Nutec. Rapport nr: Revisjon nr: 0 Dato: Prosjekt nr:

Transkript

1 Nutec NORSK UNDERVANNSTEKNOLOGISK SENTER A.S Postboks 6, 5034 Ytre Laksevåg. Telefon (05) Telex nutec n. Telefax: (05) Rapport nr: Revisjon nr: 0 Dato: Prosjekt nr: Rapportens tittel : Kontrollert av : - Respirasjonsfysiologi FiJDT BK. Kambestad 1.. En oppsummering. Godkjent av G. Knudsen ( Klient/oppdragsgiver: FUDT (Norsk Hydro A/S, Oljedirektoratet, Saga Petroleum A/S, Statoil) Klientsfkontaktpersons referanse: C. Hordnes Arbeidet utført av : Rapportskrivers signatur: E. Thorsen // /_ 2 /, Sammendrag: Rapporten gir en oppsummering av prosjektet Respirasjonsfysiologi - FUDT som var en oppfølging av prosjektet Langtidsvirkning av dykking på lungefunksjon som ble avsluttet i I langtidsvirkningsprosjektet ble de akutte effektene av metningsdykk på lungefunksjon kartlagt og likeså metningsdykkeres lungefunksjon generelt sammenlignet med egnet kontrollgruppe og normalverdier. Det ble hos dykkere funnet en raskere reduksjon i lungefunksjon som var assosiert med kumulativ dykkeeksponering. Mekanismene for disse endringene ble studert i respirasjonsfysiologiprosjektet, hvor The NUTEC Oxygen Toxicity Study var sentral. Eksponering for hyperoksi bidrar signifikant til endringene i lungefunksjon etter metningsdykk, men det ble også påvist et signifikant bidrag av filtrering av venøse gassbobler i lungesirkulasjonen. Resultatene er publisert i internasjonale vitenskapelige tidsskrift. Det ble dessuten oppnådd internasjonal konsensus på hovedfunnene fra prosjektene på Godøysundkonferansen i 1993 idet det er tilkommet uavhengige utenlandske studier som støtter opp under konklusjonene. Videre forskningsinnsats bør konsentreres om en longitudinell prospektiv studie av dykkeres lungefunksjon fra dykkerutdanningen starter. Idet man vil forvente mer konservative dykkeprosedyrer de nærmeste årene bør den tidligere gjennomførte langtidsvirkningsstudien brukes til å lage en referanse som nye dykkere og nye dykkeprosedyrer kan sammenhignes mot. Dette er nødvendig for å kunne evaluere effektene av nye operasjonelle tiltak. Hva gjelder mekanismene for lungefunksjonsendringene må effekter av hyperoksi undersøkes videre. Emneord på engelsk Diving Lung function Emneord på norsk Dykking Lungefunksjon ERKLÆRING VED FORDELING Fortrolig Graderingen gjelder til ISBN: Fri Distribusjon Uii slaiftflg tiliaiclie fra NUTEC må rappcrt ikb amrt i i im tllzt. Antall Sider: 14

2 llnhold Side 1. INNLEDNING 3 2. OPPNÅDDE RESULTATER 4 3. PUBLIKASJONER UTGÅT1 FRA PROSJEKTENE 6 4. TILLEGGSUNDERS0KELSER OG OPPFØLGING AV DYKKERE 8 5. VIDERE FORSKNINGSINNSATS 10 Epidemiologiske studier Mekanismestudier Dyremodeller og cellekukurmodeller 6. KONKLUSJONER 14

