Pojęciem nurkowanie określa się całokształt przedsięwzięć organizacyjnych, technicznych i zabezpieczających, związanych z przebywaniem nurka pod zwiększonym ciśnieniem, najczęściej w środowisku wodnym, zapewniających bezpieczne wykonanie określonych prac (zadań) i bezpieczny powrót nurka do warunków ciśnienia atmosferycznego ( Przepisy nur., Przep. Nur. Sat. ).

W praktyce, do nurkowania zalicza się każdy rodzaj pływania pod wodą związany z bezpośrednim oddziaływaniem na organizm nadciśnienia pod postacią dodatkowego, w stosunku do atmosferycznego, ciśnienia hydrostatycznego, wywieranego przez słup wody, bądź jego ekwiwalentu, albowiem termin nurkowanie obejmuje również „suche” ekspozycje w urządzeniach ciśnieniowych, takich jak komory dekompresyjne, dzwony nurkowe itp.

Ze względu na głębokość, nurkowania można podzielić na ( Przepisy nur. ):

• płytkie - do 20 mH₂O;

• średnie - od 20 do 45 (60) mH₂O;

• głębokie - ponad 45 (60) mH₂O.

Brak jednoznacznie określonej granicy pomiędzy nurkowaniami średniogłębokimi i głębokimi związany jest z równoległym funkcjonowaniem rozmaitych regulacji doktrynalnych i prawnych, dotyczących nurkowania: rozdziału na nurkowania komercyjne i sportowe, cywilne i wojskowe, powietrzne i mieszankowe, w sprzęcie lekkim i ciężkim, z zasilaniem niezależnym i przewodowym itd.

Ze względu na przeznaczenie, nurkowania dzieli się na ( Przepisy nur. ):

• szkoleniowe - realizowane na kursach wg programu szkolenia nurków i/lub personelu obsługi celem nabycia określonej kwalifikacji nurkowej;

• robocze - prowadzone celem wykonania określonej pracy (zadania);

• treningowe - prowadzone w celu utrzymania kondycji psychofizycznej, niezbędnej do tego typu działalności człowieka oraz podtrzymania lub udoskonalenia umiejętności zawodowych;

• eksperymentalne - prowadzone w warunkach rzeczywistych lub symulowanych (baseny, komory dekompresyjne, habitaty itp.) w celu badań medycznych, prób sprzętu, badań nowej techniki nurkowej, nowych technologii nurkowań lub prac podwodnych.

Ze względu na czas przebywania nurka pod wodą, nurkowania dzieli się na ( Przep. Nur. Sat. ):

• standardowe (krótkotrwałe) - nurek przebywa na głębokości lub pod ciśnieniem przez czasokres, w którym nie występuje pełne nasycenie tkanek organizmu gazami obojętnymi i powrót do warunków normobarii możliwy jest po odbyciu dekompresji wg sposobu przewidzianego dla tego typu nurkowania;

• saturowane (długotrwałe) - przebywanie nurka w warunkach podwyższonego ciśnienia w kompleksie hiperbarycznym, połączone z wykonywaniem określonej pracy (zadania) pod wodą (przejście z kompleksu hiperbarycznego do wody i z powrotem) w czasie równym lub większym od czasu pełnego nasycenia tkanek organizmu gazami obojętnymi, a następnie powrót do warunków normobarii powietrznej wg sposobu dekompresji, przewidzianego dla tego rodzaju nurkowania.

Fizyczne podstawy oddziaływania środowiska gazowego w hiperbarii.

Ciśnienie jest to parametr fizyczny, określający wartość siły, wywieranej przez gaz (mieszaninę gazową) na jednostkę powierzchni. W układzie SI jednostką ciśnienia jest 1 paskal (Pa), odpowiadający sile 1 niutona oddziaływującej na powierzchnię 1 metra kwadratowego (N/m²). Terminem nadciśnienie określa się stan, w którym ciśnienie otoczenia przewyższa normalnie oddziaływujące na organizm ciśnienie atmosferyczne, którego wartość na poziomie morza odpowiada 1 atmosferze (atm), to jest 98 066,5 Pa.

Aby pozostać w zgodzie z wymogiem stosowania jednostek układu SI, ciśnienie podczas nurkowań podaje się w megapaskalach (MPa). Przy obliczaniu ciśnienia odpowiadającego danej głębokości przyjmuje się, że ciśnienie 0,1 MPa (a właściwie 0,098 MPa) odpowiada głębokości zanurzenia równej 10 m. Wynika z tego, że:

1 msw (metr słupa wody) = 0,1 at = 10 kPa = 0,01 MPa

Wartość nadciśnienia wyrazić można w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza - stosuje się wtedy symbol atn, bądź też w stosunku do próżni - posługując się pojęciem atmosfery absolutnej (ata). Ciśnienie otaczające zanurzonego nurka, czyli ciśnienie absolutne, jest sumą ciśnienia hydrostatycznego (nadciśnienia) i ciśnienia atmosferycznego:

ata = atn + atm

czyli, dla przykładu, ciśnienie absolutne na głębokości 55 m wynosi (Krzyżak):

P_ata = 5,5 at + 1 at = 6,5 ata (0,65 MPa) lub P_ata = [55 mH₂O x 0,1] + 1 = 6,5 ata (0,65 MPa)

Ciśnienie parcjalne (cząstkowe) jest to ciśnienie, wywierane niezależnie przez każdy gaz składowy w mieszaninie wielu gazów - na całkowite ciśnienie mieszaniny składają się więc ciśnienia parcjalne każdego ze składników gazowych, a są one proporcjonalne do ich zawartości procentowej. Tak więc powietrze pod ciśnieniem 1 at zawiera 21% tlenu i 78% azotu, a ich ciśnienia parcjalne wynoszą odpowiednio 0,21 at i 0,78 at.

