After my first 10 hours on a rebreather, I was a real expert. 40 hours of dive time later, I considered myself a novice. When I had completed about 100 hours of rebreather diving, I realized I was only just a beginner."
Dr. Richard Pyle
מאגר המידע
גרף 3.12 – סיכום מחקר של הצי האמריקאי לבחינת מגבלת החשיפה לחמצן
אחת מהערכותיו של קנאט דונלד כפי שמופיעה בספרו היא שבנשימת חמצן בצלילות לא צבאיות, מגבלת העומק צריכה להיות 4.5 מטר. מחקרים נוספים שביצע הצי האמריקאי הובילו למסקנה כי מגבלת העומק של 4.5 מחמירה מידי וכי מגבלת עומק של 6 מטר מעשית יותר.
גרף 3.12 מתאר סיכום מחקר של הצי מהאמריקאי העקומות היורדות מסמלות את הסיכוי באחוזים לאירוע של רעלת חמצן. ב X מסומנים 7 מקרים של פרכוסים עקב הרעלת חמצן. ב O מסומנים 20 מקרים של סימני הרעלת חמצן וודאיים וב ♦ מסומנים 23 מקרים של סימפטומים שככל הנראה קשורים להרעלת חמצן ("ככל הנראה" כיוון שקיים סיכוי שחלקם קשורים דווקא לעליה ברמת ה CO2 ) אשר מתחילים מעומק של 6 מטר.
במחקר שנערך בשנת 1994 נסקרו רבים מהמחקרים שבוצעו בתחום הרעלת החמצן עד לאותה עת, לאחר סינון וטיוב רוכזו 11 מחקרים בהם נחשפו 1726 צוללים לחמצן בלחצים חלקיים שבין 0.3 ל 2.9 אטמ' לזמני חשיפה של עד 268 דקות. מכלל המחקרים הנ"ל דווחו בסה"כ 645 מקרים של הרעלת חמצן .
גרף 3.14 מרכז את נתוני המחקר על פי סימפטומים.
גרף 3.14 – ריכוז סימפטומים של הרעלת חמצן בניסויים שנערכו בין השנים 1945 ל 1994
אחת הסכנות העיקריות בהרעלת החמצן העצבית הינה תופעת הפרכוסים והעוויתות בהן לצולל במים אין שליטה על גופו, כתוצאה מסימפטומים אלו הוא עלול לשמוט את ווסת הצלילה מפיו ולטבוע. הסכנה הגדולה יותר של תופעות אלו הינה שהן עלולות להופיע ללא סימנים מוקדמים, כלומר, בחלק מהמחקרים הנבדק התחיל לפרכס מבלי שהופיעו אצלו סימפטומים מוקדמים ובמקרים אחרים, אותו צולל בתנאי חשיפה קשים יותר הרגיש סימנים של עקצוצים בשפתיים ו/או ורטיגו מבלי להגיע למצב של פרכוסים או עוויתות. עובדה זו היא הסיבה שחשיפה לחמצן מעבר למגבלות מסוכנת כל כך.
קנאט דונלד סיכם את מחקרו במילים הבאות 7 :
“The variation of tolerance between individuals, the variation of tolerance of each individual, the impairment of tolerance with work and under water, all make diving on pure oxygen below 25 fsw a hazardous gamble… the complete absence of symptoms before convulsions constitute a grave menace to the independent oxygen diver.”
חמצן ושכרון מעמקים 17
שכרון מעמקים יוחס היסטורית לחנקן ומכאן גם התיאור הלועזי של התופעה Nitrogen Narcosis. בעגה המקצועית בעברית נהוג לקרוא לתופעה זו גם הרעלת חנקן או תרדמת חנקן. המושג תרדמת חנקן אינו נפוץ כל כך שכן התופעה כפי שמרגיש אותה הצולל אינה של הרדמות אלה של התרוממות רוח המזכירה שיכרות מאלכוהול. מבחינה פיזיולוגית התופעה קשורה להשפעה של החנקן בלחצים גבוהים כגז הרדמה אולם מדובר בחשיפה ללחצים גבוהים, מעבר לתחום העומקים של הצולל הספורטיבי, בניסויים שנערכו לעומק רב, החשיפה לחנקן גרמה לצוללים להירדם.
