Undervandsforsvar:Nye måder at beskytte dykkere på i dybet

Specialoperationsdykkere som Navy SEALs påtager sig livstruende risici såsom fjendtlige kombattanter og barske miljøer. Men en anden fare er tavs og uset - ilttoksicitet, resultatet af indånding af dødelige niveauer af ilt, der opstår i dybde og tryk.

En professor ved universitetet i Buffalo, State University of New York, udfører en ny type forskning, der kan beskytte flådens dykkere mod denne dødelige trussel. Office of Naval Research (ONR) sponsorerer arbejdet, udføres af Dr. Blair Johnson, der underviser i træningsfysiologi på universitetet i Buffalo.

Ilttoksicitet stammer fra flådens dykkeres mest værdifulde aktiv - ilten selv. Åndbar luft består primært af ilt, nitrogen og kuldioxid. Mens dykkere har brug for ilt for at trække vejret under vandet, forholdet mellem gasser kan blive farligt, jo dybere de dykker ned.

"Nye beviser tyder på, at hormonniveauer, der er afgørende for at opretholde vejrtrækning og hjertefunktion, falder kraftigt, når nogen er nedsænket under vandet, " sagde Dr. William D'Angelo, der administrerer ONR's Undersea Medicine Program. "Dr. Johnsons banebrydende forskning vil udvide om, hvordan vandnedsænkning udløser ilttoksicitet."

Special Operations dykkere er særligt sårbare. De kan støde på dødelige niveauer af nitrogen og kuldioxidgasser, kræver en rebreather for at afbøde toksiciteten.

Dykkerne bruger en lukket kredsløbsrebreather, der filtrerer gasserne fra på en sådan måde, at der ikke kommer bobler på vandoverfladen - nyttigt, når de forsøger at undgå opdagelse af modstandere. Imidlertid, denne ekstra stealth øger hvor meget ilt dykkerne trækker vejret og, kombineret med missionsstress og fysisk anstrengelse, kan føre til anfald, kramper, kvalme, svimmelhed og endda koma eller død - alle symptomer på ilttoksicitet.

Johnsons forskning fokuserer på den menneskelige krops sympatiske nervesystem, som styrer den instinktive "fight or flight"-respons - en fysisk reaktion på et angreb, overlevelsestrussel eller opfattet skadelig hændelse - for at opretholde korrekt puls, blodtryk, vejrtrækning og kropstemperatur.

Johnson og hans team byggede en speciel vandnedsænkningstank på universitetet ved Buffalo's Center for Research and Education in Special Environments, hvor videnskabsmænd kan studere simulerede ekstreme miljøer - som at indånde forskellige gasblandinger under vandet.

Under forsøgene, som startede i denne måned, frivillige sidder i tanken i fire timer, med hovedet og den ene arm over vandet. De tåler ændringer i vandtemperaturen, og ånde luft gennem en rebreather, der indeholder 100 procent ilt. Deres tørre arme er udstyret med sensorer til at måle vitale tegn.

Johnsons forskning er unik, fordi hans team også stikker akupunkturnåle-lignende mikroelektroder direkte ind i nerverne - en proces kaldet mikroneurografi. Dette giver dem mulighed for at måle impulser til muskler i realtid, hud og blodkar - og registrere reaktioner på ændringer i vandtemperaturen samt indånding af høje niveauer af ilt og andre gasblandinger.

"Det er blevet vist, at indånding af 100 procent ilt på land reducerer sympatisk nerveaktivitet, puls og blodtryk, som kan føre til ilttoksicitet i vandet, " sagde Johnson. "Hvordan gælder det for en person, der er nedsænket i vand? Hvilken indflydelse har koldt vand? Hvilken indflydelse har indånding af forskellige gasblandinger? Vi ser på alle disse faktorer for at forhindre eller mindske risikoen for ilttoksicitet."

Johnsons forskning er den første til direkte at måle sympatisk nerveaktivitet gennem mikroneurografi - med nogen nedsænket i vand og indånder forskellige gasblandinger. Hver af hans 50 frivillige vil deltage i op til otte fordybelsessessioner. Bagefter, Johnson vil evaluere dataene for at komme med potentielle forebyggende foranstaltninger mod ilttoksicitet.