Mergulho em Apneia: da Resposta Fisiológica às Complicações

Foto: Jayhem

O mergulho é uma atividade com uma grande variedade de modalidades, desde o livre em apneia até os sofisticados mergulhos comerciais. Possivelmente a atividade de mergulho mais praticada no mundo todo seja o mergulho livre.

Em relação ao mergulho livre, o que mais tem surpreendido a todos e particularmente a comunidade de mergulhadores, é a contínua quebra de recordes nas suas várias categorias e em especial na No Limits. Essas quebras de recordes têm impressionado todos nós em relação aos limites da capacidade humana. Eles impressionam, pois extrapolam em muito o desempenho do homem normal e, por isso, são objeto de inúmeros estudos. O mergulho em apneia tem atraído o interesse de muitos pesquisadores da área da fisiologia humana nos últimos 50 anos. Com o seu estudo, podemos entender melhor a sua fisiopatologia. Infelizmente o mergulho livre recreativo e mesmo o profissional têm apresentado um número considerável de acidentes.

Recentemente o mergulhador cubano Francisco Pipin Ferreras, um ano após o acidente que vitimou sua esposa, a mergulhadora Audrey Mestre, na tentativa de quebra do recorde mundial na categoria No Limits, ultrapassou os 160 metros, colocando a atual marca nos 170 metros de profundidade. Meses antes, tivemos o prazer de ler o incrível relato da atleta Tanya Streeter, numa revista especializada, sobre a quebra do recorde mundial feminino de mergulho livre na categoria No Limits. A descrição do seu feito é uma aula de fisiologia do mergulho e um exemplo de dedicação, treino e tudo mais que eles representam para o sucesso de uma empreitada dessa envergadura. Usaremos o seu relato para exemplificar as alterações fisiológicas que ocorrem no mergulho livre ou em apneia.

Durante o mergulho livre ou em apneia, ocorre uma série de respostas adaptativas fisiológicas para a sobrevivência nessa condição. Nosso corpo tem condições de funcionamento durante algum período de tempo às mais variadas condições ambientais. No caso do mergulho, as adaptações que se apresentam, iniciam com a parada voluntária da ventilação a uma pressão ambiente seguida do aumento progressivo da pressão externa à medida que se mergulha e que dependerá da profundidade que se pretende alcançar. Essa temporária e voluntária condição adversa de vida termina com o retorno do mergulhador à superfície e o restabelecimento da ventilação. Portanto, as respostas fisiológicas do organismo humano que descreveremos, serão aquelas que se fazem necessárias para manter a vida numa condição de diminuição crescente dos níveis de oxigênio (hipóxia) e de acúmulo de gás carbônico no organismo (hipercapnia), desencadeado pela parada voluntária da ventilação enquanto se mantém a respiração celular. Além disso, acrescenta-se a necessidade de outro conjunto de respostas fisiológicas para a manutenção da vida numa pressão ambiental maior que uma atmosfera. As alterações fisiológicas adaptativas apresentam limites de profundidade e de tempo a partir dos quais se podem instalar lesões graves e até mesmo a morte. São os limites da capacidade humana.

A existência dessa resposta adaptativa demonstra a manutenção na nossa espécie de respostas fisiológicas adaptativas e evolutivas comuns a outros mamíferos. Num determinado momento da evolução dos mamíferos, anterior ao surgimento do homem, essas adaptações ocorreram e permaneceram conosco, apesar da nossa vida terrestre. O gosto e a capacidade de nadar e de mergulhar tornam evidente uma relação ancestral com a água. Os resultados do treinamento demonstram que a resposta adaptativa pode ser ampliada, reforçando ainda mais a resposta fisiológica. Infelizmente existem limites que nos fazem retornar à vida terrestre. Ultrapassar os limites do nosso corpo nessas condições significa doença ou trauma. O estudo da biologia comparativa no que se refere aos mamíferos aquáticos que evoluíram nesse meio, torna evidente que apresentamos somente resquícios evolutivos e que nossa espécie se distanciou muito da água.

Tanto quanto no mergulho autônomo, observações relacionadas à saúde do mergulhadores livres e medidas de segurança devem ser consideradas e adotadas no sentido de se evitarem acidentes.

Seque o relato da odisséia pessoal da atleta Tanya Streeter e as observações pertinentes à resposta fisiológica no mergulho em apneia a grandes profundidades.

A resposta adaptativa inicial ao mergulho em apneia

“Uma hora antes do mergulho, eu me alongo e relaxo, desligando-me das coisas à minha volta e visualizando o mergulho que estou prestes a fazer.

40 minutos … Entro na água. Usando apenas um snorkel, mergulho meu rosto e respiro profundamente, fitando as profundezas. O ato expõe os receptores sensitivos do meu rosto ao estímulo da água fria, que desperta o instinto do mergulho cravado em minha fisiologia. Fico boiando assim por cinco minutos. No decorrer dos próximos 25 minutos, vestindo minha máscara, dou alguns mergulhos rasos a 15 metros, daí a 20 metros e, imóvel na superfície, prendo a respiração algumas vezes por aproximadamente 2,5 minutos e depois por 3,5 minutos. Esta rotina de aquecimento prepara meu corpo para o que está por vir.

10 minutos … Os mergulhadores de apoio entram na água. O par que irá mais fundo iniciará sua descida de 135 metros daqui a sete minutos, então eu roubo um momento a sós com cada mergulhador.”

A resposta fisiológica ao mergulho pode ser desencadeada antes mesmo de o mergulho iniciar. Ela é desencadeada pelo simples ato de cessar voluntariamente a ventilação ou apneia propriamente dita. Além disso, ela também é desencadeada pela imersão da face na água ou o seu esfriamento. O efeito desencadeante mais significativo do reflexo ancestral do mergulho é provocado pela combinação de apneia e esfriamento de regiões da face inervadas pelos ramos oftálmicos do nervo trigêmeo, ou seja, a região da testa e a região periocular. A flutuação com a face em contato com a água que sucede a entrada na água pelo mergulhador, serve para prepará-lo para a arriscada tarefa que tem pela frente.

