En lo profundo de la ciencia de buceo

La Unidad de Buceo Experimental de la Marina

"Optimizamos la seguridad de nuestros buzos, para que puedan permanecer más tiempo y alcanzar mayores profundidades".
— Buzo maestro (retirado) Samuel Huss


Cuatro

Un buzo que utiliza un traje-calorímetro se somete a pruebas en agua fría
para determinar dónde el cuerpo experimenta una ganancia o pérdida de calor
en diferentes temperaturas del agua.
musculosos buzos de la marina, todos voluntarios, caminan en fila por las primeras dos cámaras de presión interconectadas mientras se dirigen a la cámara "Charlie". Desde allí bajarán a una cámara cilíndrica llena de agua, lo suficientemente grande como para albergar un autobús escolar, que constituye la base del Centro de Simulación Oceánica de la Unidad de Buceo Experimental de la Marina (NEDU, por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos.

Cada uno de los buzos, a los que se les designa un número con fines de experimentación, utiliza rebreathers (recirculadores) de circuito cerrado Mark 16 (MK-16) de la Marina equipados con máscaras que cubren la totalidad de su cara. Los rebreathers (recirculadores) son cargados con Trimix 12/44 (12 por ciento de oxígeno, 44 por ciento de helio y 44 por ciento de nitrógeno) o heliox 12/88 (12 por ciento de oxígeno, 88 por ciento de helio); a los buzos no se les informa cuál es la mezcla que tienen.

Una vez sumergidos en el estanque de agua, el supervisor de buceo que se encuentra en la sala de control los dirige hasta alcanzar los 61 metros (200 pies), donde llevan a cabo un buceo de 40 minutos mientras pedalean en bicicletas de ejercicio (bicicletas fijas). Luego realizan una descompresión durante casi dos horas de acuerdo con la tabla de Trimix MK-16, que es 15 minutos más corta que el programa de descompresión correspondiente de heliox y permite un ascenso inicial hasta la primera parada de descompresión a 21 metros (70 pies) (la primera parada de descompresión del programa de heliox es a 27 metros (90 pies). Después de salir a la superficie, los buzos serán supervisados para comprobar la presencia de signos y síntomas de una enfermedad por descompresión (EDC).

Dado que se cree que el helio, que es no narcótico (a diferencia del nitrógeno), tiene una captación y eliminación del tejido más rápidas que el nitrógeno, los modelos de descompresión existentes (incluso el algoritmo de Albert Bühlmann, popular con los buzos técnicos) asignan paradas más profundas y descompresiones proporcionalmente más largas cuanto mayor sea la fracción de helio en la mezcla respiratoria. Esto a veces se conoce como penalidad por helio.


Un buzo de la Marina en la piscina de prueba de NEDU realiza un ejercicio durante un estudio fisiológico.


Si los modelos son correctos (es decir, si la descompresión con Trimix tiene más eficacia que el heliox para los buceos de rebote), los científicos de NEDU esperarían ver en el estudio una incidencia de EDC más alta en los buceos con heliox que en los buceos con Trimix. Pero el investigador principal David Doolette, Ph.D., que también es explorador de cuevas submarinas, no está convencido de que eso es lo que encontrarán.

Los investigadores de NEDU desarrollaron el buceo con heliox en la década de 1930 como parte de la misión inicial del comando. Su objetivo era encontrar una manera de limitar los efectos debilitantes de la narcosis por nitrógeno para hacer posible el rescate de tripulaciones de submarinos caídos de la Marina. Planteaban la hipótesis de que el helio requeriría menos descompresión que el nitrógeno, pero sus primeras pruebas llegaron a la conclusión contraria. Con el rescate exitoso de los sobrevivientes del USS Squalus en 1939, el heliox se convirtió en la mezcla respiratoria estándar de la Marina para el buceo profundo.

En los últimos años la Marina Real Canadiense y otras iniciaron programas de investigación sobre el Trimix, en parte debido a los costos elevados del helio, e invitaron a los Estados Unidos a participar. No obstante, Doolette y sus colegas Wayne Gerth, Ph.D., el jefe del equipo de descompresión de NEDU, y Keith Gault convencieron a su patrocinador de que el programa tendría sentido sólo si el Trimix ofrecía tiempos de descompresión considerablemente más bajos con respecto al heliox, una afirmación que nunca se había evaluado. Diseñaron el experimento en consecuencia.