3 3 INNLEDNING Prosjektet Langtidsvirkning av dykking (LTV) startet i 1979 med studier på hørsel, likevektsfunksjon og nevropsykologi. Fra 1983 ble studier i nevrologi og lungefunksjon inkludert i programmet. Lungefunksjonsstudien i LTV ble avsluttet i 1990, men ble fulgt opp med prosjektet Respirasjonsfysiologi - FUDT i perioden I dette prosjektet ble mekanismer for endringene i lungefunksjon som ble påvist i LTV- studien fulgt opp og klarlagt. Studiene av effekter av dykking på lungefunksjon har omfattet flere faser. Først er de akutte effektene av et metningsdykk på lungefunksjon kartiagt, med etterfølgende studier på mekanismene for de endringene som ble påvist. Videre er det gjort en tverrsnittsstudie av metningsdykkere, hvor dykkernes lungefunksjon er sammenlignet med en kontroligruppe og med etablerte normalverdier for lungefunksj on. Hvordan dykkeeksponeringen påvirket nivået på forskjellige lungefunksjonsvariabler ble analysert i tverrsnittsstudien. Sist ble det så gjort en oppfølgingsstudie av de norske dykkerne som hadde deltatt i dypdykk til 300 meter og dypere. Detaljer er å finne i publilcasjonene som er utgått fra prosjektene. Parallelt med forskningsaktivitetene, og basert på resultatene herfra, er det kontinuerlig i rapports form gitt anbefalinger for operasjonelle tiltak og prosedyrer for bl.a. seleksjon av dykkere for dypdykk over 180 meter, medisinsk overvåking og oppfølging etter dypdykk, bruk av fuktet pustegass ved dykicing og bruk av oksygen ved memingsdykking. Det operasjonelle aspektet og konsekvensene av en reduksjon i oksygeneksponeringen på dekompresjonsprosedyrene har vært fulgt opp videre i FUDT - prosjektet Dekompresjon i 1992 og Måisetningen for den aktiviteten som rapporteres her, er å gi en oppsummering av resultatene fra prosjektene Respirasjonsfysiologi FUDT og Langtidsvirkning av dykking på lungefunksjon, og basert på dette evaluere behovet for videre forskningsinnsats.

4 4 2. OPPNÅDDE RESULTATER Langtidsvirkningsstudien viste en reduksjon i lungefunksjon umiddelbart etter et metningsdykk, og at resteffektene etter metningsdykk akkumuleres til en langtidseffekt som korrelerer med kumulativ dykkeeksponering. Etterfølgende studier av mekanismene for disse endringene viste at eksponeringen for hyperoksi forårsaker hoveddelen av denne reduksjonen, men at filtrering av venøse gassembolier i lungesirkulasjonen også bidrar. Funnene kan kort oppsummeres som: - Det er en reduksjon i lungenes diffusjonskapasitet og dynamiske lungefunksjon, og en økning i statiske lungevolum, etter et metningsdykk. - Det er en reduksjon i fysisk arbeidskapasitet og maksimalt oksygenopptak etter et metningsdykk. - Eksponering for hyperoksi og venøse gassembolier er hovedårsakene til denne reduksjonen i lungefunksj on. - Resteffektene etter et metningsdyklc akkumuleres til en langtidseffekt på lungefunksjon som funksjonelt karakteriseres som small airways dysfunction. - Det er en korrelasjon mellom dykkeeksponering og redusert lungefunksjon hos metningsdykkere. I løpet av prosjektperioden er det fra tilsvarende studier bl.a. i England, Japan, Russland og Tyskland fremkommet resultater som er i overensstemmelse med resultatene fra våre studier. På en internasjonal konsensuskonferanse om Langtidseffekter av dykking på Godøysund i juni 1993 var de fleste av disse miljøene representert. Sammen med forskere innen fagfeltene nevrologi, nevropsykologi og audiologi kunne man enes om følgende konklusjon:

5 5 - Det er påvist endringer i skjelettet, sentratnervesystemet og lungene hos dykkere som ikke har vært involvert i dykkeulykker eller som har vært eksponert for andre kjente arbeidsmiljøbelastninger. Disse endringene er i de fleste tilfellene små og innvirker ikke på dykkernes livskvalitet. Imidlertid er endringene av en slik art at de kan innvirke på dykkernes framtidige helse. Den originale engelske versjonen av konsensus lyder: - there is evidence that changes in bone, the centrat nervous system and lung can be dem onstrated in some divers who have not experienced a diving accident or other established environmental hazard. The changes are in most cases minor and do not influence the divers quality of life. However, the changes are of a nature that may influence the divers future health. Spesielt for fagområdet lungefunksjon var det enighet om at det var grunnlag for følgende tillegg: - Langtidseffektene av dykking på lungefunksjon er en Økning i total lungekapasitet, en reduksjon i small airway conductance og en reduksjon i lungenes diffusjonskapasitet. - Disse endringene vil resultere i en reduksjon i maksimal fysisk yteevne - Den vitenskapelige viten er imidlertid begrenset og ytterligere forskning er nødvendig for åfostslå mer presist omfanget av langtidsvirkningene av dykking.

