Lịch sử ra đời của “hộp đen” Thêm một chuyến du hành của Jules Verne
Năm 1905, một nhà sinh lý học người Scotland là John Scott Haldane sau một thời gian nghiên cứu trên những con dê, đã tìm ra cách khắc phục tình trạng này. Tổng cộng có khoảng 150 con dê chết hoặc liệt toàn thân trong quá trình thử nghiệm để cứu sống hàng trăm nghìn thợ lặn trên toàn thế giới…
Bệnh giảm áp – Tai họa của thợ lặn
Câu chuyện bắt đầu vào một sáng mùa hè năm 1886, khi 2 thợ lặn người Anh là Thomas Dunne và Andrew Morgan lặn tìm một xác tàu đắm của Công ty Đông Ấn ở ngoài khơi bờ biển Southampton, Anh Quốc.
Hồi ấy, để chống lại cái lạnh, thợ lặn thường mặc quần áo bằng da, đầu đội mũ sắt hình cầu kín nước, có ống dẫn không khí nối liền với một máy nén khí đặt ở trên tàu. Nhờ những thiết bị này, họ có thể hoạt động dưới biển một thời gian dài cho đến khi sức chịu đựng của họ đạt đến tới hạn.
Nhà sinh lý học Haldane, người tìm ra phương pháp giải áp cho thợ lặn.
Thời điểm ấy, các bác sĩ Hải quân Hoàng gia Anh không sao lý giải được hiện tượng này vì cũng như rất nhiều thợ lặn khác, hoặc tử vong, hoặc liệt toàn thân, liệt nửa người, như đã từng xảy ra trước đó. Họ chỉ tạm thời kết luận rằng dưới áp lực cao của nước biển, các thợ lặn bị đột quỵ nhưng tại sao lại đột quỵ hàng loạt thì câu trả lời vẫn là ẩn số.
Sau hơn 2 giờ tìm kiếm dưới đáy biển ở độ sâu 43m và khi đã định vị được xác tàu đắm, Thomas Dunne cùng Andrew Morgan ngoi lên. Tuy nhiên, lúc lên đến mặt nước, họ không thể tự mình trèo lên tàu. Hơn nữa, họ cũng không thể tự cởi bỏ bộ quần áo lặn mà phải nhờ các thủy thủ hỗ trợ. Cả Thomas Dunne lẫn Andrew Morgan đều bị liệt nửa người.
Mãi đến năm 1900, khi ngành giải phẫu pháp y đã có những bước tiến đáng kể, việc mổ tử thi những thợ lặn tử vong cho thấy trong não, phổi và các khớp xương của họ có những bong bóng khí nitơ.
Bác sĩ Cunningham, chuyên gia pháp y của Hải quân Hoàng gia Anh viết trong báo cáo:
"Thông thường khi ở trên mặt đất, cơ thể con người chịu tác động của áp suất không khí khoảng 1 at-mốt-phe/cm2 (viết tắt là atm/cm2, tương đương 760mm thủy ngân) nhưng khi xuống nước, cơ thể phải chịu thêm áp suất của nước. Cứ xuống sâu 10m thì áp suất tăng thêm 1atm. Càng xuống sâu, áp suất càng lớn…".
Nếu xuống sâu đến 30m, thợ lặn sẽ cảm thấy tức ngực, ù tai, mờ mắt, choáng váng, mất nhận thức nếu không có bình oxy giúp thở và nếu sâu hơn nữa, thợ lặn sẽ hôn mê rồi tử vong.
Vẫn theo bác sĩ Cunningham, khi xuống đến độ sâu hơn 30m, một số loại khí trước đó đã hòa tan trong máu thì bây giờ chúng tách ra, bao gồm cả khí nitơ.
