Osiem godzin przy PpO2 = 1.3: jak nauka dogoniła sposób, w jaki naprawdę nurkujemy.

Słowa kluczowe

Zegar tlenowy (oxygen clock); rebreathery; ryzyko; drgawki; nurkowanie techniczne.

Abstrakt 

Nurkowie techniczni i naukowi oddychający mieszaninami, które dostarczają hiperbaricznych ciśnień parcjalnych tlenu, mogą być narażeni na rozwój tlenowej toksyczności ośrodkowego układu nerwowego (CNS), mogącej manifestować się napadem drgawkowym, często bez wyraźnych objawów ostrzegawczych.

Główną strategią zapobiegania jest przestrzeganie limitów czasowych zależnych od inspiratoryjnego ciśnienia parcjalnego tlenu (PO₂), opublikowanych w 1991 roku. Limity te wywodzą się z badań Marynarki Wojennej USA, prowadzonych przy wyższych PO₂ niż typowo stosowane obecnie przez nurków. W szczególności, limity dotyczące PO₂ ≤ 1,3–1,4 atm — najczęściej używane w nurkowaniu technicznym — mają bardzo słabą podstawę eksperymentalną.

Współczesne nurkowania techniczne często obejmują długie dekompresje, które prowadzą do przekraczania tych limitów, a z relacji wynika, że takie przekroczenia wiążą się z niskim ryzykiem wystąpienia CNS-O₂. Zespół ekspertów poszukiwał danych wspierających aktualizację limitów czasowych dla typowych nurkowań technicznych. Dane takie istnieją jedynie dla inspiracji PO₂ = 1,3 atm — wartości standardowo stosowanej w rebreatherach utrzymujących stałe PO₂.

Limit NOAA (1991) dla pojedynczej ekspozycji przy PO₂ = 1,3 atm wynosi 180 minut, a maksymalny limit dobowy 210 minut. Najnowsze badania wskazują, że nurkowania z PO₂ = 1,3 atm zawierające do 240 minut pracy (część dennej), a następnie do 240 minut spoczynkowej dekompresji, cechują się akceptowalnie niskim ryzykiem CNS-O₂. Zalecenie to zostało przedstawione i zatwierdzone na niedawnym warsztacie NOAA z udziałem nurków technicznych i naukowych.

Wprowadzenie  

Oddychanie tlenem o parcjalnym ciśnieniu wyższym niż to występujące podczas oddychania powietrzem (FiO₂ 20,9%) przy 1 atm absolutnym może prowadzić do toksycznych efektów. Rozpoznaje się trzy układy narządowe podatne na te efekty:

1. Mózg – toksyczność tlenowa CNS,

2. Płuca – toksyczność tlenowa płuc,

3. Oczy – nadmierna tlenowa krótkowzroczność.

Mechanizmy nie są całkowicie poznane, lecz kluczową rolę pełnią stres oksydacyjny i produkcja wolnych rodników.
Toksyny CNS i płucne są odwracalne, o ile nie wystąpi zdarzenie wtórne (np. utonięcie podczas napadu drgawkowego). Nadmierna krótkowzroczność jest w większości przypadków w pełni odwracalna.

Wszystkie trzy formy toksyczności zależą od dawki tlenu, czyli kombinacji PO₂ × czas ekspozycji, przy czym:

– CNS-O₂ występuje wyłącznie w zakresie hiperbaricznym, tj. przy PO₂ > 1,0 atm; może wystąpić po pojedynczej ekspozycji i akumuluje się w ekspozycjach blisko siebie.
– Toksynność płucna może pojawić się także przy długotrwałych ekspozycjach sub-hiperbaricznych, ale szybciej rozwija się pod ciśnieniem.
– Nadmierna krótkowzroczność rozwija się tylko przy ekspozycjach hiperbaricznych i jest efektem kumulacji wielu sesji.