Outras respostas são adicionadas à medida que o mergulhador submerge. No entanto, há diferenças importantes entre a resposta fisiológica da apneia realizada na superfície e a do mergulho em apneia. Ao segundo acrescentam-se a alterações hemodinâmicas e nas pressões parciais dos gases no alvéolo e na circulação do mergulhador, à medida que submerge, a pressão externa aumenta. Logo, a apneia estática na superfície e o mergulho livre profundo requerem pré-requisitos distintos quanto as características físicas do mergulhador e ao esforço que se faz necessário para ultrapassar os limites impostos aos atletas.

Atletas experientes realizam alguns mergulhos, a pequenas profundidades, de 2 a 3,5 minutos, durante o período adaptativo inicial antes de um mergulho profundo como forma de aquecimento. Hoje sabemos que apneias repetidas podem fortalecer a resposta ao mergulho, bem como a própria capacidade de mergulhar. Além disso, elas também aumentam a tolerância psicológica ao mergulho.

O aquecimento inicial pode ser prolongado com uma pequena série de mergulhos com intervalos de superfície maiores que 3 minutos. Sabemos que mergulhos em apneia com intervalos de superfície menores que isso podem causar retenção de gás carbônico. Uma maior retenção de gás carbônico apresenta o potencial de causar uma diminuição do tempo de mergulho, pois o mergulhador chegará a um nível de gás carbônico no sangue capaz de desencadear o reflexo ventilatório para restabelecer a ventilação de forma mais precoce. Os estudos fisiológicos demonstraram que o reflexo ventilatório no núcleo respiratório do nosso cérebro é desencadeado por níveis críticos de gás carbônico produzido pela respiração celular e não pela diminuição de oxigênio no sangue. Além disso, cabe salientar que o aumento de concentração do gás carbônico acima de certos valores pode potencializar narcose por nitrogênio quando consideramos as grandes profundidades a que o mergulhador irá se expor.

5 minutos … Retiro minha máscara e o snorkel e subo no sled. Sento relaxada e continuo a respirar com meus braços entrelaçados ao redor do T do sled. Movo-me com as ondas, fecho meus olhos e visualizo minha respiração à medida que ela entra e sai de meu corpo.”

A retirada da máscara, expondo as regiões perioculares e da testa, acentua a bradicardia provocada pelo mergulho livre. É um fenômeno neurológico e um reflexo natural. O estímulo desses receptores cutâneos da face é dependente da temperatura da água. O reflexo de imersão da face em água fria parece proteger do afogamento. Isso é observado e é particularmente relevante na imersão acidental de crianças.

A resposta fisiológica envolvendo sensibilidade de termo-receptores cutâneos ativados por variações na temperatura e pelo contato com a água sugere uma resposta adaptativa dos mamíferos ao mergulho. Como o homem é um animal completamente adaptado à vida no ecossistema terrestre, o questionamento do porquê da existência dessa resposta remete à reflexão sobre a possibilidade de uma resposta adaptativa evolutiva comum aos mamíferos anterior ao surgimento da nossa espécie.

O relaxamento visualizando a ventilação antes do mergulho, percebendo o ar entrar e sair do corpo é uma técnica de concentração. Essa forma de concentração lembra uma manobra meditativa. A meditação é utilizada no preparo de muitos atletas. Relaxamento, atenção, concentração, compreensão e pensamento plenos e corretos naquilo que se está por realizar são os caminhos escolhidos durante a preparação física e psicológica para vencer a tarefa. A resposta fisiológica do mergulho é maior em mergulhadores experientes e tranquilos.

A melhor e mais segura maneira de aumentar a duração da apneia é o relaxamento e a realização do menor esforço antes e durante o mergulho. Dessa maneira, o oxigênio disponível dura mais e o gás carbônico aumenta lentamente a sua concentração no sangue.

Hiperventilação e o Mergulho Livre

2 minutos … Coloco o prendedor de nariz para fechar completamente minhas narinas e impedir a entrada de água. Isto permite que eu faça a compensação sem usar minha mão.

1 minuto … Eu respiro com inspirações rápidas e expirações profundas e vigorosas. Esta “descarga” reduz o depósito de dióxido de carbono no corpo, aliviando meu desejo de respirar muito cedo.”

Na respiração celular, para a produção de energia necessária para a vida, utiliza-se o oxigênio e libera-se o gás carbônico. O gás carbônico é eliminado pelos pulmões durante a ventilação. A eliminação do gás carbônico do corpo produzido pode ser acelerada pela hiperventilação, que serve para diminuir a sua concentração no sangue. Com a hiperventilação, decorrerá mais tempo até que a concentração do gás carbônico produzido durante o mergulho chegue aos níveis de disparo do reflexo da ventilação. Quando a pressão parcial do gás carbônico alcança valores entre 43,3 e 53,5 mm de Hg no sangue arterial, começa haver estímulo para ventilar. Esse é o chamado ponto de corte fisiológico para o reinício da ventilação. A tolerância a esse estímulo pode ser postergada através de atos intencionais como a deglutição, a realização da manobra de Valsava, o apertar de um objeto ou mesmo a realização de cálculos matemáticos.

Algumas colocações parecem importantes para o entendimento da tolerância à apneia. Sabemos que o que põe fim a uma apneia voluntária é a sensação de asfixia. A sensação de asfixia é provocada pelo alto nível de gás carbônico e pelo baixo nível de oxigênio no sangue arterial, o que ocorre à medida que a apneia se estende por um período de tempo maior. O fim do mergulho é sinalizado pela contração involuntária do diafragma e é o ponto de corte fisiológico mencionado anteriormente. Muitos mergulhadores profissionais conseguem controlá-lo conscientemente como é o caso das Ama japonesas e as Haenyo coreanas. No entanto, o ponto de corte chamado convencional, aquele que acaba terminando a apneia e é incontrolável, que também é o mais conhecido, é a sensação aflitiva da asfixia. Essa não dá para controlar e chega num momento em que o reinício da ventilação é inevitável. Se ocorrer em baixo da água, poderá significar afogamento.

