GRADIENT FACTOR

Lembra-se de suas primeiras aulas de mergulho e da lição sobre garrafa de refrigerante borbulhante e subidas muito rápidas? Não importa o quão profundamente você estude a teoria da descompressão, essa analogia da bolha de refrigerante ainda é válida. No entanto, é hora de apresentar mais alguns fundamentos do problema. Mas vamos começar pela história:

HISTÓRIA

A teoria da descompressão é uma ciência relativamente antiga. Já no final dos anos 1800, o fisiologista francês Paul Bert (1833-1886) descobriu a doença da descompressão e a necessidade de paradas descompressivas e baixa velocidade de ascensão. Bert também estudou os efeitos do oxigênio nos humanos, já que estava mais interessado nos efeitos fisiológicos do montanhismo e do balão de ar quente. Ele também estendeu seus estudos para cobrir ambientes de alta pressão e descobriu mais tarde sobre a toxicidade do oxigênio. Bert concluiu que as altas pressões parciais de oxigênio afetam os humanos quimicamente, não mecanicamente, conforme ele descreveu as causas da toxicidade do oxigênio no Sistema Nervoso Central (SNC). Quando Bert estudou ar e nitrogênio, ele determinou corretamente a causa da Doença de Descompressão (DD) causada pelas bolhas de nitrogênio no sangue e outros tecidos (efeitos mecânicos). Bert também fez experimentos com terapia de recompressão e administração de oxigênio em casos de DD. O mais famoso dos livros de Bert é “La Pression barometrique ”1, publicado em 1878, que tratava da fisiologia humana em baixas e altas pressões de ar.

 

Enquanto Bert estabeleceu os fundamentos para os estudos de descompressão, foi John Scott Haldane (1860-1936), um fisiologista escocês que abordou o problema da teoria da descompressão com uma abordagem mais científica. Em 1905, Haldane foi nomeado pela Marinha Real para realizar pesquisas sobre as operações de mergulho da Marinha. Seu foco era estudar a doença da descompressão e como ela poderia ser evitada. Haldane realizou vários testes e estudou os efeitos do ar comprimido em profundidade e, em 1908, publicou os resultados de seus testes no Journal of Medicine 2. Este artigo também continha suas tabelas de mergulho.

 

Haldane é considerado o pai da teoria moderna da descompressão. Em sua pesquisa, ele chegou a uma conclusão importante de que um mergulhador poderia emergir de um mergulho indefinidamente longo de 10m / 33 pés sem DCS. A partir desse resultado, ele determinou que o corpo humano poderia tolerar mudanças de pressão com um fator de 2: 1 (a pressão em 10m / 33 pés é 2 ATA, enquanto na superfície é 1 ATA). Mais tarde, esse número foi refinado para 1,58: 1 por Robert Workman. Workman foi médico e pesquisador de descompressão na Marinha dos Estados Unidos durante a década de 1960. Ele estudou sistematicamente o modelo de descompressão usado na Marinha dos Estados Unidos e que se baseou na pesquisa de Haldane. Além de refinar a relação de pressão do tecido, Workman descobriu que a relação variava de acordo com o tipo de tecido (daí o termo “ compartimento de tecido”Ou TC, representando diferentes meios-tempos, por exemplo, velocidade de dissolução do gás) e profundidade.

 

O Dr. Albert A. Bühlmann (1923-1994) de Zurique desenvolveu ainda mais a teoria da descompressão. Durante sua longa carreira de pesquisa, ele estendeu o número de compartimentos de tecido para 16, que foi a base de seu modelo de descompressão ZH-L16 ( “ZH” como Zürich, “L” como Linear e “16” para o número de TCs ). O primeiro conjunto de tabelas ZH-L16 foi publicado em 1990 (as tabelas anteriores 3, publicadas anteriormente, continham menor quantidade de TCs).

DESCOMPRESSÃO BÁSICA

Vamos começar do básico: um mergulhador desce e respira ar comprimido de seu cilindro. O ar contém nitrogênio, que, como um gás inerte, se dissolve nos tecidos do mergulhador. Quando o mergulhador começa a subir, a pressão ambiente diminui e o nitrogênio dissolvido é transferido de outros tecidos para o sangue, daí para os pulmões e, finalmente, sai do corpo a cada ciclo de expiração. Simples assim, não é?