בסוף שנות ה 80, עם תחילת השימוש בניטרוקס, עודדו ארגוני הצלילה את הצוללים, להשתמש בו כגז נשימה המפחית את תופעת שכרון המעמקים וזאת בשל הפחתת כמות החנקן בתערובת הנשימה. אולם מסתבר שבמחקרים שנערכו כמאה שנה לפני כן ומחקרים שנערכו בשנים האחרונות לא נשללה האפשרות שהחמצן לא פחות נרקוטי מהחנקן ואולי אף יותר נרקוטי ממנו !
מחקרים נפרדים שבוצעו בשנת 1900 ע"י שני חוקרים, מאייר ואוברטון, בנושא גזי הרדמה העלו ממצאים דומים המצביעים על מתאם בין רמת השפעתם של גזים כחומרי הרדמה לבין מסיסותם בשמן/מים. במילים אחרות, המחקרים הראו שככל שהגז מסיס יותר בשומן, כך גדלה השפעתו המרדימה.
בטבלה 3.29 ניתן להבחין במספר נתונים בולטים שבאים לידי ביטוי בצלילה:
ההליום הנו הגז הכי פחות נרקוטי ולכן בעת ביצוע צלילות עמוקות משתמשים בתערובות נשימה שמכילות הליום.
לפחמן הדו חמצני מקדם מסיסות גדול פי 25 מלחנקן ואכן, בדומה לגז הצחוק המשמש כגז הרדמה בטיפול בבני אדם, משתמשים בפחמן הדו חמצני בכדי לבצע הרדמה בבעלי חיים.
לחמצן פוטנציאל נרקוטיות גדול משל החנקן והוא שונה משאר הגזים שבטבלה שכן הוא נצרך ע"י הגוף בתהליך המטבולי, אולם מחקרים בבני אדם ובעלי חיים הוכיחו כי החמצן אכן נרקוטי. כך למשל תקלה שארעה בניסוי במערכת נשימה בפעמון צלילה הובילה לכך שהצוללים עברו לנשום חמצן בעומק של 40 מטרים ונרדמו.
בניסוי בו נחשפו עכברים במהירות ל 13 אטמ' ( 120 מטר ) עם חמצן (18) העכברים נרדמו לפני שתופעות הרעלת החמצן יכלו להתרחש. שני אירועים אלו ואירועים דומים אחרים אינם רלוונטיים לצוללים ספורטיבים/טכניים שכן מדובר בחשיפה מהירה מאוד לחמצן בעומק. חשיפה כה מהירה עד כי השפעת החמצן כגז הרדמה מהירה יותר מהשפעתו כגז רעיל.
ניסויים שבחנו את היכולת הפסיכומטרית והאריתמטית של צוללים תחת השפעת חמצן וחנקן בלחצים חלקיים שונים19 הובילו בחלקם למסקנות סותרות אולם ברובם נמצא כי לחמצן השפעה נרקוטית גדולה יותר מאשר לחנקן אך לא באותו יחס של פוטנציאל נרקוטיות על סמך מסיסותו (זאת כנראה בשל המטבוליות של החמצן).
מחקר בנושא הפחתת שכרון מעמקים בנשימת תערובות ניטרוקס בוצע בישראל ע"י ארז הליוואל מאוניברסיטת חיפה20, ובהנחיית ד"ר דני כרם. הליוואל השווה בין 35 צוללים שנשמו EAN36 לבין 35 צוללים שנשמו אוויר בצלילת ים לעומק של 30 מטר למשך 20 דקות. הנבדקים נמדדו לרגישות קוגניטיבית ע"י שימוש בכלים למדידת איכות שיקול הדעת והביטחון העצמי. במחקר זה לא נמצאו הבדלים בין הצוללים שנשמו ניטרוקס לצוללים שנשמו אוויר, למרות זאת חלק גדול מצוללי הניטרוקס טענו שהם מרגישים פחות שיכרון מעמקים – אולי "אפקט פלסבו".
