Sem Bolhas

Um olhar sobre o mergulho com rebreather


Muitos fotógrafos, cinegrafistas e mergulhadores que buscam uma interação próxima com a vida marinha apreciam a operação silenciosa e relativamente livre de bolhas dos rebreathers.


A primeira coisa que você percebe ao mergulhar com um rebreather de circuito fechado (CCR) é a ausência de barulho. Diferentemente do circuito aberto, com seus sons de fluxo de gases pressurizados e suas torrentes de bolhas exaladas, os rebreathers proporcionam uma maneira relativamente silenciosa de mergulhar. Os CCRs também permitem um grau de economia de gás que não é possível com sistemas de circuito aberto. Embora a maior complexidade dos dispositivos coloque um fardo extra sobre os mergulhadores, os rebreathers são muito úteis para certas aplicações.
Como os CCRs Funcionam
Uma pessoa que respira ar extrai apenas uma fração do oxigênio disponível. O ar inspirado contém 21 por cento de oxigênio e o exalado contém cerca de 16 por cento. Ao invés de perder o oxigênio exalado durante a expiração, os CCRs tem um circuito respiratório fechado no qual a respiração do mergulhador é a força motriz que empurra o gás através do circuito. Os componentes do sistema incluem o contra-pulmão, um recipiente flexível que se expande durante a expiração e se contrai durante a inalação; o depurador (scrubber), um material que remove o dióxido de carbono (CO2) do gás exalado; mangueiras flexíveis com válvulas unidirecionais para controlar a direção do fluxo de gás; sensores para analisar o conteúdo de oxigênio no gás inspirado; e válvulas para a adição automática e/ou manual de gases no circuito. Os gases são oxigênio e um diluente, este último normalmente um gás respirável com uma fração menor de oxigênio. Dependendo do planejamento do mergulho, o diluente pode ser ar, nitrox ou outra mistura de gases.

A eletrônica do rebreather analisa e ajusta o gás dentro do circuito de respiração para manter constantes a composição e o volume do gás durante o mergulho. Os sensores de oxigênio, normalmente mais de um para haver uma redundância, continuamente monitoram a pressão parcial do oxigênio (PO2) e adicionam oxigênio, em geral automaticamente, quando a PO2 cai abaixo do valor selecionado pelo mergulhador ou pelo sistema operacional. Se a PO2 aumenta consideravelmente acima do valor selecionado, o mergulhador pode reduzir manualmente a PO2 adicionando diluente.

O CO2 e o vapor de água contidos no ar exalado pelo mergulhador reagem formando ácido carbônico, que por sua vez reage com o material do depurador em uma reação exotérmica (que libera calor) que remove o CO2 do gás no circuito antes dele ser respirado novamente.
Benefícios dos CCRs
Ao reciclar o gás exalado, os rebreathers permitem que quase todo o oxigênio no suprimento de gás seja utilizado, reduzindo assim dramaticamente os volumes de gás necessários. A magnitude desse benefício aumenta com a profundidade, onde os mergulhadores de circuito aberto perdem enormes quantidades de gás através da expiração. Embora os mergulhadores precisem de mais moléculas de gás em profundidade para encher seus pulmões, os sistemas de circuito fechado praticamente eliminam as perdas com a expiração. Como o metabolismo é em grande parte independente da profundidade, um mergulhador a 6 metros (20 pés) consome praticamente a mesma quantidade de oxigênio que ele ou ela consumiria com o mesmo esforço e estresse térmico em 61 metros (200 pés) de profundidade.

A eficiência do CCR torna mergulhos extremos possíveis a uma fração do custo e da complexidade de operação de um circuito fechado. Os rebreathers não apenas precisam de menos gás, como eles podem reduzir a necessidade de diferentes misturas para as fases de descida, fundo e descompressão (embora gases de emergência (bailout) ainda sejam necessários).