No mergulho recreativo, não são realizados mergulhos descompressivos. Os mergulhadores são orientados a permanecer dentro de seus limites de não-descompressão (NDL) de tempo de fundo. Este NDL é mostrado nas tabelas de mergulho e, além disso, os mergulhadores devem permanecer dentro de uma determinada velocidade de subida. Esta informação é geralmente suficiente para a maioria dos mergulhadores, mas o que acontece quando excedemos o NDL e começamos a acumular o tempo de descompressão?

 

SATURAÇÃO DE TECIDO E TETO DE SUBIDA

Quando mergulhamos, sempre temos um teto invisível acima de nós. Esse teto é uma profundidade à qual podemos ascender sem obter sintomas de DD (em geral). O teto é baseado na quantidade de gás inerte dissolvido em nossos tecidos.

A Figura 1 representa um perfil típico de mergulho descompressivo com múltiplas paradas de descompressão. Antes do mergulho, seu “teto” é de fato uma profundidade negativa (acima da superfície), o que significa que seus tecidos poderiam tolerar certo gradiente de sobrepressão. Conforme o tempo de corrida aumenta e o mergulhador passa o tempo no fundo, a profundidade do teto diminui e começa a limitar as possibilidades de subida, gerando a necessidade de descompressão. Na verdade, alguns softwares de descompressão indicam a profundidade do teto quando o usuário digita os níveis de mergulho desejados. Os computadores de mergulho indicam o teto como a profundidade de descompressão mais profunda necessária.

 

Quando a subida começa, o mergulhador não pode subir acima do teto sem correr o risco de doença descompressiva. As paradas de descompressão são claramente visíveis no perfil de mergulho quando a linha desce abaixo da profundidade do teto. Quanto mais perto se chega do teto, menos margem de segurança permanece. A profundidade do teto ainda não indica gaseificação ou desgaseificação. Bühlmann usou 16 compartimentos de tecido para modelar o gás inerte que se dissolve em nosso corpo. Esses compartimentos recebem mais gás dissolvido ( na gaseificação ) ou expelem o gás dissolvido ( gaseificação ). A profundidade do teto indica a mudança de pressão da profundidade atual, na qual o compartimento principal emite gases tão rapidamente que uma queda de pressão ainda maior colocaria em risco a possibilidade de DCS.

 

A Figura 2 ilustra esses 16 compartimentos de tecido durante o mergulho, apresentados na Figura 1. Um compartimento de tecido (TC) atingiu seu ponto de saturação quando está 100% cheio. Durante a fase de subida, um TC pode ficar supersaturado (exceder 100%). A chave da descompressão é ser supersaturada, mas não tanto que o gás dissolvido forme bolhas em excesso em nossos tecidos e sangue.

 

Como mostrado, a quantidade de gás dissolvido, ou especificamente a pressão parcial do gás inerte dissolvido em nossos tecidos, tende a seguir a pressão ambiente em que estamos durante o mergulho. Quanto maior a diferença de pressão (ou seja , gradiente de pressão ), mais rápido o gás se dissolve, em ambas as direções. Isso leva a uma pergunta óbvia: por que não surgir simplesmente? Quais são os limites da supersaturação e como são definidos?

 

VALORES M

De volta à história: Robert Workman introduziu o termo valor M , que significa pressão máxima do gás inerte em um compartimento de tecido hipotético que pode tolerar sem DCS. Como mencionado, Haldane descobriu em sua pesquisa que o valor M é 2, e Workman o refinou para 1,58 (este número vem da mudança de pressão de 2 ATA para 1 ATA, e levando em consideração que o ar tem 79% de gases inertes, principalmente azoto).

Workman determinou os valores M usando profundidades (valores de pressão) em vez de razões de pressão, que ele então usou para formar uma projeção linear em função da profundidade. A inclinação da linha do valor M é chamada ΔM ( delta-M ) e representa a mudança do valor M com uma mudança na profundidade (pressão de profundidade).

Bühlmann usou o mesmo método que Workman para expressar os valores M, mas em vez de usar a pressão de profundidade (pressão relativa), ele usou a pressão absoluta, que é 1 ATA mais alta em profundidade. Essa diferença é mostrada na Figura 3, onde a linha do valor M de Workman vai acima da linha do valor M de Bühlmann.

