Duiken, niet zonder risico's


Duiken - niet zonder consequenties!

De meeste mensen hebben ooit in hun leven wel eens een duik onder water genomen. Voor de meerderheid blijft dit beperkt tot de 'instap' voor een zwembeurt, sommigen gaan verder en, voorzien van duikbril en zwemvliezen, snorkelen ze al eens in ondiep water langs de kust.  Wie nog verder wil gaan, moet echter eerst in opleiding gaan en speciale apparatuur verzamelen. De redenen hiervoor zijn de met de diepte snel toenemende waterdruk en de lagere temperatuur van het water. Eigenlijk is hierdoor het grootste deel van de oceanen voor de mens afgesloten: zonder hulpmiddelen komen we er niet in en met toenemende diepte vereist een bezoekje werkelijk de spits van onze menselijke technologie! En toch kunnen sommige warmbloedige, ademende zoogdieren ons zonder problemen vergezellen op zo'n tocht in de diepte!

Laten we eerst wat cijfers bekijken. Het diepste punt in de oceaan is 11.033 m. Een geoefend sportduiker zou zonder hulpmiddelen tot twintig meter diep geraken en kan daarbij maximum enkele minuten onder blijven. Persoonlijk ben ik al blij met 4 a 5 m op maximaal 1 minuut. Bijna ondenkbaar en ongeloofelijk maar het record vrijduiken - dus zonder flessen - staat op 107 m voor de vrouwen (Angela Bandini 1989) en 150 m voor de mannen (Umberto Pelizzari 1999). (Let op want deze prestaties worden geleverd met grote risico's voor het leven) Met wat apparatuur kan een geoefend duiker ongeveer twintig minuten op een diepte van 70 m verblijven. (Voor sportduiken, gaan de tabellen - en dus ook de aanbevelingen - maar tot ongeveer 55 m) Toch is elk menselijk record nog niets in vergelijking met een aantal dieren:

 

 

normale
duikdiepte

waterdruk ter plekke

record

waterdruk ter plekke

maximale
duiktijd

 

Zeeotter (m)

50 m

3.8 kg/cm2

100 m

10.27kg/cm2

6-8 min

[129][130]

Walrus

80 m

8.2 kg/cm2

91 m

9.34 kg/cm2

30 min

 

Potvis

400 m

41 kg/cm2

3000 m

308 kg/cm2

120 min

 

Zeeolifant (m)

680 m

69.8 kg/cm2

2388 m

245 kg/cm2

60 min

 

Dolfijn van Cuvier

1070 m

109.9 kg/cm2

2000 m

205.4 ko/cm2

58 min

[128]

Oorrob

1200 m

123 kg/cm2

 

 

120 min

 

 

 

1 ste probleem: de temperatuur

Ten opzichte van de afkoeling in de lucht, koelen warmbloedige dieren en de mens 20 tot 28 maal sneller af in het water! Voor de mens is onderkoeling hierdoor in de meeste koude wateren binnen enkele minuten een doodsoorzaak. Hoe heeft God deze zoogdieren hiervoor gewapend?

  • De zeeotter.
    De zeeotter heeft een zeer dichte vacht, afhankelijk van de bron zou deze uit 100.000 tot 155.000 haartjes per cm2 bestaan. Samen met de ingesloten luchtbelletjes zorgt de vacht voor een zekere isolatie. Toch heeft de zeeotter nog heel wat energie nodig om zijn lichaam op temperatuur te houden. De zeeotter eet dagelijks een kwart tot een derde van zijn lichaamsgewicht.
    De vacht met de luchtinsluitsels is effectief als isolatie tot op een goede dertig meter diepte. Dieper wordt de lucht te hard samengeperst om nog isolerend te werken. Dieren die dieper gaan moeten daarom van andere isolatie voorzien zijn.
  • Ijsberen.
    Hoewel ijsberen niet echt duiken, zien ze er niet tegen op om enkele kilometers te zwemmen in het ijskoude poolwater. Ze hebben net als de zeeotter een dikke vacht, maar hebben bovendien een vetlaag van enkele centimeters.
  • Zeehonden.
    Bij zeehonden speelt de vacht al veel minder een rol in de isolatie. Met hun 300m duikdiepte zitten ze ver onder de grens waar de luchtinsluitsels een rol zouden kunnen spelen.
  • Walvissen en walrussen.
    Walvissen en walrussen hebben helemaal geen vacht meer. Hun vetlaag is soms meer dan 10 cm dik.