A hiperventilação realizada antes do mergulho em apneia e que pode prolongar o tempo de mergulho é perigosa. Uma hiperventilação pré-mergulho forçada pode retardar o acúmulo de gás carbônico necessário para desencadear o reflexo da ventilação. Dessa maneira, antes de haver um reflexo ventilatório para que a ventilação seja reassumida, poderá haver uma hipóxia grave. A hiperventilação aumenta o tempo de apneia somente por diminuir a concentração de gás carbônico. Ela não aumenta a pressão parcial de oxigênio no sangue arterial de maneira significativa. A hiperventilação aumenta levemente a pressão parcial do oxigênio intra-alveolar mas não a concentração da oxi-hemoglobina, que já é de 100% no momento do início da hiperventilação. Como a taxa de queda da concentração do oxigênio no sangue arterial é a mesma com ou sem hiperventilação, a extensão do tempo de apneia diminui a pressão parcial do oxigênio no sangue arterial, levando-a a níveis perigosos capazes de provocar hipoxemia, causando a perda da consciência pelo mergulhador. O exercício durante o mergulho em apneia potencializa a perda de consciência por diminuir mais rapidamente a pressão parcial do oxigênio no sangue arterial.

Concluindo, o maior perigo da hiperventilação está associado à hipóxia com consequente perda da consciência e afogamento antes que se tenha um estímulo para se reiniciar a ventilação.

A Hiperinsuflação Pulmonar

30 segundos … Começo minha respiração final. Esta última respiração é toda direcionada ao volume. Devo recolher o maior volume de ar possível para assegurar que eu possa fazer a compensação a uma grande profundidade. Começo a armazenar, utilizando minha cavidade oral para sugar porções de ar. Após cada sucção, impulsiono o ar para dentro dos meus pulmões, deixando-os literalmente cheios. Minha frequência cardíaca aumenta.

Zero … Meus pulmões repletos, com 6 litros de ar, eu aviso que estou pronta, e meu marido libera o sled.”

Durante o mergulho, ocorrem modificações na distribuição do volume de sangue nas várias regiões do corpo. Essas mudanças visam a priorizar o fluxo de sangue para estruturas vitais para a manutenção da vida. Além disso, elas facilitam a adaptação para a sobrevivência num ambiente com aumento da pressão externa. O sangue acaba sendo redistribuído da periferia do corpo para dentro do tórax. Isso será importante para a adaptação às grandes profundidades que se fará necessária.

A hiperinsuflação pulmonar aumenta o volume de ar dentro dos pulmões aumentando o estoque de ar disponível para o período em apneia, e também serve para diminuir o volume de sangue intratorácico no início do mergulho. A inspiração profunda com acréscimos posteriores com a glote fechada obstruindo a saída de ar serve para aumentar a capacidade pulmonar total e o volume de ar residual nos pulmões. A duração do mergulho livre depende da capacidade do mergulhador de guardar oxigênio e de liberar de gás carbônico dos pulmões no início do mergulho. A resistência à apneia depende da quantidade desses gases estocados no início do mergulho ou seja, muito para o oxigênio e pouco para o gás carbônico. O treinamento leva a uma condição de melhor percepção do quanto podem ser hiperinsuflados e hiperventilados os pulmões sem risco de apagamento.

Quando o mergulhador enche os pulmões de ar na superfície, há um aumento da pressão intratorácica com diminuição do retorno venoso e diminuição do débito cardíaco. Nessas condições iniciais, a diminuição do débito cardíaco induz a uma taquicardia reflexa compensatória para retornar ao débito normal. O mergulhador é capaz de perceber o aumento dos batimentos cardíacos.

A hiperinsuflação também aumenta o volume de ar disponível para a realização das manobras de compensação de pressão nas estruturas do nosso corpo que contém ar. Essas manobras são necessárias pela variação de volume de ar que ocorre nessas estruturas principalmente nas fases iniciais do mergulho e para que não ocorra barotrauma da descida em seios da face e orelha média.

A resposta fisiológica ao aumento da pressão

Superfície em direção a 60 metros … Á medida que desço, eu compenso a pressão nos meus ouvidos. Nesta profundidade é fácil porque os meus pulmões ainda têm um grande volume. Minha frequência cardíaca diminui para aproximadamente 60 batimentos por minuto.”

Quando o mergulhador submerge se acrescem às alterações fisiológicas desencadeadas com a apneia e o estímulo da face pela água as decorrentes do mergulho propriamente e o consequente aumento da pressão do meio externo. Em relação às manobras de compensação, podemos dizer que nos metros iniciais ele ainda não apresenta dificuldades em compensar a orelha média. Ainda há um grande volume de ar disponível.

Antes mesmo de chegar aos 60 metros, o mergulhador já percebe a diminuição dos batimentos cardíacos (bradicardia). À medida que submerge, a sobre-pressão voluntariamente provocada com a hiperinsuflação pulmonar realizada para estocar uma maior quantidade de ar possível cede. A pressão do interior do tórax passa a se igualar à pressão externa. À medida que a pressão externa aumenta, há uma intensificação da diminuição dos batimentos cardíacos. A resposta fisiológica ao mergulho continua.

Cabe registrar que toda a resposta fisiológica do mergulho livre está direcionada ao menor consumo de oxigênio e a um redirecionamento do fluxo sanguíneo, priorizando áreas a serem perfundidas. Elas são o sistema nervoso central, o coração e os pulmões.

Duas são as alterações básicas de que nossa fisiologia lança mão para alcançar esse objetivo. A primeira é a mencionada diminuição do débito cardíaco, a segunda é a vasoconstrição periférica. A vasoconstrição periférica é desencadeada via reflexo neurológico no início do mergulho e pela diminuição da temperatura externa. A diminuição da perfusão das extremidades decorre do aumento da atividade simpática adrenérgica do sistema nervoso autônomo sobre o leito da vasculatura arterial dessas regiões do corpo.

