Ciência do Mergulho a Fundo



"Aumentamos a segurança dos nossos mergulhadores, para que eles possam ficar mais tempo e ir mais fundo."
— Master Diver (Aposentado) Samuel Huss


Quatro

Um mergulhador vestindo um calorímetro tubesuit se submete a testes em
água fria para determinar onde o corpo ganha ou perde calor em diferentes
temperaturas de água.
mergulhadores musculosos da Marinha, todos voluntários, encaixam-se cuidadosamente através das duas câmaras hiperbáricas interligadas a caminho da câmara "Charlie". A partir daí eles irão descer para uma câmara cilíndrica, cheia de água – grande o suficiente para abrigar um ônibus escolar – que constitui a base da Instalação de Simulação Oceânica da Unidade de Mergulho Experimental da Marinha Americana (NEDU na sigla em inglês).

Os mergulhadores, cada um designado por um número para a finalidade do experimento, usam rebreathers de circuito fechado Mark 16 (MK-16) da Marinha equipados com máscaras full-face. Os rebreathers têm seus cilindros carregados com trimix 12/44 (12 por cento de oxigênio, 44 por cento de hélio, 44 por cento de nitrogênio) ou com heliox 12/88 (12 por cento de oxigênio, 88 por cento de hélio) - os mergulhadores não foram informados da mistura que eles estão utilizando.

Uma vez submersos na câmara, o supervisor de mergulho na sala de controle irá pressurizar os mergulhadores a 60 metros, onde eles completarão um mergulho de 40 minutos enquanto pedalam bicicletas ergométricas (bicicletas estacionárias). Eles serão então descomprimidos por quase duas horas de acordo com a tabela trimix para o MK-16, que é 15 minutos mais curta do que a tabela de descompressão correspondente para heliox e permite a ascensão inicial para a primeira parada de descompressão aos 21 metros (a primeira parada de deco da tabela de heliox está a 27 metros). Após subir à superfície, os mergulhadores serão monitorados para sinais e sintomas de doença descompressiva (DD).

Dado que acredita-se que o hélio, que não é narcótico (ao contrário do nitrogênio), tem uma absorção e eliminação mais rápida do que o nitrogênio, os modelos de descompressão existentes (incluindo o algoritmo de Albert Bühlmann, popular entre os mergulhadores técnicos) atribuem paradas mais profundas e correspondentemente tempos de descompressão maiores quanto maior for a fração de hélio na mistura respirada. Isto é chamado às vezes de penalidade do hélio.


Um mergulhador da Marinha na piscina de testes do NEDU executa um exercício durante um estudo fisiológico.


Se os modelos estiverem corretos (isto é, se a descompressão com trimix for mais eficiente do que o heliox para mergulhos curtos), os cientistas do NEDU esperariam ver uma maior incidência de DD nos mergulhos com heliox no estudo do que nos mergulhos com trimix. Mas o coordenador da pesquisa David Doolette, Ph.D., que também é um explorador de cavernas submarinas, não está convencido de que isso é o que eles vão encontrar.

Os pesquisadores da NEDU desenvolveram o mergulho com heliox na década de 1930 como parte da missão inicial do comando. O objetivo deles era encontrar uma maneira de limitar os efeitos debilitantes da narcose por nitrogênio para tornar possível o resgate de tripulações de submarinos da Marinha abatidos. Eles levantaram a hipótese de que o hélio exigiria menos descompressão do que o nitrogênio, mas seus testes iniciais concluíram o contrário. Com o sucesso do resgate dos sobreviventes do USS Squalus em 1939, o heliox tornou-se a mistura respiratória padrão da Marinha em mergulhos profundos.

Nos últimos anos, a Marinha Real canadense e outros começaram programas de pesquisa com trimix, em parte devido aos altos custos do hélio, e convidaram os EUA a participarem. Doolette e seus colegas Wayne Gerth, Ph.D., chefe da equipe de descompressão da NEDU, e Keith Gault, no entanto, convenceram seu patrocinador de que o programa só faria sentido se o trimix oferecesse tempos de descompressão significativamente reduzidos em comparação ao heliox, uma afirmação que nunca havia sido testada . Eles projetaram a experiência de acordo.

