Doença Descompressiva, Descompressão e Modelos Ideais

O modo de mergulhar é a razão para a necessidade do uso de computadores de mergulho. Nossa cultura, aspectos logísticos e, ao mesmo tempo, aspectos geográficos de distanciamento do mar ideal fazem com que mergulhemos intensamente quando nos é disponibilizado um ou mais dias de mergulho.

Múltiplos mergulhos, num mesmo dia, a vários níveis de profundidade, acabam gerando a necessidade do uso de computadores de mergulho no mergulho recreativo. No mergulho técnico, mergulhos profundos e com misturas gasosas diferentes do ar acabaram gerando um grau de complexidade no planejamento do mergulho, e o computador de mergulho passou a ser uma ferramenta fundamental. Instrutores e guias de mergulho envolvidos com múltiplos mergulhos sucessivos com curtos intervalos de superfície também necessitam deste equipamento.

Por outro lado, quando um mergulhador recreativo passa a usar um computador de mergulho, imediatamente se cria a possibilidade de ele deixar de ser recreativo. Ele pode estender os limites de tempo e profundidade do mergulho, pois sabe que no display de seu computador será mostrado um perfil descompressivo. Dessa forma, muitos mergulhadores acabam querendo mais tempo de fundo enquanto outros, menos doença descompressiva.

O que podemos observar é que, na maioria das vezes, há total confiança no computador e, na hora da escolha de um modelo, falta senso crítico em relação à escolha pelo modo como ele funciona. Com a grande variedade de modelos disponíveis nas mais diversas marcas, a preocupação maior, na hora da escolha, não deve recair simplesmente nas características do equipamento. O mergulhador avançado não pode acabar se preocupando somente com as situações de que o equipamento tem ou não facilidades na troca de pilhas, os mostradores são bem visíveis, possui alarmes sonoros, começa a funcionar automaticamente, há sistema integrado com a fonte de mistura gasosa, entre outras. Ele deve envolver-se com a teoria da descompressão.

Atualmente começaram a aparecer no mercado dos equipamentos do mergulho computadores com novas abordagens em relação aos algoritmos de descompressão tradicionais por muito tempo utilizados. O mergulhador deve ter o conhecimento básico necessário para fazer a sua escolha na hora de investir. A decisão sobre o tipo de equipamento que ele vai adquirir, será o melhor resultado da análise da relação custo/benefício referente ao tipo de mergulho que ele pratica. Além disso, ele também deve ter consciência de que muitas questões em relação à descompressão ainda não estão resolvidas.

O objetivo, em última análise, do uso de computadores de mergulho é a prevenção da doença descompressiva. Com o computador de mergulho utiliza-se um algoritmo, uma função matemática, para tentar evitar um fenômeno biológico. Usando um computador ou uma tabela de mergulho, pelo menos em tese, a possibilidade de se apresentar uma doença descompressiva é consideravelmente diminuída. O mergulhador experiente que precisa de um computador de mergulho, deve envolver-se com a necessidade de compreender o seu funcionamento. Em última análise, deve envolver-se com o conhecimento da teoria da descompressão e dos modelos computacionais mais atuais.

Computadores para Descompressão

Os computadores de mergulho são instrumentos que estão sendo amplamente utilizados e atualmente presenciamos o surgimento de muitos modelos. Apesar dos muitos refinamentos, ainda há uma certa inquietude sobre a eficácia deste equipamento na prevenção da doença descompressiva. Sabemos que muitos mergulhadores que tiveram doença descompressiva, estavam usando um computador de mergulho e seguiram perfis compatíveis com o mergulho seguro. Portanto, um computador de mergulho não garante 0% de risco descompressivo. Por outro lado, não podemos saber o quanto ele já preveniu de doença descompressiva.

Os computadores modernos apresentam microprocessadores eletrônicos programados com um conjunto de equações matemáticas para simular a dinâmica de entrada e saída de gás inerte do corpo do mergulhador. Essas equações são chamadas de algoritmos de descompressão.

Os computadores comunicam aos mergulhadores o tempo de mergulho e o tempo que falta para chegar ao final do limite não-descompressivo. Eles também registram, de maneira acurada, a profundidade e a duração total do mergulho e têm a possibilidade de gerar o registro dos mergulhos realizados. Apresentam também monitores de velocidade de subida em que um alarme auditivo dispara quando a taxa de subida excede o limite preestabelecido pelo equipamento. Alguns também mostram, através da pressão de ar do cilindro de mergulho, a quantidade de ar disponível para o mergulho e também o tempo remanescente de mergulho baseado no consumo prévio e na profundidade em que está o mergulhador. Além disso tudo, se o mergulhador mergulhar além do limite não-descompressivo, o computador indicará as paradas de descompressão que ele deverá realizar para não apresentar doença descompressiva.

O mergulhador deve ter a consciência de que está sendo assistido pelo computador e de que quem governa o mergulho é ele. É confiar plenamente num equipamento que utiliza um modelo matemático, enquanto a doença descompressiva é um fenômeno biológico. Isso deve ser relevado, mesmo sabendo que é uma excelente tabela dinâmica de mergulho, com capacidade de manter o mergulhador constantemente informado sobre parâmetros relacionados à imersão segura e descompressão.

O que é a Doença Descompressiva ?

Quando mergulhamos, somos submetidos a uma carga de gás considerado inerte em nossos tecidos. Subindo à superfície, descarregamos os tecidos do gás absorvido durante o mergulho. Nesse momento podemos apresentar bolhas. É o que chamamos de formação de fase. São bolhas que podem estar na circulação ou na intimidade dos tecidos. Havendo bolhas, há doença descompressiva.

A doença descompressiva é uma síndrome clínica cujo conjunto de sinais e sintomas são consequências diretas dos efeitos da presença dessas bolhas de gás nos tecidos e na circulação sanguínea. O mal descompressivo é causado pela liberação de bolhas de gás dissolvidas nos tecidos ou no sangue. Bolhas podem formar-se no corpo do mergulhador, do aviador e dos trabalhadores em ambientes pressurizados. Elas ocorrem quando o indivíduo é exposto a uma redução na pressão ambiente, a chamada descompressão, causando os sinais e sintomas da doença descompressiva. Por isso é uma doença disbárica

As manifestações da doença descompressiva resultam da presença de bolhas formadas nos tecidos ou na circulação sanguínea como resultado de variações na pressão ambiente. Essas bolhas podem acarretar sintomas decorrentes de lesões diretas numa determinada estrutura afetada produzidas mecanicamente sobre os tecidos. Lesões indiretas decorrem do bloqueio da circulação dos vasos sanguíneos, que também pode ocorrer. Embolia arterial gasosa também pode ocorrer quando gás entra na circulação. Usualmente isso ocorre quando há dano descompressivo nos pulmões ou embolia pulmonar. Êmbolos podem chegar até o cérebro e produzir sintomatologia específica.

Mais recentemente, o Dive Alert Network (DAN) tem usado um sistema de definição de doença descompressiva por sintomas. Casos considerados leves (“dor somente”) apresentam sintomas do tipo fadiga, coceira, rash cutâneo, inflamação local, dor muscular ou articular. Os casos graves (“sérios”) se caracterizam por manifestações neurológicas como dor de cabeça, fraqueza muscular, alterações visuais, auditivas, de sensibilidade e motricidade, da memória, da personalidade, disfunção intestinal e da bexiga e queixas cardiopulmonares que podem evoluir à insuficiência respiratória, ao choque e até mesmo à morte. A embolia arterial gasosa acarreta rápido início de sintomas cerebrais geralmente seguidos de alterações da consciência. Usualmente os sintomas da embolia arterial gasosa estão associados a subidas rápidas e se manifestam tão logo ocorra a emersão. No mergulho recreativo, a maior parte dos sintomas é neurológica.

Muitas vezes, sinais sutis são difíceis de valorizar, pois não diferem muito de sintomas comuns que todos apresentam habitualmente na vida normal. Não é incomum observar mergulhadores com sintomas leves que continuam mergulhando até surgirem sintomas mais bem definidos e se configurarem situações dramáticas.

Mergulhadores recreativos apresentam sintomas de doença descompressiva mais frequentemente do que o esperado. Há um sub- registro dos eventos de doença descompressiva porque muitos mergulhadores não procuram cuidados para tratar os sintomas menores da doença.

Estudos utilizando Doppler para avaliar a presença de bolhas na circulação sanguínea evidenciaram que, em 75% de todos os mergulhos acompanhados, se identificaram bolhas e que 95% dos mergulhadores apresentavam bolhas após o mergulho. Portanto, descompressão após um mergulho não é uma atividade livre de risco. Após uma submersão, não há descompressão 100% livre de risco, ou seja, 100% segura.

Fatores predisponentes

Alguns fatores fisiológicos e ambientais predispõem a ocorrência ou potencializam a gravidade da doença descompressiva e, pelo menos em tese, deveriam ser variáveis de algoritmos de descompressão. Eles incluem exercício, preparo físico, temperatura ambiental (água fria, banho quente), idade, obesidade, desidratação, ingestão de álcool, episódio descompressivo prévio, dano tecidual prévio e retenção de gás carbônico. Foi observado que as mulheres, quando expostas à altitude, apresentam uma frequência quatro vezes maior de doença descompressiva que os homens. Esse achado não pode ser colocado para o mergulho realizado ao nível do mar.

