Stille bellen

Michiel van Nieuwstadt

DUIKEXPERTS ONDERZOEKEN AANPAK DECOMPRESSIEZIEKTE

De risico's van het duiken zijn de laatste decennia niet verminderd. Veiligheidsstops op grotere diepte, fysieke inspanning voorafgaand aan een duik en zelfs een pil brengen daarin misschien verandering.

Elke duiker kent het schrikbeeld van de colafles. Draai de dop plotseling los en er ontstaan grote bellen koolzuurgas. Hetzelfde gebeurt in het lichaam van een duiker die na een diepe duik te snel opstijgt. Stikstofgas uit de ademlucht is opgelost in het bloed en de rest van het lichaam. Onder hoge druk, onder water, lost er meer stikstofgas op in bloed en weefsel. Er is tijd voor nodig om dat weer uit het weefsel vrij te laten komen.

De bellen kunnen schade aanrichten, bijvoorbeeld in het ruggenmerg. Dit is de gevreesde decompressieziekte. De symptomen, uiteenlopend van tintelingen tot ernstige verlammingen, treden op bij veertig op de honderdduizend duiken (0,04 procent). Ter vergelijking: de kans dat een bestuurder van een motorvoertuig in het ziekenhuis belandt als hij honderd kilometer aflegt op de Nederlandse openbare weg bedraagt iets minder dan 0,02 procent.

Dat stikstofbellen decompressieziekte veroorzaken is al ruim een eeuw bekend. Veel recenter is het inzicht dat bij élke duiker tijdens vrijwel iedere duik stikstofbellen in het bloed ontstaan. Deze microscopische bellen (vanaf een micrometer groot) ontstaan als hun nog kleinere, stabiele voorlopers (`nuclei' op de binnenwand van bloedvaten) loslaten en in de bloedbaan terechtkomen. Ze heten `stille bellen', omdat ze geen directe, aantoonbare schade aanrichten. Maar ze zijn een potentieel gevaar omdat ze groter kunnen worden.

Dat inzicht leidt tot nieuwe strategieën tegen decompressieziekte. Er zijn duikexperts die micro-bellen willen elimineren door zogeheten diepe stops in te lassen: een duiker die bijvoorbeeld van 30 meter omhoog komt moet dan halverwege pauzeren om te `ontgassen' (stikstof uit het bloed via de longen uit te ademen). Ook blijken er voorzorgsmaatregelen tegen stille bellen mogelijk. Onderzoek heeft aangetoond dat de voorlopers van micro-bellen uit de bloedbaan te zuiveren zijn door fysieke inspanning voorafgaand aan een duik. En dan is er nog de Noor Alf Brubakk, verbonden aan de Universiteit van Trondheim. In maart van dit jaar voorspelde hij in het Britse populair-wetenschappelijke tijdschrift New Scientist dat er binnen een decennium een pil op de markt zal zijn die micro-bellen in een vroeg stadium elimineert.

Brubakks voorspelling is speculatief, maar hij baseert de claim wel op zijn onderzoek naar de manier waarop bij ratten micro-bellen ontstaan (Journal of Physiology, maart 2004). Ratten die een stof krijgen toegediend die het vrijkomen van stikstofoxide (NO) stimuleert blijken bij een gesimuleerde duik (in een hyperbare kamer) veel minder last te hebben van de dodelijke belvorming. Stikstofoxide, verklaart Brubakk het resultaat, is een signaalstof die helpt om de bloedvaten van ratten (en mensen) te verwijden. Brubakk vermoedt dat daarbij ook de nuclei van stikstofbelletjes loskomen en verdwijnen die doorgaans zitten vastgeplakt aan de binnenkant van de bloedvaten. Als de kiem is verdwenen, dan kunnen ook geen stille bellen of grotere, schadelijke bellen ontstaan.

Twee jaar eerder publiceerde Brubakk onderzoeksresultaten bij ratten die voorafgaand aan een gesimuleerde duik in een tredmolen moesten lopen. Fysieke inspanning twintig uur voorafgaand aan een duik beschermde de dieren tegen decompressieziekte. Brubakk veronderstelt ook hier een centrale rol voor het stikstofoxide, omdat die signaalstof vrij komt bij fysieke inspanning. Onderzoekers van de Universiteit van Split in Kroatië publiceerden (Journal of Physiology, maart 2004) in samenwerking met Brubakk de resultaten van een experiment waaruit blijkt dat ook menselijke duikers profiteren van fysieke inspanning: veertig minuten op de lopende band, precies een etmaal voorafgaand aan een duik resulteert in minder (stille) bellen in de bloedbaan. Dit onderzoek zet de traditie op zijn kop: fysieke inspanning voor of tijdens een duik werd tot op heden als een risicofactor beschouwd.

