PENYAKIT PARU BAWAH AIR, pada penyelam

Menyelam merupakan salah satu olahraga yang populer dan banyak digemari namun jarang yang menjadikan menyelam sebagai suatu pekerjaan yang rutin dilakukan. Penyelaman dapat dilakukan dengan menahan napas atau menggunakan peralatan di bawah air yang dinamakan self-contained underwater breathing apparatus (SCUBA).

Stress fisiologis utama yang dialami penyelam meliputi peningkatan tekanan ambient (lingkungan), penurunan gravitasi dan perubahan respirasi. Beratnya stress tergantung pada kedalaman menyelam, lamanya menyelam, menahan napas atau pernapasan menggunakan SCUBA. Kedalaman air laut pada penyelam SCUBA dapat menjadi masalah medis karena tekanan ambient dan tekanan parsial gas respirasi. Secara garis besar efek menyelam pada fungsi paru meliputi kompresi gas dalam paru sebagai akibat tekanan ambient yang meningkat, pengembangan gas lebih lanjut untuk kembali pada tekanan atmosfer normal, kelarutan sejumlah besar gas inert dalam darah dan jaringan tubuh selama pajanan tekanan ambient yang meningkat dan pembentukan gelembung udara di jaringan dan vena.

FISIOLOGI MENYELAM

Saat menyelam, individu akan terpajan tekanan yang tinggi dan terjadi peningkatan tekanan dalam pembuluh darah tertutup. Peningkatan tekanan berhubungan langsung dengan kedalaman, densiti air dan gravitasi. Tekanan yang tinggi pada kedalaman berasal dari berat air di atasnya, disebut tekanan ambient, sama halnya dengan tekanan barometer pada dataran atau permukaan laut yang berasal dari berat udara di atasnya. Tekanan pada penyelaman sering diartikan sebagai unit kedalaman atau atmosphere absolute (ATA)

Jaringan tubuh tersusun terutama oleh air, dengan demikian hampir tidak mengalami kompresi, tetapi gas-gas akan mengalami kompresi mengikuti hukum Boyle. Selama menyelam volume gas dalam paru akan berbanding terbalik dengan kedalaman. Pada tiap kedalaman 10 meter (33 kaki) air laut terjadi peningkatan tekanan ambient 1 atm (760 mmHg). Tekanan pada kedalaman tersebut sebesar 2 atm, yaitu 1 atm disebabkan oleh tekanan udara di atas laut  dan 1 atm lagi berasal dari berat air sendiri. Peningkatan tekanan dapat mengecilkan rongga udara dalam tubuh penyelam termasuk paru karena volume gas akan berkurang setengah dari semula, gas-gas akan mengalami kompresi sehingga kerapatan gas akan meningkat.

Peningkatan tekanan juga akan berpengaruh terhadap peningkatan tekanan parsial gas-gas respirasi (oksigen dan nitrogen) sehingga kelarutan dalam jaringan tubuh akan meningkat. Peningkatan tekanan akan berpengaruh pada pembentukan gelembung gas dalam darah dan jaringan tubuh. Penyelam yang naik ke permukaan secara tiba-tiba menyebabkan perubahan efek fisiologi ini dengan cepat. Volume gas yang meningkat, keluarnya gelembung gas dan masuk ke jaringan menyebabkan penyelam mengalami barotrauma paru dan penyakit dekompresi.

Variasi besar tekanan sesuai dengan kedalaman air laut

	Kaki	ATA	mmHg	Pon /inci2	kPa	pN2	pO2	Volume gas/ml
Permukaan laut	0	1	760	14,7	101	593	159	1000
Kedalaman	33	2	1520	29,4	203	1187	318	500
	66	3	2280	44,1	304	1780	478	338
	99	4	3040	58,8	405	2374	637	250
	231	8	6080	117,6	810	4747	1274	125
	496	16	12.180	235,2	1.621	9495	2548	63
	1025	32	24.320	470,4	3.242	18.949	5095	31