Existem também fatores predisponentes relacionados ao mergulho propriamente dito como o perfil do mergulho, subidas rápidas, múltiplas subidas, mergulhos sucessivos, vários dias de mergulho e exposição à altitude.

Têm sido propostos muitos outros fatores agravantes. Muitos deles se relacionam a alterações bioquímicas sanguíneas como alterações dos lipídios (dislipidemias) e o complemento sérico, bem como fatores de ativação do músculo liso. Outros são exógenos como o fumo e a enxaqueca. Todos eles requerem mais investigação antes de serem confirmados.

Mas, sendo o assunto computadores de mergulho e doença descompressiva, então o maior fator de risco é a extensão do tempo de mergulho por conta do mergulhador. É o que se chamaria fator de risco atitude do mergulhador.

Como ocorre a Doença Descompressiva

Quando se ventila durante o mergulho, uma porção de cada um dos gases que compõem a mistura gasosa que o mergulhador respira, se dissolve no organismo. Nosso organismo absorve gás, quando colocado sob pressão. Quando a pressão é reduzida, há uma liberação desse gás. A distribuição do gás absorvido não é homogênea e existem barreiras bioquímicas e biofísicas. Diferentes áreas do corpo humano absorvem e liberam gás inerte a diversas taxas. Nenhum tecido corresponde a outro em termos de absorção de gás inerte. Além disso, devemos considerar o sangue como um compartimento à parte. Ele tem uma grande quantidade de líquidos e se encontra num compartimento, que é o sistema circulatório.

Tecidos, espaços e circulação, tudo isso ajuda a confundir o mergulhador no entendimento desse assunto. Para entender melhor do ponto de vista matemático, devemos considerar compartimentos os vários locais em que identificamos um comportamento semelhante em relação à capacidade de absorção, manutenção e eliminação do gás inerte.

Os vários tecidos do nosso corpo são compostos de várias porções de tecido de sustentação, gordura, epitélios, músculos, células nervosas e vasos sanguíneos de modo que são diferentes na capacidade média de absorver e eliminar gás inerte.

A convenção de um número de compartimentos que representam diferentes tecidos, órgãos e aparelhos do nosso corpo e que absorvem e eliminam gás inerte a determinadas taxas ou velocidades, é uma convenção matemática para explicar idealmente o funcionamento real. No entanto, essa convenção é fundamental na criação de tabelas de descompressão e gera o modelo chamado multitecidual. Isso é útil para saber como os computadores de mergulho e tabelas de descompressão funcionam.

Bolhas

Os gases inertes se difundem também em microbolhas que são transportadas pela circulação. Quando o mergulhador volta à superfície, alguma parcela do gás entra em fase na circulação sanguínea, que é o compartimento de menor meio-tempo. Chegando aos vasos capilares dos pulmões, essas bolhas ficam presas no filtro pulmonar. Como essas bolhas não são numerosas e apresentam um volume compatível com a sua eliminação, os pulmões acabam eliminando-as de modo que não há doença descompressiva. Os gases das micro-bolhas observadas acabam deixando o corpo do mergulhador através da ventilação normal. Quando há um excesso de bolhas em relação à capacidade do organismo de eliminar, ocorre doença descompressiva. Quando mergulhamos, podemos estar no limiar entre a formação de bolhas e a manifestação de uma doença.

Bolhas de gás na circulação produzem alterações acústicas que são facilmente detectáveis. Desde que os estudos com Eco-Doppler evidenciaram que a grande maioria dos mergulhadores apresentou bolhas no sistema venoso após o mergulho, elas passaram a ser o foco das atenções dos pesquisadores. A constatação da presença de bolhas na circulação do mergulhador tem permitido um melhor entendimento da doença descompressiva.

Bolhas podem crescer a partir de núcleos pré-existentes. Podemos observar núcleos pré-formados em qualquer substância aquosa conhecida. Acredita-se também que bolhas se formam diretamente num tecido supersaturado assim que a pressão a sua volta diminui. Caso o mergulhador apresente muito gás inerte dissolvido ou suba muito rapidamente, bolhas poderão formar-se a partir de micronúcleos pré-formados.

As bolhas extravasculares podem formar-se tanto na fração aquosa como na gordurosa (de lipídios) dos vários tecidos. Tecidos gordurosos atuam como reservatórios para a maioria das bolhas de gás inerte. Bolhas extravasculares podem ficar num lugar e, por difusão, incorporar mais gás de tecidos adjacentes supersaturados, aumentando de tamanho. Crescendo, essas bolhas podem ter efeito de massa e comprimir estruturas, provocando mais dano tecidual. Bolhas intrateciduais podem acabar entrando na circulação e se tornar bolhas intravasculares.

As bolhas podem formar-se no sangue, ou seja, no espaço intravascular, ou fora dele, em vários tecidos do corpo e são as extravasculares. As pequenas bolhas que se formam na circulação, mas não produzem sintomas, são chamadas de bolhas silenciosas. Uma bolha intravascular pode deixar o sistema circulatório e ficar num tecido.

Em relação às bolhas intravasculares, podemos dizer que elas são mais frequentes no sistema venoso. Há a suspeita de que bolhas venosas se formam primeiramente em tecidos com alto teor de lipídios. Estes, atuando como reservatórios, quando supersaturados, acabariam drenando-as para o sistema venoso. Os vasos venosos, ou seja, as veias e vênulas, seriam mais finos que as artérias e, portanto, seriam mais susceptíveis à penetração de gás extravascular.

As bolhas podem crescer e alongar-se, podem coalescer-se em grandes bolhas. Uma quantidade muito grande de bolhas pode exceder a capacidade de eliminação pelos pulmões e permanecer na circulação. Bolhas presas pré-formadas em tecidos podem atrair gás inerte que está saindo deles ou de outros tecidos durante o processo normal de eliminação e gerar bolhas extravasculares. Entretanto, não necessariamente bolhas sintomáticas ocorrem a cada mergulho, caracterizando uma doença descompressiva. Frequentemente o mergulhador fica no limiar entre apresentar ou não uma doença descompressiva.

As bolhas têm uma grande relação com as manifestações da doença descompressiva. Bolhas nos ligamentos e tendões podem estimular terminações nervosas e provocar a dor característica da doença descompressiva clássica. No sistema circulatório, as bolhas podem desencadear a cascata da coagulação sanguínea e as suas complicações embólicas. Nos vasos sanguíneos, podem obstruir e produzir isquemia a partir do ponto de obstrução. Elas também podem produzir uma deformação mecânica de um nervo ou estrutura nervosa e causar um dano neurológico.

Bolhas sintomáticas ocorrem em mergulhadores que ficaram muito tempo na profundidade ou subiram muito rapidamente. Outros mergulhadores acabam tendo doença descompressiva por uma razão mais sutil da sua própria fisiologia ou fatores de risco individuais. Definitivamente ela é um fenômeno biológico que ocorre num determinado indivíduo.

O Eco-Doppler foi um importante instrumento para a identificação das bolhas e sua relação com as manifestações da doença. Ele também possibilita que se revise o grau de exposição ao mergulho e que se definam os limites sem paradas descompressivas das tabelas e algoritmos computacionais em termos de limites aceitáveis ou toleráveis em relação à formação de bolhas. Seu uso acaba sendo um instrumento de validação de tabelas e algoritmos.

Fundamentos básicos da Teoria da Descompressão

Existem achados da dinâmica do movimento dos gases desde a sua entrada pelos pulmões do mergulhador até sua chegada aos tecidos e se encontrarem num estado de saturação que devem ser entendidos. A teoria da descompressão nos moldes atuais é uma leitura matemática da fisiopatologia da doença descompressiva. O conhecimento da teoria da descompressão facilita o entendimento das propostas relacionadas aos modelos algoritmos criados.

Características dos Gases e Descompressão

Os gases da mistura gasosa respirada se dissolvem do alvéolo aos tecidos por difusão, seguindo um gradiente de pressão das áreas de maior pressão para as de menor pressão. Os gases inertes usados nas misturas gasosas têm diferentes propriedades de solubilidade e difusibilidade. Essas propriedades interferem na sua taxa de absorção. Essas características também afetam a velocidade de eliminação e consequentemente a descompressão.

O hélio, por exemplo, é menos solúvel nos tecidos que o nitrogênio, porém tem maior velocidade de difusão. A solubilidade menor do hélio diminui a quantidade total incorporada desse gás pelos tecidos e reduz o tempo de descompressão após longos mergulhos profundos. No entanto, a maior difusibilidade faz com que sejam necessárias paradas descompressivas mais profundas para mantê-lo fora de solução durante o procedimento de subida. Esses fatos são considerados na criação de um algoritmo computacional de descompressão para cada gás.

Tensão do Gás Inerte Tecidual e Descompressão

Durante o mergulho, gases são absorvidos pelos tecidos dos mergulhadores. A tensão do gás inerte tecidual, mensurada em unidade de pressão, é a medida do quanto o mergulhador absorve desse gás.

A pressão parcial dos gases da mistura gasosa nos pulmões do mergulhador direciona a absorção dos gases teciduais. À medida que o mergulhador submerge, há um aumento da pressão ambiente. A mistura de gás respirado durante o mergulho tem a mesma pressão. No entanto, demora um tempo para que ocorra aumento da tensão tecidual e ela alcance o valor de pressão dos gases respirados.

Maiores tempos de fundo aumentam a tensão tecidual de gases inertes. Maiores intervalos de superfície diminuem esses valores.