Zwiększone ciśnienie, jakie działa na organizm podczas nurkowania sprawia, że właściwości fizyczne gazów w warunkach zwiększonego ciśnienia nabierają szczególnego znaczenia biologicznego. Niewyrównanie podczas nurkowania ciśnienia prowadzi do różnych zaburzeń i chorób nurkowych. Podobnie zmieniona w hiperbarii rozpuszczalność gazów w płynach i wzrost ich gęstości powoduje, że gazy obojętne pod względem chemicznym nie są obojętne fizjologicznie.

Zachowanie się gazów opisuje teoria kinetyczna. Jeżeli założymy, że gaz składa się z cząsteczek znikomo małych w porównaniu z odległościami pomiędzy nimi, ich ilość jest stała, cząsteczki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym, ich zderzenia są sprężyste, ruch jest jednakowo prawdopodobny w każdym kierunku, a prędkość cząsteczek jest wprost proporcjonalna do temperatury, to stan gazu opisać można równaniem:

gdzie: P - ciśnienie gazu

V - objętość gazu

T - temperatura bezwzględna (^oK)

n - liczba cząsteczek gazu w jednostce objętości

C - stała

W związku z tym, że prawa strona równania jest dla określonych warunków stała, zapisać można:

a po przekształceniu do postaci:

lub

gdzie:

m - liczba gramów gazu

* - masa gazu w 1 molu

R - stała gazowa (8,31)

otrzymuje się równanie Clapeyrona.

Zmiana parametrów gazu (ciśnienia, objętości lub temperatury) nosi nazwę przemiany gazowej. Przemianę izotermiczną opisuje prawo Boyle'a-Mariotte'a: w stałej temperaturze iloczyn objętości danej masy gazu i jego ciśnienia jest wielkością stałą.

Zależność tą przedstawia równanie:

jeżeli , to

lub

gdzie: P - ciśnienie gazu V - objętość gazu

P₁ - ciśnienie początkowe gazu V₁ - objętość początkowa gazu

P₂ - ciśnienie końcowe gazu V₂ - objętość końcowa gazu

Z powyższego wynika, że podczas sprężania gazu lub mieszaniny gazowej wzrostowi ciśnienia towarzyszy zmniejszanie jego objętości, natomiast podczas rozprężania spadkowi ciśnienia towarzyszy zwiększanie objętości gazu. Wynikiem zaburzenia zdolności wyrównywania ciśnień w przestrzeniach powietrznych jest indukowane ciśnieniem uszkodzenie tkanek - tzw. uraz ciśnieniowy (barotrauma).

Przemianę izobaryczną opisuje prawo Gay-Lussaca: objętość określonej masy gazu pod stałym ciśnieniem jest wprost proporcjonalna do jego temperatury bezwzględnej.

Zależność opisuje równanie:

lub

gdzie: V_t - objętość gazu po ogrzaniu

V₀ - objętość gazu przed ogrzaniem

ΔT - różnica temperatur (T[^oK] = 273 + t [^oC])

Przemianę izochoryczną opisuje prawo Charles'a: ciśnienie określonej masy gazu przy ogrzewaniu w stałej objętości jest wprost proporcjonalne do jego temperatury bezwzględnej.

Opisać to można równaniem:

lub

gdzie: P_t - ciśnienie gazu po ogrzaniu

P₀ - ciśnienie gazu przed ogrzaniem

ΔT - różnica temperatur

Zachowanie się gazu w mieszaninach określa prawo Daltona: w mieszaninie gazowej ciśnienie wywierane przez każdy gaz jest niezależne od ciśnień cząstkowych (parcjalnych) innych gazów; ciśnienie cząstkowe składnika mieszaniny gazowej to umowna wielkość ciśnienia, jakie wywierałby dany składnik, gdyby sam wypełniał objętość tej mieszaniny.

Powyższe prawo opisać można równaniem:

gdzie: P - ciśnienie całkowite mieszaniny gazowej

P_g - ciśnienie cząstkowe gazu składowego mieszaniny

n - ilość gazów składowych w mieszaninie

Równanie opisujące prawo Daltona ma kardynalne znaczenie w fizjopatologii nurkowania, gdyż po jego przekształceniu wyprowadzić można kilka wzorów, niezbędnych podczas planowania nurkowania, a szczególnie nurkowań mieszaninowych.