Os resultados? Os quatro mergulhadores de teste da Marinha completaram seus mergulhos com sucesso. Durante as nove semanas seguintes um total de 32 voluntários realizaram 50 mergulhos com heliox sem incidentes e 46 mergulhos de trimix com dois casos diagnosticados de DD. Estatisticamente, isso significa que os pesquisadores devem manter sua hipótese nula: a descompressão com trimix não é mais eficiente do que a descompressão com heliox; os modelos existentes precisam ser revisados. Não é a primeira vez que uma experiência da NEDU refuta as práticas ou crenças de mergulho existentes.
Experts e nerds
A experimentação está no cerne da empreitada que é a NEDU (pronuncia-se N-E-D-U), cuja herança científica remonta aos primeiros mergulhos experimentais da marinha, conduzidos pelo Chief Gunner George D. Stillson em 1912, para testar a teoria da descompressão de John Scott Haldane. Localizada na Base Militar da Praia da Cidade do Panamá, na Flórida, a missão da NEDU é desenvolver soluções para apoiar e melhorar o mergulho da frota e outras operações submarinas tripuladas através de pesquisas, desenvolvimento, testes independentes e avaliações de equipamentos e procedimentos. Pense nisso como nerds se encontrando com experts de mergulho da Marinha dos EUA.

Desde a sua fundação em 1927, a NEDU, juntamente com a divisão de pesquisa biomédica e desenvolvimento do mergulho do agora extinto Naval Medical Research Institute (que a NEDU absorveu no final dos anos 90), tem sido responsável por uma parte desproporcional dos avanços em procedimentos de descompressão, mergulho com misturas de gases, engenharia de aparelhos de respiração subaquática (UBA na sigla em inglês), mergulho de saturação (SAT na sigla em inglês) e nosso conhecimento de fisiologia do mergulho.

Em termos de quantidade e importância, nenhuma outra instituição pode reivindicar um registro mais distinto de contribuições. Os trabalhos coletados pela NEDU, que incluem mais de 1.000 relatórios técnicos e inúmeros trabalhos científicos, a maioria não confidenciais, incorporam a infra-estrutura intelectual e tecnológica usada por praticamente todas as comunidades de mergulho hoje.

Durante boa parte de sua história, a pesquisa da NEDU concentrou-se nos problemas enfrentados pelos mergulhadores dependentes que realizavam mergulhos com suprimento de ar proveniente da superfície (umbilical) e mergulhos de saturação, o que foi de importância crítica durante a Guerra Fria. Contudo, ao longo da última década e meia, o crescimento das operações especiais fez com que o comando voltado para o mergulhador dependente voltasse sua atenção para os problemas encontrados pelos mergulhadores livres, que representam metade dos 5.000 mergulhadores da frota


O executivo da NEDU, o Comandante Steve Duba, está na câmara úmida aberta da Ocean Simulation Facility.



"Nós estamos indo além com gases, profundidade e trocas gasosas, principalmente com rebreathers de circuito fechado," explicou o Comandante Steve Duba, um mergulhador de operações especiais que trabalha como chefe do NEDU. "É um suporte às operações especiais. Uma das nossas prioridades é manter os mergulhadores aquecidos em situações de mergulho independente. Também existe uma pressão para ir mais fundo, e estamos buscando desenvolver as tabelas e equipamento para apoiar isso. " Mergulhos no MK-16 estão atualmente limitados a 90 metros (os mergulhos em circuito aberto estão limitados a 58 metros).

Se você está se perguntando o que o futuro reserva para os mergulhos da Marinha Americana e, por extensão, ao mergulho como um todo, pense nisso: Ele está sendo inventado neste momento na NEDU.
Para Mergulhadores Por Mergulhadores
Caminhando pelo longo corredor de blocos cinza bege com piso de linóleo marrom-salpicado e fotos em preto e branco de ex-alunos famosos, jovens rapazes passando em shorts cáqui curtos e camisetas azuis da NEDU, é fácil imaginar que você entrou em uma escola paroquial dos anos 50 e não no céu do mergulho dos nerd. O mergulho é, de fato, visto com um fervor quase religioso aqui.

