Zmiana gazu, która może zaszkodzić: kontrdyfuzja izobaryczna w praktyce

Na nurkowaniu z helem jest moment, który wygląda zupełnie zwyczajnie: przystanek, sprawdzenie głębokości, partner potwierdza butlę, wpinasz automat ze stage’a i oddychasz nowym gazem. To samo ćwiczysz od pierwszego kursu dekompresyjnego. A jednak właśnie w tym momencie może zacząć się problem, którego nie pokazuje żaden komputer: kontrdyfuzja izobaryczna, w skrócie ICD (od ang. isobaric counterdiffusion).

Temat bywa uznawany za akademicki i różne programy szkoleniowe traktują go bardzo różnie. Reilly Fogarty z DAN (Divers Alert Network, organizacji zajmującej się bezpieczeństwem i medycyną nurkową) opisał go w magazynie InDEPTH w tekście, który był jednym z najchętniej czytanych artykułów tego magazynu w 2020 roku. Poniżej opowiadamy najważniejsze wnioski po swojemu i dokładamy przykłady z liczbami.

Co to właściwie jest?

Najpierw dwa pojęcia. Gaz obojętny to ta część mieszaniny oddechowej, której organizm nie zużywa: azot i hel. To one rozpuszczają się w tkankach pod ciśnieniem i to one odpowiadają za dekompresję. Trimix to mieszanina tlenu, helu i azotu, a nitroks (EAN) to mieszanina tlenu i azotu z większą ilością tlenu niż w powietrzu.

„Izobaryczna” znaczy „przy tym samym ciśnieniu”. „Kontrdyfuzja” to przenikanie dwóch gazów w przeciwnych kierunkach. Czyli: głębokość się nie zmienia, ale jeden gaz obojętny wnika do tkanek, a drugi z nich wychodzi. Dzieje się tak za każdym razem, gdy zmieniasz mieszaninę z dużą ilością helu na mieszaninę z dużą ilością azotu (albo odwrotnie).

Kłopot polega na tym, że te gazy nie poruszają się w tym samym tempie. Hel przenika przez tkanki około 2,65 raza szybciej niż azot. Jeśli w jakiejś tkance azot chwilowo wchodzi szybciej, niż hel zdąży ją opuścić, suma rozpuszczonych gazów obojętnych rośnie, mimo że nie zmieniasz głębokości. Tkanka może przejściowo znaleźć się w stanie przesycenia, czyli mieć w sobie więcej gazu, niż „powinna” przy danym ciśnieniu. A z przesycenia biorą się pęcherzyki.

Dwa rodzaje ICD

ICD powierzchowna (skórna). Dotyczy gazu, który otacza ciało, a nie tego, którym oddychasz. Klasycznie opisywano ją u nurków saturowanych, którzy oddychali powietrzem lub mieszaniną z małą ilością helu w komorze wypełnionej heliokslem (tlen z helem). Hel z otoczenia szybko wnikał przez skórę, azot wychodził wolno, a efektem bywały bolesne, zaczerwienione zmiany skórne. W nurkowaniu rekreacyjnym i technicznym jest to raczej teoria, ale z tego powodu odradza się pompowanie helu do suchego skafandra. Hel do tego słabo izoluje, więc i tak byłoby Ci zimno. Argon, którego część nurków używa do suchacza dla lepszej izolacji, przenika wolniej, więc nie jest to opisany tu scenariusz (artykuł źródłowy go nie omawia).

ICD głęboka. To ta, z którą realnie spotyka się nurek techniczny. Zachodzi przy zmianie gazu oddechowego na mieszaninę o innej „szybkości” gazu obojętnego: z nitroksu podróżnego na trimix denny w drodze w dół albo z trimiksu dennego na nitroks dekompresyjny w drodze w górę. Pęcherzyki powstałe w ten sposób mogą dawać swędzenie skóry, potem bóle stawów, a w ostatnich latach wiąże się je przede wszystkim z chorobą dekompresyjną ucha wewnętrznego (IEDCS, od ang. inner ear decompression sickness).

Dlaczego akurat ucho?

Ucho wewnętrzne to mały, wypełniony płynem narząd odpowiadający za słuch i równowagę. Model Doolette’a i Mitchella z 2003 roku pokazuje, że gaz wymienia się tu w nietypowy sposób: przez płyny ucha i ograniczony przepływ krwi, a przez okienko okrągłe (błonę oddzielającą ucho wewnętrzne od środkowego) prawie wcale. Po przejściu z gazu bogatego w hel na gaz z dużą ilością azotu dopływ azotu może przez chwilę przewyższać usuwanie helu. Nawet krótkie przesycenie wystarczy, żeby pęcherzyki powstały i urosły. Ten mechanizm dobrze tłumaczy przypadki DCS ucha wewnętrznego opisywane po zmianach gazu na nurkowaniach technicznych.

Objawy, na które warto uważać po zmianie gazu i po nurkowaniu, to przede wszystkim zawroty głowy (uczucie wirowania), nudności i wymioty, szum w uszach, pogorszenie słuchu i problemy z równowagą. Takich objawów nie wolno „przeczekać”: tlen, kontakt z DAN i ośrodkiem medycyny hiperbarycznej.

Co mówią badania?

Wyodrębnienie ICD jako jedynej przyczyny DCS jest trudne, bo na każdym nurkowaniu działa naraz wiele czynników. Mimo to kilka badań daje spójny obraz. W pracy z 1977 roku u kóz saturowanych pod ciśnieniem 5 atmosfer zamiana azotu na hel o tym samym ciśnieniu zwiększyła liczbę pęcherzyków, co sugeruje, że zjawisko może występować już przy głębokościach znanych z nurkowania rekreacyjnego. Podczas francuskiej misji saturowanej Hydra V nurkowie dostali DCS po przejściu z mieszaniny wodoru, helu i tlenu na szybciej dyfundujący helioks. Inne modele różnią się szczegółami, ale łączy je jedno: problem robi przejściowe przesycenie tkanek tuż po zmianie gazu.

