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Problemas Fisiológicos de Ambientes Incomuns: Atividades Espacias e Submarinas



Berenice Helena Wiener Stensmann



"Neste capítulo vamos observar o que pode ocorrer ao corpo humano quando submetido à pressões extremas".






Introdução


A propensão do homem para invadir os ambientes que lhe são fisiologicamente inadequados está bem documentada tanto por tentativas históricas quanto recentes de penetrar, sobreviver e realizar funções úteis no espaço ou em grandes profundidades no mar. Tais atividades podem ser acompanhadas por extremos de pressões, temperaturas, forças gravitacionais, radiação e estresses psicofisiológicos. A engenharia pode desempenhar seu papal em aliviar esses problemas, porém os pesquisadores em biomedicina e os clínicos é que são desafiados a proporcionar adequada informação sobre níveis de tolerância para padrões de engenharia. A biomedicina tem que determinar os limites finais de tolerância da combinação dos estresses encontrados sob os quais o homem é capaz de sobreviver ou desempenhar-se de modo útil, bem como deve investigar os possíveis meios pelos quais a tolerância ao estresse pode ser aumentada.

A atividade submarina necessariamente expõe o homem a um estresse fisiológico mais severo que a exploração do espaço, porém é mais fácil simular as condições de mergulho no ambiente laboratorial.

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O Ambiente de Pressão



Tanto na ascensão ao espaço quanto na descida abaixo da superfície do mar, são encontrados sérios problemas de pressão. O homem sem proteção, mesmo quando suprido com oxigênio, tem um teto de aproximadamente 13.500 metros, acima do qual é necessário que lhe seja fornecida proteção. Por outro lado, o mergulhador é capaz de tolerar a pressão pronunciadamente crescente pelo menos até 36 atmosferas, ou, aproximadamente, 330metros. Entretanto, para o mergulhador ocorrem outros problemas que têm a ver com a solubilidade aumenteda dos gases com a pressão e com o efeito direto de altas pressões parciais desses gases sobre certas funções teciduais.Os efeitos da baixa ou alta pressão no corpo humano resultam diretamente nos efeitos das leis gasosas. As alterações da pressão barométrica podem afetar o corpo de várias maneiras.

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Atividade Espacial



Até bastante recentemente, a conquista humana da fronteira vertical foi lenta. As primeiras incursões limitadas realizaram-se imediatamente antes e durante o século XIX, com os primeiros vôos em balões. Mesmo nesses esforços pioneiros foi encontrado o primeiro e talvez o maior problema humano em fisiologia da aviação, o da hipoxia.A depêndencia do homem em relação a uma pressão parcial de oxigênio bastante alta é ilustrada pelo fato de que as habitações permanentes mais altas, nos campos de mineração dos Andes, estão abaixo de 5.400 metros (pressão atmosférica igual a 75 mmHg). Entre as altitudes de 6.000 e 7.500 metros o indivíduo não aclimatado encontra série dificuldade, a ponto de perder a consciência. O mais alto pico de montanha atingido sem oxigênio extra tem 8.043 metros, tendo sido escalado somente por indivíduos com um alto grau de aclimatação à altitude. O não aclimatado, mesmo nas baixas altitudes de 3.000 metros pode sofrer perturbação moderada. Para evitar qualquer perda de função cerebral, é necessário que se forneça oxigênio nas operações de aviação rotineiras acima de 3.000 metros. Um feito capital da fisiologia da aviação foi o desenvolvimento de sistemas de fornecimento de oxigênio para manter piloto e tripulação em estado de eficiência.

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Ebulismo



Um limite absoluto de altitude para o homem desprotegido pode ser colocado em 18.900metros, altitude na qual a pressão barométrica é igual a 47 mmHg. A tensão de vapor d"água à temperatura corporal é também 47 mmHg. Ocorre a ebulição quando a tensão de vapor de um líquido se iguala à pressão atmosférica, e essa altitude os líquidos do organismo, por esse motivo ferveriam.

Experiências mostraram que quando mamíferos expostos experimentalmente a essa pressão ambiental, os primeiros sinais consistiram em um aprofundamento da respiração e distensão abdominal. Os animais imediatamente entraram em colapso, apresentando convulsões brandas e tornaram-se quiescentes, exceto quanto às trocas gasosas respiratórias, que cessaram após 30 segundos. Observou-se lacrimejamento, salivação, micção, vômito e defecação. Todos os líquidos borbulhavam ao serem emitidos. Após 30 e 40 segundos foi observada uma tumefação secundária nos membros posteriores e no abdome. Todos efeitos que ocorreram podem ser atribuídos ou à anoxia ou à pressão reduzida resultante em vaporização dos líquidos teciduais e expansão dos gases corporais, condição por vezes denominadas ebulismo, ou síndrome de ebulismo. As passagens respiratórias tornam-se cheias de vapor d'água que torna a respiração completamente ineficaz.Na medida que se refere ao ambiente de pressão, altitudes acima de 18.900 metros são equivalentes ao espaço exterior, e, obviamente, a sobrevivência do homem desprotegido sera muito breve. As cabines pressurizadas nas aeronaves e os trajes de pressão completa elimina esse risco.