Ciśnienie cząstkowe (parcjalne) oblicza się wg wzoru:

lub

gdzie: R_g - procentowy udział objętościowy składnika gazowego mieszaniny

Fi_g - ułamek dziesiętny procentowej zawartości gazu w mieszaninie

Zawartość procentową składnika gazowego w mieszaninie oddechowej wyliczyć można wg wzoru:

lub

Prawo Daltona jest istotne z punktu widzenia uwzględnienia toksycznych skutków działania gazów pod zwiększonym ciśnieniem, zarówno podczas różnych typów nurkowań, jak i leczenia hiperbarią tlenową. W praktyce nurkowej korzysta się z prawa Daltona, dobierając składy mieszanin oddechowych w taki sposób, aby uniknąć toksycznego wpływu gazów składowych (głownie tlenu i azotu) na organizm nurka.

Rozpuszczalność gazów w cieczach zależy od ciśnienia, rodzaju gazu, rodzaju cieczy i od temperatury. Wpływ ciśnienia na rozpuszczalność gazów określa prawo Henry'ego: stężenie rozpuszczonego gazu znajdującego się w równowadze z fazą gazową jest wprost proporcjonalne do ciśnienia wywieranego przez ten gaz.

A więc, jeśli wzrasta ciśnienie gazu na styku z cieczą, to wzrasta ilość rozpuszczonego w tej cieczy gazu. Zależność tą określa równanie:

jeżeli , to

gdzie: C - stężenie gazu

K - współczynnik rozpuszczalności gazu

P - ciśnienie gazu

Z powyższego wynika, że obniżenie ciśnienia (dekompresja) powoduje zakłócenie równowagi układu gaz-ciecz. Jeżeli ciecz znajduje się w stanie znacznego przesycenia gazem obojętnym, wytworzy się w niej faza gazowa pod postacią pęcherzyków gazowych - zjawisko, które leży u podstaw patogenezy choroby dekompresyjnej (DCS - ang. decompression sickness).

Prawo Henry'ego odnosi się do rozpuszczalności gazu w tkance wodnej, np. we krwi. W przypadku tkanek bogatych w związki tłuszczowe ilość rozpuszczonego w nich gazu będzie większa w stosunku do tkanek wodnych, a dzięki pośrednictwu układu krążenia gaz będzie rozpuszczał się tak długo, aż ustali się równowaga pomiędzy fazą wodną i tłuszczową. Stan równowagi opisuje prawo podziału Nernsta: jeżeli do układu zawierającego dwie nie mieszające się ciecze dodamy substancji, która się w nich rozpuszcza, to stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w obu cieczach będzie wartością stałą w określonej temperaturze.

Im współczynnik podziału olej/woda jest mniejszy, tym krócej trwa ustalanie się stanu równowagi pomiędzy tkanką tłuszczową a otoczeniem, zachodzące przy zmianie ciśnienia. Współczynnik podziału rzutuje na przebieg dekompresji i jest jednym z parametrów, charakteryzujących działanie narkotyczne gazów obojętnych.

Do podstawowych zjawisk fizycznych, dotyczących oddziaływania środowiska gazowego w hiperbarii należy również dyfuzja. Dyfuzję gazów określa się jako bierny transfer gazu z przestrzeni o wyższym ciśnieniu parcjalnym do przestrzeni o ciśnieniu niższym, którego jedyną przyczyną jest różnica ciśnień cząstkowych pomiędzy tymi przestrzeniami. Samoistnemu procesowi wyrównywania ciśnienia towarzyszy spadek wolnej energii.

Przebieg procesu dyfuzji gazów opisuje prawo Grahama: szybkość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do ciśnienia i temperatury gazu, a odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego jego ciężaru cząsteczkowego.

Na szybkość dyfuzji wpływa wiele czynników: odległość, jaką mają przebyć cząsteczki gazu podczas wyrównywania różnicy ciśnień (im odległość mniejsza, tym równowaga ustali się wcześniej), powierzchnia dyfuzji (im powierzchnia większa, tym większa szybkość dyfuzji), rozpuszczalność im gaz lepiej rozpuszczalny w środowisku, przez które ma dyfundować, tym dyfuzja będzie szybsza), a w odniesieniu do organizmu również różnorodność morfologiczna tkanek, stan łożyska naczyniowego (mikrokrążenia) czy zapotrzebowanie metaboliczne tkanek (w przypadku gazu nieobojętnego, jakim jest tlen).

Powyższy przegląd wskazuje na złożony charakter oddziaływania na organizm środowiska gazowego w hiperbarii oraz istotny w nim udział zjawisk fizycznych, o których nie wolno zapominać podczas interpretacji efektów wywołanych oddziaływaniem zwiększonego ciśnienia.

Gazy nurkowe i sztuczne mieszaniny oddechowe.

Pomimo dużej ilości znanych człowiekowi rodzajów gazów, w technice nurkowej wykorzystywanych jest zaledwie kilka. Z ekonomicznego i fizjologicznego punktu widzenia, w zależności od głębokości i zadania postawionego przed nurkiem, podczas nurkowania zastosować można różne czynniki oddechowe ( Olszański+Kłos 1997, Dęga+ ):

tlen do 6 mH₂O;

powietrze do 50 mH₂O;

nitroks do 50 mH₂O;

helioks do 200 mH₂O;

trimiks do 400 mH₂O;

hydrelioks od 200 mH₂O do 700 mH₂O.