Nếu như ở trên mặt đất, lượng nitơ hòa tan trong máu là gần 1 lít thì ở độ sâu 20m, nó là 2 lít. Lúc thợ lặn ngoi lên mặt nước một cách đột ngột, nitơ không kịp đến phổi để theo không khí, hòa tan trở lại với máu nên nó hình thành những bọt khí, càng lúc càng lớn dần, gây tắc mạch máu, chèn ép các tế bào thần kinh, thuyên tắc phổi.
Hậu quả là thợ lặn tử vong hoặc liệt. Cunningham gọi đây là "bệnh giảm áp".
Để giải quyết chuyện này, bác sĩ Cunningham đề xuất phương án đưa thợ lặn bị bệnh giảm áp vào một chiếc thùng kín có áp suất tương đương với áp suất ở độ sâu mà họ đã làm việc rồi giảm áp từ từ cho đến khi nó cân bằng với áp suất trên mặt đất để khí nitơ có đủ thời gian hòa tan vào máu.
Tuy nhiên, phương án ấy gặp phải trở ngại là việc cấp cứu phải được thực hiện ngay từ lúc thợ lặn mới ngoi lên nhưng nếu có 4 hoặc 5 thợ lặn đều cùng bị bệnh giảm áp thì không lẽ trên tàu lại phải đặt 4 hoặc 5 thùng giảm áp? Chưa kể có những cuộc lặn cứu hộ mà thợ lặn lên đến hàng chục người!
Những con dê cứu sinh
Năm 1905, trước việc mỗi năm có hàng trăm thợ lặn tử vong hoặc liệt vì bệnh giảm áp, Hải quân Hoàng gia Anh giao cho nhà sinh lý học người Scotland là John Scott Haldane nghiên cứu tìm cách chống lại căn bệnh này bởi lẽ thời điểm ấy, Haldane đã nổi tiếng với các thí nghiệm trong việc loại trừ các khí độc ở các mỏ than.
 Con dê sống sót cuối cùng trong số 150 con dùng để thí nghiệm giảm áp. |
Bằng cách xem xét tất cả những trường hợp tử vong hoặc bại liệt, Haldane nhận ra rằng tất cả những thợ lặn làm việc ở độ sâu không quá 10m thì không ai mắc phải bệnh giảm áp. Trong buổi thuyết trình trước Hội đồng Y học Hoàng gia Anh, Haldane nói:
"Nếu một thợ lặn xuống sâu 100m thì khi ngoi lên, anh ta chỉ lên đến 70m và dừng lại trong một khoảng thời gian rồi tiếp tục lên 30m. Tại độ sâu đó, anh ta dừng lại thêm một lần nữa để cơ thể điều chỉnh khí nitơ rồi mới ngoi lên mặt nước thì các tai biến sẽ không bao giờ xảy ra. Đây chính là "lý thuyết giải nén".
Tuy nhiên, đã là lý thuyết thì phải chứng minh tính hiệu quả. Theo đề nghị của Haldane, Hải quân Hoàng gia Anh cho ông toàn quyền sử dụng phòng thí nghiệm của Viện Y học dự phòng Lister ở London với sự cộng tác của trung uý Guybon Damant, một chuyên gia lặn biển thuộc Hải quân Hoàng gia và nhà sinh lý học Edwin Arthur Boycott.
Thoạt đầu, Haldane cùng cộng sự tiến hành thực nghiệm giảm áp trên chuột lang và gà bằng cách đặt chúng vào một bình kín với áp suất tương đương 30m dưới biển. Thế nhưng kết quả thu được lại không thể giúp Haldane đưa ra kết luận vì hệ hô hấp của chuột lang và gà trao đổi khí nhanh hơn rất nhiều so với cơ thể con người.
Vì vậy, Haldane thay thế chuột lang, gà bằng khỉ, chó và lợn nhưng tần số hô hấp của 3 loài vật này cũng khác xa con người. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu chọn loài dê vì sự hít thở của nó bằng 1,7 lần so với một thanh niên trưởng thành.
