Mennesket er en tilpasningsdyktig art. Gjennom millioner av år har vi utviklet oss for livet på jorda. Ulike omgivelser fører til små variasjoner i fysiologi, men i bunn og grunn er vi temmelig like. Vi puster luft, og holdes på plass av tyngdekraft.

Men så har du de som forlater de trygge områdene, og oppholder seg i omgivelser i utkanten av hva kroppen kan tåle. Dykkerne som arbeider med undervannsinstallasjoner på havbunnen – metningsdykkerne – er et slik eksempel. Hva er det som holder dem friske?

Dykkernes støttemannskap er ofte erfarne yrkesdykkere selv. På bildet har supervisor Jim Bathgate på seg et eldre utstyrssett for dykking med overflatebasert lufttilførsel (Privat foto).

Metningsdykkere på arbeidsoppdrag lever i trykksatte kammeranlegg i opptil uker i trekk. Vanlig luft fungerer dårlig som pustegass under høye trykk, derfor puster de en blanding av helium og oksygen. De opplever store trykkendringer, endringer i pustegasser, skiftarbeid, tungt arbeidsutstyr, dehydrering og endret bakterieflora. For å unngå helseskade, er det viktig at de klarer å tilpasse seg endringer i omgivelsene.

Norske forskere har studert metningsdykkere siden pionertiden på Nordsjøen på 1970- og 80-tallet. Siden den gang har erfaringer og kunnskap bidratt til utvikling av dykkeprosedyrer, og i dag er metningsdykking regnet som trygt. Likevel er det mye vi ikke vet om hvordan kroppen håndterer de ekstreme omgivelsene under vann. I 2018 starter vi et nytt prosjekt der vi studerer mekanismene bak tilpasning til metningsdykking.

PhD-kandidat Simin Ardestani, forsker Ingrid Eftedal og dykkesupervisor Jim Bathgate i metningskontrollsentralen om bord på Deep Arctic. Herfra overvåkes dykkerne 24/7 når de ikke er i vannet. NTNU-flagget forsvant fort av skjermen i bakgrunnen etter at bildet var tatt. (Foto: Owen Povey).

Prosjektet «Dealing with depths» finansieres via Norges Forskningsråd, og utføres i samarbeid med universitetskolleger ved St Olavs hospital og Haukeland universitetssykehus, og industripartnere Statoil og TechnipFMC. Vi tar utgangspunkt i tidligere observasjoner for å forstå immunforsvarets rolle under dykking. Vi vil også undersøke bakterier i dykkernes munnhule, siden ny kunnskap har vist at forholdet mellom menneskekroppen og bakteriene er viktig for helsa. For å studere grenseoppgangene mellom vellykket tilpasning og helseskade, vil vi sammenligne friske metningsdykkere med overflatebaserte dykkere som behandles for trykkfallsyke.

Dykkerklokke på Deep Arctic er klar til å frakte tre dykkere fra trykkammeret ned til arbeidsstedet 200 meter nede på havbunnen. Mens to dykkere er i vannet, er tredjemann igjen i klokka for støtte og sikkerhet. (Foto: Ingrid Eftedal).

I vår har arbeidet har startet med å etablere metoder om bord på TechnipFMCs dykkerfartøy Deep Arctic på gassfeltet Bahr Essalam i Middelhavet. Dykkerne ombord arbeider på opptil 200 meters dyp med rigging og vedlikehold av rørsystemer. De lever på skipet på samme trykk som på havbunnen under oppdraget, og for hvert arbeidsskift fraktes de fra skipet ned til havbunnen i dykkerklokker. Mens de arbeider får de pustegass og varmtvann via kabler – navlestrenger – koblet i klokka, og de kommuniserer med skipets kontrollsentral ved hjelp av kamera og audio.

Fra dykkekontrollen ombord følges arbeidet på havbunnen gjennom kamera i klokka og på dykkernes hjelmer. Kommunikasjon går via audio: dykkeren på skjermen i midten snudde seg på oppfordring for å posere for bildet. (Foto: Simin Ardestani).