Om hun lichaam op temperatuur te houden heeft God deze dieren eerst en vooral voorzien van een gepaste isolatie. Maar er zijn nog factoren die een rol spelen: eerst en vooral de vorm. Door zo weinig mogelijk uitsteeksels te voorzien, is het huidoppervlak minimaal ten opzichte van de inhoud. Hoe kleiner het oppervlak, des te minder warmte kan er verloren gaan. Denk maar aan uw koude handen, voeten, neus en oren in de winter. Deze delen van ons lichaam zijn niet zo van levensbelang, en worden dus het eerst 'afgesloten' van het warme bloed. Vinnen en poten zijn bij de duikende zoogdieren dus relatief klein.

Een volgende voorziening is de gestuurde bloedsomloop. Zeehonden bijvoorbeeld, kunnen de spieren die aan de oppervlakte van hun lichaam liggen, minder bloed geven of de bloedtoevoer zelfs plaatselijk afsluiten. Dit noemt men 'vascoconstrictie' en voorkomt dat afgekoeld bloed naar de kern van het lichaam stroomt.
Maar ook 'moderne' technologieën komen aan bod. Om het warmteverlies via de ledematen verder te kunnen beperken heeft God het tegenstroom principe (zie fig.) gebruikt. Hierbij liggen aders en slagaders tegen mekaar. Het warme bloed dat van het hart door de slagaders naar de spieren wordt gebracht, wordt afgekoeld door het bloed dat uit de koude spieren komt. Dit bloed wordt hierdoor opgewarmd vooraleer het terug het warme gedeelte van het lichaam in gaat. Dit principe van warmtewisseling wordt nog niet zo heel lang door de mens gebruikt. Wanneer er afkoeling nodig is, is er ook een andere weg voor het warme bloed mogelijk: meer langs het huidoppervlakte; hierdoor kan door de juiste keuze te maken toch voor de nodige afkoeling of warmtebehoud gezorgd worden.

2 de probleem: de zuurstofvoorziening

Wat u en ik als grootste probleem ervaren bij het duiken is het gebrek aan adem - dus het gebrek aan zuurstof.
Het naar adem snakken, wordt in tegenstelling tot wat we zouden denken, niet beïnvloed door de hoeveelheid zuurstof in ons bloed, maar door de hoeveelheid CO2 die in ons bloed is opgelost. Wanneer we onze adem inhouden, daalt het zuurstof niveau geleidelijk, het CO2 niveau stijgt langzaam. Bij een bepaald CO2 niveau wordt de drang om naar lucht te happen bijna ondragelijk. Een manier om onze adem langer in te houden is hyperventileren. Hierbij laten we het CO2 niveau in ons bloed zakken, terwijl het zuurstof niveau zo goed als gelijk blijft. We verminderen enkel de drang tot ademen, we vermeerderen hierdoor niet de hoeveelheid zuurstof in ons bloed!
Bij de mens is 35% van de opgeslagen zuurstof aanwezig in het bloed (opgenomen door hemoglobine), 51% in de longen en 14% in de spieren (opgenomen door myoglobine),. Bij de zeezoogdieren is deze verhouding geheel anders. Een zeehond bijvoorbeeld, heeft 64% van de zuurstof in het bloed zitten, 5% in de longen en 31% in de spieren. Een walvis heeft 41% in het bloed zitten, 50% in spieren en weefsels en slechts 9% in de longen. (figuur 1) Daarboven op komt het feit dat deze dieren in staat zijn om meer zuurstof per massaeenheid mee te nemen. Zie figuur 2. Bij de mens is ongeveer 7% van het lichaamsgewicht door bloed vertegenwoordigd, bij de zeehond is dat meer dan het dubbele. Als je dan bedenkt dat het lichaamsgewicht voor de helft uit de isolerende speklag bestaat (waar zeer weinig doorbloeding is), dan zie je dat het bloed 20% van de resterende massa uitmaakt. Buiten de relatief grotere hoeveelheid bloed, bezit dit bloed ook de eigenschap dat het ruim 1/3 meer zuurstof kan vasthouden vanwege het grotere aandeel van rode bloedcellen. Een walvis heeft tot 7x meer myoglobine dan de mens, dit verklaart de grote hoeveelheid zuurstof die kan opgenomen worden door de spieren en het weefsel.

Figuur 1: relatieve zuurstofopslag

De mens ververst bij het in- en uitademen ongeveer 10 tot 20% van de luchtinhoud van zijn longen, bij de zeezoogdieren is dit 80 tot 90%. Om dit ten gelde te maken, zijn de longmembramen aangepast om sneller de zuurstof te kunnen opnemen. Hierdoor moeten de zeezoogdieren minder ademhalen dan mensen, en verliezen ze minder warmte.