Seguem à bradicardia reflexa desencadeada pela estimulação dos neuro-receptores cutâneos da face uma vasoconstrição periférica e um aumento inicial da pressão arterial sistêmica. O débito cardíaco é o produto da frequência cardíaca pelo volume sistólico de cada contração do ventrículo esquerdo do coração. No mergulho, o sangue é redistribuído da periferia do corpo para o coração e o leito vascular intratorácico, passando-se observar um aumento do volume sanguíneo intratorácico. O aumento do retorno venoso para o coração produz aumento da pressão do átrio direito (a primeira câmara cardíaca a receber sangue), do volume sistólico ventricular (volume de sangue disponível para a contração do coração) e consequentemente do débito cardíaco.

Na continuação do mergulho, há uma diminuição do débito cardíaco. A pressão arterial sistêmica, que no início do mergulho aumenta, à medida que ele continua, tende a diminuir devido à diminuição do débito cardíaco. Numa análise de biologia comparativa, podemos observar que os outros animais habitualmente mergulhadores têm um balanceamento entre o débito cardíaco e a vasoconstrição periférica de modo que a pressão se mantém constante.

A bradicardia é mantida não somente pelo reflexo do estímulo cutâneo da água em regiões da face. Também mantêm a resposta bradicárdica a própria apneia, o estímulo mecânico decorrente do aumento do retorno venoso e a hipóxia. O débito cardíaco tende a diminuir no sentido da economia de consumo de oxigênio para privilegiar a perfusão de áreas nobres.

Com o aumento do tempo de mergulho, a diminuição da concentração do oxigênio no sangue arterial começa a aumentar ainda mais, provocando diminuição dos batimentos cardíacos. Por outro lado, o acúmulo de gás carbônico é um estímulo capaz de provocar uma aceleração dos batimentos cardíacos. O resultado final da soma dos estímulos no sentido de diminuição dos batimentos, que são a apneia e a hipóxia, menos o estímulo no sentido de aceleração cardíaca, que é a hipercapnia, é a redução da frequência cardíaca. Alguns autores ressalvam que a bradicardia e a redução do fluxo sanguíneo periférico são independentes do nível de asfixia.

Em relação à vasoconstrição periférica, além do reflexo neurológico, devemos considerar o efeito da temperatura externa. A temperatura da água no mergulho é menor que a temperatura considerada termoneutra de 35° C. Essa temperatura mais baixa por si só leva à vasoconstrição periférica. Devido à vasoconstrição periférica, os músculos são privados da maior parte do fluxo sanguíneo. A duração da apneia será inversamente proporcional à taxa metabólica do indivíduo. A vasoconstrição periférica leva ao acúmulo de lactato em tecidos periféricos como a musculatura das extremidades. O metabolismo anaeróbio é maior no mergulhador treinado.

Estudos demonstram um aumento do fluxo sanguíneo das artérias carótidas para o cérebro. Além disso, o aumento do gás carbônico no sangue produz vasodilatação nos vasos cerebrais. É uma compensação à hipóxia arterial vasoconstritora para se manter a perfusão cerebral.

Outra resposta adaptativa observada é a contração de baço. A contração do baço libera mais células vermelhas para a circulação. A contração do baço acaba aumentando a capacidade de estocar e transportar oxigênio na circulação. Ela é observada não só no mergulho, mas também no simples ato de realizar uma apneia, mesmo sem mergulhar.

A resposta fisiológica ao mergulho em humanos é mais fraca que em outros animais mergulhadores. Ela diminui com a idade e é mais forte naqueles que o exercitam.

Barotraumas da Subida

60 metros para 80 metros … Enquanto o sled acelera, eu ergo meu braço e abro a válvula do tanque acima da minha cabeça, despejando o ar no lift para desacelerar a descida. Meus pulmões estão atingindo o volume residual, aproximadamente do tamanho de pequenos punhos. Eles não se podem mais comprimir sem afundar a parede do tórax. Para compensar isto, ocorre o que é descrito como efeito mamífero. Já que os líquidos, ao contrário do ar, não podem ser comprimidos, uma pequena quantidade de plasma sanguíneo se transfere para os pulmões, evitando uma compressão adicional. Uma vez que isto ocorra, a sensação de pressão no peito desaparece, restando apenas um aperto. A compensação é possível, mas é mais difícil porque o ar da minha respiração inicial foi comprimido para dentro das cavidades de minha cabeça. Conforme vou mais fundo, a necessidade de compensar está sempre presente, mas eu posso alcançar distâncias maiores com uma simples compensação quanto mais fundo estiver, porque a pressão aumenta em volumes menores. Neste ponto, o cérebro instrui o sistema circulatório a suprir apenas os órgãos vitais – coração, pulmões e o sistema nervoso central – com sangue. Minha frequência cardíaca cai para 45 batimentos por minuto e cada batimento rouba energia vital. A 80 metros, passo pelos mergulhadores e eles me dão um sinal audível para indicar a profundidade que atingi. Eu aceno em resposta que estou OK.”

O tórax e os pulmões são bastante compressíveis. A compressibilidade dessas estruturas permite que a pressão do ar nos pulmões se equilibre com a pressão hidrostática do ambiente, protegendo os vasos intratorácicos e o coração do excesso do gradiente de pressão. O represamento do sangue dentro do tórax fornece um acréscimo à tolerância para o balanço dinâmico para a compensação da diferença de pressão trans-torácica. No entanto, há limites de tolerância. Ultrapassar esses limites significa lesão vascular e de cavidades cardíacas por distensão e subsequente ruptura com desestruturação da arquitetura pulmonar. São os barotraumas torácicos ou pulmonares da descida.

Os problemas relacionados à pressão durante a descida, na sua forma mais grave, são os barotraumas torácico e pulmonar. Eles são as piores consequências do desequilíbrio entre as pressões intratorácicas e o meio externo relacionado às grandes profundidades.

