. Krew żylna odpływająca z tkanek o intensywnym
metabolizmie zawiera mniej tlenu i więcej dwutlenku węgla.
Wentylacja minutowa jest wprost proporcjonalna do wielkości przemian
metabolicznych w organizmie, ale pośrednikiem między metabolizmem a wentylacją
jest CO2 a nie O2.
Oddychanie może być na pewien czas w sposób zależny od woli zatrzymane,
ale ta dowolna kontrola jest przełamywana. Punkt w którym oddychanie nie
może być dłużej dowolnie zatrzymane, nazywany jest czasem dowolnego
zatrzymania oddechu. Przerwanie zatrzymania oddechu jest spowodowane przez
wzrost pCO2 i spadek pO2 we krwi tętniczej. Oddychanie 100 % tlenem przed
zatrzymaniem oddechu podnosi początkowo pO2 w pęcherzykach płucnych, dlatego
moment przerwania jest opóźniony. To samo odnosi się do hiperwentylacji
powietrzem otaczającym, ponieważ podczas wentylacji CO2 jest usuwany i pCO2 we
krwi tętniczej jest na początku niższe. Tym samym moment przełamania oddechu
ulega przesunięciu w czasie. Na moment przerwania zatrzymania oddechu wpływają
także inne odruchy i czynniki mechaniczne których opisywanie przekracza ramy
niniejszego opracowania
Hiperwentylacja jest to praktyka powszechnie stosowana przez nurków,
polegająca
na energicznym zwiększeniu częstotliwości lub głębokości oddechów, a często
równocześnie na jednym i drugim. Ponieważ ciśnienie parcjalne tlenu
w powietrzu atmosferycznym jest stałe i wynosi 0,21 atm w rzeczywistości
nie następuje znaczące zwiększenie ilości tlenu dostępnego w pęcherzykach
płucnych, natomiast gwałtowne oddechy wymagają uruchomienia dodatkowych
mięsni oddechowych co zwiększa zarówno tempo zużywania tlenu jak również
produkcję dwutlenku węgla. Magiczny efekt hiperwentylacji wynika z jej
wpływu na poziom dwutlenku węgla we krwi. Gwałtowne i głębokie oddechy
powodują szybką redukcję ilości dwutlenku węgla, który jak wiadomo jest
głównym elementem stymulującym ośrodek oddechowy. Praktyka ta powoduje
wyraźne
opóźnienie momentu przełamania, wydłużając czas nurkowania ograniczony
wpływem CO2 na ośrodek oddechowy. Przy utrzymanym normalnym tempie
przemian metabolicznych w tkankach może dojść do sytuacji, w której przyrost
stężenia produkowanego dwutlenku węgla jest zbyt wolny w stosunku
do tempa zużywania O2 i przy braku sygnału do zaczerpnięcia oddechu
może umożliwić spadek pO2 poniżej wartości, niezbędnej dla prawidłowego
funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego.
Podczas II wojny światowej wśród nurków Royal Navy zdarzały się
przypadki utraty przytomności, następujące bez jakichkolwiek wcześniejszych
objawów. Nurkowie ci używali aparatów tlenowych o obiegu zamkniętym. Na
tej podstawie Barlow i McIntosh po raz pierwszy w 1944 zastosowali określenie
shallow-water ponieważ aparaty tlenowe nie mogły być użyte do nurkowań głębszych
z powodu toksyczności tlenu.
Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzili (co w kolejnych badaniach znalazło potwierdzenie), że przyczyną utraty przytomności był zbyt wysoki poziom CO2 wywierający narkotyczny wpływ na centralny system nerwowy. Dziś już wiemy, że retencja dwutlenku węgla jest ważnym czynnikiem modulującym toksyczny wpływ tlenu na CSN, że nadmiar CO2 jest czynnikiem zwiększającym:
Problem ten został jednak wyeliminowany w momencie ulepszenia stosowanych w aparatach o obiegu zamkniętym pochłaniaczy dwutlenku węgla. Od tego czasu, określenie Shallow-Water Blackout nabrało zupełnie innego znaczenia i zaczęło funkcjonować jako utrata przytomności wywołana brakiem tlenu w organizmie w trakcie nurkowań na zatrzymanym oddechu - zwłaszcza nurkowań poprzedzonych hiperwentylacją. Podwójne znaczenie tego pojęcia utrzymuje się w fachowej literaturze po dzień dzisiejszy. Oczywiście z wiadomych względów wśród płetwonurków amatorów pierwsze znaczenie jest praktycznie nie znane i nie ma większego znaczenia. Ważne jest natomiast aby drugie znaczenie nie było tylko pustym stwierdzeniem, ale miało pokrycie w szerokim rozumieniu zjawisk leżących u jego podstaw.