Figuur 2: ml zuurstofgehalte per kg lichaamsgewicht

3 de probleem: de extreem hoge druk

Wanneer een sportduiker de problemen met de afkoeling en het ademen onder controle heeft door een isolerend pak en persluchtflessen, dan is de druk onder water het grootste probleem. Per 10m diepte verhoogt de druk ongeveer met 1 atm. Bijvoorbeeld: de druk op 1500m diepte is dus 150 atm, dit komt overeen 150 kg per cm2. Onvoorstelbaar! Op elk stukje huid van je lichaam van 1 cm bij 1 cm drukt een gewicht van 150 kg.. Deze druk kan je enkel tegenhouden door een drukvast omhulsel - een duikboot. Voor sportduiken wordt 55 tot 70 m als maximum diepte gehanteerd. Een van de problemen die optreden bij hoge druk is het dichtklappen van de met lucht gevulde holtes in ons lichaam. Voor de mens zijn dat longen, sinussen en oren. Organen en weefsels hebben hiervan geen last omdat ze voor het grootste deel uit water en vaste stoffen bestaan. Deze zijn niet samendrukbaar. Bij het vrij duiken wordt dit fenomeen gedeeltelijk opgevangen doordat de longen samengedrukt worden, Op een diepte van 10 m is de inhoud van de gevulde longen al tot de helft teruggebracht door de waterdruk. Deze druk zet zich voort in het gehele lichaam. Toch is de druk onder deze omstandigheden niet ongevaarlijk. Bij het sportduiken (met flessen), blijft de inhoud van de longen ongeveer gelijk omdat de druk van de ingeamdende duikgassen gelijk is aan de druk van het water.

Zeezoogdieren hebben als enige zoogdieren geen met lucht gevulde sinussen. Bij de mens zijn de sinussen zijn weliswaar stevig gebouwd (ze bevinden zich in holtes in de schedel), maar de omgevingsdruk zet zich bij het duiken voort in heel het lichaam. Het bloed staat hierdoor onder dezelfde druk als de waterdruk en deze druk kunnen de bloedvaatjes in de sinusholten niet aan. Ernstige bloedingen zijn hier onvermijdbaar.

De longen komen ook onder hoge druk te staan. De borstkas moet deze druk tegenhouden. De borstkas is bij gewone zoogdieren redelijk stijf; de hoge druk zou deze ribben breken. Bij zeezoogdieren is de borstkas veel flexibeler. Daarbij komt dat de meeste zeezoogdieren uitademen voor ze duiken. Tijdens het duiken worden de longen samengedrukt. Hierbij worden de longblaasjes volledig samengedrukt en de resterende lucht komt in de versterkte bronchen terecht. Het voordeel hiervan is dat de lucht niet langer in aanraking is met het bloed. Dit is belangrijk omdat lucht voor 80% uit stikstof bestaat en deze stikstof zou anders onder invloed van de hoge druk in het bloed oplossen. Dit heeft twee grote nadelen. Ten eerste geeft dit een narcose-achtig effect met coördinatie problemen en sloomheid. Ten tweede is er een groter gevaar bij het stijgen naar de oppervlakte. Indien dit te snel gebeurt, is er kans dat de stikstof vrijkomt op de meest onmogelijke plaatsen en aldaar gasbelletjes vormt en zo de bloedtoevoer moeilijker of onmogelijk maakt. Vitale organen kunnen hierdoor verlamd worden en de dood tot gevolg hebben. Dit is de voor menselijke duikers gevreesde "caissonziekte". De flexibele ribbenkast, de bouw van de longen met de versterkte bronchen, de samenklapbare longblaasjes en het uitademen voor het duiken zorgen er voor dat er zo weinig mogelijk stikstof aanwezig is en dat de aanwezige stikstof niet in het bloed kan oplossen. De longen zijn volledig samengedrukt op een diepte van 40m.
De mens heeft een oplossing bedacht voor de problemen met de opgeloste stikstof in het bloed. De eerste oplossing bestaat er in om na het duiken niet in één trek terug naar de oppervlakte te stijgen, maar door op bepaalde tussenniveau's te herklimatiseren. Je geeft op deze manier je lichaam de tijd om de overtollige stikstof geleidelijk aan af te geven via de uitgeademde lucht. De tijden en niveau's vind je in de zogenaamde 'duiktabellen' of je duikcomputer berekent ze voor je (alhoewel sommige geoefende duikers dit niet zo veilig vinden.)
Een andere manier om je tegen het narcose effect en de caissonziekte te wapenen is het gebruik van speciale duikgassen:

NITROX, HELIOX, TRIMIX, ZUURSTOF, NEOX, HYDRELIOX.