Inicialmente, acreditava-se que a profundidade máxima alcançável por indivíduo derivasse de uma relação da capacidade pulmonar total com o volume residual e que essa profundidade seria em torno de 30 a 40 metros para humanos. A sucessiva quebra de recordes em várias categorias do mergulho livre acabou por demonstrar que isso não representava a realidade. A resposta adaptativa desses casos ainda não foi totalmente esclarecida. Acredita-se que ela esteja na redistribuição do sangue dos tecidos periféricos para os vasos intratorácicos e o coração e que essa capacidade definiria a resposta individual. Não há modelos experimentais que definam até quanto se pode tolerar para que não ocorra super-distensão e ruptura dessas estruturas. Especula-se que sempre que se mergulha profundamente algum grau de edema e de desestruturação da arquitetura pulmonar ocorra.

A explicação dos limites de profundidade alcançável por um mergulhador derivaria da aplicação da lei de Boyle sobre os volumes de ar dos pulmões cheios ou vazios. Durante a descida, o volume de ar guardado nos pulmões diminui de acordo com a lei de Boyle. O limite de profundidade seria determinado pelo volume residual pulmonar. Os pulmões não podem ser comprimidos além do seu volume residual mínimo. Desse modo, a lei de Boyle pode ser usada para estimar o limite de profundidade do mergulhador a partir do conhecimento da sua capacidade pulmonar total e do volume residual pulmonar. A capacidade pulmonar total é o volume de ar guardado nos pulmões após uma inspiração máxima e o volume residual é o volume pulmonar após uma expiração máxima.

Por exemplo, um mergulhador com uma capacidade pulmonar total de 5 litros e um volume residual de 0,83 litro poderá alcançar aproximadamente 50 metros de profundidade de água salgada. Para cada dez metros que o mergulhador desce, o peso da coluna de água sobre ele é de aproximadamente 1 atmosfera de pressão. Logo, pela lei de Boyle, a pressão máxima que o mergulhador poderá tolerar vezes 0,83 litro de volume residual é igual a uma atmosfera vezes os 5 litros da capacidade pulmonar total, ou seja, 6 atmosferas de pressão ou 50 metros de profundidade.

Apesar de haver limites teóricos relacionados à capacidade pulmonar total e ao volume residual pulmonar, por que, mesmo assim, os recordes de profundidade são quebrados? Isso ocorre, pois lidamos com fenômenos biológicos e não matemáticos, como tudo relacionado à fisiologia e à saúde do ser humano somente sendo possível, pois outras variáveis estão envolvidas para que os pulmões possam ser comprimidos além do volume residual.

A pressão da água força o volume de sangue dos capilares da periferia, isto é, da pele, dos músculos e dos órgãos intestinais, para os pulmões. Entrando um volume maior de sangue no tórax, proporcionalmente menos espaço aéreo passa a existir e o ar dentro dos pulmões pode ser comprimido a volumes menores. Volumes maiores que um litro podem ser mobilizados ao pulmão a partir de determinadas profundidades. Abaixo de 120 metros aproximadamente, um litro e meio de sangue é mobilizado para dentro dos pulmões.

Os capilares pulmonares não podem se expandir “ad eternum” e podem ser danificados num mergulho profundo, provocando o barotrauma pulmonar. Antes disso, pode haver um certo grau de edema alveolar e de interstício pulmonar. Cabe ressalvar que não existem limites teóricos que não podem ser extrapolados, mas sim limites individuais. Determinam esses limites a capacidade física do mergulhador estabelecida geneticamente, o treinamento e as doenças prévias cardiopulmonares.

80 metros para 100 metros … Retardando a descida do sled, preparo-me para uma difícil compensação que está por vir. Forço o ar da minha garganta em direção a minha boca e empurro somente pequenas quantidades deste para o canal de meu ouvido. Está começando a ficar mais escuro. Passo por mergulhadores novamente a 100 metros, concentrando-me intensamente para obter uma boa compensação após outra. Estou relaxada, focada, controlada e pensando claramente.”

O mergulhador deve diminuir a velocidade de descida para ganhar tempo para melhor realizar as manobras de compensação. À medida que a profundidade aumenta, as variações de volume são menores. No entanto, o esforço compensatório aumenta e sua eficácia é limitada, fazendo requerer a desaceleração. Por outro lado, como as variações de volume são menores, as compensações realizadas são mais duradouras.

100 metro para 130 metros … Eu desacelero o sled, utilizando um freio que agarra o cabo. Preciso de mais alguns segundos para me assegurar de que fiz bem a compensação. Se fiz bem, o resto do mergulho será bom sem outra compensação. Com o meu peito tão comprimido, minha roupa parece ter duas vezes o meu tamanho e meus músculos estão demasiadamente estirados para empurrar o ar de qualquer lugar onde este possa estar, então eu viro minha cabeça de um lado para outro para abrir os canais e utilizo minha língua para empurrar o ar para meus ouvidos. Minha frequência cardíaca está em torno de 30 batimentos por minuto. Estou embaixo d’água há 1,5 minuto, mas não estou sentindo falta de ar. A esta profundidade, o oxigênio no meu sangue está altamente concentrado. À medida que passo pelos mergulhadores que estão mais no fundo, eles gritam incentivos através de seus reguladores. Sei que estou perto. ”

A compressão é intensa a grandes profundidades e se faz notar como se a roupa estivesse “folgada”. O que ocorre é uma compressão das costelas e do espaço intercostal. Além disso, o diafragma fica mais elevado. Os estudos demonstram que esses atletas aumentam a capacidade de distensão muscular e flexibilidade da parede torácica. O treinamento acaba aumentando a capacidade vital pulmonar, realizando uma pressão inspiratória final maior e reduzindo o volume residual pulmonar. Em suma, o treino aumenta a capacidade de estocar ar. Com o treino, há um aumento da relação da capacidade pulmonar total com o volume residual.