¿Y cuáles fueron los resultados? Los cuatro buzos de prueba de la Marina realizaron sus buceos con éxito. En el transcurso de las nueve semanas siguientes un total de 32 voluntarios llevaron a cabo 50 buceos con heliox sin incidentes y 46 buceos con Trimix con dos casos diagnosticados de EDC. Estadísticamente eso significa que los investigadores deben mantener su hipótesis nula: la descompresión con Trimix no tiene más eficacia que el heliox; los modelos existentes deben ser sometidos a una revisión. Esta no es la primera vez que un experimento de NEDU ha refutado creencias o prácticas de buceo heredadas.
El grupo de académicos se une al equipo de cerebritos
La experimentación es la base de la iniciativa que es NEDU, que tiene su herencia científica en los primeros buceos experimentales de la Marina, realizados por el artillero principal George D. Stillson en 1912, con el objeto de probar la teoría de descompresión de John Scott Haldane. La misión de NEDU, que se desarrolla en la base militar Naval Support Activity Panama City en Panama City Beach, Florida, es desarrollar soluciones para apoyar y mejorar el buceo de la flota y otras operaciones submarinas dotadas de personal a través de la investigación, el desarrollo y la realización de pruebas independientes y la evaluación de equipos y procedimientos. Se lo debe considerar como una unión de los académicos con el equipo de cerebritos de la división de buceo de la Marina de los Estados Unidos.

Desde su creación en 1927, NEDU, junto con la división de investigación biomédica y desarrollo de buceo del hoy desaparecido Instituto de Investigación Médica Naval (que NEDU absorbió a fines de la década de 1990), ha sido responsable de un porcentaje desproporcionado de avances en procedimientos de descompresión, buceo con mezclas respiratorias, diseño de dispositivos de respiración submarina (UBA, por sus siglas en inglés), buceo de saturación (SAT) y nuestros conocimientos sobre fisiología del buceo.

En lo que se refiere a cantidad e importancia, no existe ninguna otra institución que cuente con un historial de contribuciones más distinguido. Las obras recopiladas de NEDU, que incluyen más de 1.000 informes técnicos y un sinnúmero de artículos científicos, en su mayoría no clasificados, representan la infraestructura intelectual y tecnológica utilizada por prácticamente todas las comunidades de buceo en la actualidad.

Durante gran parte de su historia, las investigaciones de NEDU se centraron en problemas que se planteaban a buzos que estaban amarrados y que llevaban a cabo buceos de saturación o con suministro desde la superficie, que fueron de importancia fundamental durante la Guerra Fría. Sin embargo, a lo largo de la última década y media, el crecimiento de las operaciones especiales ha llevado al comando dirigido por buzos a dirigir su atención a los problemas a los que se enfrentan los buzos que nadan libremente, que representan a la mitad de los 5.000 buzos de la flota.


El capitán de corbeta Steve Duba, director ejecutivo de NEDU, de pie en el estanque de agua abierto del Centro de Simulación Oceánica.



"Estamos expandiendo los límites en lo que se refiere a gases, profundidades y cambios de gases, sobre todo con rebreathers (recirculadores) de circuito cerrado", explicó el capitán de corbeta Steve Duba, un buzo experto en eliminación de artefactos explosivos (EOD, por sus siglas en inglés), que se desempeña como Director Ejecutivo de NEDU. "Su apoyo a las misiones especiales. Una de nuestras prioridades es mantener a los buzos calientes en situaciones en las que nadan libremente. También existe una gran presión por alcanzar mayores profundidades, y estamos considerando desarrollar las tablas y el equipo necesario para respaldarlo". Los buceos basados en la superficie según la tabla MK-16 actualmente están limitados a 91 metros (300 pies) (los buceos con equipos de circuito abierto están limitados a 58 metros [190 pies]).

Si se pregunta lo que el futuro depara para la división de buceo de la Marina de los Estados Unidos y, en consecuencia, para el buceo en su totalidad, considere lo siguiente: se está inventando en este momento en NEDU.
Para buzos, hecho por buzos
Al caminar por un largo pasillo de bloque de hormigón de color beige con piso de linóleo con áreas de color marrón e imágenes en blanco y negro de afamados graduados, hombres jóvenes con cortes precisos que transitan en pantalones cortos de color caqui y camisetas de NEDU azules, es fácil imaginar que se ha ingresado a una escuela parroquial de la década de 1950 en lugar de al paraíso de los "adictos" al buceo. De hecho, aquí el buceo es apreciado con un fervor casi religioso.