Faal paru pada penyelam

Tekanan di luar dinding dada pada seseorang dengan posisi berdiri atau duduk dengan leher terendam dalam air lebih besar 20 cmH2O dibandingkan tekanan atmosfer. Tekanan positif di luar dinding dada akan melawan daya recoil dinding dada ke arah luar, terjadi penurunan kapasiti residu fungsional sekitar 50%. Volume cadangan ekspirasi akan menurun sebanyak 70%. Tekanan intrapleura menjadi lebih negative menyebabkan udara masuk ke paru lebih besar karena kerja inspirasi meningkat untuk mengatasi tekanan positif dari luar dinding dada. Kapasiti vital dan kapasiti vital paksa akan menurun. Volume residu akan menurun karena terjadi peningkatan volume darah dalam paru. Selama penyelaman terjadi peningkatan kerja pernapasan sekitar 60%.

Penyelam dengan posisi kepala tegak, tekanan di sekitar tubuh lebih tinggi dibandingkan dibandingkan tekanan pada saluran napas dengan nilai rata-rata sebesar 30 cmH2O akan mengalami tekanan pernapasan yang negative. Penyelam dengan kepala posisi di bawah, tekanan dalam saluran napas lebih tinggi dibandingkan tekanan di sekitar tubuh, akan mengalami tekanan positif pada pernapasan. Pengurangan kapasiti residu fungsional sekitar 20-30%, sehingga pernapasan menjadi lebih mudah dengan posisi kepala di atas.

Semakin dalam menyelam densitas udara semakin meningkat. Tahanan yang mengalir dalam saluran napas akan meningkat sebanding dengan peningkatan densitas udara sehingga kerja pernapasan akan meningkat dan mengakibatkan penurunan kapasiti pernapasan maksimum (jumlah udara yang dapat dihirup setiap menit).

Pada penyelaman dengan menggunakan SCUBA terjadi peningkatan densiti gas sedangkan volume tidal hampir tidak berubah sehingga terjadi peningkatan molekul gas yang direspirasi per menit. Hal ini menyebabkan asupan udara penyelam berkurang, terjadi penigkatan resistensi aliran gas dalam saluran napas sehingga kerja pernapasan dan jumlah oksigen yang diinhalasi akan meningkat.

Pertukaran gas dalam paru

Tekanan di luar tubuh akan meningkat saat berada dalam kedalaman dan tekanan parsial gas dalam paru dan saluran napas juga meningkat. Peningkatan tekanan parsial gas ditentukan oleh konsentrasi gas dan tekanan ambient. Peningkatan tekanan parsial oksigen menyebabkan gas-gas respirasi akan terkompresi. Tekanan parsial gas yang meningkat akan menyebabkan gas inert (N2, helium) akan masuk ke dalam darah dan jaringan.

Selama penyelam menahan napas, tekanan total gas dalam paru kira-kira sama dengan tekanan barometer, dengan demikian volume rongga toraks menurun dan tekanan parsial gas dalam paru meningkat. Penyelam yang biasa melakukan hiperventilasi sebelum menahan napas dan menyelam, pO2dan pCO2 alveolar akan menjadi 120 dan 130 Torr. Hiperventilasi yang dilakukan secara berlebihan akan menyebabkan hipoksemia arteri dan penyelam akan kehilangan kesadarannya. Selama menahan napas pada kedalaman 33 kaki, volume paru akan menurun, gas-gas akan mengalami kompresi dan tekanan parsial gas akan meningkat. Keadaan ini tidak akan mengganggu pengangkutan oksigen dari alveoli ke darah sampai penyelam naik ke permukaan. Walaupun demikian transfer CO2 dari darah ke alveoli akan mengalami  gangguan saat menyelam dan terjadi retensi bermakna CO2 dalam darah. Penyelam masih dapat mentoleransi peningkatan CO2 sampai 80 mmHg, dengan cara meningkatkan volume pernapasan per menit. Peningkatan CO2 lebih lanjut akan menyebabkan penekanan pada pusat pernapasan dan penyelam dapat mengalami asidosis respiratorik yang hebat.