6 6 3. PUBLIKASJONER UTGÅTT FRA PROSJEKTENE Det er lagt vekt på både en vitenskapelig og en populærvitenskapelig publisering av resultatene fremkommet i prosjektene. Dette er gjort gjennom publisering i internasjonale vitenskapelige tidsskrift og presentasjon av arbeidene på internasjonale vitenskapelige kongresser. Resultatene er presentert både i lungefysiologiske og dykkemedisinske fora, hovedsakelig ved de årlige vitenskapelige kongressene i regi av Undersea and Hyperbaric Medical Society, European Undersea Biomedical Society og European Respiratory Society. Den populærvitenskapelige formidlingen av resultatene har funnet sted ved presentasjon av resultatene ved de årlige FUDT-seminarene, gjennom artikler i NUTEC Dykkenytt og Norsk Lungeforum som er en informasjonsavis for Norsk forening for lungemedisin. Begge utgis kvartalsvis og distribueres til hhv dykkebransjen og norske lungeleger. Gjennom prosjektenes NUTEC-rapporter som er norsk-språklige er det lagt vekt på en enkel fremstilling av resultatene. Følgende vitenskapelige publikasjoner er utgått fra prosjektene. øvrige populærvitenskapelige rapporter og artilder, og presentasjoner gitt i ulike fora, er utdrag fra disse pubilkasjonene og inneholder ikke ytterligere informasjon enn hva som er gitt i nedenfor nevnte referanser. Thorsen E, Segadal K, Myrseth E, Påsche A, Gulsvik A. Pulmonary mechanical function and diffusion capacity after deep saturation dives. Br J md Med 1990; 47: Thorsen E, Segadal K, Kambestad B, Gulsvik A. Divers lung function: small airways disease? Br J md Med 1990; 47: Thorsen E, Hjelle J, Segadai K, Gulsvik A. Exercise tolerance and pulmonary gas exchange after deep saturation dives. J Appl Physiol 1990; 68:

7 7 Thorsen E, Segadal K, Kambestad B. Characteristics of the response to exercise in professional saturation divers. Undersea Biomed Res 1991; 18: Thorsen E, Segadal K, Kambestad B, Gulsvilc A. Pulmonary function one and four years after a deep saturation dive. Scand J Work Environ Health 1993; 19: Thorsen E, Segadal K, Reed JW, Elliott C, Gulsvilc A, Hjelle JO. Contribution of hyperoxia to reduced pulmonary function after deep saturation dives. I Appi Physiol 1993; 75: Thorsen E, Segadal K, Kambestad B. Mechanisms for reduced pulmonary function after saturation dives. Eur Respir ; in press. Basert på disse arbeidene vil avhandlingen Respiratory effects of saturation diving - short and long term effects on pulmonary function forsvares for den medisinske doktorgrad ved Universitetet i Bergen i oktober Bidraget til den internasjonale konsensuskonferansen vedrørende langtidseffekter av dykking på Godøysund i juni 1993, som samlet ca 30 forskere, var basert på de samme arbeidene. I aktiviteten som omhandlet evaluering av effekter av tørr og fuktig pustegass ved dykking har prosjektet gitt støtte til ferdigstillelse av følgende publikasjoner som primært var utgått fra et NAVF støttet prosjekt: Thorsen E, RØnnestad I, Segadal K, Hope A. Respiratory effects of warm and dry air at increased ambient pressure. Undersea Biomed Res 1992; 19: RØnnestad I, Thorsen E, Segadal K, Hope A. Bronchomotor response to dry breathing gas at 3.7 MPa ambient pressure. Submitted Eur I Appl Physiol.