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Hipoxia



A redução súbita da pressão leva progressivamente ao aparecimento de vertigens, perda do julgamento, estimulação da atividade respiratória, cardíaca e vasomotora, e finalmente a perda da consciência e morte. Os primeiros estágios são uma ameaça real aos aviadores e para aqueles mergulhadores que usam equipamento de respiração do tipo em que há a recirculação do ar usado, pois que, nas condições em que esse indivíduos se encontram, qualquer erro de julgamento lhes poderá ser fatal. Uma outra causa de hipoxia é o trânsito por grandes altitudes na superfície terrestre. Quando montanhistas sobem muito rápidamente para bases situadas mais ao alto, não é raro que se veja uma "doença de altitude" em forma aguda, que se caracteriza por sonolência, náuseas e cefaléia nos casos brandos, e por edema cerebral e pulmonar, bem como hemorragias retinianas nos casos severos. Normalmente os escaladores avançam por etapas para terem tempo de se adaptarem à altitude, quando tentam alcançar os picos mais altos. Quase sempre se evitam os sintomas, se se prolonga o tempo de subida para vários dias ou semanas.

Os residentes em grandes altitudes, quer nativos quer provenientes de terras baixas e que aí permanecem por algum tempo, compensam em parte a queda de oxigênio disponível, por um aumento na quantidade de hemácias. Em grandes altitudes, o homem e animais domésticos parecem desenvolver uma vasoconstrição pulmonar de grau duas a três vezes maiores que a encontrada para os mesmos fluxos ao nível do mar.

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Atividade Submarina



A partir do nível do mar até os limites externos do espaço, a alteração inteira em pressão é de apenas 1 atmosfera. Entretanto o mergulhador começa com ela na superfície, e para cada 10 metros de descida é acrescentada 1 atmosfera de pressão. Como a água é bastante incompressível, a relação se mantém mesmo até grandes profundidades. À medida que o mergulhador desce, são encontrados vários fatores com sérias conseqüências fisiológicas. A lei de Boyle afirma que o produto da pressão e volume é constante, e, assim, se a pressão duplica, o volume tem que ser dividido à metade. Considere-se um indivíduo que começa com talvez 4 litros de gás nos pulmões sob pressão atmosférica normal de 1 atmosfera. Se ele for 10 metros abaixo da superfície, esse volume será reduzido para 2 litros, e, quando atingir 30 metros, o gás será comprimido para 1 litro. A condição resultante, dramaticamente denominada "espremedura", tende a colapsar o toráx e traz severa dor e dano físico. A profundidade de 30 metros parece assim exceder o limite para mergulho seguro com respiração retida.

Profundidades maiores que esta são atingidas pelos por mergulhadores , que, após hiperventilação, descem rapidamente sobre uma linha ancorada. A incidência muito alta de várias conseqüências fisiopatológicas agrupadas sob o nome de tarevana, ou síndrome do mergulho, que inclui severos sinais neurológicos e mentais, tais como inconsciência, vertigem, angústia mental, paralisia e a morte, põe em relevo os riscos extremos do mergulho livre até essas profundidades.

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Narcose pelo Dióxido de Carbono



Um pré-requisito para a atividade submarina segura a profundidade razoável, portanto, é a manutenção da pressão nas vias aéreas e pulmões estreitamente equivalente à pressão hidrostática externa. O dióxido de carbono a, por exemplo, um nível de 5% no ar inspirado é desconfortável mas é primariamente hiperventilatório em seus efeitos. Entretanto o dióxido de carbono (CO2) a 5% a 4 atmosferas apresenta uma concentração na faixa narcótica e produziria prejuízo no desempenho do mergulhador. É essencial que, seja qual for o aparelho respiratório utilizado, a ventilação seja suficientemente alta para remover o CO2 antes que ele se acumule.

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Toxidez pelo Oxigênio



O ar que contém oxigênio de 21% terá uma pressão de oxigênio de 1 atmosfera a uma profundidade de 40 metros. Com longa exposição, isto pode resultar em moderada irritação pulmonar, que não é de natureza muito séria ou irreversível. Porém uma pressão de oxigênio acima desse nível deve ser evitada. Por exemplo, uma pressão de oxigênio de 3,15 atmosferas, que seria encontrada respirando-se ar a 138,6 metros, acarretaria efeitos para o sistema nervoso central entre uma e duas horas. Esses efeitos podem incluir convulsões e resultar em completa inutilização do mergulhador.

Obviamente, para mergulhar a grandes profundidades, a percentagem de oxigênio na mistura gasosa respiratória tem que ser reduzida. O oxigênio puro tem alguma vantagem pelo fato de reduzir a tendência no sentido de doença de descompressão, porém não deve nunca ser usado em profundidades abaixo de 10 metros, porque a pressão de oxigênio seria maior que 2 atmosferas e produziria efeitos de toxidez pelo oxigênio sobre o sistema nervoso central.