Você poderia dizer que a NEDU foi criada por mergulhadores, para mergulhadores. Seus 120 funcionários, incluindo cerca de 35 civis, compõem uma equipe singular de mergulhadores militares, oficiais médicos, cientistas e engenheiros. Além da liderança vinda dos oficiais das 20 e poucas comunidades de mergulho da frota - incluindo as equipes Sea-Air-Land (SEAL), Fleet Divers e EOD - há seis oficiais médicos, cerca de 25 cientistas e engenheiros e 50 mergulhadores de elite da Marinha, que servem como cobaias de teste e mantêm a instalação e o equipamento sob a supervisão de um Navy Master Diver.

A profundidade do conhecimento é palpável. "Eu estou na Marinha há 29 anos, e este é o melhor comando em que servi", disse o Project Officer capitão Edward "Andy" Woods, M.D., um ex- oficial médico do SEAL Team. "Há tantos indivíduos excepcionais - o melhor dos melhores. As pessoas vêm para cá porque são apaixonadas por mergulho; Eles não poderiam fazer isso em nenhum outro lugar. "

A NEDU se concentra em melhorar a segurança e o desempenho no mergulho. Cerca de 30-40 por cento de seus US $ 10 milhões do orçamento anual é reembolsável pelo trabalho realizado em nome de seus patrocinadores, que incluem o Office of Naval Research, Naval Special Warfare Command e Submarine Escape and Rescue (parte do Naval Submarine Medical Research Laboratory), bem como outros ramos de serviço como a Força Aérea. Suas pesquisas vão desde a pesquisa biomédica básica e aplicada até o atendimento das necessidades operacionais específicas dos combatentes. Às vezes, isso envolve soluções do tipo Einstein-encontra-MacGyver.

A NEDU também testa e certifica todo o equipamento usado ou que está sendo considerado para uso pela comunidade de mergulho da Marinha; sua unidade de teste não tripulada sem igual é capaz de sujeitar o equipamento a profundidades de 223 metros em água fria, quente, doce ou salgada. Além disso, realiza todas as investigações de acidentes de mergulho envolvendo funcionários federais, que foram cerca de 100 na última década.


Mergulhador de 1ª classe Greg Early levanta um capacete KM-37 após um
mergulho não tripulado de avaliação em águas congelantes, dentro da
câmara Bravo do complexo de mergulho experimental.
O trabalho da NEDU depende muito da Instalação de Simulação Oceânica (OSF), que é a maior e mais sofisticada instalação hiperbárica do mundo. Construída em 1971, o complexo de câmaras consiste de uma câmara úmida e cinco câmaras de vida / trabalho secas interligadas que podem simular as condições do oceano a profundidades equivalentes a 686 metros de água do mar e altitudes até 45720 metros. O complexo também acomoda testes homem-máquina complexos. A NEDU realiza dois a três mergulhos de saturação por ano na OSF como parte de sua missão de manter a capacidade de mergulho de saturação da Marinha. Os mergulhos podem durar até 30 dias e custam até $ 750.000 dólares.

Cientistas como Doolette dizem que a cultura de mergulho da NEDU permite que eles façam pesquisas que outras instituições não podem fazer. "Somos uma das poucas instalações no mundo que pode conduzir um experimento até à DD", disse Doolette. "Quase todo mundo olha para a EAV [embolia venosa gasosa] como uma medida de resultado."

Embora a maioria das organizações de pesquisa consideram cada vez mais inaceitável levar pessoas a uma DD, o duro ponto final torna os estudos de descompressão mais valiosos. "Os mergulhadores aqui dizem, ‘sim, eu farei isso' pois os colegas deles estão em campo na ponta do arpão," disse Doolette.


Os mergulhadores nas câmaras Alpha e Bravo da Ocean Simulation Facility
preparam-se para deixar a superfície.
Os mergulhadores da NEDU devem dar o seu consentimento informado para participar de um determinado experimento, cada um dos quais é cuidadosamente revisto por um comitê de revisão institucional, de acordo com leis federais, para garantir que atenda aos padrões éticos para a pesquisa com seres humano. Não há coerção. Os 50 mergulhadores alistados da unidade não são os únicos a se voluntariar; todos os mergulhadores participam.