Tabellen

Ondanks de opkomst van duikcomputers en moderne duiktabellen (die aangeven hoe lang een duiker onder water mag blijven en hoe snel hij mag opstijgen) is de kans op decompressieziekte de afgelopen decennia op circa 0,04 procent blijven steken. Dat constateert Costantino Balestra, duikfysioloog en hoogleraar aan de Vrije Universiteit van Brussel, in een onderzoek dat hij medio september presenteert op een congres van duikmedici (de European Underwater and Baromedical Society, EUBS) op Corsica. Balestra c.s. hebben ruim achttienduizend duiken geïnventariseerd die zijn geregistreerd door de Europese tak van het Divers Alert Network.

Decompressieziekte is in 65 procent van de gevallen het gevolg van stikstofbellen in het goed doorbloede ruggenmerg. ``We weten hoe de zenuwbanen van de wervelkolom naar de ledematen lopen'', zegt Rob van Hulst, duikerarts in het Duikmedisch Centrum in Den Helder. ``Zo duidt een tinteling in de onderarm erop dat de belletjes terecht zijn gekomen in de buurt van de onderste halswervels.'' In het Duikmedisch Centrum wordt decompressieziekte behandeld door het slachtoffer in een hyperbare kamer (een tank waarin de luchtdruk kan worden verhoogd) opnieuw onder druk te brengen (en eventueel zuurstof toe te dienen), zodat de stikstofbellen kunnen oplossen en worden afgevoerd.

Risico

Lang niet altijd hebben duikers met decompressieverschijnselen aanwijsbare fouten gemaakt. Van Hulst schat op grond van de gevallen die zich bij hem melden voor medische behandeling dat circa twintig procent `onverdiend' decompressieziekte oploopt - ze hadden geen verhoogd risico (bijvoorbeeld door medicijngebruik) en hielden zich netjes aan de duiktabel. Zijn de bestaande procedures voor verbetering vatbaar?

De duiktabellen en ook de programma's van de duikcomputers zijn gebaseerd op het werk van John Scott Haldane, een fysioloog uit Oxford. Haldane stelde begin vorige eeuw tal van zoogdieren (geiten, varkens) urenlang aan hoge druk bloot. Hij stelde vast dat de proefdieren geen waarneembare problemen ondervonden als de druk ineens werd gehalveerd. Dieren die een (veel) grotere drukval moesten verwerken kregen daarentegen stuiptrekkingen en overleden vaak. Bij autopsie stelde Haldane vast dat zich in veel weefsels van de dode dieren bellen hadden gevormd, in het vetweefsel meer dan elders. Hij concludeerde dat vetweefsel door de slechte doorbloeding langzaam stikstof opneemt (en moeilijk weer kwijtraakt), maar wel veel stikstof kan absorberen. Bij een snelle verlaging van de druk kan die stikstof niet snel genoeg via het bloed worden afgevoerd, zodat zich bellen kunnen vormen. De hersenen en het ruggenmerg zijn juist goed doorbloed. Ze absorberen snel stikstof (een risico bij korte, ondiepe duiken), maar kunnen die ook weer makkelijk kwijt raken als de duiker niet al te snel opstijgt.

In een betrekkelijk willekeurige modelmatige benadering van de menselijke fysiologie verdeelde Haldane het lichaam in vijf compartimenten met halfwaardetijden tussen 5 en 75 minuten. De halfwaardetijden van Haldane zijn een maat voor de tijd die nodig is voordat de luchtdruk in een weefsel de luchtdruk in de omgeving overneemt. Bij duikers is de omgevingsdruk gelijk aan de waterdruk. `Trage weefsels' (compartimenten) raken op grote diepte langzaam gevuld, `snelle weefsels' passen de druk aan door in een tijdsbestek van minuten met meer lucht vol te lopen. Haldane veronderstelde dat bellen zouden optreden als de luchtdruk die in een van de vijf lichaamscompartimenten (weefsels) was ontstaan meer dan twee keer zo hoog was als de externe waterdruk die ook heerst in de longen van de duiker.

Op grond van dit maximaal toegestane drukverschil van 2:1 en de halfwaardetijden zijn tabellen opgesteld die bepalen hoe snel een duiker mag opstijgen nadat hij een bepaalde periode op diepte heeft vertoefd. Het lichaamscompartiment met de hoogste druk begrenst de duik. Zo ondervindt een duiker op 40 meter een druk van 5 bar, 5 keer zoveel als aan het wateroppervlak. Een waterkolom van 10 meter voegt 1 bar druk toe aan de luchtdruk van 1 bar. Na een kort verblijf zal lucht in `het snelste weefsel' (het bloed bijvoorbeeld) de waterdruk al grotendeels hebben overgenomen en heeft dan bijvoorbeeld een druk van 4 bar. Volgens Haldane's klassieke procedure mag de duiker de druk op dit compartiment halveren: hij mag dus opstijgen tot 10 meter onder het oppervlak, waar een druk van 2 bar heerst. Hier moet de duiker pauzeren, zoals je halverwege stopt met het opendraaien van een colafles om te voorkomen dat de koolzuurbellen naar buiten spuiten. Haldane's stapsgewijze opstijgingen resulteerden in een sterke afname van het aantal gevallen van decompressieziekte onder proefduikers in Schotse meren.

