Overlevelse i kaldt klima

Hilde Færevik, Forskningsleder, Avdeling Helse Overlevelse i kaldt klima SariNor WP4/5 Workshop i Bodø 29 30 september 1 Overlevelse i kaldt klima DNVs gapanalyse: Vurdere effekter av redningsmateriell i overlevelsessammenheng; hvor lang overlevelsestid kan man forvente med utgangpunkt i ulike scenarioer (land, sjø, is)? IMO polarkoden for skip som opererer i polare farvann sier 5 døgn Hva er minimum som kreves for å overleve i 5 døgn under polare forhold ut fra menneskets fysiologiske begrensninger? 2 1

AGENDA Menneskets i kaldt klima Overlevelse i kaldt klima begrenset oppgaven til scenarioet sjø Kritiske faktorer for overlevelse til sjøs Overlevelsestid modeller for beregning Redningsutstyr: Drakt Flåte/livbåt Ernæring/væske Kritiske faser evakuering vente på redning i flåte redning 3 Mennesket i kaldt klima Dårlig tilpasset kulden Homeoterm organisme; Termoregulatorisk system optimalisert for å opprettholde en dyp kjerne temperatur på 37 C Endringer i dyp kjernetemperatur vil påvirke kjemiske prosesser, enzymsystemer, cellestrukturer m.m 4 2

Termoregulatoriske responser til kulde OPPRETTHOLDE VARMEBALANSE: Varmeproduksjon = Varmetap Redusere eksponert overflate Redusere temperaturgradienten mellom hud og omgivelsene ved vasokonstriksjon Redusere blodgjennomstrømningen til muskler og underhudsfett Øke metabolsk varmeproduksjon gjennom skjelving eller fysisk aktivitet Adferdsmessig regulering: Forlat område! Ta på klær 5 Varmeutvekslingsmekanismer Heat balance = heat loss + heat production Heat exchange mechanisms: M W= E ±C ±K ±R ±S Modified from:golden FStC, Tipton MJ (2002). Essentials of sea survival, Champaign, Ill. Human Kinetics.IL, US. 20.12.2015 3

Effekt av hudtemperatur på manuell ytelse, funksjon og følsomhet 32-36 C: Optimal temperatur Under 32 C: Reduksjon i følsomhet for ujevnheter i kontaktoverflate 28 C (muskel): Reduksjon i muskelkraft 20-27 C: Reduksjon i nøyaktighet og utholdenhet 12-16 C: Reduksjon i manuell ferdighet 16 C: Smerte (for avkjøling av hele handa) 8 C: Tap av sensitivitet 6 C: Nerveblokkade 6-7 C: Tap av følelse 7 Dødskampen i Barentshavet VGTV Fiskebåt havarert 12 mil nord for Båtsfjord (210 km ut fra Banak), svært dårlig vær, østlig kuling, natt Kjell Danielsen sitter med isvann til oppunder armene i flåten1 t 40 minutter i sjøen, "Rekker ikke hente ut redningsdrakten" Kjell Danielsen, Fisker "Hvis det er folk uten drakt, så er det de som dør først" Kaptein Nils Arne Ro (fartøysjef) "Flåten går rundt to ganger, jeg trudde ikke det skulle komme så mye vann i en flåte" "Jeg satt i kun kjeledress og hadde mistet lua" "De andre som hadde drakt holdt rundt meg" "lyset i flåten var gått, det var stummende mørkt i flåten" "Mistet AIS sporing på båten" Etter en time og 30 min: "Hadde ikke følelse fra livet å ned, da ga jeg opp" "De søkte i feil flåte fordi den hadde lys, vi hadde ikke nødrakett, tilfeldigvis ser de at det er en flåte til" "Jeg trodde jeg skulle dø" Alle 5 ble reddet http://www.vgtv.no/#!/video/113080/doedskampen i barentshavet 8 4

Titanic 1912 1498 mennesker mistet livet Drukning ble antatt å være dødsårsaken Postcard showing the Titanic sinking. Photograph: Rex Features Andre verdenskrig Skip og fly går ned i havet Utvikling av redningsutstyr og metoder for å beskytte mannskapene mot eksponering til kaldt vann Forskning på hvordan isolasjonsfaktor påvirker overlevelsestid i kald vann 10 5