"Eu me ofereço para ser voluntário, assim como os outros comandantes" disse o comandante Louis Deflice, um Master Diver que é o terceiro na linha de comando e está completando sua segunda missão na NEDU. Ele veio originalmente em 1997 como um mergulhador de saturação alistado. "Acreditamos em nossos mergulhadores e não pediríamos que fizessem mergulhos que nós mesmos não faríamos. É uma oportunidade para oferecer algo em troca."

Sem dúvida essa democratização da ciência contribui para o senso de união da NEDU. Muitos indivíduos dizem que a consideram uma família.
De Volta Para o Futuro
"Suponha que você estivesse realizando um mergulho de saturação e trancado para fora de uma plataforma submarina aquecida em um rebreather aos 300 metros em uma água quase congelante," disse Vince Ferris, um chefe de departamento que supervisiona uma instalação de teste não tripulada da NEDU. Ele está testando a variabilidade dos circuitos de compensação de temperatura em sensores de oxigênio, que determinam a quantidade de oxigênio (O2) adicionada ao circuito respiratório de um rebreather. Um excesso de 1 por cento aos 30 metros de profundidade não é um problema grave, mas aos 300 metros seria letal. Sua equipe também está investigando um novo e promissor sensor de dióxido de carbono (CO2) que usa uma película sensora de polímero para detectar o CO2, o que ao contrário dos sensores infravermelhos existentes é impermeável ao vapor de água. O dispositivo poderia melhorar muito a segurança do mergulho com rebreather.

Seu

Pesquisadores realizam testes de desempenho humano após mergulhos
repetitivos de longa duração.
mais recente projeto é determinar a eficácia do uso de cartuchos absorventes de CO2 da Micropore Inc. para o MK-16, bem como para o rebreather de oxigênio Dräger LAR V da frota. Embora os cartuchos não tenham tido sucesso com os mergulhadores técnicos devido ao seu preço, Ferris, que é um mergulhador técnico e de caverna veterano, acredita que eles ofereçam vantagens potenciais sobre os depuradores manualmente embalados aos mergulhadores militares. O laboratório também está testando novamente todos os reguladores e capacetes da Marinha para ver como eles se comportam em água doce quase congelada. Por causa de duas fatalidades de mergulho, eles descobriram recentemente que um regulador que funciona a - 1,6 °C em água salgada pode congelar a 1,11 °C em água doce. A lista de Ferris continua.

Os fisiologistas respiratórios Dan Warkander, Ph.D., e Barbara Shykoff, Ph.D., ambos mergulhadores, passaram os últimos cinco a seis anos examinando como os seres humanos interagem com aparelhos respiratórios subaquáticos, medindo quais combinações de resistência respiratória e CO2 podem ser toleradas. "Nosso objetivo foi tentar compreender a fisiologia: o que é seguro, o que não é, o que você pode fazer e por quê", disse Shykoff. "A Marinha está interessada em segurança."

Warkander realizou um trabalho essencial projetando e testando sistemas de medidores de depurador de CO2, enquanto Shykoff é considerado o residente especialista em intoxicação pulmonar, ou no corpo todo, por oxigênio. No final do ano passado, Shykoff publicou um novo modelo descritivo de risco para o mergulho com rebreather, destinado a substituir o familiar mas ultrapassado modelo de unidade de tolerância ao oxigênio (OTU) ensinado nos cursos de nitrox e técnicos. O problema? "Estamos tentando descrever a toxicidade do oxigênio como um único fenômeno, mas ele representa diferentes fenômenos dependendo da PO2 [pressão parcial de oxigênio]", explicou. "O modelo OTU também não inclui provisão para recuperação" (voltar a mergulhar depois de metabolizar o excesso de oxigênio).