Druk

Haldane's uitgangspunten gelden nog steeds, maar de duiktabellen zijn al vaak aangepast aan nieuwe inzichten. Robert Workman leverde een belangrijke bijdrage met tabellen waarin wordt gerekend met de partiële druk van stikstof (circa 80 procent van de luchtdruk) en niet met de luchtdruk. Zuurstof speelt geen rol van betekenis bij het ontstaan van decompressieziekte, het wordt in het bloed gebonden door hemoglobine. Workman meende ook dat sommige compartimenten in het lichaam sneller konden `ontgassen' dan Haldane had voorspeld: duikers konden in sommige gevallen dus best iets vlotter opstijgen.

Maar volgens Costantino Balestra lag een verbeterd theoretisch inzicht niet altijd ten grondslag aan nieuwe modellen. Zo waren artsen van de Amerikaanse marine in de jaren zestig van mening dat duikers best sneller konden opstijgen (60 voet, 18,2 meter per minuut) dan John Scott Haldane had voorgeschreven (9,1 meter per minuut). ``De US Navy-tabellen zijn niet ontworpen voor de veiligheid van sportduikers'', zegt Balestra. ``Ze zijn bedoeld voor kikvorsmannen in oorlogstijd. De tabellen zijn een compromis tussen artsen en de duikspecialisten van het Amerikaanse leger die hun mensen na het ontmantelen van een mijn het liefst met 30 meter per minuut wilden laten opstijgen.''

Referentie

Toch zijn de Navy-tabellen lang een belangrijk referentiepunt voor sportduikers gebleven. En de commerciële duikorganisatie Padi bracht de maximaal toegestane opstijgsnelheid pas kort geleden terug van 18 naar 9 meter per minuut. Balestra wijst erop dat duikers volgens de moderne procedures veel sneller omhoog mogen komen dan volgens het klassieke uitgangspunt van Haldane. Een duiker die zich begeeft naar een diepte van dertig meter kan volgens de huidige tabellen in zes minuten boven zijn met een opstijging van circa 10 meter per minuut en een veiligheidsstop van ten minste 3 minuten op 5 meter diepte. ``Misschien dat het lichaam dan onvoldoende tijd heeft om het schadelijke gas kwijt te raken'', zegt Balestra.

Met een Dopplerdetector (een apparaat dat akoestisch bellen registreert) heeft de fysioloog duikers getest op stille bellen in de bloedbaan. In ruim honderd duiken bleek het aantal bellen sterk af te nemen als tijdens een opstijging vanaf 25 meter halverwege een zogeheten `diepe' tussenstop werd gemaakt, in plaats van een onmiddellijke opstijging naar een diepte van 5 à 6 meter. Balestra wijst erop dat diepe stops op tal van plaatsen worden toegepast door duikers die zich beroepshalve op grote diepte begeven. Vissendeskundige Richard Pyle, verbonden aan het natuurhistorische Bishop Museum op Hawaii, is bijvoorbeeld een voorstander van diepe stops. Op zijn website vertelt Pyle dat hij zich na het maken van zeer diepe duiken (meer dan 60 meter) soms vermoeid en niet helemaal lekker voelde. Op zoek naar een oorzaak realiseerde hij zich dat duiken waarbij hij vissen ving relatief weinig problemen opleverden. Waarom? Pyle wilde zijn vangst vaak levend naar de oppervlakte brengen. Om de zwemblaas te sparen, een luchtzak waarmee vissen hun `zweefvermogen' in het water beheersen, maakte hij diepe tussenstops waarbij hij de zwemblaas met een holle naald ontluchtte. Zonder deze maatregel zouden de vissen als een ballon uit elkaar zijn geklapt onder de relatief lage druk aan het wateroppervlak. Pyle concludeerde dat de zogeheten `diepe stops' niet alleen voor de vissen, maar ook voor hemzelf heilzaam waren.

Wat is er mis met de bestaande modellen? Voor een antwoord op die vraag zijn de stille bellen van belang. Centraal in de modellen van John Scott Haldane en latere varianten staat het uitgangspunt dat er geen bellen ontstaan in menselijk weefsel zolang het drukverschil met de omgeving beperkt blijft. Maar dat is niet waar. De Dopplerdetectors die Costantino Balestra en andere wetenschappers gebruiken registreren al sinds eind jaren zestig stille bellen bij vrijwel elke duik.