Mellom skiftene bor dykkerne i trykkammer om bord, der de spiser, sover, leser og ser på TV – ganske likt mange av oss. Skulle det skje noe som krever helsehjelp, har skipet eget sykehus og medisinsk personell. Mat fra messa sendes inn i kammeret via egne sluser, og de samme slusene kan brukes til å sluse prøver fra dykkerne ut til forskerne. Når arbeidsoppdraget er ferdig, reduseres trykket rundt dykkerne langsomt. Ved arbeid på så dype felt som Bahr Essalam tar det flere døgn å bringe dykkerne trygt tilbake til overflaten – vesentlig lengre enn de 3-4 dagene det tar for astronauter å komme tilbake fra månen.

Innsamling av prøvemateriale tatt under høyt trykk er en krevende øvelse. På bildene henter dykkersupervisorene Owen Povey og Scott Peterkin ut prøver gjennom trykkammerets medisinsluse (Foto: Ingrid Eftedal).

Hovedformålet med forskinga vår er kunnskap for sikker metningsdykking. Men de fleste av oss setter aldri våre ben på bunnen av havet. Kan studier av metningsdykkere komme andre til gode? Jeg tror det, for tross alt er mennesker temmelig like. Noen går lengre ut av trygge omgivelser enn andre, men som art bruker vi de samme mekanismene for å holde oss friske. Metningsdykkerne kan vise oss noen av grensene for hva vi kan tåle; det kan være nyttig for å forstå hvilket register kroppen har å spille på når omgivelsene krever tilpassing.

Soloppgang over Middelhavet og dykkerfartøyet Deep Arctic. I bakgrunnen gassplattformen Sabratha (foto: Ingrid Eftedal).

Blogger: Ingrid Eftedal, Forsker og prosjektleder
Barofysiologi-gruppa, Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk

Hvite blodceller er viktige komponenter av immunforsvaret vårt. De beskytter kroppen fra angrep av mikroorganismer; uten de hvite blodcellene er det nesten umulig å holde seg frisk i en verden full av smitte. Men hva driver disse cellene med når vi ikke er syke? De er der da også. Og de er aktive, hele tida.

Len deg tilbake, pust inn. Og hold pusten. Enklere blir det ikke; nå skjer det vel ikke stort som er verdt å forske på? Jo, det gjør det faktisk.

Evolusjonen har formet oss for miljøet vi lever i. Dette miljøet er aldri helt stabilt, og immunforsvaret bidrar til at kroppen reagerer raskt nok på miljøendringer til å holde helsa i balanse. Noen av de vanligste miljøendringene vi opplever går i faste sykluser, nært knyttet til jordas rotasjon rundt sola og seg selv. Årstidene, for eksempel. I en elegant studie publisert i Nature i 2015 påviste engelske og tyske forskere variasjoner i immunforsvaret som følger årstidene perfekt. Faktisk ligger kroppen litt i forkant: naturen har over tid utstyrt oss med et biologisk minne som stiller immunforsvaret riktig inn litt før neste årstid kommer. Noe lignende kan vi se i løpet av døgnet; aktiviteten til enkelte hvite blodceller svinger i en finstilt 24-timers rytme.

Immunforsvaret fungerer altså syklisk.

Hva skjer hvis vi går til en ennå raskere syklus; pusterytmen?

Som regel puster vi uten å tenke over det. Cellene våre behøver oksygen for å produsere energi, og når lungene er fylt med luft er det sirkulasjonssystemet – hjertet, blodårene og blodet – som sørger for at oksygenet når fram til alle deler av kroppen. Alle kan holde pusten en stund, men noen er mye flinkere enn andre. Fridykkere dykker mens de holder pusten; de aller beste av dem kan holde pusten i over ti minutter.

Fridykker Goran Colak under konkurransegrenen statisk apnea, der deltakerne holder pusten under oppsyn av tidtaker og støttepersonell. Blodprøver fra dykkere ble brukt til å undersøke hvordan immunforsvarets hvite blodceller reagerer når oksygeninnhold i blodet går ned. Bildet er gjengitt med tillatelse fra Goran Colak, 11 ganger verdensmester i fridykking.