Meios-tempos

Cada tecido ou parte do nosso corpo é peculiar e os órgãos do corpo humano são constituídos de vários tecidos, que, por sua vez, são formados de diferentes substâncias e apresentam diferentes suprimentos sanguíneos (perfusão). As tensões teciduais de gás inerte variam em função da taxa de absorção e eliminação de cada tecido.

Quando falamos de meio-tempo tecidual de gás inerte, estamos referindo-nos ao tempo, em minutos, que é levado para saturar metade do tecido com esse gás. Seguindo o processo de saturação de gás pelo tecido, há a necessidade da mesma quantidade de tempo para que seja absorvida a quantidade de gás para a outra metade ficar saturada pela metade. Dessa maneira, é necessária a mesma quantidade de tempo para que a quarta parte de tecido restante fique 50% saturada e assim por diante. Meio-tempo também é chamado de meia-vida quando vinculado a processos exponenciais como quando, por exemplo, nos referimos ao decaimento radiativo de radioisótopos.

Assim sendo, quanto mais repleto de gás fica o tecido, mais difícil fica entrar mais gás. A diminuição da taxa de absorção de um gás em relação a um intervalo de tempo segue uma função matemática exponencial até a saturação completa.

A absorção de gás inerte segue uma função contínua com diferentes taxas de absorção, dependendo da estrutura do corpo em questão. A convenção matemática acaba criando uma analogia entre compartimentos e tecidos. Isso quer dizer que, por convenção, alguns de nossos tecidos absorvem gases com velocidades que variam de segundos a minutos e outros, horas para a completa saturação. Esses compartimentos são agrupados de forma conceitual em múltiplos de minutos. Matematicamente falando, existirão compartimentos ou “tecidos” de 5, 10, 20 minutos e assim por diante.

Diferentes modelos matemáticos utilizam diferentes meios-tempos. A quantidade de compartimentos e os minutos de cada um deles dependem do criador do modelo.

Nem todo o gás, durante o seu processo de eliminação, sai do tecido para a corrente sanguínea do mesmo modo que entrou. Tecidos adjacentes que apresentam meios-tempos diferentes, influenciam a eliminação de gás inerte em função da criação de diferenças de tensões entre eles. Maiores tensões de gás num determinado tecido que em outro produzem um gradiente de pressão entre tecidos. O gás acaba passando de um tecido para outro e daí para a circulação para ser eliminado. Isso complica os cálculos de difusão no sentido da eliminação dos gases.

Os modelos matemáticos iniciais trabalhavam com conceitos de que a absorção e eliminação de gases eram exponenciais e se davam da mesma maneira nos dois sentidos e, portanto, eram simétricas. Os modelos matemáticos mais atuais acrescentam fatores que retardam a taxa de eliminação presumida. Eles consideram que fatores como vasoconstrição e características biológicas dos órgãos e tecidos afetam a cinética dos gases. Os modelos atuais simplesmente retardam a taxa de eliminação presumida, pois existem poucos dados objetivos para se construir uma equação cinética adequada relacionada à taxa de como a eliminação realmente ocorre.

“Tecidos Rápidos” e “Tecidos Lentos”

Um tecido rápido absorve e elimina gases de forma rápida e apresenta meios-tempos curtos. Em comparação com os tecidos lentos, eles apresentam tensões de gases mais altas após um mergulho. Como os tecidos rápidos geralmente também apresentam rápida eliminação de gás inerte acumulado, ocorre que eles se beneficiam com as paradas de segurança. As paradas de segurança diminuem de modo significativo as tensões desses gases. Além disso, maiores intervalos de superfície facilitam a eliminação de gases inertes desses tecidos.

Os tecidos de meios-tempos mais curtos são importantes na ocorrência de doença descompressiva, principalmente, porque eles são o modelo de comportamento da cinética dos gases inertes no sistema nervoso central.

Já os tecidos ditos lentos são aqueles que absorvem e eliminam gases em meios-tempos longos. Esses tecidos não têm tempo suficiente de eliminar gás inerte antes do mergulho seguinte, ou seja, o mergulho seguinte de uma sequência de mergulhos sucessivos já ocorre a partir de uma tensão tecidual de gás inerte naquele tecido que ficou do mergulho anterior.

Um tecido é mais rápido que outro em relação à capacidade de eliminação de gás inerte em função da sua vascularização (perfusão) e da afinidade ou capacidade de incorporar o gás em questão. Tecidos com maior conteúdo de gorduras têm maior capacidade de incorporar gases do que os com maior conteúdo aquoso. O mesmo é valido para os mais ricamente vascularizados em relação aos menos.

Portanto, tecidos lentos são o tecido adiposo, o osso, as cartilagens pouco vascularizadas, os líquidos da sinóvia e articulações e as cicatrizes. Neles, pela grande distância entre a massa total e os vasos capilares, a difusão é um fator mais importante que a vascularização na incorporação e eliminação de gases. O meio-tempo desses tecidos acaba limitado pela difusibilidade e a massa total de tecido. Neles, são necessários grandes gradientes de pressão para eliminação do gás inerte. Na descompressão acabam tendo maiores tensões de gás que os tecidos mais vascularizados. Acabam desempenhando o papel de reservatórios de gás, que podem contribuir para o crescimento de bolhas ao fim do mergulho e mesmo na superfície.

Os compartimentos de meios-tempos maiores são importantes no cálculo da formação de bolhas quando se realiza mais de um mergulho no dia, durante vários dias ou se pretende voar após o mergulho. A utilização no cálculo de descompressão de compartimentos de meios-tempos maiores permite definir a eliminação total de uma carga presumida de gás inerte num período mais estendido.

Enquanto a massa de tecido no mergulho pouco varia, o mesmo não se pode dizer em relação à perfusão. Ela varia com o exercício, temperatura, condição física do mergulhador, estado nutricional e velocidade de descida no mergulho. Nos músculos, o exercício causa vasodilatação e aumenta o fluxo sanguíneo, elevando a incorporação muscular de gás inerte. Já na pele e vísceras, o exercício provoca vasoconstrição e diminui o fluxo sanguíneo. Se, por um lado, nessas estruturas diminui a entrada de gás, por outro, decresce a saída do mesmo. Portanto, algumas vezes, deve-se considerar em que parte do mergulho o exercício ocorreu para prevenir o impacto sobre a cinética do gás e produção de bolhas.

Outros fatores também podem entrar na constituição de uma equação matemática. Com o aumento da pressão parcial do oxigênio que ocorre com a elevação da profundidade, há vasoconstrição, na maioria dos tecidos, diminuindo sua perfusão. O frio produz vasoconstrição periférica reduzindo a perfusão na pele. Uma velocidade de descida rápida pode provocar uma redução da perfusão nos ossos e tecidos periféricos. Fumo, desidratação e alguns medicamentos de uso comum, como os descongestionantes nasais, podem alterar a perfusão tecidual. As variáveis que alteram a entrada e saída de gases inertes dos tecidos, são muitas e influenciam, de forma negativa, o cálculo da descompressão e não são incorporadas aos algoritmos habituais.

Saturação

Um tecido é considerado saturado quando absorve todo o gás inerte que ele pode a uma determinada pressão ambiente. Para um tecido ficar 99% saturado a uma determinada pressão ambiente são necessários 6 meios- tempos.

Se, num determinado algoritmo, considerarmos o compartimento mais lento como sendo de 120 minutos, então serão necessárias 12 horas para haver 99% da saturação do tecido, tendo estado o mergulhador numa determinada profundidade. Em termos práticos, a partir desse período não há mais o que absorver de gás pelo tecido. Se o mergulhador aumentar a profundidade do mergulho, haverá mais gradiente de pressão entre a mistura respirada e os tecidos e consequentemente mais gás poderá ser absorvido. Um novo período de tempo deverá passar até que ocorra nova saturação.

Em relação à dessaturação, considera-se que o tecido leva a mesma quantidade de meio tempos para dessaturar. Como foi colocado anteriormente, há vários fatores que afetam a dessaturação. Atualmente há uma tendência de tratar a dessaturação de modo não simétrico em relação à saturação. Como já foi colocado, isso é previsto em alguns algoritmos e nesses há uma diminuição da taxa de dessaturação.

O conceito de saturação é importante no mergulho comercial que utiliza o mergulho saturado. No mergulho de saturação, os mergulhadores permanecem, a determinada profundidade, por períodos longos de tempo por questões de demanda de trabalho. Muitas vezes, se passam vários dias até se reiniciarem os procedimentos de descompressão. Ficar numa mesma profundidade por longos períodos acarreta uma determinada obrigação de descompressão que não mais muda em relação ao tempo que se gasta naquela profundidade, ou seja, ficar numa mesma profundidade por longos períodos acarreta a mesma obrigação de descompressão que se o mergulhador ficasse por pouco tempo. Então, havendo uma determinada demanda de trabalho, o mergulho saturado se torna mais prático e economicamente viável do que fazer múltiplos mergulhos no mesmo período de tempo com menor tempo de fundo.

Supersaturação

Supersaturação é o estado que ocorre quando um tecido apresenta uma tensão de gás maior do que a que ele pode conter em equilíbrio. Supersaturação ocorre quando a pressão ambiente diminui e temporariamente a tensão do gás em questão excede o equilíbrio de saturação alcançado na profundidade de saturação. Cada tecido orgânico específico pode tolerar uma quantidade de saturação antes de o gás entrar em estado de fase e bolhas começarem a aparecer. As taxas de supersaturação diminuem com a pressão ambiente.

