Artigo: Fisiologia do mergulho - Parte 3 – 299 days old

[Sérgio]

Mergulho com misturas gasosas

Por causa dos problemas associados à toxicidade de oxigênio, narcose de nitrogênio e doença descompressiva uma série de limites surgem no mergulho. Talvez a mais grave e potencialmente mortal das limitações é a toxicidade do oxigênio ao SNC. Ar contém oxigênio cerca de 21%. O máximo PO2 limite de segurança de 1,4 ATA é alcançado com o ar quando a pressão atmosférica é cerca de 7 ATA, ou 198 pés (60 metros). A narcose por nitrogênio a essa profundidade tem sido comparada a beber várias doses de Martini. E, para cada minuto gasto nessa respirando ar a essa profundidade, cerca de 3 a 8 minutos são necessários para a descompressão. Para superar esses problemas, misturas de gases diferentes do ar devem ser usadas.

O primeiro passo é resolver o problema de toxicidade de oxigênio CNS. Esta é realmente relativamente fácil: para aumentar a profundidade em que o limite de PO2 de 1.4 ATA é alcançado, basta reduzir a fração de oxigênio no gás de respiração. Por exemplo, uma mistura contendo apenas 10% de oxigênio seria chegar a uma PO2 de 1.4 ATA quando a pressão ambiente é de 14 ATA - mais de 400 pés (120 metros) de profundidade! O problema, porém, é que se o oxigênio removido foi substituído por mais nitrogênio, os efeitos da narcose por nitrogênio seria aumentado. Assim, para estender a profundidade máxima de segurança do mergulho, tanto o oxigênio como o nitrogênio devem ser reduzidos. A única maneira de fazer isso é apresentar outro constituinte para a mistura de gás de respiração. Constituinte esse que geralmente é o hélio.

Hélio tem duas vantagens fundamentais sobre o nitrogênio em misturas respiratórias de mergulho em profundidade. A primeira vantagem é que ele não causa narcose, mesmo quando inspirado em pressões parciais muito elevadas. A segunda vantagem é que é uma molécula muito menor e, portanto, muito menos denso. Como as moléculas de gás estão mais compactadas sob pressões mais elevadas, a densidade do gás é aumentada. Para moléculas relativamente grandes, a densidade do gás aumentada pode levar a um aumento significativo no esforço respiratório. Hélio é menos denso, a 300 pés (91 metros) do que o nitrogênio é ao nível do mar. Estas duas vantagens tornam o gás hélio de escolha para misturas respiratórias de mergulho profundo.

Mas será que temos outros gases como opção?
O que é realmente necessário para ir mais fundo é uma forma de ajustar o conteúdo de oxigênio do gás de respiração, e, simultaneamente, reduzir o teor de nitrogênio. A solução óbvia para diluir tanto um como o outro é em terceiro gás no lugar, mas qual e quanto? Primeiro, vamos pensar sobre qual o gás usar e quais as propriedades necessárias:

- Deve ser biologicamente inerte, ou pelo menos não venenoso
- Deve ser incombustível (!)
- Deve ser leve (baixo peso molecular) e de rapidamente difusão no corpo, tanto para entrar quanto para sair

periodic_table.jpg

Olhando para a tabela periódica, encontramos 11 gases atômicos candidatos, representado na tabela com seus símbolos em cor azul. Isso é um bom número para escolher, mas como logo veremos, a maioria deles são inadequados.

O gás em primeiro lugar na tabela, o hidrogênio(H), é altamente combustível, especialmente sob a pressão e misturado com oxigênio. Experimentos com misturas de hidrogênio (Hydrox) também revelaram efeitos narcóticos semelhantes ao LSD em profundidade (Nota do tradutor: sob pressão).

Nitrogênio(N) e oxigênio (O) são os dois gases que estamos tentando reduzir e, sendo assim, não interessam. Na coluna amarela estão dois gases, flúor(F) e cloro (Cl), porém ambos são altamente corrosivos e venenosos no estado gasoso; cloro foi o principal constituinte do gás mostarda, mortal na Primeira Guerra Mundial. (O cloro é também um dos constituintes de sal marinho NaCl).

A coluna de laranja contém os gases nobres, hélio (He), neon (Ne), argônio (Ar), criptônio(Kr), xenônio (Xe) e radônio (Rn). Os gases nobres são assim chamados porque geralmente não combinam com outros elementos "não-nobres" são quase quimicamente inertes, especialmente os mais leves. Esta é parte da razão que são gases, e por que eles parecem ser bons candidatos para o nosso propósito. No entanto, argônio e tudo abaixo dele na tabela são todos mais pesados ​​que o ar. Isso significa que eles tendem a ficar na parte inferior dos pulmões, o que poderia levar à asfixia (ruim, muito ruim). Apesar de serem inertes em sua maioria, todos os gases mais pesados, incluindo o neon, também vem a ser narcóticos em profundidade (Nota do tradutor: sob pressão). Finalmente, o radônio é radioativo. Todos os gases nobres também são bastante raros e caros, especialmente os mais pesados.