Tlen (O₂) - „gaz życia”, jest niezbędnym składnikiem, obecnym w każdej mieszaninie oddechowej. W stanie wolnym jest gazem bezbarwnym, bezwonnym i pozbawionym smaku. Przyjmuje się, że podczas nurkowania jego ciśnienie parcjalne nie powinno być niższe niż 0,02 (0,016) MPa ze względu na zagrożenie niedotlenieniem, natomiast ciśnienia cząstkowe wyższe od atmosferycznego, szczególnie zaś przekraczające 0,04 MPa i stosowane długotrwale, wywierają szkodliwe działanie na organizm (zwłaszcza na płuca i centralny układ nerwowy). W przypadkach szczególnych dozwolone są krótkotrwałe ekspozycje na wysokie ciśnienia parcjalne tlenu (np. podczas terapii hiperbarycznej), ale nie jest zalecane przekraczanie ciśnienia 0,28 MPa ( Konarski+Olszański 1997 ).

Tlen, jako czynnik oddechowy, wykorzystywany jest podczas leczenia wypadków nurkowych, w hiperbarii tlenowej, podczas dekompresji oraz nurkowania w aparatach o obiegu zamkniętym, zasilanych tlenem. Nurkowanie z użyciem 100% O₂ ograniczone jest co do maksymalnej głębokości (6 mH₂O), jak i czasu, ze względu na jego toksyczne oddziaływanie. Toksyczny wpływ tlenu ujawnia się przede wszystkim pod postacią dwóch podstawowych zespołów, różniących się obrazem klinicznym: tzw. efektu Paul Berta, czyli zatrucia tlenowego ośrodkowego układu nerwowego oraz efektu Lorrain Smitha, czyli tlenowej toksyczności płucnej (Konarski+Olszański 1997, Olszański+Kłos 1997 ).

Azot (N₂) - główny składnik powietrza, w stanie wolnym jest bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku. W normobarii jest gazem fizjologicznie obojętnym, jednak pod zwiększonym ciśnieniem rozpuszcza się w tkankach i może działać toksycznie na centralny układ nerwowy, powodując objawy tzw. narkozy azotowej, a pęcherzyki gazowe powstające podczas szybkiej dekompresji nurka oddychającego powietrzem lub mieszaniną zawierającą azot, wypełnione głównie tym gazem, są przyczyną DCS ( Dolatkowski, 2Olszański+Kłos 1997 ).

Powietrze jest naturalnym czynnikiem oddechowym, stosowanym od początków nurkowania do dnia dzisiejszego. Jest to jednocześnie najczęściej stosowany czynnik oddechowy. Ograniczenia w jego zastosowaniu wynikają z samego składu chemicznego powietrza - przekroczenie głębokości 50 mH₂O powoduje narażenie na narkozę azotową i, w niektórych przypadkach, zatrucie tlenem. Ponadto nie można zapominać o zwiększających się wraz z głębokością oporach oddechowych i saturacji tkanek gazem obojętnym ( Olszański+Kłos 1997 ).

Zastosowanie mieszanin azotowo-tlenowych (nitroksu) podczas nurkowań na głębokości do 50 mH₂O wiąże się z optymalizacją procesu nurkowania, skróceniem czasu dekompresji, podniesieniem komfortu pracy oraz zwiększeniem efektywności i bezpieczeństwa pracy nurków ( Skrzyński 1997 ). Mieszaniny nitroksowe są dość popularne w świecie od ponad 10 lat i wykorzystywane zarówno w nurkowaniach amatorskich, jak i zawodowych. Nitroks to każda mieszanina azotu z tlenem - jest więc nim również powietrze, jednak pod pojęciem nitroksu „nurkowego” rozumiemy tylko mieszaniny hiperoksyczne (tj. o zawartości tlenu powyżej 21% obj.). Chociaż podnosi on bezpieczeństwo nurkowania, to stosowany bez odpowiedniego przygotowania i doświadczenia nurka może stwarzać większe niebezpieczeństwo od powietrza, ze względu na wyższe osiągane w mieszaninie prężności tlenu ( Olszański+Kłos 1997 ).

Hel (He) - podobnie, jak tlen i azot, jest bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku. Ponadto prawie nie wykazuje on działania narkotycznego, jest nietoksyczny i lekki. Szybka dyfuzja helu pozwala znacznie skrócić czas dekompresji, a niska gęstość zmniejszyć wydatnie opory oddechowe. Hel odznacza się bardzo wysoką przewodnością cieplną.

Mieszaniny helowo-tlenowe (helioks) rozwiązują problem gęstości medium oddechowego, gdyż hel jest gazem 7 razy rzadszym od azotu, a dodatkowo zastąpienie azotu helem eliminuje problem narkozy azotowej. Wadą helioksu jest 5,7 razy większa od powietrza przewodność cieplna, powodująca postępujące wraz z głębokością wychłodzenie organizmu, zbyt wysoka w niektórych przypadkach dyfuzyjność oraz wywoływanie zakłóceń mowy. Nie bez znaczenia jest fakt, że hel jest gazem drogim, a zastosowany na głębokościach większych od 200 mH₂O wywołuje efekty narkotyczne pod postacią zespołu neurologicznego wysokich ciśnień - HPNS (ang. high pressure nervous syndrome) (Olszański+Kłos 1997, 2Olszański+Kłos 1997 ).

