Você sabe o que está respirando?

Análise de CO2 em mergulhos de rebreather


Um mergulhador de rebreather contempla sua mistura gasosa.


Ao contrário de um mergulhador de circuito aberto, que respira uma mistura gasosa pré-determinada (Você analisa seus gases antes de mergulhar, certo?), um mergulhador de rebreather respira a partir de uma atmosfera artificial que varia, com certo dinamismo, ao longo de um mergulho.

Um rebreather eletrônico tem duas funções: medir e manter um determinado nível de oxigênio (pressão parcial de oxigênio, ou PO2) utilizando sensores de oxigênio (O2) e um controlador; e remover o dióxido de carbono (CO2) exalado pelo mergulhador através de um depurador químico. Até recentemente não existia uma maneira de se detectar a presença de CO2 no circuito respiratório – isto é, saber se o rebreather estava funcionando corretamente.

A detecção de CO2 há muito é um problema para a Marinha Americana, já se gastaram milhões de dólares nos últimos 50 anos para encontrar uma solução, e por uma boa razão: a hipercapnia por aumento do nível de CO2 no circuito respiratório é um risco enorme em mergulhos com rebreathers. Essa condição pode levar à incapacitação, perda de consciência e morte em quantidades superiores a 0.01-0.02 atm.

Mergulhadores tendem a ter problemas na detecção do aumento de CO2, especialmente quando estão fazendo esforço. Quando detectam, a situação costuma estar extrema, requerendo um resgate e não um bailout. Apropriadamente apelidado de a matéria negra do mergulho com rebreather, o CO2 pode ser o responsável, ou um fator contribuinte, em até um terço das fatalidades em mergulhos esportivos com rebreathers.

Nos últimos cinco anos, como resultado de uma importante descoberta tecnológica, diversos fabricantes de rebreathers comerciais introduziram sensores infravermelhos não dispersivos (NDIR) que avisam os mergulhadores sobre níveis de CO2 elevados, indicando uma possível falha no depurador. Apesar da tecnologia estar na sua infância, parece promissora para o aumento da segurança do mergulhador.

Enquanto isso, a Unidade de Mergulho Experimental da Marinha Americana (NEDU), que testou dezenas de dispositivos NDIR com sucesso limitado devido a problemas com vapor de água e efeitos da pressão, está atualmente testando uma inovadora película para ser usada em rebreathers de oxigênio, que pode revolucionar a detecção de CO2.
Matéria negra no circuito respiratório
Mergulhadores produzem cerca de 0,9 litros de CO2 para cada litro de O2 que consomem. Um rebreather, funcionando apropriadamente, remove este gás do circuito respiratório. Apesar disso, o CO2 pode se acumular de diversas formas. Primeiro, níveis de CO2 inspirado aumentam exponencialmente assim que o depurador atinge sua capacidade máxima, o que é conhecido como "breakthrough."

Se sentindo com sorte? Apesar dos fabricantes publicarem durações do depurador considerando cenários extremos, a duração real pode variar para mais ou para menos por um fator de quatro vezes, dependendo do perfil do mergulhador e do nível de esforço físico, da temperatura da água e até da marca do absorvedor de CO2 utilizado.

Preparação ou instalação errôneas do depurador, ou esquecer de lubrificar um anel de vedação no depurador, podem resultar em uma canalização do fluxo, permitindo que o CO2 seja inspirado. O mesmo pode acontecer quando uma "válvula cogumelo", válvula unidirecional que direciona o sentido do fluxo, está suja.


O sensor de CO2 do Hollis Explorer com filtro anti umidade
Finalmente, mergulhadores eliminam CO2 ao respirar, e os níveis de CO2 no sangue arterial de um mergulhador podem aumentar a níveis perigosos como resultado de uma ventilação inadequada. Na verdade, os efeitos combinados da imersão, o desequilíbrio hidrostático respiratório, a maior densidade dos gases, e ter que circular o gás pelo circuito respiratório com os próprios pulmões, pode reduzir a capacidade de ventilação de um mergulhador de rebreather em cerca de 50% aos 33 metros, aumentando com o aumento da profundidade.

Na ausência de detecção de CO2, mergulhadores militares têm confiado em protocolos estritos na preparação de seus rebreathers; incluindo uma pré-respiração de cinco minutos para detectar possíveis problemas. Entretanto, um estudo recente1 descobriu que 90% dos mergulhadores não detectou uma falha parcial no depurador durante a pré-respiração. Isto ilustra a enorme necessidade de se ter um sensor confiável.