For å undersøke hvordan immunforsvaret reagerer på pusterytmen har vi studert noen av verdens beste atleter i fridykkedisiplinen apnea. Studien var enkelt utformet: vi tok blodprøver før atletene stakk hodet under vann, og nye prøver hhv én og tre timer etter at de holdt pusten så lenge de klarte mens de lå stille i vannet eller svømte nær overflaten. Blodprøvene ble fraktet til kjernefasiliteten for genomikk ved NTNU, der vi vi målte det totale uttrykket av gener i atletenes hvite blodceller. Resultatene var slående. Vi fant fem tusen ulike gener som reagerte på noe så enkelt som å holde pusten lenge. Det er neste en fjerdedel av alle gener vi mennesker har i cellene våre! Disse målingene brukte vi til å beregne hvilke typer hvite blodceller som reagerte på dykkene, og hvilke biologiske prosesser inne i cellene som var involvert.

Figuren viser et utvalg hvite blodceller fra fridykkere i konkurransegrenen apnea. De blå boksene er mengder før dykk, mens de røde og grønne boksene viser de samme cellene hhv én og tre timer etterpå. Hovedfunnene var en kraftig økning i nøytrofile granulocytter én time etter fridykking, mens to lymfocytter; CD8-positive celler og NK-celler, gikk ned. Beregningene av cellemengder ble gjort ved hjelp av matematisk dekonvolvering av genuttrykksdata.

Det viktigste funnet vi gjorde var en markert øking av celletypen nøytrofile granulocytter. Nøytrofile granulocytter reagerer raskt når kroppen oppfatter et angrep; de dreper gjerne inntrengende celler ved rett og slett å spise dem opp. Men de har også en annen egenskap som viser seg når oksygennivået synker. Nøytrofile granulocytter er nemlig evolusjonsmessig gamle celler; de oppsto i en tidsepoke da oksygennivået i atmosfæren var lavere enn det er i dag. Deres moderne etterkommere trives fremdeles best i miljøer med lite oksygen. Celletyper som bruker mer oksygen – som lymfocytter – hadde lav aktivitet etter at dykkerne holdt pusten. Det vi fant er trolig spor av evolusjonen som er preget inn i immunforsvaret, og som kommer til syne når kroppens oksygentilgang varierer. Denne studien ble publisert tidsskriftet Physiological Genomics i november 2016, og er beskrevet av American Physiological Society som en viktig vitenskapelig oppdagelse.

Denne studien ble gjort på friske atleter.

Kan det være nyttig kunnskap også for syke?

Friske trenger normalt ikke å bekymre seg for å få nok oksygen, men for enkelte ganske vanlige sykdommer som kols eller søvnapné er tilgangen på oksygen redusert – kronisk eller i perioder. Disse sykdommene kan gi vedvarende betennelsestilstander og økt risiko for infeksjoner; begge deler tegn på et endret immunforsvar. Hvis vi kan bruke resultater fra friske til å skille effektene av redusert oksygen ut fra det øvrige sykdomsbilde, kan det kanskje i tur bidra i forebygging og behandling?

– Og pust ut.

Blogger: Andreas Møllerløkken,
Forsker, Gruppe for barofysiology, Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk (ISB)

Når du dykker stoler du fullt og helt på at den tabellen eller den computeren du følger gir deg de beste anbefalingene for hvordan du skal gjennomføre dykket uten å få noen problemer, enten du dykker på fritiden din, eller om du dykker på jobb. I Trondheim har vi et av verdens ledende forskningsmiljøer på effektene av dykking, og i sommer ble det etablert en gullstandard som vil hjelpe til å bedre forståelsen av hvordan dykkingen påvirker kroppen vår.

Opphold og arbeid i områder med endret omgivelsestrykk, som for eksempel ved dykking, fordrer gode kunnskaper om kroppens evne til tilpasning for å unngå akutte og eller langtidsskader som følge av arbeidet. Et av verktøyene som benyttes for å undersøke dykkere etter en eksponering, er ultralyd. Gassbobler som slippes fri i blodbanen når dykkeren er på vei tilbake til overflaten, kan studeres ved hjelp av ultralyd, og mengden gass som slippes, forteller oss noe om hvor belastende dykket har vært.