Trimiks, czyli mieszaniny helowo-azotowo-tlenowe, to kompromis pomiędzy niedostatkami wymienionych wcześniej nitroksu i helioksu, a ich użytecznością. Dodanie do mieszaniny helowo-tlenowej 5-10% azotu skutecznie eliminuje zjawisko HPNS, a podczas prac na mniejszych głębokościach (większa zawartość procentowa N₂) nie bez znaczenia jest oszczędność kosztownego helu. Mieszaniny trimiksowe są najekonomiczniejszym czynnikiem oddechowym podczas nurkowań na głębokości przekraczające 50 mH₂O, z tego też powodu z dobrym skutkiem jest wykorzystywany w Marynarce Wojennej RP podczas nurkowań głębokich ( Olszański+Kłos 1997 ).

Wodór (H₂) - gaz o najniższym ciężarze cząsteczkowym i gęstości, wykorzystywany jest w nurkowaniach eksperymentalnych. Podobnie jak hel powoduje wychłodzenie organizmu ze względu na dużą przewodność cieplną, a ponadto w mieszaninach z tlenem jest wybuchowy. Objawy narkotyczne daje dopiero przy nieosiągalnych obecnie dla nurka głębokościach, gdzie ciśnienie parcjalne wodoru przekroczyłoby 25 ata.

Poprzez dodanie do helioksu lekkiego gazu, jakim jest wodór, otrzymuje się mieszaniny określane jako hydrelioks. Hydrelioks znajduje zastosowanie jedynie podczas najgłębszych nurkowań ( Gardette 1988 ), gdyż mieszanina wodoru z tlenem o zawartości przekraczającej 4% O₂ jest silnie wybuchowa, a z drugiej strony niska prężność tlenu czyni ją przydatną do nurkowania dopiero od głębokości ok. 200 mH₂O. Wodór znacznie obniża gęstość mieszaniny, a co za tym idzie opory oddechowe i pracę oddychania ( 2Olszański+Kłos 1997 ).

Oprócz wyżej wymienionych, prowadzone są obecnie badania nad wykorzystaniem w pracach podwodnych innych gazów szlachetnych, jak argon, ksenon i krypton, jednak na dzień dzisiejszy nie stosuje się mieszanin oddechowych, opartych na tych gazach. Pewnym specyficznym wyjątkiem są gazy gaśnicze typu INERGEN, będące mieszaniną argonu, dwutlenku węgla i azotu z powietrzem - badania naukowe dowiodły możliwości krótkotrwałego oddychania tego typu mieszaniną pomimo, że ciśnienie parcjalne tlenu jest w niej niższe niż 0,008 MPa, zaś ciśnienie parcjalne CO₂ przekracza 0,005 MPa (Test report...1993). Ponadto mieszaniny argonowe znajdują zastosowanie jako izolator termiczny w skafandrach nurkowych.

Tabela 1. Właściwości fizyczne wybranych gazów nurkowych (Krzyżak).

Właściwości fizyczne	O2	N2	He	H2
Ciężar cząsteczkowy (atomowy)	32	28	4	2
Gęstość [g/l]	1,329	1,251	0,178	0,09
Rozpuszczalność:
37^oC H2O [ml/cm^3]	0,023	0,013	0,008	0,013
37^oC olej [ml/cm^3]	0,112	0,067	0,015	0,04
Współczynnik podziału olej/woda	4,86	5,2	1,7	3,0

Środowisko pracy nurka i jego wpływ na organizm nurka.

Oddziaływanie środowiska, w jakim nurek zmuszony jest wykonywać swoją pracę, ma bezpośredni wpływ stresujący na jego organizm.

Niekorzystne oddziaływania środowiska można podzielić na:

• fizyczne;

• biologiczno-chemiczne;

• psychiczne;

• zależne od techniki nurkowej.

Między organizmem człowieka i otaczającym go środowiskiem zachodzi stała wymiana ciepła. Temperatura wody w morzach strefy klimatu umiarkowanego na głębokościach osiąganych przez nurków niezależnie od pory roku jest niska i waha się w granicach 2-10^oC. Przewodnictwo cieplne wody jest ponad 25-krotnie wyższe od powietrza, zatem odprowadzanie ciepła ze skóry podczas zanurzenia w wodzie zachodzi niezwykle szybko, co w znacznym stopniu skraca czas efektywnej pracy nurka. Czas pobytu nurka bez skafandra w wodzie o temperaturze 16^oC jest ograniczony do 20 minut. Można wydłużyć go wielokrotnie, stosując różnego typu skafandry nurkowe ( Dolatkowski 1973), izolujące ciało nurka od bezpośredniego omywania przez zimną wodę akwenu. Nurek odczuwający zimno zużywa ponadto znacznie więcej czynnika oddechowego (rośnie wentylacja minutowa), co skraca czas pobytu pod wodą.

