Теория декомпрессии

Аквалангист декомпрессии при запланированной остановке во время всплытия после погружения

Теория декомпрессии - это исследование и моделирование переноса инертного газового компонента дыхательных газов от газа в легких к тканям и обратно во время воздействия изменений давления окружающей среды. В случае подводного плавания и работы со сжатым воздухом это в основном связано с давлением окружающей среды, превышающим местное давление на поверхности ^[1], но космонавтов, высокогорных альпинистов и путешественников в самолетах, которые не находятся под давлением на уровне моря, ^{[2] [ 3]} обычно подвергаются воздействию атмосферного давления ниже стандартного атмосферного давления на уровне моря. Во всех случаях симптомы, вызванные декомпрессиейвозникают в течение или в течение относительно короткого периода часов, а иногда и дней после значительного снижения давления. ^[4]

Термин «декомпрессия» происходит от снижения давления окружающей среды, испытываемого организмом, и относится как к снижению давления, так и к процессу удаления растворенных инертных газов из тканей во время и после этого снижения давления. Поглощение газа тканями происходит в растворенном состоянии, и для его удаления также требуется растворение газа, однако достаточное снижение давления окружающей среды может вызвать образование пузырьков в тканях, что может привести к повреждению тканей и появлению симптомов, известных как декомпрессия. болезнь, а также задерживает выведение газа. ^[1]

Моделирование декомпрессии пытается объяснить и предсказать механизм удаления газа и образования пузырьков в организме во время и после изменений давления окружающей среды ^[5] и предоставляет математические модели, которые пытаются предсказать приемлемо низкий риск и разумно осуществимые процедуры декомпрессии в полевых условиях. ^[6] И детерминированные, и вероятностные модели использовались и используются до сих пор.

Физиология декомпрессии [ править ]

Газ вдыхается при атмосферном давлении, и часть этого газа растворяется в крови и других жидкостях. Инертный газ продолжает поступать до тех пор, пока газ, растворенный в тканях, не достигнет состояния равновесия с газом в легких (см. « Погружение с насыщением »), или пока давление окружающей среды не будет снижено до тех пор, пока инертные газы не растворятся в тканях. находятся в более высокой концентрации, чем в состоянии равновесия, и снова начинают диффундировать. ^[1]

Поглощение газов жидкостями зависит от растворимости конкретного газа в конкретной жидкости, концентрации газа, обычно измеряемой парциальным давлением , и температуры. ^[1] При изучении теории декомпрессии поведение газов, растворенных в тканях, исследуется и моделируется для изменения давления во времени. ^[7]

После растворения растворенный газ может распределяться путем диффузии , когда объемный поток растворителя отсутствует , или путем перфузии, когда растворитель (кровь) циркулирует по телу дайвера, где газ может диффундировать в локальные области с более низкой концентрацией . При наличии достаточного времени при определенном парциальном давлении в дыхательном газе концентрация в тканях стабилизируется или насыщается со скоростью, зависящей от растворимости, скорости диффузии и перфузии. ^[1]

Если концентрация инертного газа в дыхательном газе будет ниже, чем в любой из тканей, возникнет тенденция возврата газа из тканей в дыхательный газ. Это называется дегазированием и происходит во время декомпрессии, когда снижение давления окружающей среды или изменение дыхательного газа снижает парциальное давление инертного газа в легких. ^[1]

Комбинированные концентрации газов в любой данной ткани будут зависеть от истории давления и состава газа. В условиях равновесия общая концентрация растворенных газов будет меньше давления окружающей среды, поскольку кислород метаболизируется в тканях, а производимый углекислый газ гораздо более растворим. Однако во время снижения давления окружающей среды скорость снижения давления может превышать скорость, с которой газ может быть удален путем диффузии и перфузии, и, если концентрация становится слишком высокой, она может достигать стадии, когда в перенасыщенных слоях может происходить образование пузырьков. ткани. Когда давление газов в пузырьке превышает совокупное внешнее давление окружающего давления и поверхностного натяжения на границе раздела пузырь - жидкость, пузырьки будут расти, и этот рост может вызвать повреждение тканей.Симптомы, вызванные этим повреждением, известны какДекомпрессионная болезнь . ^[1]

Фактические скорости диффузии и перфузии, а также растворимость газов в конкретных тканях обычно не известны, и она значительно варьируется. Однако были предложены математические модели, которые в большей или меньшей степени приближают реальную ситуацию, и эти модели используются для прогнозирования вероятности возникновения симптоматического образования пузырьков для данного профиля воздействия давления. ^[7] Декомпрессия включает сложное взаимодействие растворимости газа, парциальных давлений и градиентов концентрации, диффузии, объемного переноса и механики пузырьков в живых тканях. ^[6]

Газовая динамика растворенной фазы [ править ]

Растворимость газов в жидкостях зависит от природы растворителя жидкости и растворенного вещества, ^[8] температура , ^[9] давление , ^{[10] [11]} и присутствие других растворенных веществ в растворителе. ^[12] Диффузия происходит быстрее в более мелких и легких молекулах, крайним примером которых является гелий. Коэффициент диффузии гелия в 2,65 раза выше, чем у азота. ^[13] градиент концентрации , может быть использован в качестве модели для приводного механизма диффузии. ^[14] В этом контексте инертный газ относится к газу, который не является метаболически активным . Атмосферный азот(N ₂ ) является наиболее распространенным примером, а гелий (He) - другой инертный газ, обычно используемый в дыхательных смесях для дайверов . ^[15] Атмосферный азот имеет парциальное давление около 0,78 бар на уровне моря. Воздух в альвеолах легких разбавлен насыщенным водяным паром (H ₂ O) и углекислым газом (CO ₂ ), продуктом метаболизма, выделяемым кровью, и содержит меньше кислорода (O ₂ ), чем атмосферный воздух. попадает в кровь для метаболического использования. Получающееся парциальное давление азота составляет около 0,758 бар.^[16]