Descompressão segura ocorre quando se pode diminuir a pressão ambiente e manter a supersaturação suficientemente alta que não produza estado de fase gasosa e, ao mesmo tempo, o gás possa ser eliminado.

As mudanças de estado dos gases ocorrem num espectro que passa pelo estado de fase gasosa. Sempre que existe supersaturação, a fase gasosa pode evoluir em micronúcleos e bolhas.

No mergulho seguro, o mergulhador deve poder subir de determinada profundidade até a superfície sem que seja necessário cálculo de descompressão. Um mergulho também é considerado seguro quando a taxa de supersaturação na superfície fica abaixo dos limites aceitáveis que não provoquem a formação de uma quantidade de bolhas que venham a ter expressão clínica na forma de doença descompressiva.

Inicialmente se pensou que a taxa de tensão tecidual em relação à pressão ambiente poderia ser de 2:1 sem produzir bolhas. Um dos primeiros dados experimentais importantes foi a observação de que um organismo pode ser descomprimido à metade da pressão de saturação sem desenvolver doença descompressiva. Experimentos posteriores concluíram que esse princípio de taxa fixa de descompressão é muito conservador para mergulhos rasos e, em contrapartida, não é para mergulhos profundos. Acredita-se que isso ocorre em função de haver múltiplos compartimentos com diferentes taxas de troca gasosa e tolerâncias à supersaturação.

Hoje sabemos que os tecidos rápidos toleram níveis de supersaturação maiores que os lentos apesar de terem meios-tempos menores. Os tecidos rápidos podem continuamente sobrecarregar os lentos durante a eliminação de gases. Os tecidos rápidos, por sua vez, são os responsáveis pelos sintomas mais graves da doença descompressiva. Atualmente constatou-se que isso é um dos problemas de descompressão mesmo quando o mergulhador se encontra nos limites de tempo por profundidade das tabelas. Isso também pode servir de base para se acentuar a necessidade de controle da velocidade de subida.

Valor M

O valor M refere-se à tensão máxima de determinado gás permitida para determinado tecido. O “M” vem de máximo. Historicamente foi criado no início dos esforços de se realizar uma teoria da descompressão quando se acreditava que um gás não entraria em fase para formar bolhas antes que se excedesse uma quantidade máxima de supersaturação. Um valor M era calculado para cada tecido ou compartimento de forma que cada um tinha um valor M específico para determinado gás a determinada pressão ambiente.

Na descompressão, nenhum tecido pode exceder o valor M da tensão do(s) gás(es) inertes da mistura. Alcançar um valor estabelecido significa que a tensão do gás no tecido pode desencadear o início do surgimento de uma bolha. A criação do valor M permitiu a definição de paradas descompressivas. Uma parada descompressiva numa profundidade de valor M aceitável deve ocorrer para diminuir a tensão do gás para valores aceitáveis. No mergulho recreativo em que não deve haver descompressão na água, nenhum tecido pode exceder o valor M determinado para a profundidade de fundo real. Os valores M são determinados para cada gás, pressão ambiente e compartimento e são incorporados aos algoritmos computacionais de descompressão.

Atualmente os valores M têm sido reavaliados. Não podemos considerá-los limites absolutos nos quais bolhas não se formarão. Se considerarmos a variabilidade dos resultados observados na descompressão, poderemos concluir que eles realmente não devem ser considerados limites absolutos. Muitas variáveis podem interferir no valor M. Talvez a mais importante seja a perfusão tecidual. Isso fez com que valores M também fossem definidos como a pressão parcial de gás inerte na qual a taxa de formação de fase é muito lenta em relação à eliminação de gás via capilares. Além disso, outro fato a ser considerado é que a maioria dos tecidos apresenta, na sua intimidade, micronúcleos e que cada indivíduo apresenta uma composição tecidual própria e particular. Isso, por si só, já define a variabilidade dos valores M para cada mergulhador e afasta o modelo da realidade.

Bolhas

De acordo com as leis termodinâmicas, as bolhas devem ter formas esféricas na ausência de pressões externas de distorção. As bolhas guardam gases livres devido à presença de um fino filme molecular que exerce uma pressão de tensão superficial. Um balaço de pressão hidrostática requer que a pressão de dentro da bolha exceda a pressão ambiente na mesma quantidade da tensão superficial da bolha. Quanto menor o raio da bolha, maior será a tensão superficial observada.

Gases podem difundir-se para dentro e para fora da bolha de acordo com as diferenças de pressão parcial de dentro e de fora. Isso ocorre independentemente de o gás estar livre ou em fase de dissolução. Dessa forma, o gradiente pode ser de livre para livre (livre/livre) ou de livre para dissolvido (livre/dissolvido). A menos que tensão superficial da bolha seja zero, sempre haverá gradiente direcionando o gás para fora da bolha. Isso força o colapso da bolha em função da tensão superficial. Havendo alterações de pressão ao redor das bolhas, elas poderão crescer ou se contrair.

Bolhas podem crescer ou se contrair de acordo com a força do gradiente de tensão de gás livre ou dissolvido em relação à pressão do gás no interior da bolha. Devemos considerar que é o gradiente livre/dissolvido que colocará o mergulhador em descompressão e não o livre/livre. A taxa radial na qual uma bolha se contrai ou se expande depende diretamente da difusão e solubilização e inversamente do raio da bolha. Um raio crítico vai separar bolhas que crescem das que colapsam. Bolhas com raios maiores que os críticos crescerão enquanto as com raios menores colapsarão. Os algoritmos de descompressão devem calcular os limites de crescimento de bolhas.

A questão dos limites de crescimento de bolhas é mais complexa que a física da bolha. Não sabemos onde as bolhas se formam ou se instalam, não conhecemos seu padrão de migração, mecanismos de nascimento e dissolução. Também não conhecemos ainda o processo bioquímico de que elas resultam e não sabemos se são capazes de desencadear as manifestações clínicas da doença descompressiva.

Bolhas podem formar-se diretamente em tecidos supersaturados quando ocorre descompressão. Elas também podem formar-se a partir de micronúcleos pré-formados que são excitáveis por compressão e descompressão. As bolhas que deixam seus locais de formação, podem mover-se para qualquer outro local. Elas também podem dissolver-se localmente por difusão gasosa para tecidos contíguos ou mesmo para o sangue. Bolhas podem passar pelo filtro pulmonar, podem fragmentar-se em núcleos menores agregados e podem até ser eliminadas completamente. O colapso de uma bolha ou micronúcleo somente ocorre com enormes pressões, alguma coisa semelhante a 10 atm.

Além do estabelecimento das fases de gás e a evolução em bolhas, a doença descompressiva ainda apresenta uma série de aspectos sequenciais. Inicialmente ocorre nucleação e estabilização, que é a chamada fase livre de início. Segue a supersaturação ou aumento do gás livre. A fase seguinte é de excitação e crescimento ou fase de interação de gás livre/dissolvido. Depois ocorre a coalescência ou agregação de bolhas e finalmente a fase de efeitos físicos da bolha sobre estruturas teciduais, que é de deformação tecidual e oclusão vascular, a fase final ou de dano tecidual e isquemia.

As questões matemáticas da dinâmica das bolhas, ou seja, surgimento, crescimento e eliminação, não são uma abordagem tradicional em relação à abordagem geral da cinética dos gases inertes. Fases livres e de gás dissolvido não parecem ter o mesmo comportamento na descompressão. Deve-se ter cuidado na aplicação de formulações matemáticas em cada componente. Aumentando-se a proporção de fase livre, deve ocorrer alguma influência sobre a fração dissolvida. A dinâmica de gás livre e a de gás dissolvido são diferentes. O gradiente para a eliminação da fase livre aumenta com a profundidade e o gradiente de eliminação da fase dissolvida diminui com a profundidade. Portanto, mudanças no tratamento das duas fases devem ocorrer e suas equações devem ser separadas.

O objetivo final do entendimento da dinâmica das bolhas é o mesmo para o gás separado ou dissolvido, devendo ser tratado como um processo de transferência de massa com valores críticos de volume ou de quantidade, limitantes ou desencadeantes de doença descompressiva.

Algoritmos de Descompressão

Os computadores de descompressão utilizam algoritmos, que são modelos matemáticos cuja hipótese operacional se baseia em vários exponenciais de absorção ou eliminação de gases respirados sob pressão enquanto se mergulha. Os algoritmos apresentam uma série de equações delineadas para simular o movimento de entrada e saída dos gases inertes no nosso corpo durante a sua compressão e descompressão. Os algoritmos utilizam conceitos e equações básicas de cada modelo de teoria de descompressão. Os mais atuais incluem a questão da formação de bolhas e seu comportamento em termos de volume crítico.

Eles também se utilizam de modelos biofísicos de transporte de gás inerte dissolvido e de formação de bolhas nos vários espaços do corpo humano para prevenir um fenômeno biológico que é a doença descompressiva. Este modelo matemático aceita a informação de variáveis que, colocadas numa fórmula matematicamente escrita, acabam gerando um resultado em conformidade com os perfis de mergulho em que a experiência prática prévia não evidenciou doença descompressiva. Isso diz que ele foi validado.