Poza nadmierną utratą ciepła organizm zanurzony w wodzie podlega działaniu ciśnienia hydrostatycznego, powodującego zmiany w oddychaniu i krążeniu. Ciśnienie hydrostatyczne nie jest zazwyczaj odczuwane przez nurka, gdyż rozkłada się równomiernie na całe ciało; może być jednak odczuwane, gdy zaistnieją trudności w wyrównywaniu ciśnień w przestrzeniach powietrznych organizmu oraz podczas niewłaściwego posługiwania się sprzętem nurkowym.

Oddychanie gazami obojętnymi w warunkach normobarii, w hiperbarii stwarza zagrożenie wystąpienia efektów toksycznych (zatrucia); zmienia się również mechanika oddychania. Wzrost gęstości czynnika oddechowego wymaga wzrostu pracy oddechowej, co zmniejsza wydajność pracy nurka i obniża jej bezpieczeństwo w mechanizmie niedostatecznej wentylacji pęcherzykowej i kumulacji CO₂ w organizmie.

Kolejne zagrożenia niosą zmiany wysycenia organizmu rozpuszczonymi gazami w mechanizmie sprężania/dekompresji ( Krzyżak-doktorat ).

Oddziaływania biologiczno-chemiczne są bezpośrednio związane z akwenem, w którym odbywa się nurkowanie. Nie zawsze są to wody czyste: nierzadko nurek wykonuje swoją pracę
w obrębie strefy zanieczyszczeń przemysłowych, komunalnych, a coraz częściej w ekstremalnych warunkach, jak eksploatacja złóż czy zwalczanie klęsk żywiołowych (ekologicznych), gdzie narażenia biologiczno-chemiczne są problemem priorytetowym.

Środowisko wodne nie jest naturalnym środowiskiem człowieka, a więc jako takie generuje niekorzystne zjawiska natury emocjonalno-psychicznej. Oddziaływania te są tym większe, im słabsze jest wyszkolenie nurka, jego doświadczenie, „trudniejszy” i bardziej niebezpieczny akwen nurkowania oraz praca (zadania), które mają być wykonane pod wodą. Nic więc dziwnego, że obserwuje się u nurków różnego rodzaju lęki i fobie, jak choćby agorafobia (lęk przed „otwartą” przestrzenią) czy lęk przed utratą czynnika oddechowego ( Krzyżak-doktorat, Jeżewska & my ).

Ekspozycje hiperbaryczne w komorach ciśnieniowych stwarzają warunki mniejszego stresu emocjonalnego, niż realne nurkowania w wodzie. Nurek nie jest bezpośrednio narażony na kontakt z zimną wodą o często złej przejrzystości, znajduje się wewnątrz utrzymującego w miarę stałe warunki otoczenia obiektu, gdzie niekorzystne oddziaływania (głównie hałas wywoływany przepływem gazów) generowane są tylko podczas zmian ciśnienia wewnątrz komory. Nurek oddycha z atmosfery komory bądź (rzadziej) z układów podających czynnik oddechowy
o odpowiednio do nurkowania dobranym składzie, a atmosfera wewnątrz komory jest stale kontrolowana (co zmniejsza ryzyko zatrucia, np. powstającym w procesach metabolicznych organizmu dwutlenkiem węgla) i, w razie potrzeby, korygowana (np. poprzez wentylację komory).

Problemem ekspozycji w komorach ciśnieniowych, szczególnie pobytów dłuższych (kilku/kilkunastodniowych), jak to ma miejsce podczas nurkowań saturowanych, jest nadmierny rozwój saprofitującej i patologicznej flory bakteryjnej i grzybiczej, zależny od wyższej temperatury i wilgotności atmosfery komory.

Istotne są również problemy natury psychicznej i psychologicznej - szczególnie podczas dłuższych pobytów konieczność przebywania stale w tym samym towarzystwie, bez możliwości opuszczenia komory oraz zaburzenie naturalnego rytmu dobowego, generować mogą nieprawidłowe reakcje osobnicze, nawet w postaci ostrej (reaktywnej). Podczas krótkich ekspozycji, często przypadkowych (najczęściej leczenie nurka, bądź trening ciśnieniowy), problemem może być nieujawniona wcześniej klaustrofobia ( Krzyżak-doktorat, Jeżewska & ).

Podstawy teorii dekompresji.

Podczas zanurzania ciśnienia parcjalne gazów, wchodzących w skład mieszaniny rosną proporcjonalnie do wzrostu ciśnienia otoczenia, co wymusza ich dyfuzję poprzez ścianę pęcherzyków płucnych, a następnie rozpuszczanie się w osoczu (zgodnie z prawem Henry'ego) oraz dyfuzję do wszystkich tkanek organizmu. Proces ten określa się mianem saturacji (nasycania) tkanek. Podczas wynurzania, obserwowane zjawiska zachodzą w odwrotnej kolejności i, jeśli przebiegają powoli, nie stanowią niebezpieczeństwa dla organizmu. Powyższe założenia odnoszą się do każdego obojętnego gazu w używanej mieszaninie ( Dolatkowski, Berghage 1980 ).