Alexander Kielland ulykken 1980 27. mars 1980 kl. 18.30 kantret hotellfartøyet "Alexander Kielland" på Edda feltet i Ekofisk området 123 mennesker omkom Ulykken førte til nye og skjerpede krav til sikkerhet på norsk sokkel. Det ble innført bedre rutiner for beredskap og utviklet mer effektivt redningsutstyr Foto: Bjørn Sigurdsøn, Scanpix Referanse: http://www.norskoljeoggass.no/no/faktasider/oljehistorie/ 11 Sleipner ulykken 1999 16 av 88 passasjerer mistet livet De overlevende rapporterte store problemer med redningsutstyret Redningsvestene var vanskelige å få på Livbåtene fungerte ikke slik de skulle Sjøfartsdirektoratet kom i etterkant av ulykken med nye og skjerpede krav til redningsutstyr: Bl.a Termisk beskyttelse og påkledning i mørke 12 6

Kritiske faktorer for overlevelse i kaldt vann http://lewispugh.com/ 13 Overlevelse i kaldt vann Den mest livstruende trusselen ved nedkjøling er utvikling av hypotermi. Ved ulykker til sjøs er imidlertid drukning en vanligere dødsårsak enn hypotermi. Det er derfor viktig at redningsutstyr utvikles på en slik måte at det også ivaretar den forulykkede i alle faser av en ulykke. Kuldesjokkresponsen Hypotermi Redning 14 7

Gisperespons og hyperventilering Vanskeligheter med å svømme Panikk Økt hjertefrekvens og minuttvolum Nedkjøling fører til perifer vasokonstriksjon Økt belastning på hjertet Inhalering av vann Bevisstløshet Risiko for hjerteflimmer /hjertestans Drukning From Edmonds C, Lowry C, Pennefather J: Diving and Subaquatic Medicine. 3rd ed. Oxford, Butterworth Heinemann, 1992 De ulike faser av hypotermi 34 grader kjernetemperatur = funksjonell overlevelsestid 28 grader kjernetemperatur = nedre grense for overlevelsestid Classification of levels of hypothermia. (c) Copyright 2007 by Mosby, Inc., an affiliate of Elsevier Inc. 8

Overlevelsestid store individuelle forskjeller Flytemidler vil begrense effekten av kuldesjokkres pons Overlevelsesdrakt vil bidra til å forhindre kuldesjokk respons og hypotermi Kroppsstørrelse Helsetilstand Underhudsfett Alder Kjønn Medikamenter Alkohol Sjøsyke 17 Faktorer som vil påvirke overlevelse Omgivelser (miljøfaktorer): vind, vann og lufttemperatur, sjøforhold (bølger) Individuelle faktorer (kjønn, alder, underhudsfett, svømmedyktigeht, kompetanse, fysisk form, bevegelse) Ernæring og væske Sjøsyke Psykologisk tilstand Helsetilstand Alkohol og medikamentbruk Bekledning og beskyttelse (redningsvest, overlevelsesdrakt, TPA, isolasjon) Tilgjengelig redningsmateriell (livbåter, flåter mm) 18 9

Matematisk modeller som et redskap for å estimere overlevelsestid kan brukes til å si noe SAR tid Siden andre verdenskrig har forskere utviklet modeller for å kunne beregne overlevelsestid Prediksjonene er utviklet på grunnlag av ulykkesanalyser og laboratoriestudier, med supplering av matematiske analyser og modeller En teoretisk analyse av fysiske og fysiologiske prosesser for å bestemme menneskets respons på termisk stress En enkel måte å fremstille en meget kompleks interaksjon mellom termoregulatoriske/sirkulatoriske/ventilatoriske og metabolske responser som en respons på ytre termisk stress (kulde, varme, vann, luft), bekledning, varmetransport mellom kropp og omgivelser Belager seg på mange antagelser 19 Modeller for beregning av overlevelsestid Input: biofysikk og fysiologi (varmetap, nedkjølingsrate) individuelle faktorer (høyde, vekt, bekledning) omgivelsesforhold (vanntemperatur, lufttemperatur, vind, bølger) grad av eksponering av kroppen (luft/vann) empiri Tre modeller: PSDA Probability of Survival Decision Aid (US Coast guard tool) Utviklet av: USRARIEM (U.S Army Research Institute of Environmental Medicine, Natick) Output: Cold Functional Time (34 C), Dehydration Time (20% of body weight) for both Persons in Water and in Emergency Raft SAR Victim Empirical Survival Model Utviklet av: UniversityofPortsmouth Baserer seg på data fra UKNIIS (United Kingdom National Immersion Incident Survey analyse av ulykker (1593 ulykker 1992 2006), alder, område; kyst/offshore, bekledning, bruk av vest eller ikke. Output: Predicted survival time CESM Cold Exposure Survival Model (commercial software available) Utviklet av: Defense Research and Development Toronto (Canada) Output: Overlevelsestid, tid til tap av kognitiv funksjon, tar hensyn til andre dødsåraker (drukning) 20 10