8 8 4. TILLEGGSUNDERS0KELSER OG OPPFØLGING AV DYPDYKKERE Med de endringene i lungefunksjon som er påvist er det nødvendig å overvåke utviklingen over tid for hver enkelt dykker. Dette er nødvendig fordi det er en stor individuell spredning i responsen på dykkeeksponering; dvs, noen dykkere synes ikke å påvirkes i særlig grad i det hele tatt, mens andre har en reduksjon i lungefunksjon som er så rask at tiltak bør iverksettes før det utvikles symptomgivende lungefunksjonsnedsettelse. Det er med de tester som finnes i dag ikke mulig å selektere ut de som vil tåle dykkeeksponering dårlig før dykkekarrieren påbegynnes. En kontinuerlig oppfølging med regelmessige standardiserte tester er derfor nødvendig. Dette gjøres allerede i dag ved den årlige helsekontrollen, hvor måling av forsert vitalkapasitet og forsert ekspirert volum i ett sekund samt måling av maksimalt oksygenopptak inngår i undersøkelsen. Denne praksis med de funksjonskrav som i dag finnes, bør fortsette. Det er med dagens praksis imidlertid et problem at undersøkelsene kan foregå forskjellige steder med forskjellig personell og forskjeller i prosedyrer. Det mangler en sentralisert overvåking av utviklingen. Det var for noen år siden forslag om å opprette et sentralt register for dykkere, men dette har av ulike årsaker ikke latt seg realisere. Det foreslås at dykkerne hvert tredje år henvises til et lungefysiologisk laboratorium, med dokumentert kvalitetskontroll, hvor testene gjøres etter en internasjonalt akseptert standard som den nylig reviderte ECCS-standarden. Slike laboratorier finnes i dag ved alle regionsykehus og ved flere sentralsykehus. Det er imidlertid en forutsetning at testene gjøres på samme sted hver gang for den enkelte dykker. Dette problemområdet ble også diskutert i gruppen av lungefysiologer ved konferansen på Godøysund. Metodologisk er det bred enighet om at målinger av flow - volum kurve og diffusjonskapasitet er generelt godt dokumentert og standardisert med en god reproduserbarhet på 2-5 % innen samme laboratorium og 3-8 % mellom forskjellige laboratorier avhengig av hvilken

9 9 lungefunksjonsvariabel som analyseres. Reproduserbarheten er best for forsert vitalkapasitet og forsert ekspirert volum i ett sekund, ikke fullt så god for måling av diffusjonskapasitet og mindre god for maksimale ekspiratoriske strømningshastigheter på gitte lungevolum. Det var enighet om at undersøkelsene som et minimum bør omfatte: - fullstendig - transfer - røntgen flow - volum kurve faktor for karbon monoxid thorax Det foreslås at undersøkelsen skal gjøres av alle metningsdykkere hvert tredje år. Hvis dykkerne skal gjøre dypdykk til dybder over 180 meter, skal undersøkelsene, med unntak av røntgenbilde av thorax, i tillegg gjøres innen fire uker før dykket, i løpet av første uke etter dykket og ett år etter dykket. Det er en forutsetning at den vanlige årlige helsekontrollen gjennomføres uavhengig av dette undersøkelses- og overvåkingsprogrammet.