Tkanki o wysokim ukrwieniu i metabolizmie, jak mózgowie czy mięsień sercowy, szybko nasycają się gazem obojętnym - w fizjopatologii nurkowania określa się je jako tzw. „tkanki szybkie”. Oczywiście najszybszą tkanką jest krew, w której na skutek bezpośredniego kontaktu z płucami dochodzi do prawie natychmiastowego wyrównania ciśnień wszystkich składowych mieszaniny. Inne tkanki, takie jak więzadła, ścięgna, kości i tkanka tłuszczowa, z powodu gorszego ukrwienia i mniejszego metabolizmu ulegają saturacji znacznie wolniej, przez co określa się je jako tzw. „tkanki wolne”. Szybkość nasycania jest funkcją wykładniczą, a więc saturacja jest różna w zależności od ilości gazu już nasycającego tkankę - w tkankach częściowo nasyconych zmniejsza się gradient ciśnień parcjalnych, będący „motorem” saturacji. W ten sposób „tkanki szybkie” ulegają szybszemu całkowitemu nasyceniu w stosunku do „tkanek wolnych”. Celem porównania tkanek wprowadzono pojęcie czasu połowiczego nasycenia (t_1/2), określającego czas, w jakim różne tkanki ulegają 50% nasyceniu gazem obojętnym. Na tej koncepcji oparta jest większość tabel dekompresyjnych ( Buhlmann 1975, Dolatkowski ).

W praktyce każde wynurzenie, czyli obniżenie ciśnienia zewnętrznego, nawet przeprowadzone zgodnie z zasadami dekompresji, zakłóca stan równowagi układu gaz-ciecz i umożliwia tworzenie się pęcherzyków gazowych we krwi i tkankach. Ponieważ są one bardzo małe i nie powodują objawów patologicznych, określa się je jako „pęcherzyki nieme” (ang. silent bubbles) lub bezobjawowe ( Brubbak 1989 ). Podczas gwałtownego obniżania ciśnienia otoczenia gazy obojętne nasycające tkanki uwalniają się z roztworu w dużym nadmiarze, co określa się mianem supersaturacji i prowadzi do wydzielenia się w płynach tkankowych wolnej fazy gazowej. Początkowo są to maleńkie „jądra gazowe”, które dopełniając się powiększają swe rozmiary i po przekroczeniu wielkości równoważnej średnicy naczyń włosowatych powodują mikrozatory gazowe ze wszystkimi konsekwencjami patologicznymi - dochodzi do rozwinięcia się objawów choroby dekompresyjnej ( Dolatkowski, Elliott 1993, Krzyżak ).

Praktycznym przełożeniem zależności regulujących opisane zjawiska są tabele dekompresyjne ( Doboszyński - habil. ).

Właściwy sposób dekompresowania nurka jest zasadniczym warunkiem przeprowadzania bezpiecznych nurkowań. Na ilość gazu rozpuszczonego w tkankach wpływa głębokość i czas nurkowania, a więc parametry określone w tabelach dekompresyjnych. Przestrzeganie ich wzajemnych relacji oraz profilu dekompresji jest w zdecydowanej większości przypadków wystarczające ze względów bezpieczeństwa nurka ( Sićko 1995 ), jednak w pojedynczych przypadkach zdarzają się zachorowania na DCS, zależne od różnych niż podstawowe (ciśnienie i czas) czynników, wpływających na stopień nasycenia gazem obojętnym, szybkość uwalniania gazu z tkanek i formowania wolnej fazy gazowej pod postacią pęcherzyków.

Czynniki, mające wpływ na przebieg dekompresji przedstawia tab. 2.

Tabela 2. Czynniki wpływające na przebieg dekompresji.

Fizjologiczne	Środowiskowe	Techniczne
Wiek Płeć Budowa ciała i zawartość tkanki tłuszczowej Wydolność fizyczna Zmęczenie Wychłodzenie Przegrzanie Stan psychiczny Sen Bilans wodny Przebyte choroby Wcześniejsze urazy Dieta Palenie tytoniu Alkohol Lekozależność Farmakoterapia Choroba lokomocyjna	Ciśnienie Czas pobytu (nurkowania) Rodzaj dekompresji Czas dekompresji Temperatura Pora dnia Stężenie CO2 Wilgotność Rodzaj akwenu Typ środowiska gazowego Zanieczyszczenia chemiczne i biologiczne Hałas Jonizacja Stan morza Loty samolotem krótko po nurkowaniu Wycieczki wysokogórskie krótko po nurkowaniu	Nurkowania głębokie i długo trwające Szybkość wynurzania Profil dekompresji (stopniowana, ciągła) Odległości pomiędzy stacjami dekompresji Aktywność fizyczna podczas dekompresji Pozycja ciała Wycieczki z plateau Ekspozycje powtarzane Ekspozycje wielopoziomowe Zmiana składu czynnika oddechowego Stosowanie tlenu Rodzaj i charakterystyka sprzętu nurkowego Używanie komputerów nurkowych

Metody oceny systemu dekompresji.