Jak planować zmiany gazów

Fogarty podkreśla, że konkretne mechanizmy są częściowo teoretyczne, ale ostrożne planowanie kosztuje niewiele: czasem trochę dłuższą dekompresję. W praktyce:

• Planuj zmiany gazu tak, żeby ograniczać przesycenie. Jedni badacze proponowali, by zmianę z helu na azot uznawać za akceptowalną, a odwrotną robić tylko z rekompresją, co na łodzi jest raczej niewykonalne. Doolette i Mitchell sugerowali ograniczać przejścia z trimiksu na nitroks w trakcie wynurzania albo planować je na takiej głębokości, by przesycenie było jak najmniejsze.
• Ograniczaj przejścia z gazu bogatego w hel na ubogi w hel, na tyle, na ile pozwala akceptowany przez Ciebie poziom ryzyka.
• Zwiększaj zapas wraz z głębokością i czasem dennym, bo tkanki są wtedy bardziej nasycone.
• Wybieraj ostrożniejszą opcję, gdy nie wnosi nowego ryzyka.

Jedyną konkretną liczbą w artykule jest zalecenie brytyjskiej federacji BSAC: wzrost ciśnienia parcjalnego azotu (PN₂) w chwili zmiany gazu nie większy niż 0,5 bara. Ciśnienie parcjalne to „udział” danego gazu w ciśnieniu otoczenia: frakcja gazu razy ciśnienie bezwzględne. Mike Rowley, były szef sekcji technicznej BSAC, zaznacza, że to wartość orientacyjna i 0,7 bara nie oznacza katastrofy. Istnieją też inne reguły, np. tzw. reguła piątek (zwykle opisywana tak, że wzrost frakcji azotu nie powinien przekraczać jednej piątej spadku frakcji helu) albo liczenie osobnych przedziałów tkankowych dla helu i azotu. Według Fogarty’ego brakuje jednak dowodów, że któraś z nich rzeczywiście zapobiega wypadkom.

Policzyliśmy kilka typowych zmian (ciśnienie otoczenia: 1 bar + 1 bar na każde 10 m):

Przejście z trimiksu 15/55 (15% tlenu, 55% helu, 30% azotu) prosto na EAN50 na 21 m podnosi PN₂ z 0,93 do 1,55 bara, czyli o 0,62 bara. Z trimiksu 10/70 skok sięga 0,93 bara. Trimix denny z mniejszą ilością helu (18/45) albo gaz pośredni z helem, np. trimix 35/25 na 27 m, a dopiero potem EAN50, rozkłada ten sam „skok” na mniejsze kroki. Zwróć też uwagę, że ΔPN₂ zależy od głębokości: ta sama różnica frakcji płycej daje mniejszy wzrost. To przykłady do zrozumienia zasady, a nie gotowy plan: konfigurację gazów zawsze dobieraj z instruktorem i programem planującym.

Słowniczek

• ICD (kontrdyfuzja izobaryczna): przenikanie dwóch gazów obojętnych w przeciwnych kierunkach przy stałym ciśnieniu, np. po zmianie gazu.
• Gaz obojętny: azot lub hel w mieszaninie oddechowej; rozpuszcza się w tkankach i decyduje o dekompresji.
• Trimix X/Y: mieszanina z X% tlenu i Y% helu; reszta to azot.
• EAN50: nitroks z 50% tlenu, typowy gaz dekompresyjny.
• Ciśnienie parcjalne (PN₂): część ciśnienia otoczenia przypadająca na dany gaz (frakcja × ciśnienie bezwzględne).
• Przesycenie: stan, w którym w tkance jest więcej rozpuszczonego gazu, niż odpowiada ciśnieniu otoczenia; sprzyja pęcherzykom.
• IEDCS: choroba dekompresyjna ucha wewnętrznego (zawroty, szum, niedosłuch, zaburzenia równowagi).
• Helioks: mieszanina tlenu i helu.

Chcesz ćwiczyć zmiany gazów pod okiem instruktora?

Planowanie mieszanin, zmiany gazów i dekompresja z helem to sedno kursów nurkowania technicznego. W Long Deco uczymy tego krok po kroku:

• PADI Tec 40: wejście w nurkowanie dekompresyjne,
• PADI Tec 45 i Tec 50: głębsze nurkowania i kilka gazów dekompresyjnych,
• PADI Tec Trimix 65: pierwsze nurkowania z trimiksem i planowanie zmian gazów,
• PADI Tec Trimix Diver: pełny trimix i nurkowania poniżej 65 m.

Więcej o tym, co wpływa na ryzyko choroby dekompresyjnej, przeczytasz we wpisie Dekompresja bez tajemnic. Napisz do nas, pomożemy dobrać kurs do Twojego doświadczenia.

Źródło: Reilly Fogarty (DAN), Isobaric Counterdiffusion in the Real World, InDEPTH, 6 maja 2020, Artykuł w serwisie InDEPTH. Prace cytowane w artykule: Lambertsen 1989; D’Aoust i in. 1977; Rostain i in. 1987; Doolette i Mitchell, J Appl Physiol 2003; 94(6): 2145–50; Burton 2004.

Grafiki i obliczenia: Long Deco. Tekst ma charakter edukacyjny i nie zastępuje szkolenia ani porady lekarza medycyny nurkowej.