Regular a PO2 de acordo com um valor fixo reduz a absorção de gases inertes durantes as fases de descida e fundo em mergulhos de pouca profundidade e aumenta a eliminação de gases inertes durante a fase de subida e paradas. Isso otimiza a descompressão ao mesmo tempo que controla os riscos de intoxicação por oxigênio.

Os mergulhadores tendem a apreciar o gás quente e úmido que fica no circuito, particularmente durante mergulhos longos.

Por último, a operação silenciosa dos rebreather os torna menos intrusivos no ambiente, permitindo ao mergulhador aproximar-se de vários animais marinhos. A operação relativamente sem bolhas oferece ainda um benefício em ambientes com teto onde as bolhas exaladas podem danificar estruturas ou comprometer a visibilidade.
Desafios com CCRs
Comparado com o mergulho em circuito aberto, os rebreather exigem um esforço significativamente maior para sua manutenção, montagem, teste e monitoramento durante os mergulhos. Ao invés de se preocupar apenas com a pressão de gás restante, os mergulhadores de circuito fechado devem estar atentos ao volume e composição do gás no circuito.

Ao mergulhar em um circuito fechado, ações simples podem ter um grande impacto na segurança do mergulhador. Por exemplo, uma descida rápida irá transitoriamente gerar uma PO2 muito alta (hiperóxia) devido ao aumento da pressão ambiente e concentração de gases dentro do circuito. Semelhantemente, subidas rápidas podem levar a estados transitórios de hipóxia importante (oxigênio insuficiente) no circuito. Perigos mais traiçoeiros podem se desenvolver se problemas na montagem ou na operação permitirem que o gás exalado não passe pela depuração do CO2. Um acúmulo de CO2 pode levar a um estado debilitante de intoxicação e reduzir os limiares de convulsões induzidas por oxigênio e doença descompressiva. A hipóxia, a hiperóxia e a hipercapnia são preocupações cruciais pois incapacitações potencialmente fatais podem se desenvolver antes que o mergulhador reconheça os sintomas e tome medidas corretivas. Embora os fabricantes se esforcem enormemente para reduzir os riscos de problemas, os mergulhadores de CCR se expõem ao risco tanto através de erros simples quanto através de erros complexos.


Verificações de segurança pré-mergulho completas são essenciais antes de qualquer mergulho de rebreather.
O monitoramento de CO2 nos rebreathers é uma área em desenvolvimento ativo. Algumas unidades empregam uma série de sensores de temperatura para medir a frente de reação (o pico da produção exotérmica de calor) se movendo ao longo do material depurador. Isso não mede o CO2, mas indica quando o material do depurador está ativo e depois inativo (exaurido). É importante entender que essa tecnologia não detecta o CO2 que escape do depurador e vá para o lado inspiratório do circuito. Alguma quantidade de escape do depurador pode ocorrer se componentes críticos não forem colocados, ou forem montados inadequadamente, ou se o gás encontrar um caminho através do depurador no qual a depuração do CO2 não ocorra de forma eficiente. (canalização).

Um estudo recente que avaliou o protocolo de pré-respiração de cinco minutos típico descobriu que a ausência do depurador, assim como um depurador que não esteja funcionando corretamente, não pode ser identificada com segurança.1 Os indivíduos podem não ter consciência de uma condição de alto risco. Tecnologias de monitoramento de CO2 estão agora disponíveis e em desenvolvimento ativo, mas um padrão de monitoramento robusto e confiável com baixa incidência de falsos negativos ainda não foi desenvolvido, principalmente devido aos desafios de monitoramento em um ambiente de alta umidade como o circuito respiratório. Até que um monitoramento verdadeiramente confiável esteja disponível, um cuidado especial é necessário para minimizar o risco de um acúmulo de CO2.

O esforço respiratório (WOB em inglês) no mergulho com CCR pode ser maior e mais dinâmico do que no mergulho em circuito aberto. O WOB é o resultado da resistência ao fluxo do gás respirado causada pelos componentes e caminhos do circuito e pela posição do contra-pulmão com relação ao mergulhador. O desenho e o material do depurador do rebreather influenciam enormemente as características de desempenho. Por exemplo, um material com partículas mais finas pode ser mais eficiente na remoção do CO2, mas às custas de uma maior restrição ao fluxo.