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Perigos Relacionados ao Nitrogênio



Estes são problemas peculiares a ambientes de altas pressões ou a variações súbitas da pressão ambiente de um nível muito alto para um nível muito baixo. O nitrogênio (N2) é suficientemente solúvel para que, a pressões ambientes muito altas (maiores que 5 atmosferas), possa agir como anestésico geral. A mudança não é brusca, mas segue progressivamente a elevação da pressão. Esse efeito é característico de muitas substâncias; na verdade é o que permite a anestesia geral por inalação (menor que 1 atmosfera). A narcose pelo hélio ou hidrogênio requer pressões muito maiores que com o nitrogênio, e assim esses gases são usados para diluir o oxigênio em mergulhos profundos, principalmente se eles são de grande duração, quando há mais tempo para que ocorra a saturação dos tecidos corporais com o gás inerte.

As soluções pra os problemas do mergulho vieram passo-a-passo na história de seu risco. Cedo nesses emprendimentos se constatou que a pressão de oxigênio e o dióxido de carbono podem ser controlados; todavia os mergulhadores ainda estavam em situação difícil em profundidades de 45 a 90 metros, ou a 6 a 11,6 atmosferas de pressão. Sérios acidentes estavam ocorrendo como um resultado da semiperda da consciência acompanhada por sinais subjetivos de euforia, hiperxcitabilidade e redução das faculdades intectuais e perceptivas.

Quando os mergulhadores retornam das profundezas ou quando os astronautas ascendem para uma órbita, deve haver a perda do nitrogênio que estava dissolvido, a uma pressão parcial mais alta. Se a ascensão é feita rapidamente, formam-se bolhas nos líquidos orgânicos à abrupta queda da pressão, dando origem a vários sintomas que coletivamente são chamados de bends. Pequenas bolhas de nitrogênio dentro dos vasos ocluem o fluxo para partes do sistema nervoso central, particularmente a medula espinhal e podem causar uma incapacitação permanente, a menos que se faça imediatamente a recompressão para se dissolver as bolhas. As que se formam no líquido das articulações provocam dor local, e as que se formam no sangue venoso chegam aos pulmões dando origem a uma respiração difícil chamada de "sufocação". Esses problemas são evitados se houver a preocupação de fazer o retorno da profundeza gradualmente e, desse meneira, permitir que o nitrogênio possa ser perdido sem uma supersaturação e a formação de bolhas. A velocidade de ascensão dos astronautas não pode ser diminuída economicamente, e, por isso, eles são inteiramente depletados de nitrogênio antes que decolem, repirando oxigênio a 100% durante um curto período de tempo.

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Utilização do Hélio



O hélio é mais seguro que o nitrogênio sob pressões mais altas.A solubilidade do hélio em lipídios é cerca de um terço daquela do nitrogênio, e as tendências narcóticas da molécula supõe-se estejam relacionadas com esta solubilidade. O hélio constitui, assim, o gás de preferência para operações em mar profundo. Não foram observados casos de narcose pelo hélio no homem sob a mais alta pressão testada. O hélio apresenta outra vantagem pelo fato de sua solubilidade no tecido orgânico ser menor que a do nitrogênio, o que reduz a tendência a formar bolhas ou a produzir incapacitante doença de descompressão, quando da subida.

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Profundidades Limitantes



Com o hélio substituíndo o nitrogênio no gás respirado e com a percentegem de oxigênio reduzida de modo tal que sejam mantidas razoáveis pressões parciais de oxigênio,comprovou-se que a profundidade de 180 metros é um nível praticável para operações de mergulho.

Problemas de Descompressão



A subida da profundidade marinha tende mais a resultar em doença de descompressão que a ascensão até altitudes mais altas, simplesmente em virtude das maiores alterações na pressão. Para determinar uma velocidade de ascensão segura, deve-se levar em conta a mistura de gases respiratórios, a profundidade e a duração do mergulho. Geralmente acima de 10,5 metros a ascensão pode ser feita tão rapidamente quanto possível não importando a duração que tenha tido o mergulho. Um mergulhador subindo de 39 metros pode fazê-lo imediatamente, se o mergulho tiver sido de menos de 10 minutos de duração, porque não terá havido prazo para a saturação do sangue e tecidos do organismo com o gás sob pressões mais altas. Para essa profundidade de mergulho com a duração mais longa que dez minutos, é preciso que seja utilizada uma descompressão mais vagarosa.Ocorrem casos em que mergulhadores submetidos a pressões de 31 a 36 atmosferas, mergulhando por um período prolongado, levaram 88 horas para a ascensão, sendo que um dos mergulhadores teve que ser submetido a recompressão. Em outra experiência semelhante utilizaram 285 horas para ascensão ou descompressão.

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