Tabellen er hentet fra: Turner A., Lewandowski J. Parker J., McClay T., Havey A. Recommendation for the US Coast Guard Survival Prediction Tool. April 2009. Acquisition Directorate Research and Development Center. 21 22 11

Forbedringer ved overlevelsestid modeller Set punkt : Laveste overlevelsestemperatur (kjernetemperatur): Kunnskapsgap: PSDA modellen baserer seg i stor grad på fysiologiske prosesser som er vel forstått (temperatur regulering, fall i kjernetemperatur, varmetransport) GAP1: kuldesjokk responsen, tap av fysisk og psykisk funksjonalitet, utmattelse. Dette er ikke tilstrekkelig dokumentert / forstått for å kunne inkorporeres i modellen GAP2: Den forulykkedes termiske situasjon set punkt for overlevelsestemperatur, bør flyttes fra 28 til 25 C Tcore GAP3: PSDA grenser for dehydrering (20% av kroppsvekt ): 120 timer ved immersjon i vann, 240 timer i luft for dårlig dokumentert (eksempelvis mangler data på svetting) GAP4: Manglende forståelse for det fysiologiske fundamentet bak overlevelsesmodeller kan føre til uriktig bruk av disse som planleggingsverktøy i SAR operasjoner GAP5: Internasjonalt samarbeid, innhenting og deling av data fra ulykker bør utvikles og benyttes for å øke kunnskapen om overlevelse i SAR situasjoner 23 Overlevelsestid modeller må brukes med forbehold På grunn av nivået av feilkilder, har kritikken (særlig fra fysiologer) vært sterk: a) tolkningen av overlevelseskurvene b) antagelsen om 28 C nederste grense for dødelighet c) metodene for å estimere nedkjølingshastighet d) antagelsen om at det er hypotermi som er dødsårsak Variasjonsfaktorer i estimert overlevelsestid i vann: a) Sjøforhold (bølger) b) Effektiviteten av bekledning og beskyttelse tilgang på eks flåte c) Personlige faktorer (kjønn, størrelse, fysisk form, helsetilstand, alder, skjelverespons ) d) Flytestilling og bevegelse i vann e) Sjøsyke og mental tilstand f) Tilgang på mat og drikke 24 12

Rough seas vs calm seas Accidental immersion in rough seas has been associated with shorter survival times than have been estimated from calm water studies (Steinman et al 1987) Tipton (1995) estimated a 30% reduction in predicted survival time with just a mild increase in the severity of laboratory conditions (including waves, wind and spraying of the subjects) compared to the test conditions described in international standards Wave heights up to 70 cm decreased insulation of a total dry suit system by 14% (Ducharme and Brooks 1987) It is concluded that testing and certifying immersion suits with humans in calm water will result in an overestimation of survival performance in harsher, but more realistic, conditions such as those found offshore that often include wind and waves, and the possibility of water leakage, all of which will increase thermal stress (Powell et al 2015) Survival in breaking waves Primary problem; maintenance of airway freeboard and avoid drowning Hypothermia is of secondary importance Cooling rate is affected by swimming or movements in the water to maintain stable position Flushing of cold water over the suit and leaking of cold water into dry suits affects heat loss Recommended posture in water to reduce heat loss (HELP) or huddling becomes difficult 13

Figure 6-12. Rectal temperature for six subjects during immersion in 0 C (32 F) water and 5 C (23 F) air (mean ± SD). A No exercise. B Intermittent leg exercise for 5 minutes every 20 minutes. Asterisk indicates a significantly higher rectal temperature in condition B compared with A from 40 to 180 minutes. Færevik, Reinertsen, Giesbrecht 2010 Vanntemperatur; 10.7 C 28 14

Effekt av ulike habitat Nedkjølingsrate C/time 6.1 C vann, brytende bølger Åpen enmannsflåte: 5 min eksponering til 6.1 C vann før man går i flåten Veltet båt: 5 min eksponering til 6.1 C vann før eksponering til 7.7 C luft temperatur i en overbygd båt 28 33 km/h vind, brytende bølger FS; Flightsuit, NX;tørrdrakt med lekkasje, BC;Boatcrew coveralls, AC; Aircrew coveralls, WS; wetstuit, NI; isolert tørrdrakt (From Steinman AM, Kubilis P: Report No. CG D 26 86, USCG, National Technical Information Service, 1986, with permission.) 29 Overlevelsestid ved ulike nivåer av beskyttelse A: Eksponering til lave sjøtemperaturer, vind og vann B: Eksponering til vind (20 km/h) HIGH: Heldekkende tørrdrakt MEDIUM: Heldekkende våtdrakt LOW: Kjeledress ST: Survival time Ta: Temperatur i luft Tw: Temperatur I vann (From Tikuisis P: Aviat Space Environ Med 68:441 448, 1997, with permission.) Used by US and Canadian coast guards 30 15