SCUBA (self-contained underwater breathing apparatus)

Peralatan pernapasan yang digunakan di bawah air atau yang disebut SCUBA terdiri dari 2 jenis yaitu SCUBA sirkuit terbuka dan sirkuit tertutup. SCUBA sirkuit terbuka merupakan peralatan yang paling banyak digunakan pada olahraga menyelam dan penyelam komersial. Peralatan meliputi tabung silinder berisi udara bertekanan yang dihubungkan dengan regulator tekanan. Tekanan udara dalam tangki sebesar 100 pon/inchi2 diturunkan oleh regulator pertama, selanjutnya regulator kedua akan menurunkan tekanan sampai ke tekanan ambient dan kemudian dihubungkan dengan mouthpiece ke mulut penyelam. Peralatan ini digunakan terbatas pada kedalaman di atas 200 kaki (sekitar 60 meter).

SCUBA sirkuit tertutup adalah peralatan yang menggunakan CO2 adsorben untuk dilepaskan dan pengisian kembali oksigen yang digunakan per menit. Gas inert (tidak aktif) dipertahankan dengan pengembalian gas yang dikeluarkan melalui CO2 adsorben dan penambahan oksigen sebelum gas tersebut dihirup kembali dalam sistem tertutup. Penggunaan oksigen campur dan gas inert tersebut menyebabkan SCUBA dapat digunakan sampai kedalaman 300 kaki (sekitar 90 meter). Bila menggunakan oksigen murni maka kedalaman hanya sampai 25 kaki (7,5 meter)

BAROTRAUMA PARU

Salah satu penyebab kematian pasa penyelam adalah barotrauma paru. Penelitian tentang mekanisme terjadinya emboli udara yang disebabkan oleh barotrauma paru menunjukkan bahwa sebagian trauma berasal dari penyakit dekompresi dan sebagian lainnya yang lebih fatal berasal dari emboli udara. Pneumotoraks merupakan komplikasi yang jarang pada barotrauma paru, terjadi pada sekitar 10% penyelam yang mengalami sindrom overinflasi paru.

Mekanisme barotraumas

Mekanisme yang mendasari terjadinya kecelakaan penyelaman akibat tekanan yang berlebihan, secara langsung berhubungan dengan hukum Boyle yaitu volume gas akan berkurang dengan peningkatan tekanan. Bahaya terbesar terjadi saat berada pada kedalaman yang mendekati permukaan dengan volume pengembangan gas terbesar.

Barotraumas yang terjadi saat menyelam ke bawah disebut squeeze, pada paru akan menyebabkan kongesti, edema dan perdarahan paru. Barotraumas yang terjadi saat penyelam naik ke atas akibat gas yang terjebak dalam jaringan tubuh. Gas-gas tersebut akan mulai mengembang saat penyelam naik. Selama ke atas, penyelam akan merasakan nyeri dada. Jika penyelam menahan napas dan tidak mengeluarkan gas, gas tersebut akan mengembang secara eksponensial sehingga perbedaan tekanan gas di alveoli dan air meningkat 50-100mmHg, gas bebas bergerak menembus membrane alveoli masuk ke dalam jaringan interstisial, kapiler paru dan pleura visceral.

Gas akan masuk ke dalam kapiler paru menyebabkan emboli gas dalam arteri, gas masuk ke pleura visceral yang mengalami rupture akan menyebabkan pneumotoraks, serta gas melalui interstisial paru masuk ke mediastinum akan menyebabkan pneumomediastinum atau emfisema mediastinal. Emfisema subkutan terjadi akibat gas masuk ke jaringan subkutan. Bahaya terbesar adalah rupture alveoli pada saat penyelam naik ke atas dari kedalaman 33 kaki, karena volume gas relative menjadi 2 kali ukuran semula selama masa transisi.

Pencegahan barotrauma

Pencegahan risiko terjadinya kecelakaan akibat tekanan yang berlebihan pada paru selama penyelaman dimulai dengan pemeriksaan fisik yang baik pada penyelam. Pemeriksaan ini bertujuan untuk meyakinkan tidak terdapatnya riwayat kelainan paru sebelumnya yang mungkin sebagai faktor predisposisi terjadi gas trapping yaitu terdapat bleb, bula, penyakit paru obstruktif yang tidak diterapi dengan adekuat termasuk asma. Selain itu perlu penjelasan tentang tingkah laku penyelam yang tidak tepat yaitu menahan napas selama naik ke permukaan dengan cepat.