Ele serve, em última análise, para predizer esquemas de tempo a determinada profundidade que serão necessários para que o gás inerte incorporado nos vários compartimentos do corpo humano representados pela circulação sanguínea e tecidos seja eliminado através da ventilação realizada pelos pulmões. O resultado final do cálculo são os limites de tempo ou as necessidades de descompressão para que não se apresente doença descompressiva com um risco presumido. Dessa forma, o mesmo modelo é usado para a confecção de tabelas de descompressão no mergulho.

Modelos matemáticos de descompressão vêm sendo desenvolvidos desde o início do século passado e diferem entre si em relação a muitas questões básicas ainda não resolvidas. O padrão de descompressão seguro combina as equações relacionadas às trocas de gases que ocorrem no corpo do mergulhador com os dados experimentais de tensões de gases toleradas sem desencadear doença descompressiva.

Nos últimos 20 anos, podemos observar uma grande variedade de algoritmos computacionais de programas de descompressão. Mais recentemente, pesquisas, inicialmente realizadas na Universidade do Havaí, acabaram incluindo outras variáveis relacionadas à interação dos gases com o corpo humano, sendo disponibilizados novos algoritmos. Parece que as dúvidas relacionadas à doença descompressiva e os algoritmos utilizados em tabelas ou computadores de mergulho encabeçam a lista de prioridades na prevenção de doenças no mergulho recreativo. A concepção e validação de novas tabelas requerem tempo e volumosos investimentos.

Modelos com múltiplos tecidos

Estes modelos acabam criando “tecidos matemáticos” que se saturam da mistura gasosa nas condições de profundidade e tempo de fundo que ocorrem no mergulho. A verdade é que ainda não temos o conhecimento completo de como o corpo humano absorve e elimina gases inertes.

As observações de Haldane são as bases destes modelos. O modelo haldaneano considera que absorção e eliminação de um gás por um determinado tecido ocorrem de maneira exponencial. Além disso, considera a movimentação dos gases em relação a um conjunto de compartimentos teciduais com diferentes meios-tempos de absorção e eliminação de gases. Portanto, ele considerou que a taxa de saturação varia de tecido para tecido. Em relação à descompressão, ele pôde concluir que a mesma pode ser iniciada com uma grande diminuição da pressão ambiente. Além disso, concluiu que os compartimentos têm características diferentes e independentes, mas que a saturação deles poderia ser calculada em paralelo.

Haldane observou que a descompressão estava limitada à metade da pressão ambiente, ou seja, que os tecidos toleravam tensões elevadas de gases dissolvidos numa taxa de até duas vezes a pressão ambiente antes de se apresentarem sintomas de doença descompressiva. Haldane construiu esquemas descompressivos cuja taxa de supersaturação era limitada em dois para um hipotético compartimento tecidual. Neste modelo, por cinquenta anos, foram empregados 5 compartimentos de 5, 10, 20, 40 e 75 minutos nos cálculos de descompressão. No modelo de Haldane, é assumido que cada compartimento absorve e libera gás inerte separadamente e, ao mesmo tempo, cada um interagindo diretamente com a corrente sanguínea. Por isso, a idéia de transferências separadas e simultâneas de gás é considerada como sendo em paralelo em relação aos tecidos. Neste modelo, assume-se que não existe transferência gasosa entre os compartimentos. O modelo de Haldane é simples e constitui a base da teoria da descompressão.

Quando se passou a realizar mergulhos mais profundos e houve a necessidade de se expandirem os valores das tabelas de 1930, os investigadores da época passaram a utilizar outros valores máximos de tensão de supersaturação para cada compartimento. A seguir, com a realização de mergulhos sucessivos, preconizou-se o uso de seis compartimentos de 5, 10, 20, 40, 80 e 120 minutos na construção de tabelas, tendo cada qual sua tensão máxima limitante.O modelo de múltiplos tecidos vincula o transporte de gás dissolvido com o gradiente de saturação. Ele considera que a troca de gás dissolvido é direcionada por gradiente local no tecido ou compartimento em questão. O gradiente é a diferença entre a tensão arterial e tecidual do gás. Esse gradiente é controlado pelo fluxo sanguíneo através de regiões de concentração variável de gás.

A tensão tecidual é uma função exponencial que depende das tensões iniciais intra-arterial e tecidual do gás e de uma constante de perfusão que, por sua vez, estarão vinculadas a meios-tempos teciduais de vários minutos presumidamente independentes da pressão.

Nos mergulhos sucessivos ou de múltiplos níveis, as tensões presumidas de gás arterial e tecidual são os extremos de cada mergulho e de cada nível, ou seja, a tensão arterial e tecidual inicial do próximo nível desse mesmo mergulho ou do próximo mergulho sucessivo. Cada nível de mergulho é tratado separadamente e sequencialmente, sendo que as tensões finais de um nível são as iniciais de outro e assim por diante.

Acredita-se que, havendo fase de gás livre, há outros gradientes a serem considerados além daquele relacionado com o do dissolvido no sangue. Após o gás ser incorporado ao tecido, há também gás livre por todo o tecido e fora do sangue. Gás fora do sangue é capaz de gerar outros gradientes e alterar o processo de eliminação, competindo com o gás dissolvido no sangue. Além disso, a saturação no sistema circulatório afeta a perfusão. Como o processo de criação de outros gradientes ocorre após a absorção, acredita-se que haja um aumento nos meios-tempos de eliminação de gás em relação à absorção. Há propostas de que, apesar de se saber que tanto a absorção quanto a eliminação ocorrem exponencialmente, se deve usar uma função exponencial para absorção e uma função linear para eliminação no modelo multitecidual. Tais modificações podem ser facilmente colocadas no modelo de modo a acarretar resultados diferentes que compensem o problema identificado.

Os modelos mais comuns de computadores têm as equações básicas derivadas dos trabalhos de Buhlmann. A seguir, relataremos as equações básicas para que se tenha um entendimento do que o computador calcula antes de disponibilizar no display. O nível de complexidade aumentará de acordo com o modelo.

Modelo de Buhlmann

Buhlmann utiliza um modelo haldaneano básico e atualiza-o conforme os achados práticos que sucederam ao seu uso. Como ele inclui o modelo de Haldane e faz parte da maioria dos computadores, será usado como o exemplo mais simples de cálculo. Ele opera com as seguintes equações:

1. Pressão parcial do nitrogênio no ar inspirado

A pressão parcial do nitrogênio inspirado é igual ao produto da pressão parcial do nitrogênio da mistura gasosa a 1 ATA vezes o resultado da subtração da constante de pressão do vapor da água nos pulmões à pressão ambiente. Lembramos que, a 1 ATA, a pressão de nitrogênio no ar é 0,79. E, para mergulhos com ar, a fórmula é a seguinte:

Formula1

Onde:

pN² insp = pressão do nitrogênio inspirado

p amb = pressão ambiente

0,0063 = constante da pressão de vapor de água nos pulmões

 

2. Cálculo da saturação e dessaturação

A taxa de saturação de um compartimento é tratada matematicamente como uma função exponencial modificada com fatores que afetam a dessaturação como a formação presumida ou estimada de bolhas que ocorrem nesta fase de descompressão. Portanto, a dessaturação ocorre mais lentamente. Um modo de incorporar esse conceito à fórmula é incluir fatores multiplicativos ou coeficientes de correção de taxa de dessaturação na equação básica. A saturação e dessaturação são calculadas da seguinte forma:

Formula2

Onde:

pN² = pressão parcial de nitrogênio

pN² ° = pressão parcial de nitrogênio inicial

T = meio-tempo do compartimento tecidual

t = tempo de exposição

 

3. Cálculo da pressão de nitrogênio tolerada em relação à pressão ambiente

Num modelo de saturação e dessaturação, é presumido que exista uma pressão máxima de nitrogênio que pode ser tolerada em relação à pressão ambiente antes que ocorra a formação de bolhas no tecido em questão. Estruturas do nosso corpo que apresentam grande suprimento sanguíneo, são capazes de tolerar grandes pressões de nitrogênio numa determinada pressão ambiente. Elas são considerados matematicamente como compartimentos de meios-tempos curtos e, portanto, rápidos. São exemplos o sistema nervoso central e o próprio sangue que se encontra no sistema circulatório. Os compartimentos rápidos são capazes de tolerar maiores pressões parciais de gás inerte a uma determinada profundidade em relação aos lentos.

Matematicamente podemos expressar a pressão parcial de nitrogênio tolerado em relação à pressão ambiente da seguinte forma:

Formula3

Onde P amb tol é a pressão ambiental mínima até a qual a subida pode ser realizada e a e b são constantes.

Isso significa que a pressão mínima até a qual a subida pode ser feita é igual à pressão parcial do nitrogênio naquela profundidade menos uma constante a multiplicada por outra constante b. Buhlmann realizou uma série de experimentos que definiram essas constantes. Nesses experimentos, foram definidas as constantes a partir de valores aceitáveis de risco de desenvolver doença descompressiva. Alterações ou ajustes nessas constantes acarretaram alterações aceitáveis de risco de desenvolver doença descompressiva.

Programadores de computadores de mergulho podem ajustar os valores das constantes a e b com o objetivo de diminuir o risco de doença descompressiva para determinada profundidade de mergulho.