Pod pojęciem uśnięcia pod wodą rozumiemy nagłą utratę przytomności wywołaną przez spadek zawartości tlenu w organizmie poniżej wartości niezbędnych dla podtrzymania funkcji centralnego systemu nerwowego. Utrata przytomności następuje najczęściej tuż pod powierzchnią wody, szybko i podstępnie bez najmniejszego ostrzeżenia. Jeżeli płetwonurek nie jest asekurowany i nie zostanie wydobyty na powierzchnię - ginie. Litościwie, ofiara do końca nie zdaje sobie sprawy z nadchodzącej śmierci. Największe ryzyko występuje u osób w środkowej fazie cyklu treningowego. Narastająca adaptacja zarówno fizyczna jak i psychiczna umożliwia takim osobom z każdym dniem treningu nurkować głębiej i dłużej . Czasem zbyt głęboko lub zbyt długo. Nurkowie doświadczeni i wytrenowani również często padają ofiarą. Utrata przytomności pod wodą stanowi śmiertelne zagrożenie dla każdego płetwonurka.
Wyniki badań przeprowadzone przez Craiga w 1976 nie pozostawiają żadnych złudzeń. Wśród osób które przeżyły taki epizod utraty przytomności pod wodą i zostały uratowane - wszyscy przyznawali się do hiperwentylacji przed nurkowaniem, wszyscy odczuwali potrzebę zaczerpnięcia oddechu, nie na tyle silną jednak aby jej ulec i żadna z tych osób nie podawała żadnych symptomów ostrzegających przed zbliżającą się utratą przytomności.
Chcąc opisać bardziej szczegółowo zmiany jakie zachodzą w gospodarce gazowej organizmu prowadzące do uśnięcia należy od razu wyodrębnić dwa typy.
W pierwszym przypadku wpływ ciśnienia zewnętrznego oddziaływującego na ciało nurka jest niewielki. Po zaprzestaniu oddychania i zamknięciu głośni ciało staje się układem zamkniętym w którego skład wchodzą:
Kiedy normalna eliminacja CO2 z organizmu jest upośledzona lub przerwana, to ciśnienie parcjalne CO2 we wszystkich przedziałach musi rosnąć. Szybkość tego przyrostu zależy nie tylko od ilości dwutlenku produkowanego na bieżąco, ale również od pojemności buforującej (neutralizującej) krwi i jej szybkości przepływu. W tym samym czasie stałe zapotrzebowanie tkanek na O2 powoduje stopniowe obniżanie ciśnienia parcjalnego w płucach i pogorszenie wysycenia tlenem krwi tętniczej. Jak już napisałem przy omawianiu hiperwentylacji, przy utrzymanym normalnym tempie przemian metabolicznych w tkankach może dojść do sytuacji, w której przyrost stężenia produkowanego dwutlenku węgla jest zbyt wolny w stosunku do tempa zużywania O2 i przy braku sygnału do zaczerpnięcia oddechu może umożliwić spadek pO2 poniżej wartości, niezbędnej dla prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego.
W przypadku głębokich nurkowań na zatrzymanym oddechu należy dodatkowo przy omawianiu uwzględnić rolę zmieniającego się ciśnienia zewnętrznego i jego wpływu na równowagę gazową.
Zgodnie z prawami fizyki, w trakcie zanurzania następuje wzrost ciśnienia zewnętrznego, które poprzez kompresję klatki piersiowej powoduje zwiększenie ciśnień parcjalnych poszczególnych gazów wchodzących w skład mieszaniny oddechowej (prawo Daltona). Następuje wzrost ciśnienia parcjalnego zarówno tlenu (PO2) jak również dwutlenku węgla (pCO2) i azotu (pN). Jak to zmieniające się ciśnienie w klatce piersiowej wpływa na naturalne mechanizmy wymiany gazowej, w poszczególnych fazach nurkowania należy prześledzić przyjmując standardowy, prostokątny profil nurkowania.
Faza zanurzania.