Pemeriksaan spirometri perlu dilakukan untuk menilai derajat obstruksi saluran napas. Uji faal paru dengan flow volume curve dengan aliran ekspirasi tengah 80% dari nilai prediksi merupakan batas keamanan untuk menyelam.

Manifestasi klinis

Emfisema mediastinal memberikan keluhan nyeri ringan substernal yang dirasakan sebagai nyeri tumpul yang menjalar ke bahu, leher dan belakang, rasa berat di dada dan batuk. Tanda-tanda tersebut berhubungan dengan sakit tenggorokan, disfagia dan perubahan suara.

Penatalaksanaan

Penatalaksanaan barotrauma paru harus dilakukan segera untuk menghindari kematian pada penyelam. Penatalaksanaan disesuaikan dengan keadaan barotrauma yang terjadi, emfisema dan pneumotoraks. Pada emfisema subkutis dan mediastinal tanpa komplikasi cukup diobservasi, tak perlu terapi rekompresi, pada keadaan berat dibutuhkan terapi oksigen 100% dengan tekanan atmosfer. Pada pneumotoraks dibutuhkan rekompresi segera dan pemasangan pipa atau kateter melalui ruang interkostal (WSD)

DECOMPRESSION ILLNESS

Decompression illness terjadi saat gelembung gas terbentuk dalam darah dan jaringan interstisial sebagai akibat penurunan tekanan ambient. Decompression illness meliputi 2 masalah yaitu emboli gas  arteri dan decompression sickness. Keduanya berhubungan dengan pembentukan gas.

Emboli gas arteri pulmoner

Emboli gas arteri adalah gelembung gas yang terdapat dalam darah arteri dan merupakan penyebab utama kematian pada penyelam. Penyebab awalnya (barotrauma paru) biasanya sulit dideteksi. Penyebab tersering adalah pengembangan gas-gas respirasi selama penyelam naik ke atas. Gas yang tidak dapat keluar akan mengembang sehingga alveoli akan makin mengembang dan mengalami rupture. Gelembung gas akan masuk ke dalam kapiler paru dan dibawa masuk ke darah arteri. Emboli gas dalam arteri bisa fatal saat penyelam naik dari kedalaman 7 kaki (2 meter). Manifestasi klinis yang muncul adalah nyeri dada, hemoptisis, penurunan kesadaran yang tiba-tiba, vertigo, henti jantung dan gejala neurologis lain.

Decompression sickness

Insidens decompression sickness (DCS) bervariasi pada populasi yang berbeda. Penyelam olahraga dan militer mempunyai angka insidens yang sama sedangkan insidens tertinggi terjadinya decompression sickness adalah pada penyelam komersial.  Pada tahun 1990, insidens decompression sickness adalah 1 dari 10.000 penyelam olahraga dan 1 dari 100.000 penyelam untuk kepentingan akademi atau penelitian.

Decompression sickness dikelompokkan ke dalam 2 tipe yaitu tipe 1 bentuk musculoskeletal dan tipe 2 bentuk kelainan sistemik (neurologis dan kardiorespirasi).  Decompression sickness terjadi saat gelembung gas terbentuk dalam jaringan tubuh. Gas akan terlarut kedalam jaringan menurut hukum Henry. Jaringan tubuh menjadi supersaturasi terhadap gas inert (tidak aktif), biasanya Nitrogen. Kemungkinan terjadinya decompression sickness tergantung pada tingkat kedalaman, lama menyelam, gas campur yang digunakan dan jenis dekompresi. Waktu yang dibutuhkan jaringan tubuh untuk terjadinya saturasi tergantung aliran darah dan kelarutan gas dalam jaringan.