A respiração em um CCR é facilitada por contra-pulmões altamente flexíveis que permitem uma inalação e uma expiração fáceis. A posição do contra-pulmão com relação ao mergulhador influencia a pressão diferencial entre contra-pulmão e tórax do mergulhador, o que contribui para o WOB. Essa carga pulmonar estática pode ser calculada como a diferença de pressão entre o contra-pulmão e o ponto de referência dentro dos pulmões do mergulhador conhecido como centroide. Um desequilíbrio de pressão ocorre quando o contra-pulmão está localizado acima ou abaixo do centroide na coluna de água.5


Os mergulhadores de caverna frequentemente utilizam rebreathers para minimizar o número de cilindros que eles devem levar para dentro de uma caverna e porque o acúmulo de bolhas pode interferir com a visibilidade.


Existem três posições clássicas do contra-pulmões: no peito, nas costas e sobre os ombros. Em uma posição de mergulho pronada, contra pulmões montados no peito estarão mais profundos do que o centroide e, portanto, sob efeito de uma pressão maior devido a maior pressão hidrostática (de água). Isso tenderá a empurrar o gás para dentro dos pulmões do mergulhador, tornando a inalação mais fácil e a expiração mais difícil. Essa situação é chamada de carga pulmonar estática positiva. Inversamente, contra-pulmões nas costas do mesmo mergulhador criariam uma carga pulmonar estática negativa. Os contra-pulmões sobre os ombros são populares pois eles podem minimizar a carga pulmonar estática através de várias atitudes do mergulhador e posições de alinhamento, mas eles adicionam um volume indesejável na frente do mergulhador. Muitos fabricantes estão explorando ou oferecendo a opção de um conjunto de contra-pulmões montados nas costas, com pequenos volumes envolvendo a parte de cima dos ombros. Em qualquer um dos casos, uma carga pulmonar estática grande, tanto positiva quanto negativa, terá resultados indesejáveis. Dado que a resistência inspiratória está normalmente associada a mais efeitos fisiológicos e psicológicos problemáticos do que a resistência expiratória, uma carga pulmonar estática neutra a levemente positiva é frequentemente preferível.

O WOB associado ao aumento da densidade do gás impõe limites de profundidade práticos para um dado desenho de rebreather. Como uma regra, esforço físico deve ser agressivamente minimizado em profundidade. Um acidente fatal de rebreather muito conhecido, e que foi documentado, que ocorreu durante um mergulho profundo destaca o quanto exposições extremas podem exceder as margens de segurança.3

Finalmente, o controle de flutuabilidade é diferente com os sistemas de rebreather. A respiração não pode ser utilizada para correções verticais em pequena escala pois exalar ou inalar dentro do contra-pulmão não altera o volume de gás no circuito humano-máquina. Os mergulhadores de CCR também devem lembrar de fechar o bocal antes de removê-lo para evitar que gás escape do circuito. A perda de volume no loop causa uma perda de flutuabilidade positiva, e a introdução de um volume substancial de água dentro do circuito irá interferir com o funcionamento do depurador.
Questões Práticas
O uso de rebreathers aumentou visivelmente nos últimos 20 anos. Embora dados sobre a atividade sejam limitados, o número de fatalidades envolvendo rebreathers aumentou também.2,4 Embora as particularidades dos casos de acidente variem, a relativa complexidade do equipamento parece impor um risco significante.

Nem todas as operadoras de mergulho oferecem suporte para mergulho com rebreather. Pode haver uma incompatibilidade entre os perfis de mergulho tipicamente curtos do circuito aberto e os perfis frequentemente mais longos dos mergulhadores de CCR. Embora a eficiência dos equipamentos de circuito fechado os tornem favoráveis para operações remotas, dificuldades em obter material depurador e recargas de oxigênio podem ser um problema. A necessidade de cilindros de gás diferentes da norma do mergulho em circuito aberto e as dificuldades de transportar cilindros de gás em aviões podem ser impedimentos importantes.