הדעות בקשר לנרקוטיות החמצן עדיין חלוקות בעולם הצלילה. אך מתוך המחקרים שבוצעו ניתן ללמוד כי תערובות מועשרות בחמצן לא יפחיתו את תופעת שכרון המעמקים וכי בעת חישוב פוטנציאל הנרקוטיות של תערובת הנשימה, כדאי להתייחס לחמצן כאל גז נרקוטי לפחות כמו חנקן.
פרק 3 מתוך הספר ״מערכות נשימה סגורות״ בהוצאת
ההתאחדות הישראלית לצלילה
חיבר שלומי פלניצקי
עריכה דן אשכנזי
החמצן והצולל
מתוך ספר החמצן ומערכות סגורות בהוצאת החטיבה הטכנית בהתאחדות הישראלית לצלילה
במהלך מלחמת העולם השנייה ביצעו צוללי השייטת העשירית האיטלקית מבצעי מיקוש וחבלה נועזים במהלכם הטביעו כמעט 30 ספינות קרב של הצי הבריטי ובנות הברית בים התיכון. בחלק מהמבצעים חדרו הלוחמים האיטלקים לנמלים בהם עגנו ספינות אוייב בצלילה כשהם רכובים על גבי "חזירים" (צוללות ננסיות) שם הצמידו מוקשים לשדרית המטרות. בפעולות אלו השתמשו הצוללים בריברידר חמצן שפותח עבורם ע"י חברת "פירלי", ה ARO הם היו הראשונים להיתקל בתופעות של הרעלת חמצן בצלילה ואחדים אף קיפחו את חייהם כאשר איבדו את הכרתם במהלך הצלילות.
על בסיס לקחים מתקיפות השייטת העשירית האיטלקית ובמהלך המלחמה, פיתח הצי הבריטי את יכולות תקיפת הקומנדו ימיות שלו. הבריטים שתפסו בשבי אנשי צפרדע איטלקים וכלי נשק שלהם לרבות מערכות סגורות וחזירים, פיתחו גרסאות משלהם לציוד ולתורת הלחימה האיטלקית ונחשפו גם הם לתאונות בהן לוחמים איבדו הכרה במהלך צלילות האימונים והצלילות המבצעיות.
כירורג בשם Kenneth Donald התנדב לעמוד בראש כוח משימה מיוחד שילמד את נושא הרעלת החמצן. דונלד שהיה חסר כל רקע בנושא ובעל ניסיון מועט ברפואה היפרברית ניהל בין השנים 1942 ל 1945 את המחקר הגדול ביותר שבוצע עד אז בנושא הרעלת חמצן. התוצאות המלאות של עבודתו היו חסויות שנים רבות עד אשר בשנת 1992 פורסם ספרו Oxygen and the Diver .
עד לפרסום מחקר זה, מגבלות עומק וזמן החשיפה לחמצן נקבעו עפ"י ניסויים שבוצעו בתאי לחץ יבשים, מקרי הרעלת החמצן הרבים שאירעו בצלילות במסגרות המגבלות האלה הובילו למסקנה של דונלד שיש לבצע ניסויים דומים בתא לחץ רטוב ( איור 3.10). דונלד ערך 621 ניסויי השוואה בנשימת חמצן בתא לחץ יבש ובתא לחץ רטוב לעומקים של 18.3 ו 27.4 מטר.4
במסגרת הניסויים שביצע בתא לחץ יבש ל 18.3 מ' הוא בדק זמני חשיפה של 6 צוללים ל 180,120,158,101 ו 50 דקות אשר לא הראו סימפטומים של הרעלת חמצן, בניסויים דומה בתא לחץ רטוב, אותם נבדקים קיבלו הרעלת חמצן חריפה לזמני חשיפה של 76,37,25,19 ו 12 דקות.
בחשיפה לעומק של 27.4 מטר לאותם זמנים בתא יבש ובתא רטוב כל הנבדקים קיבלו הרעלת חמצן חריפה. תוצאות הניסויי הראו כי 50% מהנבדקים בתא היבש לא הראו סימני הרעלת חמצן ב 22 דקות הראשונות של החשיפה בעוד 50% מהנבדקים בתא הרטוב הראו סימני הרעלה לאחר 11 דקות של חשיפה. לאחר שהוכיח מעל לכל ספק כי חשיפת הצולל לחמצן במים מגדילה את הסיכויים והחומרה של הרעלת החמצן החל בניסוי הבא בו בדק את השפעת הלחץ וזמן החשיפה לחמצן במים.