Najdłużej znanym i najpowszechniej stosowanym kryterium oceny przydatności systemu dekompresji jest nieujawnienie się objawów typu „bends”, tj. klasycznych objawów choroby dekompresyjnej I typu - bólów jednego z dużych stawów kończyn, częściej dolnych, lub mięśni, wywołanych obecnością i powiększaniem się patogennych pęcherzyków gazowych w ścięgnach, więzadłach, powięziach, okostnej i osłonkach nerwowych ( Behnke 1969, Hennessy 1977 ). Kryterium „bends” nie jest jednak jedynym kryterium oceny systemów dekompresji - równolegle stosowane są nowoczesne metody badawcze, za pomocą których stwierdzić można bądź to obecność pęcherzyków gazowych w naczyniach, bądź też efekty ich obecności.

Najczęściej wykorzystywane jest badanie metodą Dopplera obecności śródnaczyniowych pęcherzyków gazowych po stronie żylnej krążenia, głównie w dużych naczyniach i jamach serca ( Bayne 1985, Daniels 1979, Eatock 1984, Hills 1983, Masurel 1978, 1989, Spencer 1976, Spencer 1978 ), jednak sam fakt ich obecności nie jest, rzecz jasna, równoznaczny z rozpoznaniem choroby dekompresyjnej, a w części przypadków pomimo wyraźnych objawów „bends” pęcherzyków gazowych nie stwierdzano ( Powell 1977, 1983, 1988 ).

Badanie echo-ultrasonograficzne, wprowadzone przez Danielsa w 1984 roku, również nie w pełni koreluje z obrazem klinicznym DCS ( Daniels 1984, Bayne 1985 ).

Podobnie zmiany, obserwowane w tomografii komputerowej, niezbyt silnie korelują z objawami choroby dekompresyjnej ( Hodgson 1988 ), a badanie scyntygraficzne (Tc 99m) układu kostnego wykazuje zmiany patologiczne ze znacznym opóźnieniem - dopiero po około 72 godzinach ( Mac Lead 1988 ).

Na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych do oceny poprawności fazy dekompresji, a co za tym idzie - zastosowanego systemu dekompresji, wdrożono oznaczanie ilości płytek krwi. Metodę tą oparto na licznych obserwacjach w których wykazano, że po zastosowaniu stresującego schematu dekompresyjnego znamiennie zmniejsza się ilość płytek we krwi nurków, a zmiany te są jeszcze wyraźniejsze (nierzadko powyżej 30%) w przypadku wystąpienia objawów klinicznych DCS ( Martin 1973, Philp 1971, 1973, Valeri 1974 ). Spostrzeżenia powyższe potwierdzają wyniki współczesnych badań, np. Thorsena i wsp. z 1987 r., w których stwierdzono bezpośredni związek pomiędzy zmniejszeniem ilości płytek we krwi nurków po dekompresji, a wzmożonym wiązaniem płytek krwi na powierzchni wypełnionych azotem mikropęcherzyków gazowych i zwiększeniem „wychwytu” agregatów płytkowych w śledzionie ( Softeland 1994, Thorsen 1987 ). Większość badaczy wskazuje na powierzchnię pęcherzyków gazowych jako najważniejszy czynnik proagregacyjny ( Eckenhoff 1984, Martin 1972, Thorsen 1989, 1993). Jednak niektórzy autorzy wskazują, że stres i zmiany ciśnienia hydrostatycznego mogą mieć zasadniczy wpływ na procesy agregacji płytek krwi ( Pickles 1989, 1990, Murayama 1987 ), a mikropęcherzyki zwiększają naturalną wrażliwość płytek na działanie fizjologicznych stymulatorów ich aktywności, głównie amin katecholowych ( Softeland 1994 ).

Spostrzeżenie, że międzyfaza gaz-ciecz wokół pęcherzyka gazowego oddziaływuje jak ciało obce, prowadząc do aktywacji czynnika XII układu krzepnięcia i, następczo, całej kaskady wewnątrzpochodnego toru układu krzepnięcia i innych, obecnych w osoczu krwi, układów, podsunęło pomysł wykorzystania zachodzących zmian do monitorowania poprawności systemów dekompresyjnych ( Cockett 1977, Cross 1984, Eckenhoff 1984 ). Na uwagę zasługuje fakt, że od kilkunastu lat badania nad zachowaniem się układu hemostazy podczas rzeczywistych i symulowanych ekspozycji hiperbarycznych są również prowadzone w Polsce ( Olszański 1990, 1993, 1995, 1997 ).

Zważywszy, że reakcja organizmu na obecność patogennych pęcherzyków gazowych jest procesem zarówno typu mechanicznego, jak i biochemicznego ( Elliott 1993, Gregg 1977, Kierznikowicz 1976, Landolfi 1991, Pekna 1996, Thorsen 1993, Ward 1987, Zhang 1991 ), współcześnie możliwe jest monitorowanie stanu poszczególnych układów. Do głównych kierunków zaliczyć należy badanie układu dopełniacza, tzw. białek ostrej fazy, elementów układu odpornościowego, krzepnięcia, fibrynolizy i kininogenezy.

---