 

Sommige van deze gassen zorgen er voor dat er geen of minder stikstof in je bloed wordt opgenomen, andere helpen je dieper te kunnen duiken.

4 de probleem: de energiehuishouding

De problemen zijn nog niet ten einde. Duiken kost energie en die energie wordt normaal gezien geleverd door het verbranden van koolhydraten. Hierbij wordt zuurstof gebruikt en CO2 geproduceerd. De zuurstof is aanwezig in de spieren en het bloed, gebonden door myoglobine en hemoglobine. Het aangemaakte CO2 zou afgevoerd moeten worden via de longen, maar dit mechanisme is stilgelegd. Zelfs de bloedsomloop is bijna stilgelegd en in sommige gevallen is de hartslag gedaald tot 5% van het normale ritme. Tot onze verwondering gebruiken de spieren van de zeezoogdieren zeer weinig zuurstof tijdens hun lange duiken. Het metabolisme kan blijkbaar heel gemakkelijk overgeschakeld worden op een anaëroob metabolisme waarbij geen zuurstof verbruikt wordt en melkzuur ontstaat (wat bij ons mensen de typische spierpijn geeft na een overbelasting). Dit melkzuur blijft in de spieren tot de bloedsomloop terug in volle werking is. De lichaamstemperatuur van sommige zeezoogdieren gaat omlaag voor ze een lange duik maken. Bij de zeeolifant kan deze 4°C zakken door even de huidtemperatuur fors te laten stijgen, waardoor de afkoeling versterkt wordt. Hierdoor vertraagt het metabolisme waardoor er ook minder zuurstof wordt gebruikt. Na een lange duik, waarbij op het anaëroob metabolisme werd overgeschakeld, heeft het zeezoogdier soms een uur nodig om al het melkzuur te verwijderen. Dit is niet zo verwonderlijk, wetende dat een duik van bijvoorbeeld de zeeolifant soms twee uur duurt.

Het meest wonderbaarlijk is het feit dat het dier weet wat het gaat doen en daarbij de juiste systemen in werking zet (dit gebeurt niet vanzelf). Bij een korte duik wordt er gewoon zuurstof verbruikt en gaat het metabolisme niet over op anaëroob. Dit is op zijn minst merkwaardig - het is iets wat tot nog toe bij geen enkel ander zoogdier werd ontdekt en het is iets waarover de mens in het geheel geen controle heeft.

Besluit

In dit artikel bespraken we een aantal aanpassingen die de zeezoogdieren [131] hebben gehad om hun leven in de koude zeeën mogelijk te maken. Volgens de huidige evolutiestamboom komen deze dieren uit minstens 5 verschillende takken. De hier genoemde aanpassingen zijn niet terug te vinden bij al de soorten van deze takken of hun gezamenlijke voorouders. Hierdoor ontstaat het probleem dat er een convergente evolutie zou hebben plaats gevonden (een gelijkaardige evolutie bij verschillende soorten). Daar het ontstaan van deze eigenschappen al niet verklaard kan worden door evolutie, is het denken dat de term ‘convergente evolutie’ het probleem zou oplossen, natuurlijk erg simpel.

Daarbij komt nog dat bepaalde dieren nog meer speciale eigenschappen hebben: de zeeotter en de wlavis kunnen zeewater drinken omdat hun nieren ook het zout kunnen afscheiden. De walrus kan zakken in zijn hals vullen met lucht wanneer hij rustig op zee wil drijven - net als een reddingsvest.

Tot nu toe is er voor evolutie geen bewijs, de kans dat de juiste attributen ontstaan door toeval is wiskundig gezien onbestaand. De gedachte is zelfs een vernedering voor de menselijke uitvinders en onderzoekers: het ontwerpen en bouwen van goed werkende apparaten kost ons erg veel energie en tijd. Hoe is het dan met de enorm veel meer gecompliceerde levende wezens op aarde?

Referenties

Eos nr 6 Juni 2003 "Kampioenen onder water"

126Killer whale Adaptations for an Aquatic Environment (engelstalig)

127 Gray Whale Adaptations: The Body (engelstalig)

The Physiology of the Deep Diving Adaptations of Whales (engelstalig)

128  Cuvier's beaked whale (Z. cavirostris) (engelstalig)

129  Eigenschappen van de zeeotter(engelstalig)

130 Studie van de duikdiepte van otters (engelstalig)

131 Wikipedea zeezoogdieren

 

Met dank aan duiker Marc Resseler voor zijn aanwijzingen in verband met het sportduiken.

To top