O algoritmo idealizado pelo Dr. Buhlmann utiliza um modelo com compartimentos de 16 tecidos com meios-tempos que variam de 4 a 635 minutos. Os tempos de descompressão são afetados, aumentando-se a quantidade de tecidos e seus meios-tempos. É mais um recurso matemático além da adição ou alteração de constantes de fórmulas.

Ele reduz a taxa de subida para 10 metros por minuto e a duração das paradas profundas permitidas excede a encontrada na tabela da Marinha Norte-Americana. Neste modelo, todo mergulho não-descompressivo requer uma parada de 1 minuto aos três metros. Nele também é considerado que os mergulhos iniciais curtos minimizam a formação de bolhas no primeiro mergulho e que melhora a eliminação de gás na subida, o que permite maiores tempos para os mergulhos sucessivos.

Além disso tudo, ele foi o algoritmo mais cuidadosamente testado em altitude. No mergulho em altitude, há o acréscimo de outra variável, que é o fato de que as variações de altitude têm um comportamento exponencial em relação à pressão ambiente, enquanto, dentro da água, a variação de pressão em função da profundidade é linear. Constitui mais um fator a ser inserido no algoritmo de cálculo de saturação e descompressão dos tecidos.

Em 1994, o Dr. Buhlmann continuava acrescentando variáveis ao seu modelo. Nessa ocasião, era a incorporação da variável temperatura ambiente às suas tabelas.

Variações: Modelo do Defence and Civil Institute of Environmental Medicine (DCIEM)

O modelo de descompressão do Defence and Civil Institute of Environmental Medicine (DCIEM) utiliza um conjunto de 4 compartimentos teciduais em série e não em paralelo.

No modelo do DCIEM, se considera que o gás inerte passa de um compartimento para outro de maneira seriada e que somente um compartimento é exposto à pressão parcial do gás da corrente sanguínea. Neste modelo, assume-se que existe transferência gasosa entre os compartimentos.

No modelo de Haldane, cada compartimento interage diretamente com o sangue do sistema circulatório, de maneira independente e ao mesmo tempo, sem haver transferência entre compartimentos.

Provavelmente a absorção e liberação de gases também ocorram em série, pois compartimentos adjacentes são de diferentes meios-tempos, o que implica áreas com diferentes tensões de gás inerte entre si que são capazes de gerar gradiente e consequentemente transferência de gás entre tecidos. A transferência de gás de uma região para outra é chamada de transferência serial.

O modelo teórico básico foi modificado após os estudos experimentais humanos monitorados por Doppler. Esses testes foram realizados em condições adversas como em água fria e com esforço intenso. Os tempos de mergulho não-descompressivos e a maioria dos mergulhos repetitivos são mais conservadores do que os da tabela da Marinha Norte-Americana.

Outros modelos

As primeiras gerações de modelos da descompressão somente lidavam com o aspecto geral da cinética dos gases inertes, ou seja, o do gás dissolvido. Novos modelos se fizeram necessários a partir do conhecimento de novos aspectos do comportamento clínico e da fisiopatologia da doença descompressiva. Modelos novos deveriam incluir os mecanismos da formação de bolhas, o processo que ocorre entre o estado de gás livre dissolvido e a dinâmica da entrada em fase e também outros mecanismos de transporte de gás entre compartimentos de tecidos envolvendo perfusão e características biofísicas dos tecidos e dos gases inertes, bem como o comportamento desses nos tecidos sob a forma de micronúcleos.

Serão apresentados alguns outros modelos que envolvem o gás livre e a formação de fase gerando a bolhas. Como são muito complexos do ponto matemático, somente serão explicados os princípios gerais.

Modelo de Difusão de Massa (Bulk Diffusion Model)

Neste modelo, a dinâmica de descompressão considera o mecanismo de difusão do gás inerte em relação a um único compartimento. A troca gasosa limitada por mecanismos de difusão é modelada ao longo do tempo pela soma de funções exponenciais que se relacionam à tensão arterial e tecidual inicial do gás.

Em vez de existirem vários tecidos, o modelo considera uma única massa tecidual com uma constante de difusão gasosa. É considerado modelo “tijolo” por alguns autores. O tecido é separado em região intravascular (sangue) e outra extravascular (células). O sangue que contém gases inertes e metabólicos, passa pela zona intravascular, criando as condições iniciais e subsequentes para difusão de mais gás nas células da porção extravascular. A difusão é direcionada pelas diferenças de pressão entre a tensão arterial e tecidual gasosa de acordo com a força de um único coeficiente de difusão apropriado ao tecido. Um gradiente crítico aos dez metros é usado para limitar as exposições. O modelo é atrativo, pois permite que todo o perfil de mergulho seja modelado por uma única equação e prediz meios-tempos de incorporação e eliminação do gás.

Modelo Termodinâmico de Fase

O modelo termodinâmico aborda simultaneamente uma série de pontos da movimentação dos gases inertes durante o processo de compressão. Basicamente o modelo considera, ao mesmo tempo, a troca de gases, a separação de fase e o ponto de volume de disparo de fase. O modelo se baseia no equilíbrio de fase entre as fases de gás dissolvido e separado numa relação temporal com a absorção e eliminação de gás inerte controladas pela perfusão e difusão. O ponto de partida é uma geometria tecidual cilíndrica.

A transferência de gás dissolvida através de difusão é controlada pela diferença instantânea da tensão tecidual e a tensão venosa. A perfusão é controlada pela diferença de tensões arterial e venosa. Um balanço de transferência de massa para um determinado fluxo de gás na interface vascular celular gera o limite de perfusão e vincula diretamente as equações de difusão e perfusão. Tensões teciduais e sanguíneas são acopladas numa complexa alça de controle retroativo. O modelo termodinâmico completo é complexo e vai além dos nossos objetivos.

Modelo de Permeabilidade Variável

O modelo é baseado em estudos laboratoriais de crescimento e nucleação de bolhas e postula a existência de micronúcleos ou sementes de bolhas. O gás inerte se distribui tanto dissolvido quanto em forma gasosa tipo microbolhas ou bolhas.

A transferência de gás dissolvido ou livre e em fase considera conceitos de interface da superfície de moléculas ativas como se a bolha apresentasse uma pele ativa do ponto de vista molecular. As moléculas do gás têm um volume que é pequeno o suficiente para se manter em solução e forte o suficiente para resistir ao colapso. Isso é o que podemos chamar de volume crítico do micronúcleo.

A troca de gás inerte é direcionada por gradiente local pela diferença entre a tensão arterial e a tensão tecidual instantânea. Compartimentos teciduais clássicos são empregados. No entanto, enquanto um modelo haldeano clássico limita as exposições de acordo com a tensão tecidual crítica, o modelo de permeabilidade variável limita o gradiente de supersaturação pelo limite de volume de fase do gás inerte que se encontra no corpo do mergulhador. É o que podemos chamar de volume crítico. Micronúcleos desprendem-se de forma exponencial com um subsequente aumento do seu volume, formando bolhas, e são excitados pela compressão e descompressão tecidual.

Um raio crítico separa micronúcleos que estão crescendo dos que estão se contraindo numa determinada pressão ambiente. Descompressões profundas excitam núcleos menores e mais estáveis. Este modelo assume um raio de 0,8 mícron ao nível do mar para os núcleos iniciais.

A quantidade real de distribuição de núcleos de gás em humanos não é conhecida. Para haver uma distribuição estabilizada e acomodada de micronúcleos pelo corpo numa determinada pressão, o número excedente de núcleos excitáveis pelo processo de compressão e descompressão deve ser removido do corpo. A taxa na qual gás infla no tecido depende do número de bolhas em excesso e do gradiente de saturação. A hipótese do volume crítico requer um cálculo que gere um limite de ponto de volume de fase que seja proporcionalmente constante ao longo das mudanças de profundidade. A descompressão é realizada, mantendo-se o resultado do cálculo do volume crítico de formação de bolhas abaixo de um valor limitado por essa constante.

Modelo do Gradiente Reduzido de Bolhas

O modelo de gradiente reduzido de bolhas (GRB) foi desenvolvido pelo Dr. Bruce Wienke e aborda a teoria da descompressão através da mecânica de formação de bolhas no corpo do mergulhador. A proposta é que, adicionando paradas descompressivas mais profundas e curtas juntamente com outros passos, pode limitar a formação continuada de bolhas de gás nos tecidos durante o procedimento de subida.

Estudos com o uso do Doppler para avaliar a formação de bolhas de gás na circulação do mergulhador fizeram com que uma nova variável clínica fosse considerada. Esses achados evidenciaram que, na grande maioria dos mergulhos, ocorre a formação de bolhas no sistema venoso do mergulhador. A atualização do conhecimento indicou a necessidade de incorporar ao modelo biofísico a formação e eliminação de bolhas de gás inerte para que o mesmo se aproximasse mais do ideal.

O modelo GRB é uma extensão do modelo de permeabilidade variável. Ele trata o transporte de gás que ocorre através de perfusão e de difusão de forma acoplada e inclui os conceitos de formação de bolhas. Este modelo aborda matematicamente os gradientes de superfície da interface dos micronúcleos e bolhas.

Para a profilaxia da doença descompressiva é necessário saber onde as bolhas se formam e como elas se deslocam nos tecidos, conhecer os mecanismos de criação e dissolução e o seu papel na ocorrência da doença descompressiva. O entendimento da formação de bolhas permite que os pesquisadores idealizem um modelo matemático que leva em consideração a formação de bolhas e que tenha a capacidade de definir quando bolhas vão ocorrer de modo a possibilitar a ocorrência de doença descompressiva.