Mekanisme decompression sickness

Selama menyelam terjadi peningkatan tekanan ambient yang menyebabkan peningkatan tekanan parsial gas nitrogen dalam tubuh. Peristiwa tersebut menyebabkan kalarutan gas tersebut dalam jaringan tubuh meninggi, pada keadaan normal kelarutan gas nitrogen dalam jaringan tubuh buruk. Pada kedalaman yang lebih dalam jaringan tubuh menjadi supersaturasi (lewat jenuh) terhadap gas nitrogen. Selama penyelam naik ke atas, tekanan ambient berkurang dengan cepat dan nitrogen keluar dari larutan membentuk gelembung gas dalam jaringan dan cairan tubuh. Gelembung yang terbentuk akan masuk ke dalam darah atau persendian ekstremitas. Bila gelembung tersebut masuk ke vena maka biasanya terjebak dalam sirkulasi paru. Interaksi gelembung dengan endotel pembuluh darah menyebabkan terjadi respons inflamasi sehingga dinding kapiler mengalami kerusakan karena edema, kompresi mikrovaskuler dan penurunan oksigenasi jaringan.

Manifestasi klinis

Gejala klinis jarang terjadi, gejala yang biasanya terjadi adalah rasa tercekik, nyeri dada substernal, sesak, batuk, hemoptisis, hipoksemia berat yang mungkin bersamaan dengan hipertensi pulmoner, edema paru dan hipoksemia. Gambaran pernapasan menjadi cepat dan dangkal, sianosis mungkin terjadi secara cepat sebagai manifestasi dari kegagalan jantung kanan dan kolaps kardiovaskuler. Pada penelitian terhadap 90 kasus, gejala timbul mulai dari 10 menit sampai 12 jam setelah naik ke permukaan.

Penatalaksanaan

Prinsip penanganan kasus decompression sickness atau emboli gas arteri adalah mempercepat pengecilan ukuran gelembung gas dengan cara peningkatan tekanan ambient atau mempercepat pengeluaran gas nitrogen dari gelembung gas.

Pemberian oksigen, cairan dan resusitasi mungkin sangat membantu, diikuti dengan rekompresi segera dan terapi oksigen hiperbarik. Peningkatan tekanan ambient membutuhkan pengembalian tekanan (rekompresi) menggunakan kamar hiperbarik dengan pemberian oksigen 100% oleh tim medis terlatih dengan tekanan ambient yang meningkat  (oksigen hiperbarik), penggantian cairan dan pemberian antiplatelet agent. Dengan pemberian oksigen akan mengurangi tekanan parsial gas nitrogen darah (pN2) dan mempercepat resorbsi gelembung gas yang ada dalam darah dan jaringan. Pasien dilakukan dekompresi dengan perlahan untuk membiarkan gas inert dikeluarkan dari jaringan melalaui sistem sirkulasi kemudian dikeluarkan oleh paru. Apabila dilakukan lebih awal maka prognosisnya akan baik.

Terapi hiperbarik

Terapi hiperbarik adalah terapi menggunakan oksigen 100% bertekanan tinggi yaitu 3 ATA. Terapi ini menggunakan kamar atau ruang udara bertekanan tinggi (RUBT), bisa berupa ruang pengobatan untuk 1 orang (monoplace) atau untuk banyak orang (multiplace). Pada decompression illness dan emboli gas arteri, terapi hiperbarik merupakan terapi utama. Penggunaan terapi ini meningkatkan difusi gelembung nitrogen ke dalam jaringan dan darah serta memudahkan oksigenasi jaringan yang iskemik dan mengurangi gejala neurologis lainnya. Tekanan oksigen yang diberikan dipertahankan tidak lebih dari 3 ATA.

Terapi hiperbarik yang biasa  digunakan untuk decompression sickness dan emboli gas arteri adalah berdasarkan jadwal rekompresi angkatan laut Amerika Serikat. Teknik penurunan tekanan dimulai dari penurunan tekanan selama periode inisial sama untuk kedalaman 165 kaki, dengan pemberian oksigen 50% dan N2 50% pada pasien selama 30 menit. Kemudian penurunan tekanan pada kedalaman 60 kaki pasien bernapas dengan oksigen 100% dengan interval selama 4 menit selama 75 menit. Tekanan diturunkan sampai sama dengan tekanan pada kedalaman 30 kaki selama 30 menit pasien bernapas dengan udara secara intermiten paling sedikit selama 150 menit dikuti dengan decompresi dengan oksigen sampai pada tekanan ambient normal.