Arritmias Cardíacas no Mergulho Livre Profundo

130 metros a 160 metros … A escuridão é fascinante. Viajo vagarosamente no sled, todo o meu foco está em meus tímpanos. Minha frequência cardíaca cai para 15–20 batimentos por minuto. ”

Como foi exposto anteriormente, a bradicardia é uma resposta fisiológica ao mergulho. No entanto, muitas arritmias são observadas no mergulho livre. Elas são variadas e vão desde a intensa bradicardia fisiologicamente observada até taquicardias decorrentes da estimulação dos receptores de estiramento do pulmão e de contrações atriais e ventriculares prematuras. Acredita-se que o redirecionamento do volume de sangue da periferia para o tórax, produzindo distensão dos vasos intratorácicos e das cavidades cardíacas, seja o maior responsável pelas arritmias observadas durante o mergulho em apneia. Por si só, a distensão das cavidades cardíacas é causadora de arritmias. Outros fatores causais observados que ocorrem durante o mergulho, são a isquemia cardíaca subendocárdica, o aumento do tônus vagal e o aumento da pré-carga cardíaca pelo frio. A ocorrência de arritmias demonstra a nossa incompleta adaptação ao mergulho.

Alterações do ritmo cardíaco são mais pronunciadas no mergulho em água fria e em mergulhadores idosos. Arritmias cardíacas podem ser importantes causas de afogamentos de idosos durante o mergulho livre e mesmo durante o mergulho autônomo. Dessa maneira, salientamos que a proteção térmica no mergulho livre é um item de segurança.

Alterações relacionadas ao nitrogênio: Narcose e Doença Descompressiva

O FUNDO … Após uma descida de dois minutos, há um audível “clunk” no momento em que o sled bate na base do cabo. Meu coração bate uma vez a cada cinco segundos. Está escuro e tranquilo. Não estou com medo. Atingi minha meta. Ergo meu braço para abrir completamente a válvula do tanque, despejando ar rapidamente no lift. Assopro um beijo para o mar e este é capturado pelas duas câmaras que gravam todos os passos de minha jornada. O nitrogênio que foi dissolvido no meu sangue faz com que eu me sinta quase muito bem, e eu arrisco alguns segundos extras para admirar tudo. Depois de mais de 15 segundos, eu me estico e desdobro o lift; ele parte das profundezas.”

130 metros …O efeito narcótico do nitrogênio em meu sangue é quase esmagador, mas eu ouço claramente os mergulhadores gritando excitadamente incentivos enquanto passo subindo por eles. Minha frequência cardíaca começa a aumentar lentamente

100 metros … Eu me forço a ficar focalizada em alguma coisa, qualquer coisa, para superar a leveza de minha cabeça. O som do lift deslizando por sobre o cabo é hipnótico.

No retorno à superfície, o processo se inverte. À medida que a profundidade diminui, a resposta fisiológica estabelecida paulatinamente reverte. Ela é perceptível por uma atleta altamente sensível, cuja sensibilidade foi adquirida durante um longo período de adaptação às condições da manutenção da vida sob a água em grandes profundidades. A quebra de um recorde desse nível e a capacidade de descrevê-lo indicam um profundo autoconhecimento, conhecimento do que está fazendo e controle adquirido a partir de muito treino.

Em mergulhos profundos em apneia, há a possibilidade, pelo menos teórica, de ocorrer narcose pelo nitrogênio em função do aumento da pressão parcial desse gás no alvéolo e consequentemente na circulação. Os limites atuais do mergulho competitivo excedem em muito as profundidades nas quais se espera iniciar alterações mentais e motoras que podem ser observadas no mergulho. Todavia, na prática, o tempo de exposição do mergulhador em apneia a altas pressões parciais de nitrogênio é muito curto e, portanto, improvável de desencadear sintomas. Há relatos de que, em compressões extremas dos pulmões a grandes profundidades, haja uma redução da área alveolar efetiva para trocas gasosas, o que diminuiria a entrada de nitrogênio para a circulação arterial e evitaria a ocorrência de narcose. Também existe a possibilidade de que ocorra narcose, mas ela é esquecida pelo mergulhador em função da própria amnésia provocada por ela. As sensações descritas por Tânia podem não estar relacionadas à narcose, mas aos efeitos de outros gases e à própria euforia relacionada ao recorde que estava por ser quebrado, considerando o pouco tempo de fundo. A narcose pelo nitrogênio que se observa nesses casos, como no mergulho autônomo, pode cessar com a subida e consequente diminuição da profundidade.

No mergulho livre, há relatos de problemas neurológicos relacionados a alterações sensitivas, motoras e visuais em mergulhadores em apneia em vários países do mundo. A maioria dos problemas foi resolvida espontaneamente ou foi tratada com sucesso com recompressão. No entanto, algumas raras fatalidades ocorreram e acreditou-se terem sido causadas por doença descompressiva.

Podemos dizer que na descida uma pequena quantidade de nitrogênio entra na circulação. Essa pequena quantidade de nitrogênio que foi distribuída em nosso corpo durante a descida, deixa a circulação de modo mais lento. Isso torna possível a ocorrência de doença descompressiva no mergulho em apneia, dependendo da quantidade de mergulhos, da profundidade alcançada e do tempo dos intervalos de superfície.

Mergulho livre antes ou depois de mergulho autônomo aumenta o risco de ocorrência de doença descompressiva. A extensão disso não foi estabelecida e depende do quanto se mergulha num ou noutro tipo de mergulho na mesma ocasião.

Apagamento na subida

Para finalizar o entendimento da fisiopatologia do mergulho em apneia, falta relatar os problemas relacionados à subida.

No mergulho livre, à medida que a profundidade aumenta, as reservas de oxigênio do pulmão tornam-se mais disponíveis. Isso ocorre, pois a pressão ambiente maior acaba aumentando a pressão parcial do oxigênio contido na mistura do ar alveolar. O mergulho pode ficar mais longo e mais perigoso. O perigo decorre da possibilidade de hipóxia na subida, que pode levar à perda da consciência e afogamento. O decréscimo de pressão observado, durante o processo de emersão, a partir da profundidade, após um mergulho acrescenta um perigo que não existe numa apneia realizada na superfície.