O fluxo sanguíneo, ou seja, a perfusão tecidual, gera as condições para que ocorra a penetração do gás no tecido por difusão. A troca gasosa vai depender do tempo e das taxas de coeficientes de transferência de gás.

O modelo GRB trata o transporte de gás por perfusão e difusão como duas partes de um processo contínuo de fluxo. O fluxo sanguíneo ou perfusão serve de condição limitante para a penetração do gás por difusão. Dependendo do tempo e coeficientes de taxa de transferência, um ou outro processo pode dominar a troca gasosa. Alguns fabricantes de computadores fizeram implementações no modelo original, assumindo que a perfusão é o processo dominante. Adicionalmente, por mecanismos de não-saturação biológica produzida pelo oxigênio (janela de oxigênio), alguns tecidos e o sangue ficam subsaturados em relação à pressão ambiente. O modelo GRB inclui esses débitos nos cálculos.

O modelo incorpora uma quantidade de compartimentos que variam de 1 a 720 minutos, dependendo da mistura do gás respirável. A separação de fase e o crescimento de bolhas em compartimentos mais lentos são o foco central nos cálculos.

Este modelo também assume que sempre está presente um volume de micronúcleos que atuam como bolhas potenciais. Na continuação dos cálculos, o modelo assume que sempre existem micronúcleos distribuídos pelo corpo, que são bolhas potenciais e que podem ser excitados para o crescimento pela compressão e descompressão.

Os micronúcleos considerados sementes de bolhas apresentam uma superfície que funciona como uma pele ou interface que pode variar, ou seja, podem ocorrer variações na superfície de fase. A interface da bolha é permeável sob quaisquer pressões de esmagamento. O tamanho dos micronúcleos disponíveis para crescimento é inversamente proporcional ao gradiente de supersaturação. Aumentando a pressão, os micronúcleos fazem com que diminua a taxa de difusão gasosa.

Os gradientes de superfície de bolha são muito similares aos valores M. No entanto, o modelo não aborda a formação da bolha do ponto de vista de tensão máxima de gás no tecido, mas do ponto de vista do gradiente de superfície capaz de gerar bolhas a partir de uma massa de gás dissolvida.

Quando há a formação de bolhas ocorre uma alteração na velocidade de eliminação de gases inertes, seja por causas mecânicas, seja por alterações bioquímicas. Essas modificações acarretam alterações subsequentes na troca de gases. Uma das formas de os modelos computacionais tratarem a formação de bolhas é fornecendo dados num conjunto separado de equações ou frações de conversão criados para determinar a quantidade e efeitos da formação de bolhas.

No modelo, um processo iterativo para uma subida em estágios é empregado para controlar o crescimento dessas bolhas de modo que o volume coletivo delas não exceda o ponto limite de volume de fase. Misturas dos gases hélio, nitrogênio e oxigênio têm uma distribuição de bolhas de diferentes tamanhos, porém possuem o mesmo limite de volume de formação de fase.

Ele também utiliza os limites não-descompressivos documentados nos estudos realizados com Doppler e reduz, de maneira conservadora, os limites previamente sugeridos por outros pesquisadores, desde que os mantendo dentro dos limites críticos do volume de fase aceitáveis.

Neste modelo, ocorre uma redução do limite de volume de fase gerador de bolhas nos mergulhos múltiplos pela consideração da capacidade de gerar novos micronúcleos que ocorrem nos intervalos de superfície, dependendo do tempo, da profundidade e da altitude dos mergulhos prévios, bem como do número de mergulhos sucessivos, do número de dias de mergulho e da exposição a mergulho de perfil reverso. O modelo é capaz de gerar novas bolhas em relação às bolhas previstas, dependendo do tipo de mergulho. Os limites de volume de fase também são reduzidos em função da adição dos efeitos de novas bolhas.

Os limites não-descompressivos do modelo são modificações mais conservadoras do que aqueles oriundos dos trabalhos com Doppler. Esses limites são mantidos dentro de limites de volume de fase. Violações de subida são corrigidas com o acréscimo de tempo de parada de segurança definido por análise de risco da violação.

Em mergulhos sucessivos em vários dias e de limite reverso, acabam apresentando redução de volume crítico de fase sob uma escala de tempo apropriada. Além disso, nos cálculos, o modelo gera recolocação de micronúcleos ao longo do tempo, adicionando novas bolhas em relação a bolhas já existentes. Pontos de limite de volume de fase também são reduzidos pelos efeitos decorrentes de novas bolhas adicionadas.

Modelo de Difusão Tecidual de Bolhas

O modelo de difusão tecidual de bolhas considera o crescimento de uma bolha extravascular que ocorreu após difusão de gás sob condições hipo ou hiperbáricas. Ele incorpora a difusão de gás inerte que ocorre através da interface tecido-bolha, considerando a elasticidade tecidual, a solubilidade e capacidade de difusão do gás, tensão superficial da bolha e as limitações de transporte decorrentes da perfusão tecidual. Acrescenta outras variáveis à difusão de um micronúcleo inteiro.

O modelo prediz o crescimento das bolhas em função de uma variabilidade de exposições e pode ser estendido à respiração com oxigênio e mudanças de gases. Este modelo assume que núcleos estáveis de gás se formam nos tecidos durante a descompressão e subsequentemente acarreta o crescimento de bolhas, utilizando equações dinâmicas. A troca gasosa limitada por difusão é evocada na interface tecido-bolha e as trocas limitadas por difusão ocorrem entre os tecidos e o sangue de modo similar ao que ocorre no modelo termodinâmico, porém considerando também a mecânica de fase livre. Através da região extravascular, a troca gasosa é direcionada pela diferença de pressão entre o gás dissolvido no tecido e o gás livre da bolha, tratando o gás livre como um modelo ideal. Este modelo assume um raio de 3 microns ao nível do mar para o núcleo inicial.

As mudanças de volume da bolha ficam mais significativas quando a pressão ambiente diminui e mudanças hipobáricas são previstas. Nessa situação, tensões constritoras de tensão superficial são menores que aquelas encontradas em ambientes hipobáricos. Numa abordagem probabilística, o modelo correlaciona o tamanho de bolhas com o risco de descompressão. O volume de núcleos corresponderia a uma dose de bolhas. A dose de bolhas representa uma medida não normalizada do volume de fase separada. Acoplando o volume de bolhas com o risco, representa uma extensão da hipótese do volume de fase, o que acaba significando um mecanismo para identificar o ponto de desencadeamento de uma incidência de doença descompressiva. Por exemplo, uma quantidade de bolhas de 5 ml corresponde a um risco de 20% de doença descompressiva e 35 ml correspondem a um risco de 90%.

Comparação entre modelo de Haldane e os de fase

Por muito tempo, a questão da descompressão foi abordada do ponto de vista da supersaturação. Mais recentemente, o foco passou a ser o efeito das bolhas e sua correlação com as manifestações da doença descompressiva. Todo mergulho requer descompressão e parece que um número significativo de núcleos gasosos sempre se forma num mergulho. Normalmente há um equilíbrio entre a sua existência e a ocorrência de doença descompressiva. Os estudos com Doppler foram o elo entre o modelo e a clínica. Através deles, pode-se “visualizar” a doença. Estudos in vitro forneceram mais dados sobre a nucleação, excitação e crescimento de bolhas. Questões sobre agregação de bolhas, dano tecidual, isquemia e o gatilho para a ocorrência de doença descompressiva são difíceis de quantificar e ainda não estão esclarecidas.

Interrogações sobre a sequência das manifestações da doença descompressiva têm impacto sobre os algoritmos. Há uma aceitação de que a formação de bolhas é uma condição predisponente à doença descompressiva. Estudos com Doppler, que inicialmente fizeram perceber um vínculo entre a clínica e a biofísica, acabaram trazendo outros questionamentos através da evidência das bolhas silenciosas. A ocorrência delas parece desvincular o fenômeno da formação de bolhas do início das manifestações da doença descompressiva. Isso faz concluir que outros fatores parecem ser igualmente importantes nessa questão, como a quantidade de gás que saiu de solução num momento, o tamanho dos locais de nucleação que recebem o gás, taxas de crescimento de bolhas, deformação do tecido onde elas ocorrem e os mecanismos de coalescência de pequenas bolhas em grandes agregados de bolhas. Muitos desses aspectos vinculam a cinética tradicional dos gases com a formação de bolhas. Outros tentam vincular a matemática com a talvez imensurável manifestação clínica.

Em relação aos métodos baseados na supersaturação, podemos dizer que a dinâmica das bolhas indica, pelas considerações de excitação e crescimento delas, a necessidade de paradas em níveis mais fundos durante a descompressão. No procedimento de subida, as paradas do modelo GRB têm como limite volumes de fase separados, enquanto o modelo de Haldane tem como limite as tensões críticas através dos compartimentos teciduais. O modelo GRB considera tanto o mecanismo de criação do estado de fase do gás, ou seja, a geração de bolhas, quanto a sua eliminação e inclui variáveis como altitude, mergulhos sucessivos, misturas gasosas, descompressão, saturação e exposições sem paradas. O modelo GRB é uma abordagem diferente que vai além da abordagem de Haldane de descompressão no limite relativamente seguro para um conceito de descompressão de tolerância segura.