10 10 5. VIDERE FORSKNINGSINNSATS Studiene så langt har i det vesentlige vært kartleggingsstudier av effektene av dykking på lungefunksjon og klargjøring av mekanismene som ligger til grunn for endringene. Dette materialet samt tilsvarende utenlandske studier viser langtidseffekter av metningsdykking. Dette ble det oppnådd internasjonal enighet om ved konsensuskonferansen på Godøysund, men det er klart at betydningen av disse på lang sikt er uviss. Grunnlagsmaterialet er fortsatt sparsomt og videre forskning er nødvendig. Det er derfor ønskelig med flere studier hvor samme enide standardiserte metoder blir benyttet og som kan samordnes - internasjonale multisenterstudier. 5.1 Epidemiologiske studier Det er avgjørende for etterprøvingen av de resultatene som foreligger at det gjøres studier som er uavhengige av tidligere studier. Det vil si at studiene gjøres på et nytt utvalg av dykkere. Den ideelle epidemiologiske modellen på nåværende tidspunkt vil i så måte være en prospektiv longitudinell oppfølging av alle, eller et tilfeldig utvalg av, nye dykkere uteksaminert fra Statens Dykkeskole. Disse må så følges med enkle standardiserte tester jevnlig gjennom dykkekarrieren. Det er avgjørende at dykkeeksponeringen registreres nøyaktig slik at man kan analysere sammenhenger mellom dykkeeksponering og endringer i lungefunksjon. Antallet norske dykkere som vil være tilgjengelige for en slik studie er begrenset. Det uteksamineres ca elever årlig fra grunnkursene ved Statens Dykkerskole i Bergen, og et tilsvarende antall fra Yrkesdykkerskolen i Oslo. Ved Statens Arbeidsmiljøinstitutt har man startet en pilotstudie på dykkerne fra Yrkesdykkerskolen ved å følge lungefunksjon gjennom skoletiden. Studien får bl.a. støtte fra Statoils yrkesmedisinske fond. Ved en oppfølging av disse studiene må innsatsen i Bergensmiljøet og Oslomiljøet samordnes ved at samme protokoll benyttes. Dette ble understreket ved Godøysundkonferansen, ved at det ble foreslått

11 11 en internasjonal referansegruppe som skulle enes om en felles protokoll for internasjonale multisenter-studier. Ved å samordne studiene med Oslomiljøet vil man over kortere tid nå det antallet av dykkere som er nødvendig å følge. Det forventes at det i løpet av de nærmeste årene vil skje en modifisering av dykkeprosedyrene ved å redusere oksygeneksponeringen og derav følger endringer i dekompresjonsprosedyrene. Dykkeeksponeringen i gruppen av nye dykkere vil dermed bli annerledes enn i den gruppen som inngikk i tverrsnittsstudien i langtidsvirkningsprosjektet. Denne gruppen på ca 90 norske dykkere fra LTV studien har nå i 1993 en gjennomsnittlig observasjonsperiode på ca 6 år. En oppfølging av disse nå vil gi informasjon om effektene av den dykkingen som har pågått i observasjonsperioden, og vil samtidig tjene som en referanse som nye studier kan sammenlignes med. En slik referanse er nødvendig for å kunne bedømme effektene av endringer i dykkeprosedyrene. 5.2 Mekanismestudier Oksygentoksisitet, ved konsentrasjoner som tradisjonelt har vært ansett ikke å gi lungefunksjonsendringer, fremstår som hovedårsak til lungefunksjonsendringene etter metningsdykk sammen med effektene av venøse gassembolier som filtreres i lungesirkulasjonen under dekompresjon. Kvantitativt synes hyperoksieffekten å være den største. Det er kjent at denne effekten kan reduseres ved å gi intermittent oksygeneksponering. Det er, spesielt i dekompresjonsfasen av metningsdykk, ønskelig å holde et høyt partialtrykk av oksygen for øke gradienten for diffusjon av inertgass fra vevene. En reduksjon i oksygeneksponeringen vil kunne Øke bobledannelsen slik at man ikke oppnår noen reduksjon i totaleffekten. En teoretisk utredning med forslag til nye dekompresjonsprosedyrer for dykking til dybder over 180 meter er utarbeidet i FUDT. Prosedyrene er imidlertid ikke testet operasjonelt. Ved dykking med nye modifiserte prosedyrer må lungefunksjonstester gjøres etter samme protokoll som tidligere for å evaluere effektene av disse. Dette gjelder alle operasjonelle dybder, og lungefunksjonsmåiingene bør kombineres med