 

 

 

A Figura 3 mostra uma comparação entre as linhas de valor M de Workman e Bühlmann. Uma explicação mais detalhada pode ser encontrada na literatura 4, mas é fácil detectar as maiores diferenças: enquanto a linha de valor M do Workman é mais inclinada do que a linha de valor M de Bühlmann, também há menos margem de segurança. Os valores M do Workman também permitem uma supersaturação mais alta do que os de Bühlmann.

Para tornar as coisas um pouco mais complexas, deve-se notar que, embora os valores M variem de acordo com o compartimento do tecido, também dois conjuntos de valores M são usados ​​para cada TC; Valores M0 (da pressão de profundidade, indicando a pressão de superfície. M 0 é pronunciado “M nada” ) e valores M da razão de pressão ( ΔM, valores “delta-M” ). Workman definiu a relação desses diferentes valores M como:

Esses conjuntos de valores estão listados na literatura 4. No entanto, dizem respeito à mesma coisa: sobrepressão máxima permitida dos compartimentos de tecido. Também é importante saber que a doença descompressiva não segue exatamente os valores M. Mais doenças ocorrem nas pressões representadas pelos valores M e acima delas, e menos doenças ocorrem quando os mergulhadores ficam bem abaixo dos valores M.

 

FATORES DE GRADIENTE

Fatores de gradiente destinam-se a oferecer configurações de conservadorismo para o modelo de descompressão de Bühlmann. Conforme mencionado no capítulo anterior, a linha do valor M define um limite que não deve ser excedido durante a subida e descompressão. No entanto, como o modelo sem descompressão pode prevenir positivamente todos os casos de DD, e porque tanto os mergulhos quanto os mergulhadores são individuais, uma margem de segurança adicional deve ser aplicada.

 

Conforme mostrado na Figura 3, a subida e a descompressão ocorrem entre a linha do valor M e a linha da pressão ambiente. A pressão do gás inerte em compartimentos de tecido deve exceder a pressão ambiente para permitir a liberação de gases. Por outro lado, não queremos chegar muito perto da linha do valor M por razões de segurança. Fatores de gradiente definem o conservadorismo aqui.

 

O fator de gradiente define a quantidade de supersaturação de gás inerte no compartimento do tecido principal. Assim, GF 0% significa que não há supersaturação ocorrendo e a pressão parcial do gás inerte é igual à pressão ambiente no compartimento principal ( Observação: O TC principal não é necessariamente o TC mais rápido! ). GF 100% significa que a descompressão está sendo feita em uma situação onde o TC líder está em sua linha de valor M de Bühlmann e o risco de DD é muito maior do que usar GF mais baixo. (Nota: Às vezes, especialmente em equações e cálculos, GFs podem ser numerados como 0,00… 1,00 em vez de porcentagem. No entanto, estes são efetivamente a mesma coisa que 100% = 1)

 

Alguns mergulhadores não gostaram da ideia de usar o mesmo fator de conservadorismo durante a subida. Ao invés de ter um GF, houve necessidade de alterar a margem de segurança durante a subida. Isso levou a dois valores de GF; “ GF Low ” e “ GF High ”. Low Gradient Factor define a primeira parada de descompressão, enquanto High Gradient Factor define o valor de superfície. Usando este método, o GF realmente muda durante a subida. Isso é ilustrado na Figura 4, onde as formas GF Low e GF High começam e pontos finais para uma linha de fator de gradiente. Nesse gráfico, a descompressão começa quando a pressão parcial do gás inerte no TC do mergulhador atinge 30% do caminho entre a linha de pressão ambiente e a linha de valor M. Em seguida, o mergulhador passa algum tempo nessa parada até que a pressão parcial caia no TC o suficiente para permitir a subida para a próxima parada, que novamente tem GF um pouco mais alta. Esses dois valores GF são freqüentemente escritos como “ GF Low-% / High-% ”, por exemplo, GF 30/80, onde 30% é o valor GF Low e 80% GF High value.