Psykologi viljen til å overleve Kamp for å opprettholde frie luftveier Kulde Sjøsyke Lykkes ikke med å redde seg selv Gradvis utmattelse og viljen til å overleve reduseres gir opp 31 Utstyrs variabler Fribord oppdrift opprettholde frie luftveier Oppdrift som en integrert del av overlevelsesdrakten Flyteposisjon Snuegenskaper Ising Termisk isolasjonsverdi (Clo) Lukkemekanismer og mansjetter Riktig undertøy Tilbehør: Hansker/votter (manuell yteevne) Sprutbeskyttelse riktig designet Kameratline og festepunkter Nødpusteutstyr Nødpeilesender Lyskilde 32 16

Kan man overleve 5 døgn i flåte/livbåt? Analyse av 448 skip (27000 mennesker) som gikk ned under 2 verdenskrig (McCance et al 1956) 68% reddet, 26 % døde før de nådde flåte, 6 % døde etter de kom i flåten Kulden var en av de viktigste dødsårsakene: > 5 C vanntemp : dødelighet 20 30% < 20 C vanntemp: dødelighet mindre enn 1 % Tid til redning: høyere dødelighet jo lenger de ble sittende i flåten (uavhengig av temperatur i luft og sjø) Golden F and Tipton M. Essential of Sea Survival. 2002. Human Kinetics. UK. 33 Faktorer som påvirker det å entre en flåte Ytre faktorer: livbåtdesign, vanntemperatur, vind, bølger Fysiske karakteristikker (kjønn, vekt (BMI), styrke, høyde, alder, våte klær) Kulde påvirker manuell yteevne musklene nedkjøles motorikk påvirkes nedsatt evne til å svømme Det finnes svært lite publiserte data fra mennesker i som har prøvd å entre en flåte under kaldere forhold, med eller uten overlevelsesdrakt, eller når man eksempelvis er utmattet fra å svømme eller fra å holde frie luftveier Hva hvis du har en redningsvest som bygger mye foran hvordan vil det påvirke tiden det tar å komme seg i flåten? Tikuisis P. et al. (2005) Life raft entry from water: Effect of strength, tallness, and weight burden in men and women. Aviation Space and Environmental Medicine 76(1):2 10 February 2005 34 17

Hvordan holde varmen hindre varmetap Effekten av TPA (Thermal Protective Aids) 35 Entre en flåte i kaldt vann? Estimert hvor mange som klarer å komme seg i en flåte ved vanntemperatur 10 C, bølger med bekledning; genser, jakke og bukse. I eksempelet er det tatt høyde for: Redusert muskelstyrke pga kaldt vann Våte klær BMI Alder Tikuisis P. (2015) Stochastics and life raft boarding predictions in the Cold Exposure Survival Model (CESM v3.0). 36 18

Habitat i livbåt Hold deg varm Temperatur i flåten vil stige dersom luker/åpninger er stengt CO2 og CO opphopning Sjøsyke Blodpropp Ernæring/væske A preliminary ergonomic assessment of piloting a lifeboat in ice Michael J. Taber a,b,*, Antonio Simões Ré c, Jonathan Power (2011). Safety Science 49 (139 147). 37 Livet i flåten " The inflatable vomitorium" Svært sannsynlig at du vil bli sjøsyk første 24 timene, sjøsyke påvirker både humør og temperatur regulering Vått varmetap til omgivelsene er 5 ganger større hvis det er vått kan klær tørkes finnes det tørre områder? Forhindre at flåten velter i bølger 38 19