Dos 11 candidatos, estamos reduzidos a um, o Hélio(He) .

Mas espere, há outros compostos gasosos, milhares deles. E sobre outros gases 'moleculares'? Infelizmente, a maioria deles pode ser eliminado também. Altas concentrações de dióxido de carbono impedem(ou camuflam) o nosso reflexo de respiração e, mesmo em baixas concentrações, o monóxido de carbono é tóxico, ambos levariam a um apagamento subaquático, se usados ​​em um mix de respiração. O vapor de água é evitado em misturas porque poderia causar o congelamento do regulador. Na verdade, eu não acho que muitos outros gases têm sido estudados. Fluorcarbonetos (como Freon) e hidrocarbonetos (como propano) geralmente não são respiráveis, mesmo com pressões normais.

helium-ani.jpgIsto tudo deixa apenas hélio, o mais leve dos gases nobres, mostrado aqui. Felizmente, porém, o hélio parece ser quase perfeito para os nossos propósitos: ele se perde rapidamente para fora dos nossos tecidos durante a descompressão, é inerte, e não tem ação apreciável biológica - não há tal coisa como narcose hélio. (Isso não é bem verdade, e oxigênio também é ligeiramente narcótico em profundidade, mas também não é em qualquer lugar próximo tão mau como nitrogênio.) Em virtude de sua baixa densidade, o hélio também reduz o trabalho de respiração sob pressão.

As desvantagens de hélio é que ela torna a sua voz ininteligível, e é um excelente condutor de calor. Isso faz com que você perca muito calor só de respirar uma mistura com hélio, e também requer o uso de um gás separado para a sua roupa seca, geralmente argônio ou o ar. Embora seja o segundo elemento mais comum no universo depois do hidrogênio, aqui na Terra o hélio é bastante difícil de encontrar. Por muitos anos, o governo dos EUA controlou o suprimento do mundo como um material estratégico e hélio era simplesmente indisponível. O que não é mais o caso hoje, mas ainda é caro.

Misturas respiratórias hélio geralmente vêm em duas formas: Heliox - hélio e oxigênio sem nitrogênio ou componentes de outros gases, ou Trimix - uma combinação de três gases primários, incluindo o hélio, oxigênio e nitrogênio normalmente. Heliox é mais freqüentemente utilizado por mergulhadores militares e comerciais, ao passo que Trimix é mais freqüentemente usado por mergulhadores civis "técnicos". Cada um tem vantagens e desvantagens, mas ambos alcançar o mesmo resultado básico: reduzir a concentração de oxigênio, para mergulhos abaixo dos 61 metros, reduzir ou eliminar o nitrogênio, e reduzir a densidade do gás em geral.

Infelizmente, a partir da perspectiva de descompressão, o hélio não é um gás ideal para os tipos de perfis mais profundos não comerciais (ou seja, menos de uma ou duas horas de fundo). Devido ao seu tamanho muito pequeno molecular, o hélio se dissolve no sangue e nos tecidos muito mais rápido do que o nitrogênio o faz. Mais hélio dissolvido em menos tempo de mergulho significa uma pior relação entre tempo de mergulho em tempos de descompressão. Se Heliox ou Trimix forem usados durante toda a duração do mergulho, incluindo a descompressão, o tempo total de mergulho poderia ser extremamente longo. A taxa de descompressão de mergulhos profundos utilizando hélio pode ser muito maior do que se, durante a subida, a mistura respiratória for trocada para uma que não contenha qualquer hélio. Como o tempo de descompressão é gasto mais em profundidades relativamente rasas, narcose não é um problema e o uso de ar seria adequado.

No entanto, o ar também não é um gás de descompressão ideal porque ele contém nitrogênio. Ao mesmo tempo em que o hélio sai do corpo rapidamente enquanto descomprimimos ao respirar o ar, o nitrogênio é absorvido no sangue e nos tecidos. A quantidade de nitrogênio adicionado ao corpo pode ser reduzida através da redução da fração de nitrogênio na mistura respiratória descompressão. Porque o oxigênio não influencia na dinâmica de descompressão, o nitrogênio pode ser substituído por oxigênio. Misturas que só contenham nitrogênio e oxigênio, com mais de 21% de oxigênio, são popularmente conhecido como Nitrox. Mais e mais, os mergulhadores recreativos estão usando Nitrox para mergulhos a profundidades moderadas, onde toxicidade de oxigênio no SNC não é uma grande preocupação, e o tempo de mergulho não descompressivo pode ser aumentado. No mergulho profundo o Nitrox é usado para reduzir os tempos das paradas descompressivas. Enquanto Nitrox é útil para a descompressão em profundidades intermediárias, oxigênio puro pode ser usado em profundidades de 20 pés (6 metros) ou mais rasas. Sem nitrogênio ou hélio, oxigênio puro maximiza a taxa de descompressão, reduzindo os tempos de descompressão total drasticamente.

Assim, usando diferentes misturas de gases durante as diferentes partes do mergulho, os limites do mergulho podem ser estendidos e as paradas para descompressão podem ser otimizadas.

Fontes: IANTD e Scuba Diving