Se puede decir que NEDU fue creada por buzos, para buzos. Sus 120 empleados, entre los que se encuentran alrededor de 35 civiles, constituyen un equipo único de buzos militares, oficiales médicos de buceo (DMO, por sus siglas en inglés), científicos e ingenieros. Además del liderazgo de los oficiales de las más de 20 comunidades de buceo de la flota (lo que incluye equipos SEAL [Sea-Air-Land; tierra, mar y aire], buzos de la flota y buzos expertos en eliminación de artefactos explosivos [EOD, por sus siglas en inglés]) hay seis DMO, cerca de 25 científicos e ingenieros y 50 buzos de la Marina de primera clase, que se desempeñan como sujetos de prueba y realizan el mantenimiento de las instalaciones y el equipo bajo la supervisión de un buzo maestro de la Marina.

El grado de conocimiento es evidente. "He sido parte de la Marina durante 29 años y este es el mejor comando en el que he servido", afirmó el oficial de proyectos capitán Edward "Andy" Woods, M.D., un ex oficial médico del equipo SEAL. "Hay tantos individuos excepcionales, lo mejor de lo mejor. Las personas vienen aquí porque les apasiona el buceo, y no podrían hacer esto en ninguna otra parte".

NEDU centra sus esfuerzos en mejorar la seguridad y el desempeño en el buceo. Alrededor del 30 o el 40 por ciento de su presupuesto anual de 10 millones de dólares estadounidenses es reembolsable por el trabajo realizado en representación de sus patrocinadores, entre los que se encuentran la Oficina de Investigación Naval (**Office of Naval Research**), el Comando Especial de Guerra Naval (**Naval Special Warfare Command**) y el Grupo de Escape y Rescate Submarino (**Submarine Escape and Rescue) (parte del Laboratorio de Investigación Médica Submarina Naval [**Naval Submarine Medical Research Laboratory**]), así como también otras ramas de servicio como por ejemplo la Fuerza Aérea. Sus investigaciones van desde investigación biomédica básica y aplicada hasta abordar las necesidades operativas específicas de los combatientes. En ocasiones, eso supone soluciones que combinan los conocimientos de Einstein con las habilidades de MacGyver.

NEDU también prueba y certifica todos los equipos utilizados o considerados para ser utilizados por la comunidad de buceo de la Marina; su exclusivo centro de pruebas sin tripulación es capaz de someter equipos a profundidades de 222 metros (730 pies) en agua fría, caliente, dulce o salada. Además, lleva a cabo todas las investigaciones sobre accidentes de buceo que involucran a empleados federales, que han ascendido a cerca de 100 en la última década.


El buzo de primera clase de la Marina Greg Early eleva un casco KM-37
después de un buceo de evaluación de desempeño en agua helada sin
tripulación dentro de la cámara Bravo del Centro de Buceo Experimental.
El trabajo de NEDU se basa en gran medida en el Centro de Simulación Oceánica (Ocean Simulation Facility; OSF), que es el centro de tratamiento en cámara hiperbárica más grande y sofisticado del mundo. El complejo de cámaras, que fue construido en 1971, consta de una cámara húmeda y cinco cámaras de trabajo/de estar secas que pueden simular las condiciones del océano a profundidades equivalentes a 686 metros (2.250 pies) y altitudes de hasta 45.720 metros (150.000 pies). El complejo también proporciona complicadas pruebas hombre-máquina. NEDU realiza dos o tres buceos de saturación al año en el OSF como parte de su misión de mantener la capacidad de buceo de saturación de la Marina. Los buceos pueden tener una duración de hasta 30 días y un costo de hasta 750.000 dólares estadounidenses.

Científicos como Doolette afirman que la cultura del buceo de NEDU les permite realizar investigaciones que otras instituciones no pueden. "Somos una de los pocos centros del mundo que podemos llevar a cabo un experimento hasta llegar a una EDC", comentó Doolette. "Casi todos los demás ven los émbolos gaseosos venosos (EGV) como una medida de resultado".

Si bien a la mayoría de las organizaciones de investigación les resulta cada vez más inaceptable provocar una enfermedad por descompresión en un individuo, el resultado sólido confiere más valor a los estudios de descompresión. "Los buzos aquí dicen: 'sí, lo haré', porque sus compañeros están allí fuera enfrentándose a diferentes peligros", manifestó Doolette.