A capacidade de manter uma PO2 fixa é uma poderosa habilidade. O risco de intoxicação por oxigênio é controlado limitando-se a PO2 a níveis seguros. A eliminação de gás inerte é melhorada mantendo-se a PO2 alta durante a subida. Mergulhadores de CCR podem sofrer exposições importantes ao oxigênio. Os limites de exposição ao oxigênio da NOOA (National Oceanic and Atmospheric Administration) para evitar a intoxicação ao oxigênio oferecem uma orientação. O limite de um único mergulho é 45 minutos a uma PO2 de 1.6 ATA, 150 minutos a 1.4 ATA, 210 minutos a 1.2 ATA e 300 minutos a 1.0 ATA. Embora a seleção de uma PO2 ótima seja complicada e esteja evoluindo, é importante levar em consideração que manter uma alta PO2 no fundo durante um mergulho profundo oferece pouco benefício na redução do acumulo de gás inerte pois ele ainda será uma pequena fração da pressão total de gases, mas irá aumentar a dose total de exposição ao oxigênio. Pode fazer mais sentido manter uma PO2 modesta em profundidade e aumentá-la durante a subida, onde a alta PO2 pode ter um impacto muito maior na eliminação de gases inertes. As melhores escolhas de PO2 são influenciadas pelas particularidades do mergulho.

Podem haver situações em que um mergulhador de CCR tenha que "sair do circuito respiratório". O gás diluente normalmente é uma mistura que pode ser respirada e usada como bailout. Como essa fonte é limitada, entretanto, mergulhadores de CCR normalmente carregam suprimentos a mais para garantir uma subida segura. Passar para o bailout de circuito aberto pode criar ou aumentar dramaticamente uma descompressão, pois a mistura otimizada fornecida pelo rebreather durante a subida não existe mais. As opções de bailout vão depender da situação e das configurações de equipamento disponíveis. As estratégias de preparação e de resposta podem ser complexas em mergulhos extremos. Grupos algumas vezes possuem um bailout de equipe, no qual uma contribuição coletiva de gases de bailout é necessária para obter o gás necessário para um determinado indivíduo. Isso acarreta em riscos adicionais em casos de separação de equipe ou falha de mais de uma unidade.

O investimento financeiro necessário para a compra, treinamento e manutenção de um rebreather são consideráveis. É preciso um uso regular tanto para justificar as despesas quanto para manter as habilidades essenciais.
Conclusão
Os rebreathers são mais uma ferramenta para o mergulho e, como qualquer ferramenta, devem ser utilizados cuidadosamente. Os recursos dos sistemas de circuito fechado os tornam alternativas valiosas ao circuito aberto, mas os mergulhadores devem estar conscientes da maior complexidade e pesar os riscos antes de adotar essa modalidade de mergulho.
Referências
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; 44(1): 16-24.

2. Fock AW. Analysis of recreational closed-circuit rebreather deaths 1998-2010. Diving Hyperb Med. 2013; 43(2): 78-85.

3. Mitchell SJ, Cronje FJ, Meintjes WAJ, Britz HC. Fatal respiratory failure during a "technical" rebreather dive at extreme pressure. Aviat Space Environ Med. 2007; 78(2): 81-6.

4. Vann RD, Pollock NW, Denoble PJ. Rebreather fatality investigation. In: Pollock NW, Godfrey JM, eds. Diving for Science 2007. Proceedings of the American Academy of Underwater Sciences 26th Symposium. 2007 March 9-10; Dauphin Island, Ala.: AAUS, 101-110.

5. Warkander DE, Nagasawa GK, Lundgren CEG. Effects of inspiratory and expiratory resistance in divers' breathing apparatus. Undersea Hyperb Med. 2001; 28(2): 63-73.


© Alert Diver — 2º Trimestre 2015

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