Krótka hiperwentylacja wywołuje znaczne obniżenie pCO2 w płucach i
alkalozę oddechową
Wyżej opisane procesy trwają również w fazie pobytu na danej głębokości nurkowania. Natomiast najgroźniejsze zmiany występują w trakcie wynurzania, kiedy dochodzi do stopniowego zmniejszania ciśnienia zewnętrznego a co za tym idzie rozprężania klatki piersiowej i zwiększenia objętości płuc.
Dodatkowym czynnikiem o którym należy wspomnieć jest możliwość wystąpienia
narkozy związanej z nadmiarem CO2 (pCO2 powyżej 57 mmHg) ze współistniejącą
kwasicą. O ile w pojedynczych nurkowaniach na pierwsze miejsce wśród przyczyn
utraty przytomności wysuwa się hipoksja, o tyle przy nurkowaniach sukcesywnych,
następujących szybko jedno po drugim zatrucie CO2 może grać dominującą
rolę. Okresy przerwy pomiędzy nurkowaniami mogą być zbyt krótkie aby doprowadzić
do przywrócenia właściwych relacji gazowych na poziomie tkankowym. Dochodzi
wtedy do narastającej retencji CO2 która może stać się przyczyną utraty
przytomności.
Wpływ zmian ciśnienia parcjalnego azotu zawartego w płucach na wymianę
gazową w trakcie nurkowania na zatrzymanym oddechu jest w zasadzie do pominięcia.
W przypadku pojedynczych nurkowań na niewielkie głębokości jego znaczenie
jest minimalne. Problem pojawia się dopiero przy powtarzalnych głębokich
nurkowaniach, kiedy może dojść do wystąpienia objawów typowych dla choroby
dekompresyjnej. Na podstawie badań doświadczalnych stwierdzono, że aby
zaistniały warunki niezbędne do pojawienia się pęcherzyków zatorowych,
konieczne jest wykonanie około 60 nurkowań na głębokość 20 metrów w ciągu
5 godzin. Powyższe dane będą każdorazowo inne biorąc pod uwagę zmienność
osobniczą i elementy predysponujące. Istnieje specjalna nazwa dla choroby -
TARAVANA, występującej u poławiaczy pereł. Wykonują oni nurkowania na
znacznie większe głębokości (30 - 40 m) przez kilka godzin dziennie. U
dziesięciu do trzydziestu procent z nich występują nudności, wymioty,
zaburzenia równowagi, częściowy lub całkowity paraliż, okresowe utraty
przytomności a w najcięższych przypadkach może kończyć się śmiercią.
Jakkolwiek etiologia tej choroby nie jest jednoznacznie wyjaśniona, wielu
badaczy uważa ją za wynik retencji azotu w organizmie i jego wpłce. Istnieje specjalna nazwa dla
Oprócz zaburzeń w gospodarce gazowej istnieje jeszcze wiele innych czynników
które mają bezpośredni wpływ na fizjologię organizmu w trakcie nurkowań
na zatrzymanym oddechu.
Organizm człowieka posiada słabe mechanizmy przystosowawcze do środowiska
wodnego. Nawet w niewielkim stopniu wytrenowany płetwonurek manifestuje
gwałtowne obniżenie akcji serca bezpośrednio po zanurzeniu w zimnej wodzie.
Wystarczy zanurzyć twarz aby na drodze odruchowej doszło do zwolnienia
tętna. Odruch ten jest torowany dodatkowo poprzez kompresję klatki piersiowej.
U zaawansowanych płetwonurków akcja serca zwalnia nawet do 40 %. W szczególnych
przypadkach obserwowano spadek tętna do niewiarygodnej wartości 20 uderzeń
serca na minutę. Niestety zmiany te mogą spowodować wystąpienie groźnych
dla życia zaburzeń rytmu serca o różnej etiologii. Dotyczy to zwłaszcza
osób znajdujących się na granicy wydolności krążenia.
Nie ma wątpliwości, że bradykardia jest bezpośrednio związana z temperaturą
wody i jest częścią znacznie bardziej skomplikowanych zmian w zakresie
układu krążenia. Dochodzi do zmniejszenia rzutu serca (ilości krwi przepływającej
przez serce/min) co jest związane dodatkowo z obkurczeniem obwodowego łożyska
naczyniowego. Zmiany te prowadzą w efekcie do zmniejszenia zużycia tlenu
i wpływają bezpośrednio na wydłużenie czasu nurkowania na zatrzymanym oddechu.