As demandas atuais de paradas profundas do mergulho técnico e os mergulhos sucessivos e multinível do recreativo tornaram os modelos de fase pertinentes. Nos últimos tempos, pudemos presenciar mudanças no modo de mergulhar, passando a diminuir os limites sem paradas, reduzir a velocidade de subida, acrescentar paradas de segurança e aumentar o tempo de vôo após mergulho. Além disso, mudaram-se os tempos dos tecidos controladores rápidos e lentos e se elegeram valores menores de tensão crítica nos tecidos. Todas essas mudanças empíricas deveriam ser previstas num modelo matemático que fosse para o pulso do mergulhador. Isso tudo e a possibilidade de validação através de estudos com Doppler tornaram possível o modelo GRB.

A melhor abordagem da questão da descompressão e, portanto, das bolhas será aquela que integre todos os aspectos da formação das bolhas e inclua o conhecimento relacionado ao gás tanto dissolvido quanto em fase, concebendo equações que considerem a inter-relação dos dois processos num modelo unificado.

Novos pontos de vista e outras abordagens

Modelo de Meios-tempos Contínuos

Alguns pesquisadores propõem o uso de uma variável contínua para meios- tempos teciduais que permite a simulação de um infinito número de compartimentos. Seria uma nova proposta que surgiu da análise das formulações matemáticas atualmente utilizadas nos modelos já considerados clássicos. A análise dos resultados de simulações utilizando este modelo indica que esse conceito matemático inserido no algoritmo reduziria a discrepância entre algoritmos diferentes para uma única expressão de limite descompressivo do mergulho. O modelo poderá ser útil no planejamento de descompressão de modos não documentados de mergulho como o mergulho multinível e descompressivo em altitude. As informações disponíveis não indicam se ele já foi validado.

Modelo Probabilístico

A observação em testes de mergulho com ar em que alguns esquemas de descompressão para mergulhos com tempos de fundo longos resultavam numa incidência inevitavelmente alta de doença descompressiva, fez com que alguns pesquisadores propusessem um modelo probabilístico.

O modelo probabilístico serve para predizer a ocorrência de doença descompressiva após uma exposição hiperbárica a partir de um fator de risco aceitável. Tabelas de descompressão são geradas a partir de um nível de risco predeterminado a partir do qual o mergulhador aceita a exposição durante o mergulho. As tabelas criadas são mais conservadoras que as tabelas de mergulho a ar da Marinha Norte-Americana. Ele não mudaria algoritmos, mas disponibilizaria perfis de descompressão a partir de um risco escolhido previamente.

Este modelo não foi aceito pela indústria do mergulho no início da década de 90 por vários motivos. O principal seria o desconforto dos fabricantes de colocar no mercado um algoritmo que resultasse em procedimentos de descompressão com um risco estimado de doença descompressiva de 2,5% ou mais. Seria aceitar que a doença descompressiva é uma questão de oportunidade…

Outros motivos foram: equipamento comercialmente impopular por ter um algoritmo muito conservador em mergulhos repetitivos; receio de que os limites não-descompressivos não fossem conservadores o suficiente em relação à prática do mergulho recreativo; os microprocessadores existentes à época não poderiam trabalhar com as necessidades computacionais do modelo; o que seria feito com os outros computadores à medida que um novo modelo com outra filosofia fosse adotado ?

O Computador de Descompressão da Marinha Norte-Americana

Na década de 70, a Marinha Norte-Americana desenvolveu um novo equipamento de mergulho autônomo de circuito fechado que utilizava um microprocessador para controlar a pressão parcial de oxigênio em 0,75 ATA. As vantagens de operacionalizar um mergulho com pressões parciais de oxigênio altas e constantes seriam a extensão de limites não-descompressivos para mergulhos rasos e diminuição de tempo de paradas descompressivas em profundidades mais rasas. O mergulho com uma pressão parcial de oxigênio fixa e pressões variáveis de gás inerte gerou a necessidade de desenvolver novos tipos de tabelas de descompressão. A demanda era criar um algoritmo delineado para calcular descompressão com uma pressão parcial constante de oxigênio e variável de outros gases.

Após um longo período de trabalho e desenvolvimento, acabou materializando-se o computador da Marinha Norte-Americana. Ele é um modelo Cochran de nome Navy com o software VVAL 18. O VVAL 18 foi desenvolvido na Unidade de Mergulho Experimental da Marinha Norte-Americana (NEDU) pelo comandante Thalmann. Em 1995, após um longo período de conversações entre as várias instituições da Marinha Norte-Americana envolvidas na demanda, concordaram que o VVAL 18 seria a melhor opção.

O VVAL 18 é um modelo haldaneano com 9 compartimentos teciduais com meios-tempos que variam de 5 a 240 minutos que produz limites não-descompressivos que são intermediários entre as tabelas padrão e a USN 93 para mergulhos rasos, mas que ficam muito mais conservadores à medida que o tempo descompressivo total aumenta. Este algoritmo sofreu modificações para ser capaz de realizar esquemas de descompressão para mergulho a ar ou com uma pressão constante de oxigênio de 0,75 ATA numa mistura nitrox. Ele trabalha com um risco estimado de doença descompressiva de, no mínimo, 2,5%.

Questõs não resolvidas

Existem questões básicas ainda não resolvidas que necessitam de esclarecimentos para que se possa construir um computador de mergulho com níveis menores de risco de doença descompressiva. Elas são as seguintes:

1. Quem realmente define o limite das trocas gasosas teciduais ? É a taxa de fluxo sanguíneo (perfusão) ou a taxa de transferência através do tecido (difusão) ? E qual é o limite ?

2. Qual a composição e localização dos tecidos críticos ?

3. Qual a mecânica definitiva da formação e crescimento de bolhas ?

4. Qual é o ponto crítico desencadeante dos sintomas em relação à quantidade de gás dissolvido em tecidos, volume de gás separado, número de bolhas para cada unidade de tecido, taxa de crescimento de bolhas, entre outros?

5. Qual a natureza da lesão crítica que causa o quadro clínico ?  Deformação nervosa ?  Oclusão arterial com isquemia ?  Alterações bioquímicas ?  Ou mudanças de densidade ?

Todas essas questões são defrontadas pelos criadores de modelos algoritmos de descompressão e nos deixam longe de um modelo definitivo.

Conclusão

Os computadores de mergulho, de certa maneira, mudaram o jeito de mergulhar, facilitando a maneira de realizar a descompressão. Eles são um dos aspectos práticos da aplicação da teoria da descompressão. No entanto, ainda é necessário algum tempo para que o algoritmo definitivo chegue ao pulso do mergulhador.

Os mergulhadores devem conhecer os modelos propostos pelas tabelas ou computadores para serem capazes de selecionar o nível de risco que estão dispostos a correr e, em última análise, para saberem o que estão usando e não ficarem surpresos, se tiverem uma doença descompressiva, mesmo usando adequadamente o equipamento.

Considerar um computador como um algoritmo baseado nos princípios de Buhlmann ou do modelo de gradiente reduzido de bolhas como tendo um grande nível de conservadorismo e os baseados nos princípios de Haldane como sendo não-restritivos e de maiores tempos de fundo para mergulhos não-descompressivos é analisar a questão de algoritmos de mergulho de forma parcial e, de certa maneira, rígida. Um computador será mais liberal ou conservador conforme o mergulhador o utilizar.

O algoritmo definitivo que combine toda a teoria de descompressão com cálculos relacionados à nucleação de bolhas, absorção de gás dissolvido na circulação, eliminação de gases, crescimento de bolhas, coalescência de bolhas pequenas e tecidos críticos, é muito complicado e requer supercomputadores. Se é somente isso que acontece, a solução do problema parece ser uma questão de tempo e dependente de tecnologia digital de hardware acessível ao propósito.

Se não for isso, então será uma questão de modelo. Os modelos matemáticos atuais tentam descrever a realidade e são muitos. Se mesmo assim a doença descompressiva continuar a ocorrer com o uso correto do computador, provavelmente a realidade deva ser ainda mais complexa que o modelo. Acreditamos que atualmente os pesadelos dos cientistas da descompressão são constituídos de bolhas.

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 Renúncia

Nenhuma representação neste texto é feita no sentido de oferecer um diagnóstico, tratamento ou cura para qualquer condição ou doença relatada. O caráter do texto é somente informativo e deve ser usado em conjunto com o aconselhamento específico do médico de medicina do mergulho. O autor não é responsável por qualquer consequência concebível relacionada à leitura deste texto.

Augusto Marques
Augusto Marques Ramos é formado pela UFRGS, Mestre em Medicina pela mesma Universidade e Preceptor do Programa de Residência Médica do Hospital Nossa Senhora da Conceição, atuando também como médico nefrologista do Instituto da Criança com Diabetes. Mergulhador desde 1984 e membro associado do Dive Alert Network (DAN) desde 1997. Ele também é instrutor de mergulho pela Association of Diving School, International (ADS, International). Realiza avaliação médica para a prática do mergulho autônomo amador em várias escolas de mergulho desde 1987. É médico hiperbarista formado pela UFSP e pelo Centro de Instrução e Adestratamento Almirante Átilla Monteiro Aché (CIAMA). Também é membro da Sociedade Gaúcha de Nefrologia, das Sociedades Brasileiras de Nefrologia e de Medicina Hiperbárica, da South Pacific Underwater Medicine Society (SPUMS) e da European Dialysis and Transplant Association (EDTA).