Buzos en las cámaras Alpha y Bravo del Centro de Simulación Oceánica se
preparan para dejar la superficie.
Los buzos de NEDU deben brindar su consentimiento informado para participar en un determinado experimento; cada uno de ellos es examinado cuidadosamente por un consejo de revisión institucional dispuesto por el gobierno federal con el objeto de garantizar que cumpla con las normas éticas para la investigación con sujetos humanos. No existe ningún tipo de coerción. Los 50 buzos enrolados de la unidad no son los únicos en hacer frente a los peligros; todos los buzos participan.

"Yo soy voluntario, así como también lo son el oficial de mando y el director ejecutivo", manifestó el comandante supremo Louis Deflice, un buzo maestro que es el tercero al mando y que está completando su segundo período de servicio en NEDU. Llegó originariamente en 1997 como un buzo de saturación enrolado. "Creemos en nuestros buzos y no les pediríamos que realicen buceos que nosotros no haríamos. Es una oportunidad de devolver algo de lo que hemos recibido".

Sin duda alguna esta democratización de la ciencia contribuye al profundo sentido de equipo de NEDU. Muchos individuos dicen que se consideran una familia.
Volver al futuro
"Suponga que estuviera realizando un buceo de saturación y que no pudiera acceder a una plataforma submarina cálida con un rebreather (recirculador) a una profundidad de 305 metros (1.000 pies) en agua casi helada", manifestó Vince Ferris, un director de departamento que supervisa el centro de pruebas sin tripulación de NEDU. Está analizando la variabilidad de los circuitos de compensación de temperatura en sensores de oxígeno, lo que determina qué cantidad de oxígeno (O2) se agrega al circuito de respiración de un rebreather (recirculador). Un rebasamiento del 1 por ciento a 61 metros (200 pies) no es gran cosa, pero a 305 metros (1.000 pies) podría ser fatal. Su equipo también está investigando un nuevo y prometedor sensor de dióxido de carbono (CO2) que utiliza una película sensora de polímero para detectar CO2, que a diferencia de los sensores infrarrojos existentes es impermeable al vapor de agua. El dispositivo podría mejorar enormemente la seguridad en el buceo con rebreathers (recirculadores).

Su

Investigadores llevan a cabo pruebas de desempeño de humanos tras realizar
buceos repetitivos de larga duración.
último proyecto tiene por objetivo determinar la eficacia de utilizar los cartuchos absorbentes de CO2 de Micropore Inc. para el MK-16 así como también el rebreather (recirculador) de oxígeno Dräger LAR V de la flota. Si bien los cartuchos no se han hecho populares entre los buzos técnicos debido a su costo, Ferris, que es un buzo de cuevas con rebreathers veterano, cree que ofrecen potenciales ventajas en comparación con los materiales adsorbentes embalados manualmente para los buzos militares. El laboratorio también está en el proceso de volver a examinar todos los reguladores y cascos de la Marina para ver cómo se desempeñan en agua dulce casi helada. Como resultado de dos muertes en el buceo, recientemente descubrieron que un regulador que se utiliza en agua salada a -1,7°C (29°F) puede congelarse en agua dulce a 1,1°C (34°F). La lista de Ferris continúa.

Los fisiólogos respiratorios Dan Warkander, Ph.D., y Barbara Shykoff, Ph.D., ambos buzos deportivos, han dedicado los últimos cinco o seis años a examinar cómo los humanos interactúan con aparatos respiratorios submarinos y a medir qué combinaciones de resistencia respiratoria y CO2 pueden tolerarse. "Nuestro objetivo ha sido obtener una percepción de la fisiología: qué es seguro y qué no lo es, y qué se puede hacer y qué no", comentó Shykoff. "La Marina está interesada en la seguridad".

Warkander ha llevado a cabo un trabajo crucial diseñando y examinando sistemas indicadores de material adsorbente de CO2, mientras que Shykoff es considerada la experta residente en intoxicación por oxígeno pulmonar o de todo el cuerpo. A fines del año pasado Shykoff publicó un nuevo modelo de riesgo descriptivo para el buceo con rebreathers (recirculadores) que tenía por objeto reemplazar el familiar pero obsoleto modelo de unidad de tolerancia de oxígeno (OTU, por sus siglas en inglés) que se enseñaba en clases técnicas y de uso de Nitrox. ¿Cuál es el problema? "Hemos estado intentando describir la intoxicación por oxígeno como un fenómeno aislado, pero representa diferentes fenómenos dependiendo de la PO2 (presión parcial de oxígeno)", explicó. "El modelo de OTU tampoco incluye ninguna disposición de recuperación" (reinicio de la práctica de buceo después de metabolizar el exceso de oxígeno).