Trong lần thí nghiệm đầu tiên, 85 con dê được chuyển đến Viện Y học dự phòng Lister. Bằng cách đặt từng 8 con một vào trong buồng kín, Haldane cho áp suất không khí tăng lên bằng với độ sâu 30m dưới nước. Tiếp theo, ông tăng độ sâu lên 50m, 100m và 150m.
Qua quan sát, Haldane cùng 2 cộng sự nhận thấy cũng như con người, loài dê có các triệu chứng khác nhau, biểu thị của bệnh giảm áp. Một số con khi đưa trở lại môi trường không khí bình thường thì nó không ăn uống, không đi đứng được, một số con chết trong đau đớn còn nhiều con khác bị liệt tạm thời hoặc liệt vĩnh viễn.
Kết quả mổ xác cho thấy hầu hết những con dê thí nghiệm đều bị tổn thương ở các khớp, phổi và não bị phù do các bóng khí nitơ. Haldane nói: "Khi đã xác định được nguyên nhân và hậu quả của bệnh giảm áp, vấn đề còn lại cho câu trả lời là thời gian dừng lại giữa các độ sâu lúc thợ lặn ngoi lên là bao nhiêu để các bóng khí nitơ có thể hòa tan trở lại vào máu?".
Cuối cùng, trong số 150 con dê thí nghiệm, chỉ có 1 con duy nhất sống sót nhưng nó đã giúp Haldane, Guybon Damant và Edwin Arthur Boycott xác định được khoảng thời gian "nghỉ" giữa các độ sâu là bao nhiêu. Haldane nói:
"Bước tiếp theo là thí nghiệm trực tiếp trên con người, và người tình nguyện đi vào “cõi chết” là trung úy Andrew Catto, một thợ lặn dày dạn kinh nghiệm của Hải quân Hoàng gia Anh".
Giống như những con dê, Andrew Catto bước vào một buồng kín với bộ quần áo lặn và chiếc mũ hình cầu bằng thép với ống dẫn oxy.
Giây lát, áp suất trong buồng được điều chỉnh cho tăng lên, tương đương với áp suất ở độ sâu 100m dưới nước.
Sau 1 tiếng, áp suất giảm xuống tương đương độ sâu 70m. Catto ngồi im chịu trận 1 tiếng 30 phút trước khi áp suất không khí chỉ còn bằng với độ sâu 30m.
Ngồi thêm 1 tiếng nữa, áp suất trong buồng được trả lại như áp suất bình thường trên mặt đất thì Haldane mở cửa cho Catto bước ra. Kết quả, thợ lặn Catto vẫn tỉnh táo, cả về tri giác lẫn chức năng vận động.
Mọi hiện tượng của bệnh giảm áp không thấy xuất hiện ngoại trừ Catto chỉ có cảm giác hơi mỏi ở các khớp xương. Haldane nói: "Nó là dấu hiệu cho thấy một số bóng khí nitơ bắt đầu xâm nhập vào khớp. Vì vậy, thời gian "nghỉ" cần phải tăng thêm, nhất là ở giai đoạn thợ lặn gần ngoi lên mặt nước".
Thành công
Cuối tháng 8 năm 1906, Haldane quyết định thử nghiệm thực tế dưới nước. Trên chiếc tàu phóng ngư lôi HMS Spanker, nhóm nghiên cứu đến vùng biển nước sâu ở Loch Striven.
Trung úy Catto và trung úy Damant trong bộ quần áo lặn cồng kềnh và cái mũ lặn nặng tổng cộng 50kg, có ống dẫn khí oxy nối với máy nén khi đặt trên tàu cùng sợi dây điện thoại để liên lạc, cả hai thả người rơi xuống nước. 6 phút sau đó, họ xuống đến độ sâu 100m rồi tiến hành một số hoạt động, mô phỏng cách làm việc của các thợ lặn.