המטרה הייתה לבחון את הסיבולת האינדיבידואלית של נבדקים לחמצן ולהפתעתו הוא גילה כי אותו צולל הראה סימני הרעלת חמצן שונים בימים שונים. נבדקים שונים הראו סיבולת שונה ופיזור הממצאים היה כה גדול שהוחלט לבחור את הצולל בעל הסיבולת הגבוהה ביותר להרעלת חמצן ולבחון אותו בנפרד, בכדי למנוע השפעות חיצוניות, הנבדק הורד בתא הרטוב פעמים בשבוע לעומק של 21.3 מטרים למשך 3 חודשים. כל הניסויים התקיימו באותו שעה ביום, לאחר ארוחת בוקר מוקדמת , הנבדק לבש תמיד את אותה חליפת צלילה וצלל עם אותו מכשיר צלילה. ושוב התקבלו תוצאות אקראיות גם בניסויים נוספים שנערכו על נבדקים אחרים התקבל פיזור פגיעות אקראי , נבדקים שהצליחו להיחשף ל 100 דקות בעומק של 15.2 מ' קיבלו הרעלת חמצן בניסויים אחרים לאחר חשיפה לזמנים של 22,19 ו מ15 דקות.
נבדק אחר שקיבל הרעלת חמצן בניסויי הראשון בחשיפה של 12 דקות לעומק של 15.2 מ' הצליח לסיים ניסויי אחר באותו עומק לאחר 100 דקות ללא שום תופעות הרעלת חמצן לאחר 16 ימים. 6 ימים אח"כ הוא שוב קיבל הרעלת חמצן לאחר 32 דקות ב 15.2 מ'.
תוצאות ניסויים אלו הוכיחו שלא ניתן להעריך מראש את הופעת הרעלת החמצן אולם ברור היה מעל לכל ספק כי ככל שעלה משך החשיפה כך גדל הסיכוי להרעלת חמצן. הובחנה גם שונות גדולה בהופעת הסימנים שונים של הרעלת החמצן. בעוד שבחלק מהמקרים ניצפו סימני הרעלה אשר כללו עקצוצים בשפתיים, התרוממות רוח והפרעות בראיה, בניסויים זהים ואצל אותם נבדקים, נצפו עוויתות ופירקוסים. דפוס שחזר על עצמו בעומקים שונים וזמני חשיפה שונים. לאחר שבחנו זמני חשיפה שונים לעומק קבוע, בוצעה סדרת ניסויים רטובים נוספים אשר בחנה את החשיפה בעומקים שונים לזמן קבוע. התוצאות היו חד משמעיות, ככל שמעמיקים, שכיחות הופעת הרעלת החמצן גדלה.
גרף 3.11 מציג את אחוז הצוללים שנפגעו מהרעלת חמצן ביחס לעומק ולזמני החשיפה. ניתן לראות בו כי חלק מהנבדקים דיווחו על סימני הרעלת חמצן כבר בדקות הראשונות של הניסוי גם בעומקים רדודים ובכל מקרה, ככל שהעומק גדל וככל שזמן החשיפה התארך יותר ויותר נבדקים דיווחו על סימני הרעלת חמצן.
ניסוי נוסף שבוצע בחן את השפעת המאמץ על הופעת סימני הרעלת החמצן. גם כאן התוצאות היו חד משמעיות, לא ניתן להעריך מראש מתי יופיעו סמני הרעלת החמצן אצל הצוללים אולם ברור מעל לכל ספק כי בממוצע, בקרב צוללים תחת מאמץ הופיעו סימני הרעלת החמצן לפני שהופיעו בקרב צוללים במנוחה., 50% מהנבדקים תחת מאמץ נחשפו להרעלת חמצן לאחר 14 דקות בעוד שבקרב צוללים במנוחה הגיע אחוז הפגיעות ל 50 רק לאחר 33 דקות. ממצא זה משויך בעיקר לעליה ברמת הלחץ החלקי של דו תחמוצת הפחמן.