John Florian, Ph.D., um outro pesquisador especializado no desempenho do soldado, descobriu uma nova forma de intoxicação do corpo inteiro por oxigênio logo após sua chegada ao NEDU em 2008. As forças de operações especiais (SOF) relatavam anedoticamente uma fadiga excessiva após seis horas de megulhos hiperóxicos com rebreathers de oxigênio. Florian conduziu experimentos e descobriu que os mergulhadores estavam sofrendo de um severo decréscimo no desempenho de seus sistemas muscular e cardiovascular.

A equipe de Florian agora está trabalhando para entender os mecanismos fisiológicos subjacentes e chegar a soluções prescritivas. "Os soldados podem estar doentes e com frio e irão ignorar essas condições. Essa é a cultura da SOF, mas eles não têm que fazer isso ", disse ele. "Queremos dar-lhes uma vantagem para que eles possam chegar com um decréscimo de 0% e se concentrar em sua tarefa, em vez de se forçarem."

Eles também estão investigando o sistema de proteção térmica do corpo na esperança de uma melhor compreensão da fisiologia térmica subaquática. Ele está olhando para o mecanismo básico de troca de calor, onde o corpo ganha ou perde calor em diferentes temperaturas de água, quanto calor é necessário e onde é necessário. Por exemplo, Florian disse que aplicar calor nos lugares errados pode na verdade abaixar a temperatura interna de um mergulhador. Seu objetivo é manter os mergulhadores autônomos aquecidos com um volume mínimo e / ou mínimo consumo de energia. NEDU testou vários sistemas de proteção térmica ativos que estão em desenvolvimento.


Gerth (primeiro plano) e Doolette avaliam um cronograma de descompressão experimental.


Gerth e sua equipe continuam a aperfeiçoar nossa compreensão do gerenciamento da descompressão. Além do recente experimento com trimix, em um estudo de 2011 envolvendo centenas de mergulhos, eles desmentiram a ideia de que paradas profundas, geradas por modelos de bolhas, são eficazes. Eles também descobriram que o status térmico de um mergulhador (por exemplo, estar aquecido no fundo e / ou com frio durante a descompressão) é um fator de risco para DD. A sua pista: os dados do Mar do Norte ligaram o uso de trajes de água quente com um ligeiro aumento nos casos de DD. "Nós achávamos que não faria qualquer diferença, mas descobrimos que sim", disse Gerth, que é considerado um dos modeladores de descompressão mais importantes do mundo.

Eles estão atualmente examinando a eficácia dos air breaks - a prática de respirar ar por cinco minutos após cada 30 minutos respirando O2 puro durante a descompressão e em tratamento hiperbárico. A prática nunca foi testada, e não se sabe se o padrão de air break é ideal ou mesmo necessário.

A principal prioridade da equipe, no entanto, é permitir que os mergulhadores da Marinha adaptem seus perfis de mergulho aos níveis de risco adequados à operação - isto é, assumir um risco específico de DD usando algoritmos probabilísticos. Um mergulho de treinamento poderia ser realizado com um risco baixo, enquanto o risco poderia ser aumentado em uma situação de combate, permitindo que os mergulhadores saíssem da água mais rapidamente. Eventualmente, eles esperam incorporar essa capacidade em computadores de mergulho. As tabelas MK-16, que são tabelas "iso-risco" - isto é, cada mergulho tem a mesma probabilidade de 2,3 por cento de DD - são as únicas tabelas probabilísticas atualmente em uso. Embora uma probabilidade de DD de 2,3 por cento possa parecer alta, esta medida pressupõe que o perfil de mergulho seja levado ao limite (um mergulho de perfil quadrado) e representa o risco médio num perfil típico da tabela da Marinha.

O que sabemos agora sobre o mergulho é mais, o mesmo ou menos do que o que não sabemos? John Clarke, Ph.D., Diretor Científico da NEDU desde 1991, autor e autoridade de ficção científica na interface humana-equipamento, sorriu e respondeu: "Há uma infinita profundidade de perguntas sobre mergulho. Estamos constantemente aprendendo e descobrindo que muitas das coisas que acreditamos simplesmente não estão corretas."
Saiba Mais
Visite AlertDiver.com/NEDU_milestones para uma linha do tempo de marcos do NEDU.

Para mais informações sobre o NEDU, assista a este breve documentário.



© Alert Diver — 3º Trimestre 2016

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