John Florian, Ph.D., otro investigador que se especializa en el desempeño de combatientes, descubrió una nueva forma de intoxicación por oxígeno de todo el cuerpo poco tiempo después de su llegada a NEDU en 2008. Las Fuerzas de Operaciones Especiales (SOF, por sus siglas en inglés) informaban anecdóticamente un exceso de fatiga tras nadar hiperóxicos durante seis horas con rebreathers de oxígeno. Florian llevó a cabo experimentos y descubrió que los buzos sufrían de una grave disminución en el desempeño de sus sistemas muscular y cardiovascular.

El equipo de Florian ahora está trabajando para comprender los mecanismos fisiológicos subyacentes y elaborar soluciones prescriptivas. "Los combatientes pueden sentirse mal y tener frío y deberán soportarlo. Esa es la cultura de las SOF, pero no están obligados a hacerlo", afirmó. "Queremos darles una ventaja para que puedan llegar con una disminución del 0 por ciento y concentrarse en la tarea que deben realizar en lugar de tener que superar las molestias.

También están investigando el sistema de protección térmica del cuerpo con la esperanza de comprender mejor la fisiología térmica bajo el agua. Está analizando el mecanismo básico del intercambio de calor, dónde el cuerpo experimenta una ganancia o una pérdida de calor en diferentes temperaturas del agua, cuánto calor se requiere y dónde se requiere. Por ejemplo, Florian afirmó que aplicar calor en los lugares equivocados de hecho puede disminuir la temperatura central del buzo. Su objetivo es mantener a los buzos que nadan libremente calientes con un mínimo consumo energético/masivo. NEDU ha analizado varios sistemas de protección térmica activos que están en desarrollo.


Gerth (en primer plano) y Doolette evalúan un programa de descompresión experimental.


Gerth y su equipo continúan perfeccionando nuestra comprensión del manejo de la descompresión. Además del reciente experimento sobre Trimix, en un estudio de 2011 que incluyó cientos de buceos desmintieron la idea de que las paradas profundas, generadas por modelos de burbujas, tenían eficacia. También descubrieron que el estado térmico de un buzo (por ejemplo, estar caliente en el fondo o frío durante la descompresión) es un factor de riesgo en la EDC. Su indicio: los datos del mar del Norte vinculaban el uso de trajes para agua cálida con un leve incremento en la EDC. "Creímos que no iba a hacer ninguna diferencia pero descubrimos que sí", manifestó Gerth, que es considerado uno de los creadores de modelos de descompresión más importantes del mundo.

Actualmente están examinando la eficacia de los descansos con aire (la práctica que supone respirar aire durante cinco minutos cada 30 minutos que se respira O2 puro) durante la descompresión y en el tratamiento en cámara hiperbárica. La práctica nunca se ha examinado y no se sabe si el patrón de los descansos con aire es óptimo o incluso necesario.

Sin embargo, la principal prioridad del equipo es permitir que los buzos de la Marina puedan diseñar sus perfiles de buceo con niveles de riesgo apropiados según la operación, es decir, que puedan seleccionar un riesgo específico de EDC mediante el uso de algoritmos probabilísticos. Un buceo de entrenamiento podría llevarse a cabo con un bajo riesgo, mientras que el riesgo podría aumentar en una situación de combate, lo que permitiría a los buzos salir del agua más rápido. Con el tiempo, esperan poder incorporar esta capacidad a las computadoras de buceo. Las tablas MK-16, que son tablas de gestión del riesgo ISO (es decir, cada buceo tiene la misma probabilidad del 2,3 por ciento de que se produzca una EDC), son las únicas tablas probabilísticas que se utilizan en la actualidad. Mientras que una probabilidad del 2,3 por ciento de sufrir una EDC puede parecer alta, esta medición supone que el perfil de buceo es llevado al límite (un buceo con perfil aburrido) y representa el riesgo promedio en un perfil típico de una tabla de la Marina.

¿Es nuestro conocimiento sobre el buceo mayor, igual o menor que aquello que no sabemos? John Clarke, Ph.D., director científico de NEDU desde 1991, autor de ciencia ficción y una autoridad respecto de la interfaz humano-UBA, sonrió y respondió: "hay una cantidad inagotable de preguntas acerca del buceo. Estamos constantemente aprendiendo y descubriendo que muchas de las cosas que creemos simplemente no son correctas".
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© Alert Diver — 3er Trimestre 2016