O “blackout” da água rasa é melhor descrito por hipóxia da subida. A título de curiosidade, o termo surgiu na Segunda Guerra Mundial quando mergulhadores britânicos, usando equipamento de mergulho autônomo de circuito fechado, ficavam inconscientes sem uma razão aparente ao submergirem. Quando o mergulho livre ficou popular nos Estados Unidos e começaram a ocorrer mais casos de apagamento na superfície e esses também ficaram sem explicação, o termo foi adotado. Cabe ressalvar que os mecanismos fisiopatológicos do “blackout” no mergulho em apneia são distintos daqueles observados no mergulho com aparelhos autônomos de circuito fechado.

No mergulho em apneia, há uma compressão do ar na descida com proporcional aumento das pressões parciais de cada gás da mistura. Na subida, ocorre o inverso, a descompressão da mistura. Nos pulmões, a pressão parcial do oxigênio é a força de direcionamento que empurra o oxigênio para a difusão no sangue. Na descida, há uma rápida remoção de oxigênio e gás carbônico do alvéolo para o sangue. Na profundidade de fundo, existe um gradiente de oxigênio do alvéolo pulmonar ao sangue, mantendo a difusão desse gás para o sangue. Hipóxia ou deficiência de oxigênio raramente é problema para o mergulhador na profundidade. O que faz o mergulhador livre voltar para a superfície é o gás carbônico pelo estímulo ao retorno da ventilação, como vimos anteriormente.

Normalmente, na superfície, o fluxo normal do gás carbônico é da circulação para o alvéolo pulmonar a favor de um gradiente de pressão. No mergulho, durante a descida, ocorre uma inversão do fluxo de transferência, passando esse gás a fluir do alvéolo para o sangue. Do início da descida até o término do tempo de fundo, ocorre uma retenção de gás carbônico no sangue, produzindo hipercapnia. Isso torna o padrão das trocas gasosas alveolares durante um mergulho diferente daquele observado numa apneia em pressão ambiente. Relembramos que, no sistema nervoso central, o centro respiratório é estimulado pelo aumento da pressão parcial de gás carbônico no sangue para desencadear a resposta ventilatória. Na profundidade, pelo menos teoricamente, podem ser antecipados os estímulos à contração involuntária do diafragma. Aparentemente, talvez pelo aumento da pressão parcial do oxigênio, a sensação de desconforto da asfixia no fundo não parece tão intensa.

No mergulho livre, acaba havendo uma remoção mais rápida do oxigênio alveolar, que inicia na descida e continua durante todo o período de permanência no fundo. Estudos demonstraram que a pressão parcial do oxigênio alveolar final no mergulho é menor que a pressão parcial do oxigênio alveolar final numa apneia na superfície. Portanto, provavelmente mais oxigênio é difundido pela compressão. Na subida, ao final do tempo de fundo, a concentração do oxigênio alveolar acaba ficando igual à do sangue do sistema venoso. A velocidade de variação de profundidade na subida gera diferença de gradiente de pressão e leva ao desequilíbrio entre a pressão de dentro com a de fora do alvéolo pulmonar e na circulação sanguínea.

Durante a subida, com a diminuição da pressão parcial do oxigênio alveolar, o gradiente pode ficar no sentido da inversão do fluxo de oxigênio, dependendo do quanto foi consumido durante o período no fundo. Quando o mergulhador sobe e a pressão ambiente diminui, a pressão parcial do oxigênio também diminui e pode ficar tão baixa que o oxigênio flui no sentido retrógrado do sangue para a luz do alvéolo pulmonar. Nesse ponto, o mergulhador pode ficar num estado crítico de hipóxia. Acrescenta-se à hipóxia resultante do consumo de oxigênio uma hipóxia decorrente da inversão do fluxo de oxigênio do sangue para a luz do alvéolo pulmonar. Com a subida e a diminuição da pressão ambiente, há uma diminuição da pressão parcial de oxigênio no sangue mais rápida que a esperada pelo simples consumo de oxigênio. Isso explica o porquê de a maior parte dos apagamentos ocorrer quando o mergulhador está chegando à superfície. O mergulhador deve saber dosar a velocidade de subida em função do quanto de oxigênio ele gastou no fundo. Essa habilidade depende de treino.

Alguns modelos matemáticos de análise da remoção do oxigênio alveolar para mergulhos em profundidades maiores que 100 metros sugerem que outras possibilidades também devem ser consideradas. Há algum indício de que nessas profundidades possa ocorrer, num determinado momento, um fluxo de saída mais lento do oxigênio do alvéolo, tornando a curva de saída de oxigênio alveolar não linear. Isso decorre de uma possível inversão de fluxo no sentido de sair oxigênio do seguimento venoso da circulação para o alvéolo, já que a pressão parcial do oxigênio, nesse leito vascular, poderá estar maior que o normal e maior que no alvéolo. A diminuição da velocidade da queda da pressão parcial do oxigênio na última parte do mergulho profundo ofereceria alguma proteção contra a hipóxia.

O treinamento para o mergulho em apneia produz uma redução do metabolismo aeróbio. Os atletas do mergulho competitivo acabam desenvolvendo uma maior capacidade de produção de energia pela via anaeróbia, produzindo uma maior tolerância à hipóxia. O aumento do metabolismo anaeróbio quer dizer aumento da produção de energia metabólica sem o uso de oxigênio.

Do mesmo modo que no mergulho autônomo, se preconiza que o mergulho livre seja realizado em duplas. Isso é particularmente válido durante treinamentos e no mergulho livre profissional quando há situações limite.

Barotraumas da subida

Com o retorno à superfície, todo o gás distribuído nas várias estruturas que têm conteúdo aéreo, se expande. O balanço de pressão com o meio externo pode estar desequilibrado em algumas estruturas e ser suficiente para provocar descompensação com dano às estruturas. É o caso da vertigem alternobárica da subida. O balanço de pressão entre a orelha média e a cavidade oral pode ficar comprometido em caso de obstrução da trompa de Eustáquio. No mergulho livre profundo, essa obstrução pode ocorrer, na descida, por um barotrauma da orelha média, que acaba por acumular uma quantidade de ar antes da sua obstrução total. Na subida, como acaba não havendo comunicação entre as estruturas, o ar pressurizado se expande e o aumento do seu volume produz lesões nas estruturas da orelha média e interna, causando a vertigem alternobárica. Além da vertigem, podem ocorrer outros sintomas como a náusea e a desorientação.