Choć nurkowie mogą doświadczać objawów toksyczności płucnej po długich nurkowaniach lub seriach nurkowań, dotychczas nie odnotowano jej ciężkich, trwałych skutków. Myopijne zmiany refrakcji oczu obserwowano w długich ekspedycjach technicznych i w zdecydowanej większości ustępują.

Główna strategia kontroli ekspozycji tlenowych w nurkowaniu polega na ograniczaniu ryzyka CNS-O₂, z uwagi na możliwość nagłego napadu drgawkowego pod wodą. To właśnie temu zagadnieniu poświęcono niniejszy warsztat i artykuł.

Toksyczność tlenowa ośrodkowego układu nerwowego (CNS)

CNS-O₂ może manifestować się napadem drgawkowym. Mechanizm nie jest pewny, lecz prawdopodobnie stres oksydacyjny prowadzi do:

– osłabienia transmisji GABA-ergicznej (hamującej),
– wzmocnienia transmisji pobudzającej (m.in. glutaminianowej),
– lub obu jednocześnie.

Objawy prodromalne, takie jak:

– zmiany widzenia,
– nudności,
– szumy uszne,
– dezorientacja,
– drżenia mięśni (szczególnie przepony i mięśni twarzy),

mogą wystąpić, lecz nie muszą — drgawki mogą pojawić się bez ostrzeżenia.

Jedną z charakterystycznych cech toksyczności CNS jest wyższe ryzyko u nurków zanurzonych w wodzie niż u osób w suchych komorach hiperbarycznych. Wynika to z faktu, że wysiłek fizyczny i zwiększona praca oddechowa mogą zakłócać prawidłową regulację CO₂, prowadząc do retencji CO₂.

Wysoka gęstość oddychanego gazu (> 6 g/L) podnosi opór oddechowy, co sprzyja retencji CO₂.
Utrzymywanie CO₂ lub rebreathing CO₂ (np. w wyniku awarii scrubbera) nasila ryzyko drgawek, ponieważ CO₂ zwiększa przepływ mózgowy i podnosi napięcie tlenu w tkance mózgowej przy niezmienionym PO₂ w oddychanym gazie.

Istnieje dodatkowo znaczna zmienność osobnicza i wewnątrz-osobnicza podatności na CNS-O₂.

Ograniczanie ryzyka (Risk reduction and mitigation)

Główne narzędzie minimalizacji ryzyka CNS-O₂ to przestrzeganie limitów PO₂–czas. Najczęściej stosowane to limity NOAA z 1991 r. (Tabela 1).

NOAA stworzyła również zegar CNS, który pozwala sumować ekspozycje o różnych wartościach PO₂ według wzoru:

CNS% = (czas na danym PO₂ / limit czasu dla tego PO₂) × 100

Sumaryczne 100% oznacza osiągnięcie maksymalnego dopuszczalnego obciążenia CNS dla danej doby nurkowej.

Oprogramowania dekompresyjne powszechnie obliczają CNS%.

Uwaga o limitach NOAA

– Tabela zawiera również wartości PO₂ tak niskie, że nie powodują CNS-O₂; są one uwzględnione z powodu toksyczności płucnej.
– Źródła eksperymentalne limitów dla PO₂ < 1,6 atm są słabe; w praktyce opierają się głównie na „najlepszej ocenie ekspertów”, a nie na twardych danych.
– Dane US Navy z rozszerzonych testów dla PO₂ 1,6–2,5 atm są obszerne, lecz dotyczą wyższych poziomów PO₂ niż stosowane obecnie.

Dlaczego 1,3 atm?

Model US Navy wskazywał na 0% ryzyka CNS-O₂ przy PO₂ ≈ 1,3 atm.
Mimo to Marynarka wprowadziła arbitralny limit 240 min przy 1,3 atm z powodu ryzyka toksyczności płucnej.

Zgłaszano jednak pojedyncze anegdotyczne przypadki drgawek u technicznych nurków przy 1,3 atm.