Sykdommer, skader og andre tilstander Sjøsyke påvirker termoregulering og spesielt vasokonstriksjon (Mekjavic et al 2001) kan medføre raskere utvikling av hypotermi Tilpasning (ta kontroll), sjøsyketabletter/plaster Osmotisk diare på grunn av at det svelges saltvann Kuldeskader og non freezing cold injuries (skyttergravsfot) Psykologiske faktorer Søvnmangel Blodpropp 39 Væskeinntak Daglig forbruk av væske under normale forhold er minimum 1500 ml (500 ml fordampning gjennom hud, 500 ml respirasjon, 500 ml nyrefunksjon) Kroppens behov for væske endres dramatisk ved endring i omgivelser, aktivitet, diett Kroppens behov for væske varierer med kroppsvekt, grad av utmattelse, ernæring, fuktighet og temperatur i omgivelsene En gjennomsnittlig person kan overleve 12 dager uten tilførsel av væske, men vil ha store problemer etter 5 6 dager (til sammenligning kan man klare seg 40 60 dager uten ernæring) Overstiger væsketapet 8 10% av kroppsvekt vil det ha alvorlig innvirkning på mental og fysisk yteevne (hallusinasjoner) Død inntreffer når væsketapet er 15 20% av kroppsvekt Minimum krav til væske i en flåte: 1 L per person i 250 ml flaske 40 20

Ernæring Daglig energibehov 1400 kalorier, reduseres ved redusert aktivitetsnivå Ingen tilførsel av ernæring; død etter 40 60 dager (hvis væskebehovet er dekket) Vi har store fettreserver, men trenger glukose til å sette i gang fettmetabolismen Fisk tiltrekkes av flåten utstyr til å fange dette Kokeutstyr? Minimum krav til energi i en flåte: energibar: sukker 600 1400 kcal (en energibar ca 200 kcal) 41 Masse evakuering av cruiseskip Eksempel: kapasitet 200 personer I forhold til IMO polarkoden som setter krav til 5 døgns overlevelse Væske: 200 personer x 1 L x 5 døgn = 1000 L vann Energibar: 200 personer x 3 energibar (200 kcal) x 5 døgn = 3000 Energibar Hva finnes av løsninger for væsketilførsel i dag? Hva med toalett? Sjøsyke? 42 21

Rask lokalisering av forulykkede Tidsfaktoren og vissheten om at man kan bli funnet er viktig: Holde oppe motivasjonen:.."jeg var i ferd med å gi opp" Nødpeilesystem integrert i redningsutsyr Få gitt beskjed om ar redningen er på vei Prioritering 43 Fremtiden Norsat2 satellitten (Space Norway): "Muligheter for dekning i områder som ellers ikke ville hatt dekning" "På plass ved utgangen av 2016" 44 22

Redningen Nedsatt muskelfunskjon Hypotermi Trauma Afterdrop Post rescue collaps 45 The afterdrop phenomenon Definition A continued drop in deep body temperature during the initial phase of rewarming Criteria to evaluate efficiency of different rewarming techniques Theory of Burton and Edholm (1955): Attributed to peripheral vasodilatation Return of cold blood to central circulation Cooling of myocardium Accepted theory until the 80 s Alternative explanation (Golden and Hervey 1981, Webb 1986): Conduction mechanism: Thermal gradient principal/heat flow principal 23

Post rescue prolapse Accidental immersion in cold water 20 % die just before, during or shortly after rescue Golden et al (1991): Removal from cold water causes loss of hydrostatic pressure Loss in blood pressure Inadequate coronary blood flow Gravity LIFTING VICTIMS IN A HORIZONTAL POSITION! Golden FS, Hervey GR, Tipton MJ. Circum rescue collapse: collapse, sometimes fatal, associated with rescue of immersion victims. J R Nav Med Serv. 1991 Winter;77(3):139 349. Oppsummering/innspill Utfordringer/nye løsninger for å: Overleve i 5 døgn vil kreve tilpasninger av redningsutstyr for arktiske forhold Tilpasninger av overleves pakker for arktiske forhold for 5 døgn: Termiskbeskyttelse/førstehjelpsutstyr/sjøsyketabletter/plast er/tilstrekkelig væske og ernæring Det bør være enkelt å komme seg i flåten også i kaldt vann og bølger hvordan sikre dette? Habitat i livbåt: temperatur CO/CO2 opphopning Lys i flåte/livbåt (se og bli sett) (LED lys?) Prosedyrer, opplæring og trening Forskning og utvikling Bedre modeller for beregning av overlevelsestid som grunnlag for et bedre SAR verktøy? Viderutvikle IREQ modellen for beregning av "tilstrekkelig beskyttelse" basert på isolasjon, vind, vær? Raskere gjenfinning: Ny nødpeileteknologi/intergrert i redningsutstyr (vest, flåte, drakter)? Materialteknologi: hindre ising av drakt/flåte/livbåt? Habitat: bedre ventilering av livbåt? Nytt løftesystem som tillater løft i horisontal posisjon? Prosedyrer, opplæring og trening 48 24