Nos treinamentos e manobras de evasão de submarinos, pode-se observar que, quando os submarinistas são subitamente comprimidos à pressão ambiente externa para fuga e depois descomprimidos num intervalo de tempo relativamente curto até a superfície, há o relato de euforia, desorientação e vertigem na subida.

Parece pouco provável que ocorra barotrauma torácico da subida pois quando o mergulhador chega à superfície, ele apresenta a mesma quantidade de ar que tinha quando iniciou o mergulho. No entanto, no mergulho livre profundo, já foram descritos alguns achados neurológicos compatíveis com embolia aérea. A sua ocorrência parece ser pouco frequente, mesmo quando o mergulhador não sobe, exalando. Hipoteticamente seriam êmbolos de ar decorrentes de barotraumas torácicos ocorridos na subida. O mecanismo proposto para a ocorrência desse tipo de barotrauma é que haja um curto período de tempo para a saída do sangue represado nos vasos sanguíneos intratorácicos durante a descida e que esse seja maior que o tempo necessário para haver uma hiperexpanção crítica dentro do alvéolo pulmonar capaz de produzir lesão. Ou seja, por ainda permanecer sangue dentro dos vasos pulmonares, algumas áreas do pulmão não conseguem acomodar o ar em expansão que está dentro dele durante a subida. Pontos de ruptura na intimidade da estrutura possibilitariam a entrada de ar na circulação, causando embolia aérea.

A hiperinsuflação pulmonar inicial realizada para maior estocagem de ar também poderia estar relacionada aos barotraumas. A realização de hiperinsuflação poderia acarretar pequenas fissuras na microestrutura pulmonar. Acredita-se que isso seja mais provável ocorrer naqueles mergulhadores que já apresentam alguma doença pulmonar prévia como a doença pulmonar obstrutiva crônica com bolhas de enfisema associadas.

Além da embolia aérea, pode acontecer que uma quantidade de ar penetre no espaço em volta do coração, causando enfisema mediastinal, ou que entre no espaço pleural entre o pulmão e a parede do tórax, produzindo pneumotórax.

Concluindo

60 metros … O lift puxa fortemente meus braços à medida que o volume de ar dentro dele aumenta, puxando cada vez mais rápido. O ar dentro dos meus pulmões está fazendo o mesmo, empurrando suavemente o plasma sanguíneo de volta à corrente sanguínea.

30 metros … Completamente submersa em uma enxurrada de bolhas que estão escapando do lift, eu o desprendo do meu punho. Minha cabeça desobstruiu, e minha frequência cardíaca está voltando ao normal. Não preciso respirar, então eu prefiro nadar o resto do trajeto para a superfície.

20 metros … Meu marido havia mergulhado, então nós podemos vir à tona juntos. Nós não podemos nos tocar porque eu seria desclassificada. Devo me manter completamente desassistida até que eu atinja a superfície e um minuto se passe. Eu expiro suavemente assim que rompo a superfície.”

SUPERFÍCIE … Chego da paz das profundezas para a cacofonia dos espectadores na superfície. Existe um risco de cair inconsciente, caso o mergulho não tenha ido bem, e isto invalidaria a tentativa de recorde.

Na praia, submeto uma amostra de urina para teste das substâncias controladas, ou proibidas. Uma vez que estes resultados forem aprovados, o novo recorde mundial será oficial.”

A resposta fisiológica cumpre um papel importante para a extensão do tempo do mergulho em apneia. Os principais componentes dessa resposta são: diminuição da frequência e do débito cardíaco, diminuição do fluxo de sangue da pele, dos músculos e dos órgãos intestinais através da vasoconstrição, aumento do fluxo sanguíneo ao coração, pulmões e cérebro, aumento da quantidade das células vermelhas e aumento do metabolismo anaeróbio.

Sempre que um recorde é quebrado, a margem de segurança entre um mergulho seguro e outro potencialmente perigoso fica menor. Por muito tempo não eram noticiados acidentes fatais e, recentemente, pudemos ouvir o relato de um que deixou todos nós estarrecidos. Não foi coincidência que, precedendo esse acidente, na última década, houve um aumento do número de atletas e de recordes que foram quebrados sucessivamente. Hoje podemos observar a criação de várias associações relacionadas ao mergulho em apneia, que têm por objetivo não somente a divulgação dessa modalidade de mergulho, mas também a segurança através do treinamento e das pesquisas na área da fisiologia do mergulho. No entanto, acidentes ainda acontecem.

Como em todos os esportes, o treinamento aumenta o rendimento do atleta por aperfeiçoar a técnica. No caso específico do mergulho em apneia, é através do treinamento que se ampliam as respostas fisiológicas naturais e se produz um aumento da tolerância à asfixia.

É fantástica a capacidade do ser humano de superar os limites biológicos previstos para a sua espécie. A extrapolação desses limites não depende somente da capacidade orgânica inata de um ou outro indivíduo da espécie. Ela é muito maior e depende de muito treino. Possuímos o mais potente instrumento capaz de gerar adaptação, que é o nosso sistema nervoso central. Com ele aprendemos não somente o funcionamento do nosso organismo, mas também a sua desestruturação. Desse conhecimento originam-se as medidas preventivas no sentido de se evitarem doenças. Talvez outra igualmente potente seja a educação, que é fruto da cultura humana.

O entendimento da fisiopatologia do mergulho livre proporcionou o melhor desempenho para a realização dessa atividade com relativa segurança. Dele originaram-se as orientações para o treinamento e a possibilidade de sucesso. O relato de uma atleta do porte de Tanya Streeter nos sensibiliza profundamente em relação à odisséia que encaminhou. Ilustra-nos e educa-nos para os grandes desafios, não só de um indivíduo, mas da própria espécie humana. Também nos remete à nossa condição de brasileiros, que com todas as nossas limitações de povo e nação, também temos nossos grandes atletas no mergulho livre com o mesmo nível de excelência de Tanya.

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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).