Special Operations-dykare som Navy SEALs tar på sig livsfarliga risker som fiendens stridande och tuffa miljöer. Men en annan fara är tyst och osynlig - syretoxicitet, resultatet av att andas dödliga nivåer av syre som uppstår på djup och tryck.

En professor vid universitetet i Buffalo, State University of New York, genomför en ny typ av forskning som kan skydda marinens dykare från detta dödliga hot. Office of Naval Research (ONR) sponsrar arbetet, utförs av Dr. Blair Johnson, som undervisar i träningsfysiologi vid universitetet i Buffalo.

Syretoxicitet härrör från marindykares mest värdefulla tillgång - syre i sig. Andningsluft består främst av syre, kväve och koldioxid. Medan dykare behöver syre för att andas under vattnet, förhållandet mellan gaser kan bli farligt ju djupare de dyker ner.

"Nya bevis tyder på att hormonnivåer som är avgörande för att bibehålla andning och hjärtfunktion sjunker kraftigt när någon sänks under vattnet, "sade doktor William D'Angelo, som leder ONR:s Undersea Medicine Program. "Dr. Johnsons banbrytande forskning kommer att expandera om hur vattennedsänkning utlöser syretoxicitet."

Specialdykare är särskilt sårbara. De kan stöta på dödliga nivåer av kväve och koldioxidgaser, som kräver en rebreather för att mildra toxiciteten.

Dykarna använder en återluftare med sluten krets som filtrerar bort gaserna på ett sådant sätt att bubblor inte dyker upp på vattenytan - användbart när de försöker undvika upptäckt av motståndare. Dock, denna extra smyg ökar hur mycket syre dykarna andas och, kombinerat med missionsstress och fysisk ansträngning, kan leda till anfall, kramper, illamående, yrsel och till och med koma eller död - alla symptom på syreförgiftning.

Johnsons forskning fokuserar på människokroppens sympatiska nervsystem, som styr det instinktiva "fight or flight"-svaret - en fysisk reaktion på en attack, överlevnadshot eller upplevd skadlig händelse – för att upprätthålla korrekt hjärtfrekvens, blodtryck, andning och kroppstemperatur.

Johnson och hans team byggde en speciell vattendoppningstank vid universitetet vid Buffalos Center for Research and Education in Special Environments, där forskare kan studera simulerade extrema miljöer - som att andas olika gasblandningar under vattnet.

Under experimenten, som började denna månad, frivilliga sitter i tanken i fyra timmar, med huvudet och ena armen ovanför vattnet. De tål förändringar i vattentemperaturen, och andas luft genom en rebreather som innehåller 100 procent syre. Deras torra armar är utrustade med sensorer för att mäta vitala tecken.

Johnsons forskning är unik eftersom hans team också sticker in akupunkturnålliknande mikroelektroder direkt i nerverna - en process som kallas mikroneurografi. Detta gör att de kan mäta realtidsimpulser till muskler, hud och blodkärl – och registrera reaktioner på förändringar i vattentemperaturen samt andas höga nivåer av syre och andra gasblandningar.

"Det har visat sig att andning av 100 procent syre på land minskar sympatisk nervaktivitet, hjärtfrekvens och blodtryck, vilket kan leda till syreförgiftning i vattnet, ", sa Johnson. "Hur gäller det någon som är nedsänkt i vatten? Vilken påverkan har kallt vatten? Vilken inverkan har andning av olika gasblandningar? Vi tittar på alla dessa faktorer för att förhindra eller minska risken för syretoxicitet."

Johnsons forskning är den första som direkt mäter sympatisk nervaktivitet genom mikroneurografi - med någon nedsänkt i vatten och andas olika gasblandningar. Var och en av hans 50 volontärer kommer att delta i upp till åtta nedsänkningssessioner. Efteråt, Johnson kommer att utvärdera data för att komma med potentiella förebyggande åtgärder mot syretoxicitet.