Trung úy Andrew Catto (phía trên) và trung úy Guybon Damant chuẩn bị xuống độ sâu 150m trong một lần thực nghiệm giảm áp.
May mắn thay, với sự giúp đỡ của Damant, Catto gỡ được đoạn dây bị rối. Haldane, trưởng nhóm nghiên cứu bệnh giảm áp cho biết trong suốt 28 phút ấy, lượng oxy cung cấp cho Catto chỉ còn bằng 7/10 so với bình thường, và nguy cơ bóng khí nitơ không kịp hòa tan vào máu là rất cao vì oxy đến phổi giảm. Sau hơn 1 tiếng, Damant và Catto ngoi lên.
Cũng như trong thí nghiệm buồng kín, cả hai dừng lại 3 lần, mỗi lần từ 1 tiếng 30 phút đến 2 tiếng, ở các độ sâu lần lượt là 100m, 70m và 30m. Tuy nhiên, lúc ở độ sâu 70m, ống dẫn oxy của Catto bị rối khiến việc cung cấp không khí cho Catto giảm lại và sự cố này kéo dài trong 28 phút.
Ý thức được điều ấy, lúc ở độ sâu 10m, Catto quyết định dừng lại "nghỉ" thêm 10 phút trước khi ngoi lên. Vẫn theo Haldane, cả Damant và Cotto đều không có dấu hiệu gì của bệnh giảm áp, kết quả thực nghiệm được đánh giá là thành công hoàn toàn.
Dù vậy, Haldane cùng Damant và Boycott vẫn tiếp tục thực nghiệm thêm hàng chục lần nữa, ở các vùng biển mà độ mặn khác nhau, dòng chảy, nhiệt độ khác nhau để hoàn chỉnh bảng tính toán áp suất.
Đầu năm 1907, Hải quân Hoàng gia Anh ban hành một quy chế, gọi là "Bảng Haldane", ấn định các nguyên tắc bắt buộc cho tất cả mọi thợ lặn nếu họ lặn ở độ sâu quá 30m. Quy chế này sau đó nhanh chóng phổ biến trên toàn thế giới và vẫn được áp dụng cho đến ngày nay, cứu sống hàng trăm nghìn thợ lặn mặc dù các thiết bị lặn ngày nay đã hiện đại hơn rất nhiều.
McCulloch, chủ một trường dạy lặn tư nhân ở thành phố Miami, bang Florida, Mỹ, cho biết tất cả những người ghi danh học lặn biển ở trường ông đều phải học thuộc lòng Bảng Haldane; còn Kent Ali, giáo viên dạy lặn biển ở khu du lịch đảo Bali, Indonesia, nói: "Bảng Haldane là bài học nhập môn bắt buộc cho tất cả mọi học viên.
Trong quá trình lặn rồi lúc nổi lên, hướng dẫn viên của chúng tôi yêu cầu tất cả phải tuân theo thời gian nghỉ, có trong bảng này". Bên cạnh đó, rất nhiều những quốc gia khác có nghề đánh cá, lặn bắt hải sản cũng tổ chức những buổi tuyên truyền cho ngư dân biết về nguyên tắc giảm áp khi lặn sâu dựa theo Bảng Haldane nhằm tránh những tai nạn đáng tiếc.
Ngày 18-9-2014, một thợ lặn người Ai Cập là Ahmed Gabr đã lặn xuống độ sâu 332,35m ở Biển Đỏ, lập kỷ lục thế giới về lặn sâu. Để đạt đến độ sâu đó, Ahmed Gabr mất 14 phút nhưng khi ngoi lên, tuân theo Bảng Haldane, ông phải mất 13 tiếng rưỡi để giải nén với 12 điểm dừng.
Việc kiểm tra các chức năng sinh hóa trong cơ thể của Ahmed Gabr cho thấy ông hoàn toàn thoát khỏi mọi quy luật của "bệnh giảm áp"…
(theo Royal Navy - Haldane Schedule)