Em 2001, sob pressão para reduzir falhas de depuradores na Marinha, a NEDU lançou e patenteou um sensor térmico para depuradores que mede o calor da reação química enquanto o ponto de neutralização do CO2 se move através do depurador. A empresa AP Diving desenvolveu, em paralelo, o seu sensor, chamado de TempStik. Apesar de não ser à prova de erros, estes dispositivos funcionam como uma espécie de medidor para estimar quanto absorvente de CO2 foi utilizado e quanto resta, reduzindo bastante a incerteza quanto à duração do depurador.
O Mestre dos Sensores
A Marinha Americana quer melhorar a segurança ao equipar rebreathers com um medidor para o depurador e um, ou mais, sensor de CO2. O interessante é que foram os rebreathers esportivos os primeiros a incorporar essa solução combinada.

Em 2008, o pioneiro dos rebreathers Kevin Gurr, da VR Technology Ltd., lançou o Sentinel, que incluía um sensor térmico licenciado da NEDU e, o que era uma grande novidade na época, um sensor NDIR de baixo consumo da empresa Gas Sensing Solutions (GSS). Mais tarde ele incorporou estes dispositivos ao Explorer, que foi vendido para a empresa Hollis Inc. A empresa AP Diving introduziu em seus rebreathers a sua versão do sensor GSS em 2014. A empresa rEvo Rebreathers também licenciou o sensor da NEDU.


Sensor de CO2 da AP Diving posicionado
O sensor GSS projeta uma luz LED infravermelha através do gás que sai do depurador e calcula o nível de CO2 com base na quantidade de luz absorvida. Infelizmente o vapor de água também absorve luz infravermelha e, portanto, é lido como CO2, por isso é necessário o uso de uma barreira para manter o sensor seco. Isto não é uma tarefa simples em um ambiente com 100% de umidade, mas pode ser conseguido com o uso de filtros substituíveis.

O software também requer extensos dados de calibração, já que a absorção de luz varia com a pressão de uma forma não "computacionável". Por conta de sua localização no circuito, o sensor é incapaz de detectar uma falha na "válvula cogumelo" ou um aumento do CO2 arterial.

Apesar dos sensores serem sensíveis, e precisarem ser trocados em alguns casos, a maioria dos usuários aprovou. "O sensor atual é uma adição fenomenal em prol da segurança nos rebreathers," um mergulhador me disse. "Mas parece estar ainda em desenvolvimento."


O circuito eletrônico do sensor da Polestar Technology
A maior revolução pode ser uma nova tecnologia em desenvolvimento pela Polestar Technologies Inc. que a NEDU está testando para uso em rebreathers de oxigênio. No seu centro se encontra um disco feito de um filme de polímero que muda de cor, de azul para amarelo, de uma forma reversível e previsível quando exposto ao CO2. Notavelmente, a umidade não afeta a sua operação.

Uma minúscula luz LED ilumina o disco a partir de um compartimento selado que abriga a eletrônica. Um medidor de cor lê a cor do disco, e converte para um nível de CO2. O HUD, interface luminosa que fica ao nível dos olhos do mergulhador, mostra uma luz verde quando tudo está bem, ou pisca uma luz vermelha quando os níveis de CO2 atingem um limite pré-determinado. Este sistema pode ser facilmente integrado a um rebreather de gases mistos.

No futuro este dispositivo pode ser adaptado para caber no bocal de um rebreather e medir o CO2 exalado por um mergulhador – o que seria o santo graal do monitoramento de CO2 – para estimar os níveis de CO2 arterial. Rebreathers podem, no futuro, ter múltiplos sensores.

Apesar da tecnologia existir, apenas seis, dos mais de 20 rebreathers no mercado, oferecem alguma forma de proteção ao CO2, e apenas dois oferecem um sensor de temperatura e de CO2. Muitos não sentem a necessidade. Como me disse um fabricante, "Mergulhadores têm apenas que saber preparar seus depuradores corretamente. "

Dado que as taxas de fatalidade com rebreathers são entre cinco e 10 vezes maiores do que as taxas com circuito aberto, talvez a pergunta deva ser feita aos próprios mergulhadores: "Vocês querem saber o que estão respirando, ou não?"

Referencias
1. Deng C, Pollock NW, Gant N, Hannam JA, Dooley A, Mesley P, Mitchell SJ. The five-minute prebreathe in evaluating carbon dioxide absorption in a closed-circuit rebreather: a randomized single-blind study. Diving Hyperb Med. 2015; 45(1):16-24.

© Alert Diver — 1º Trimestre 2016

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