Dodatkowe strategie prewencyjne

1. Przerwy tlenowe („air breaks”)

Przerywanie ekspozycji krótkimi odcinkami oddychania gazem o niższym PO₂ zmniejsza ryzyko drgawek.
Przykład: 5-minutowa przerwa w połowie 75-minutowej terapii HBO₂ (2,5 atm) obniżyła ryzyko drgawek o ponad połowę.

2. Minimalizacja retencji CO₂

– ograniczanie wysiłku fizycznego,
– utrzymywanie gęstości gazu < 6,2 g/L,
– prawidłowe działanie scrubbera CO₂,
– sprzęt o niskim oporze oddechowym.

3. Ograniczenie skutków drgawek pod wodą

– urządzenia do utrzymania ustnika (mouthpiece retaining devices),
– maski pełnotwarzowe,
– nurkowanie w zespole,
– wykonywanie długich dekompresji w habitatami (obniżenie wysiłku i eliminacja ryzyka utonięcia).

Kontekst współczesny i cele warsztatu

Nurkowie techniczni wykonują coraz głębsze i dłuższe nurkowania, często przekraczając limity z 1991 r., które nie są dostosowane do:

– rebreatherów z PO₂ 1,3–1,4 atm,
– wielogodzinnych dekompresji,
– obecnych praktyk operacyjnych.

Anegdotycznie: przypadki CNS-O₂ przy PO₂ 1,3–1,4 atm są skrajnie rzadkie, nawet przy znacznym przekraczaniu limitów NOAA.

Instruktorzy nurkowania znajdują się w trudnej sytuacji: muszą nauczać limitów, które w praktyce sami czasem muszą ignorować.

Zespół ekspertów NOAA i środowiska nurkowego zebrał się, by ocenić, czy dostępne dane pozwalają na rewizję limitów — szczególnie dla PO₂ = 1,3 atm, gdzie istnieją najlepsze dane.

Dane wspierające zmianę

Autorzy ustalili, że realne dane umożliwiające rewizję limitów istnieją tylko dla PO₂ = 1,3 atm.

US Navy korzysta obecnie z limitu 240 minut dla PO₂ 1,3 atm (do 4 dni z rzędu).

NEDU przeprowadziło liczne testy:

Ekspozycje open-circuit

– 126 ekspozycji,
– 360–480 min,
– PO₂ = 1,36–1,46 atm (krótkie wzrosty z powodu zmiany głębokości),
– przerwy powietrzne 5 min co 1–2 godziny,
– brak drgawek.

Ekspozycje CCR – MK16 MOD1

– 17 ekspozycji po 8 godzin w pełnym spoczynku,
– PO₂ = 1,3 ± 0,15 atm,
– brak drgawek.

Ekspozycje mieszane MK16 + MK25

– 88 nurkowań, 6–7 h,
– 43–60 min pracy, reszta dekompresja,
– 45 min oddychania powietrzem w komorze,
– brak drgawek.

Najnowsze dane (116 nurkowań)

– rebreather MK16,
– PO₂ = 1,3 atm,
– 5,4–8 godzin,
– 90–150 min wysiłku na dnie,
– dalsza dekompresja w warunkach suchych i ciepłych,
– przerwy powietrzne: 20 min na 30 msw + 5 min co godzinę,
– brak drgawek.

Ograniczenia danych

Autorzy zwracają uwagę:

– wiele ekspozycji odbywało się w spoczynku,
– reżimy testowe (CCR Navy) oferują precyzyjną kontrolę PO₂, większą niż typowe rekreacyjne CCR,
– część dekompresji była w warunkach suchych — bardziej sprzyjających niż realne nurkowanie,
– CO₂ retention w tych testach była minimalna.

Brakuje danych dla PO₂ 1,4–1,6 atm, więc nie można tworzyć nowych limitów dla wyższych PO₂.