Med den stadige utviklingen av ultralydsystemer, har også mengden studier gjennomført rundt omkring i verden hvor denne teknologien har blitt benyttet innen dykking økt betraktelig.
Vi har da fått en utfordring når vi forsøker å sammenligne studier med hverandre. Det er veldig sprikende metodikk for hva som rapporteres, og hvordan det rapporteres. Noen undersøker dykkerne en enkelt gang etter et dykk, mens andre observerer dykkerne gjentatte ganger over flere timer.

Kunnskapen om både hva man observerer og hvordan man rapporterer dette, er noe jeg og min kollega Lesley Blogg tok initiativ til for å standardisere. Dette gjorde vi i tett samarbeid med den svenske marinen og dens dykkerskole (DNC) som ligger i Karlskrona (Sverige). Vi fikk samlet verdens ledende eksperter innen vårt fagområde, og gjennom både forelesninger og praktiske demonstrasjoner, hvor både GE og Senacare var på plass, fikk vi vist fram forskjellige systemer som i dag blir benyttet til denne forskningen.

Etter to dager med forelesninger og demonstrasjoner, ble rammene for en «gullstandard» diskutert, og utkast til en konsensus er nå laget. Denne blir publisert i disse dager, og skal gjøres kjent i alle relevante miljøer; også blant redaktørene i de store, fysiologiske tidsskriftene. Dermed er et viktig skritt tatt i riktig retning for å videreutvikle bruken av ultralyd innen barofysiologi, samt at sammenligninger mellom studier vil bli lettere å gjennomføre.

På sikt vil dette være med på å øke forståelsen for hvilke prosesser som settes i gang i kroppen når vi oppholder oss i omgivelser med endret trykk, og hvilke prosesser som spiller inn når vi går tilbake til normal-omgivelsene våre.

Møtet ble en umiddelbar suksess, og jeg er stolt av å vise at det vi arbeider med i gruppe for barofysiologi ved ISB fremdeles er helt i verdenstoppen innen vårt fagfelt.

Blogger: Ingrid Eftedal

Dykking er som regel trygt, men det krever at kroppen kompenserer for forandringer i omgivelsestrykk og i sammensetning av pustegasser. Nå kan du være med å bidra til en bedre forståelse av hvordan dykking påvirker menneskekroppen, og samtidig få muligheten til å lære mer om dykkefysiologi og bruken av trykkammer i forbindelse med undervannsarbeid.

Du kan delta dersom du er over 18 år, frisk, har et gyldig sportsdykkersertifikat, en del dykkererfaring og anledning til å sette av fire arbeidsdager til studien.

Dykkeforskerne ved NTNU ønsker å undersøke hvordan gjentatte opphold i et trykkammer påvirker hjerte- karfunksjonen til friske dykkere, og vi søker derfor etter fritidsdykkere som er interessert i å delta i en slik studie.

Du kan delta dersom du er over 18 år, frisk, har et gyldig sportsdykkersertifikat, en del dykkererfaring og anledning til å sette av fire arbeidsdager til studien.

Studien gjennomføres i Trondheim i mars 2014, og vil foregå på Høvringen og St. Olavs Hospital. Alle deltagere vil bli undersøkt av dykkerlege på forhånd.

I løpet av studien gjennomfører du fire to-timers opphold i trykkammer sammen med to andre dykkere, der du vil bli utsatt for et omgivelsestrykk som svarer til 18 meters vanndybde. Forskerne kommer til å måle gassbobledanning og blodårefunksjon og ta blodprøver av deg etter hvert trykkammeropphold.

Om du er interessert i å delta eller vil vite mer om studien, ta kontakt med forskerne Andreas Møllerløkken (andreas.mollerlokken@ntnu.no) eller Ingrid Eftedal (ingrid.eftedal@ntnu.no / telefon 481 18 277).

Med økende vitenskapelig og kommersiell aktivitet i arktiske og antarktiske havområder, er det mer og mer viktig å minimere risikoen rundt dykking i ekstreme omgivelser. Dette er fokuset for en fersk phd avhandling ved Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk (ISB) ved NTNU.