Opstijgen

Veel moderne tabellen zijn erop gericht om de duiker zo snel mogelijk te laten opstijgen zonder dat te grote drukverschillen optreden; snel opstijgen is gunstig, want bij het grotere drukverschil dat dan ontstaat, raakt het lichaam de overtollige stikstof sneller kwijt. Maar in modellen die rekening houden met het bestaan van microbellen is het ook van belang dat druk in de bloedbaan groter blijft dan de druk in de microbellen; anders kunnen de laatste uitgroeien tot grotere, schadelijke bellen. Berekeningen aan dit fysische principe van belvorming liggen ten grondslag aan alternatieve modellen (en duiktabellen) van natuurkundigen als David Yount van de Universiteit van Hawaii en Bruce Wienke van de Universiteit van Rochester. Zij bepleiten diepe stops.

De methoden van Yount en Wienke zijn in de duikwereld niet breed geaccepteerd. Hun modellen zijn ingewikkeld en toch ook niet meer dan een benadering van de fysiologische realiteit. David Yount modelleerde de belvorming in een schaaltje gelatine, maar een realistisch model zal ook rekening moeten houden met de manier waarop het lichaam van een duiker op stikstofbellen reageert. Met de publicaties in het maartnummer van het Journal of Physiology lijken fysiologen voor het eerst enige grip te krijgen op mechanismen in het lichaam die bij decompressieziekte van belang zijn. De rol van stikstofoxide bij het elimineren van microbellen biedt wetenschappers voor het eerst een concreet aanknopingspunt in de aanpak daarvan. Maar er zijn nog tal van vragen. Zo hebben Brubakk en zijn collega's vastgesteld dat fysieke inspanning minder dan 20 uur voor een gesimuleerde duik ratten níet beschermt tegen decompressieziekte. Inspanning 20 uur voor de duik helpt wel, maar 48 uur voor de duik sporten heeft weer weinig effect. Dat effect zou ontstaan door het verwijderen van de nuclei van stikstofgas in de bloedvaten. Maar tegelijkertijd is aangetoond dat de nuclei tussen tien en honderd uur nodig hebben om zich opnieuw te vormen. Dit betekent, zo concluderen Brubakk c.s., dat de nuclei bij fysieke inspanning mogelijk vertraagd verdwijnen. Daar komt nog bij dat schadelijke bellen niet alleen ontstaan in de bloedbaan, maar ook in andere delen van het lichaam. De pil tegen decompressieziekte zal nog wel even op zich laten wachten en het is ook nog te vroeg om duikers voorafgaand aan een duik de trimbaan op te sturen.

Geen tijd om te ontgassen 
In comfortabele duikgebieden met warm en helder water is de sportduiker gemakkelijk geneigd zijn conservatieve tabel in de prullenmand te gooien. Duikerarts Rob van Hulst van het Duikmedisch Centrum in Den Helder heeft zich verbaasd tijdens een duikvakantie naar de Rode Zee: ``Mensen hebben hun lunch op en húp, ze gaan weer naar beneden'', zegt hij. ``Jan Kaas wil drie duiken per dag maken, daar heeft hij voor betaald. Ik heb in de 26 jaar dat ik duik nog nooit meer dan twee duiken per dag gemaakt. Het maken van drie duiken per dag is experimenteel nauwelijks onderzocht. In Australië wordt geadviseerd om na drie à vier dagen duiken een rustdag in te lassen om te ontgassen.'' 
Fanatieke sportduikers gebruiken vaak een computer. Deze apparaten, gedragen als een polshorloge, meten de druk rond een duiker en geven aan hoe en wanneer hij moet opstijgen. Van belang is dat duiktabellen, opgesteld met hetzelfde doel, bijna altijd conservatievere duiken voorschrijven dan het computerprogramma dat op die tabel is gebaseerd. Een tabel kan een sportduiker die dertig meter diep gaat beperken tot een verblijf van 17 minuten (inclusief zijn afdaling) voordat hij aan zijn opstijging begint. Die limiet staat, ook als de duiker 30 meter even aantipt om daarna op een diepte van 20 meter verder te zweven. De computer daarentegen volgt het exacte duikprofiel: wie niet op 30 meter blijft hangen `mag' langer duiken. Prettig voor de sportduiker, maar ook riskant omdat de computer werkelijk de limiet aangeeft; hoe lang mag een duiker maximáál onder water blijven. ``Een tabel kent een veiligheidsmarge'', zegt Frank van der Vegte, secretaris van Dosa, een meldpunt voor duikongevallen in Nederland. ``Met een computer zoek je makkelijk de grens op van wat verantwoord is.''

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.