Wytrenowani nurkowie manifestują szereg innych fizjologicznych adaptacji
które zwiększają ich możliwości przeprowadzenia dłuższych i głębszych nurkowań.
Jedna z tych adaptacji polega na zjawisku kurczenia się śledziony która
jest narządem wewnętrznym magazynującym krew. Doprowadza to do uwolnienia
dodatkowych ilości ciałek krwi pozwalających na zwiększenie ilości
tlenu przyswajanego podczas wentylacji na powierzchni. Wartość hemoglobiny
zwiększa się o około 10 % (9). Poprawia to transport tlenu do krytycznie
ważnych narządów. Niestety zjawisko to ma także swoje negatywne strony.
Dodatkowa ilość krwinek doprowadza do zagęszczenia krwi i wzrostu oporów
naczyniowych w krążeniu a to może leżeć u podstaw wielu przypadków
utonięć w których pośmiertnie stwierdzano jako bezpośrednią przyczynę niewydolność
krążenia lub zawał serca.
U osób trenujących nurkowanie na zatrzymanym oddechu stwierdza
się wiele innych przystosowań z których najważniejsze to: skurcz naczyń
krwionośnych będący wynikiem hipoksji, powodujący zaoszczędzenie tlenu
dla organów istotnych z punktu widzenia przeżycia, to znaczy serca mózgu
i mięśni. Zmiany biochemiczne we krwi umożliwiają bardziej efektywną gospodarkę
tlenową w warunkach hipoksji, a ośrodkowy układ nerwowy wykazuje narastającą
adaptację do powtarzających się okresów zatrzymania oddechu. Pozwala
to ignorować przez dłuższy okres czasu wewnętrzny głos, domagający się
zaczerpnięcia powietrza.
Prawdopodobnie najlepsze podejście do zagadnień nurkowań na zatrzymanym
oddechu i przede wszystkim hiperwentylacji prezentowane jest w podręczniku U.S.
Navy Diving Manual (Volume 1, Air Diving): hiperwentylacja powietrzem przed
nurkowaniem na zatrzymanym oddechu jest prawie standardową procedurą i jest
względnie bezpieczna pod warunkiem że nie jest prowadzona zbyt energicznie i
przez zbyt długi okres czasu. Nie powinna przekraczać trzech do czterech głębokich
oddechów, a nurek powinien rozpocząć wynurzanie jak tylko pojawią się
pierwsze sygnały domagające się zaczerpnięcia wdechu. Powyższe stwierdzenie
jest mocno dyskutowane w środowisku medycznym. Część lekarzy jest zdania że
jakakolwiek forma hiperwentylacji podnosi znacznie ryzyko nurkowania co jest związane
z trudną do przewidzenia zmiennością osobniczą i dużą ilością czynników
biorących udział i mających wpływ na wystąpienie uśnięcia pod wodą. Nikt
nie dyskutuje natomiast z faktem, że przedłużona hiperwentylacja, prowadzona
przez długi okres czasu, której towarzyszą objawy hipokapni - jest procedurą
nie do przyjęcia.
Znalazło to potwierdzenie w badaniach japońskich nurków AMA, którzy
przed rozpoczęciem nurkowania wykonują łagodną hiperwentylację ograniczoną
do 3-4 wdechów z towarzyszącymi wydechami poprzez zaciśnięte wargi, a następnie
wykonują jeden głęboki wdech przed samym zanurzeniem.
W innych badaniach znaleziono pewną prawidłowość co do profilu psychologicznego
osób szczególnie zagrożonych hiperwentylacą i w efekcie uśnięciem pod wodą.
Są to najczęściej ludzie młodzi, podejmujący nurkowanie z komponentą współzawodnictwa,
starający się pobić swoje rekordy co do głębokości lub czasu zanurzenia.
Często również dotyczy to łowców podwodnych, którzy w pogoni za rybą, lub
zaaferowani znajdującą się w polu widzenia zdobyczą, lekceważą, bagatelizują,
lub nie zauważają wewnętrznego głosu nakazującego przerwać nurkowanie.
Jak zwykle w przypadku działań mogących spowodować zagrożenie zdrowia
lub życia, dużego znaczenia nabiera świadomość podejmowanego ryzyka i odpowiednia
prewencja. Przystępując do nurkowania na zatrzymanym oddechu należy pamiętać
że:
Tomasz Cieniawa (instruktor KDP/CMAS***)