12 12 monitorering for venøse gassbobler. En oppfølging av luftdykkserien som er gjort i respirasjonsfysiologiprosjektet for spesifikt å se på effektene av venøse gassbobler bør gjøres. 5.3 Dyremodeller og cellekukurmodeller Med de oksygenpartialtrykk som brukes ved dykking er det ukjent hvordan man kan manipulere med intermittent eksponering for å redusere oksygentoksisitetseffekten. Humane forsøk vil bli ekstremt kostbare og bør derfor først undersøkes i dyremodeller, f.eks. rotter, for å finne frem til optimale eksponeringsprofiler. DyreforsØk vil dessuten gi en mulighet til bedre å kartlegge tidsforløpet av lungefunksjonsendringer ved hyperoksieksponering. Dette vil være nyttig fordi det i enkelte studier kan synes som om det er en bifasisk respons, bla. på lungenes compliance. Slike ting bør med leithet kunne undersøkes i dyremodeller, og kjennskap til tidsforløpet i responsen vil være avgjørende for evaluering av effektene av forskjellige profiler. Det er imidlertid liten/ingen tradisjon for lungefysiologiske undersøkelser av dyr i BergensmiljØet og sparsomt i landet forøvrig. I cellekulturer kan effekter av hyperoksi studeres på det cellulære og biokjemiske planet, og det er mulig å undersøke biokjemiske mekanismer for effektene. I FUDT prosjektet Kjemisk arbeidsmiljø er et slikt laboratorium etablert. Man vet bl.a. at glutathion står sentralt i detoksifiseringen av reaktive radikaler som er mekanismen for toksiske effekter av oksygen - oksygenradikaler. Farmakologisk er det mulig å manipulere med dette detoksifiseringssystemet og det finnes medikamenter som brukes ved forgifminger for å heve glutathionnivået i cellene. Et slikt medikament er N-acetylcystein som brukes ved paracetamolforgiftning og som har en effekt ved å bryte svovelbroer i seigt slim og derved brukes ved kronisk bronchit. Effekten her er omdiskutert, men medikamentet har ingen alvorlige bivirkninger, og kan sammen med evt andre medikamenter åpne nye muligheter for å unngå de toksiske effektene

13 13 av oksygen og samtidig dra nytte av å kunne holde et høyt oksygenpartialtrykk under dekompresjonsfasen av metningsdykk. Det har gjennom de siste årene vært en meget omfattende forskningsaktivitet på cellulære/biokjemiske mekanismer for oksygentoksisitet fordi man antar at de samme basale mekanismene opererer ved alle infiammatoriske tilstander. Man kan således dra nytte av denne viten ved hyperbare eksponeringsforsøk og ved eksponeringsforsøk til lave konsentrasjoner over lang tid som det ikke tidligere har vært forsket på i særlig grad.

14 14 6. KONKLUSJONER Forskningsprosjektene Respirasjonsfysiologi - FUDT og Langtidsvirkning av dykking på lungefunksjon har gitt resultater i form av Økt viten om effektene av dykking på lungefunksjon og mekanismene for lungefunksjonsendringene etter metningsdykk. Resultatene er blitt publisert i prestisjetunge internasjonale vitenskapelige tidsskrift og blitt forsvart for den medisinske doktorgrad. Arbeidene har derved gjennomgått den kvalitetssikringen som ligger i bedømmelsen av arbeidene forut for publisering. Det er oppnådd internasjonal konsensus på hovedkoniciusjonene i arbeidene, som understøttes av uavhengige utenlandske studier. Studiene på oksygentoksisitet og effektene av venøse gassembolier på lungene har relevans for klinisk lungemedisin og anestesiologi mhp langvarig oksygenbehandling ved kronisk lungesvikt, langvarig respiratorbehandling og akutt lungesvilctsy ndrom. Videre forskningsinnsats konsentreres om en prospektiv longitudinell studie av dykkere fra grunnkursene i dykkerutdanningen, og om videre studier på oksygentoksisitet som også bør omfatte dyrestudier og cellekultur-studier.