 

APLICAÇÕES PRÁTICAS E HÁBITOS DE MERGULHO SEGUROS

Nenhum modelo de descompressão pode impedir positivamente os mergulhadores de serem atingidos. Os valores M não representam nenhuma linha rígida entre “ nenhum sintoma DD ” e “ ser atingido ”. Na verdade, a ciência moderna da descompressão provou que existem bolhas em nossos tecidos, mesmo quando não há sintomas de DD após um mergulho. Portanto, os valores M não representam uma situação sem bolhas, mas uma quantidade tolerável de bolhas “silenciosas” nos tecidos.

 

É importante entender que certos mergulhos e pessoas diferentes podem precisar de margens de segurança diferentes. Portanto, é bom saber as diferenças práticas entre os planos de mergulho onde diferentes Fatores de Gradiente são usados. Vamos dar outro exemplo:

Um mergulhador vai para 50m / 165 pés por 20 minutos no fundo do mar, usando Trimix 18/45 (18% oxigênio, 45% hélio) como gás de retorno e oxigênio para descompressão a partir de 6m (20 pés). A velocidade de descida é de 15m / min (50 pés / min) e a velocidade de subida é de 10m / min (33 pés / min). O algoritmo de descompressão é baseado em Bühlmann ZH-L16B e as diferentes tabelas de descompressão, com base em cinco GFs diferentes, são mostradas na Tabela 1.

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Esses parâmetros GF são comumente usados ​​para diferentes tipos de mergulho (por exemplo, rebreather, mergulhos profundos / frios, valores padrão em alguns SW de descompressão) e GF 100/100 é mostrado aqui como uma referência, uma vez que é uma tabela de Bühlmann pura (sem margem, por isso também não é muito seguro!). Conforme mostrado claramente na Tabela 1, números baixos de GF Low geram paradas mais profundas. Na verdade, alguns mergulhadores usam o valor GF Low de 10% para gerar “paradas profundas” 5. As paradas profundas, também chamadas de “ paradas Pyle ”, são um meio de reduzir as micro bolhas durante a fase mais profunda da subida. No entanto, durante as paradas profundas, muitos tecidos mais lentos ainda estão em fase de gaseificação e, portanto, o tempo total de descompressão aumentará (mas, novamente, a segurança vale a pena por algum tempo de suspensão adicional!).

 

 

É fácil modificar o plano de mergulho, mesmo drasticamente, usando diferentes fatores de gradiente. A maioria dos softwares de descompressão modernos fornece configurações de conservadorismo (em termos verbais ou números) ou fatores de gradiente. Um mergulhador pode modificar o tempo total de mergulho facilmente em até dezenas de minutos com essas configurações, sem mencionar também o gás de descompressão necessário. Mas isso também é uma armadilha; Considere uma situação em que o software de descompressão indica que você precisa de uma pressão de enchimento da mistura de descompressão intermediária que está logo acima da capacidade do cilindro (incluindo as margens). Agora, uma escolha fácil, mas perigosa, seria alterar os fatores de gradiente para que o tempo de descompressão diminuísse, levando a uma menor necessidade de gás de descompressão.

Os mergulhadores que usam computadores, que têm fatores de gradiente configuráveis ​​pelo usuário, devem compreender como a modificação de suas GFs afetará seus perfis de descompressão. Muitos mergulhadores simplesmente usam as configurações padrão ou copiam seus parâmetros de GF de outros mergulhadores ou mesmo da Internet, não importa o tipo de mergulho que estejam fazendo. Alguns mergulhadores têm maior suscetibilidade a DD e alguns mergulhos são fisicamente mais exigentes do que outros. Embora o método do fator de gradiente forneça flexibilidade substancial no controle dos perfis de descompressão e, portanto, do plano de mergulho e da logística do gás, pode valer a pena esperar um pouco mais às vezes.

Como sempre no mergulho, é SUA responsabilidade escolher os fatores de gradiente e conservadorismo apropriados para você!

 

REFERÊNCIAS

1. Bert, Paul: La Pression barométrique, recherches de physiologie expérimentale, 1878
2. Boycott, A.E., Damant, G.C.C., and Haldane, J.S: The Prevention of Compressed Air Illness, The Journal of Medicine (Journal of Hygiene, Volume 8, (1908), pp. 342-443.)
3. Bühlmann, Albert A.: Decompression – Decompression Sickness. Berlin: Springer-Verlag, 1984.
4. Baker, Erik C.: Understanding M-values
5. Baker, Erik C.: Clearing Up The Confusion About “Deep Stops”