Таким образом, при атмосферном давлении ткани тела обычно насыщаются азотом при 0,758 бар (569 мм рт. Ст.). При повышенном атмосферном давлении из-за глубины или давления в среде обитания легкие дайвера наполняются дыхательным газом с повышенным давлением, и парциальные давления составляющих газов будут пропорционально увеличиваться. ^[7] Инертные газы из дыхательного газа в легких диффундируют в кровь в альвеолярных капиллярах и распределяются по всему телу с помощью системного кровообращения в процессе, известном как перфузия . ^[7]Растворенные вещества переносятся в крови намного быстрее, чем они распространяются только путем диффузии. ^[17] Из системных капилляров растворенные газы диффундируют через клеточные мембраны в ткани, где в конечном итоге могут достичь равновесия. Чем больше кровоснабжение ткани, тем быстрее она достигнет равновесия с газом при новом парциальном давлении. ^{[7] [17]} Это равновесие называется насыщением . ^[7] Ингассинг, кажется, следует простому обратному экспоненциальному уравнению. Время, необходимое ткани для поглощения или высвобождения 50% разницы в емкости растворенного газа при измененном парциальном давлении, называется полупериодом для этой ткани и газа. ^{[18] [19]}

Газ остается растворенным в тканях до тех пор, пока парциальное давление этого газа в легких не снизится в достаточной степени, чтобы вызвать градиент концентрации в крови при более низкой концентрации, чем в соответствующих тканях. Когда концентрация в крови падает ниже концентрации в прилегающей ткани, газ диффундирует из ткани в кровь, а затем переносится обратно в легкие, где он диффундирует в легочный газ, а затем выводится путем выдоха. . Если снижение давления окружающей среды ограничено, эта десатурация будет происходить в растворенной фазе, но если давление окружающей среды снижается в достаточной степени, пузырьки могут образовываться и расти как в крови, так и в других перенасыщенных тканях. ^[7]Когда парциальное давление всего газа, растворенного в ткани, превышает общее давление окружающей среды на ткань, она становится перенасыщенной ^[20], и существует возможность образования пузырьков. ^[7]

Сумма парциальных давлений газа, которым дышит дайвер, обязательно должна уравновешиваться суммой парциальных давлений газа в легких. В альвеолах газ был увлажнен и получил углекислый газ из венозной крови. Кислород также проник в артериальную кровь, снизив парциальное давление кислорода в альвеолах. Поскольку общее давление в альвеолах должно уравновешиваться с давлением окружающей среды, это разбавление приводит к эффективному парциальному давлению азота около 758 мбар (569 мм рт.ст.) в воздухе при нормальном атмосферном давлении. ^[21]В устойчивом состоянии, когда ткани насыщены инертными газами дыхательной смеси, метаболические процессы снижают парциальное давление менее растворимого кислорода и заменяют его углекислым газом, который значительно более растворим в воде. В клетках типичной ткани парциальное давление кислорода упадет, а парциальное давление углекислого газа повысится. Сумма этих парциальных давлений (воды, кислорода, углекислого газа и азота) меньше общего давления дыхательного газа. Это значительный дефицит насыщения, который обеспечивает буфер против перенасыщения и движущую силу для растворения пузырьков. ^[21]Эксперименты показывают, что степень ненасыщенности линейно увеличивается с давлением для дыхательной смеси фиксированного состава и линейно уменьшается с долей инертного газа в дыхательной смеси. ^[22] Как следствие, условиями для максимальной степени ненасыщенности являются газ для дыхания с минимально возможной долей инертного газа, то есть чистый кислород, при максимально допустимом парциальном давлении. Этот дефицит насыщения также называют присущей ненасыщенностью, « кислородным окном ». ^[23] или вакансия парциального давления. ^[24]

Местоположение микроядер или место первоначального образования пузырьков неизвестно. ^[25] Включение механизмов образования и роста пузырьков в модели декомпрессии может сделать модели более биофизическими и обеспечить лучшую экстраполяцию. ^[25] Условия потока и скорость перфузии являются доминирующими параметрами в конкуренции между тканью и циркулирующими пузырьками, а также между множеством пузырьков за растворенный газ для роста пузырьков. ^[25]

Механика пузырей [ править ]

Для существования пузыря требуется равновесие сил на поверхности. Сумма атмосферного давления и давления из-за деформации ткани, оказываемой на внешней стороне поверхности, с поверхностным натяжением жидкости на границе раздела между пузырем и окружающей средой, должна уравновешиваться давлением внутри пузыря. Это сумма парциальных давлений газов внутри из-за чистой диффузии газа в пузырек и из пузыря. Баланс сил на пузыре может быть изменен слоем поверхностно-активных молекул, которые могут стабилизировать микропузырьки до размера, при котором поверхностное натяжение на чистом пузыре может вызвать его быстрое схлопывание, и этот поверхностный слой может различаться по проницаемости., так что, если пузырек достаточно сжат, он может стать непроницаемым для диффузии. ^[26] Если растворитель вне пузырька является насыщенным или ненасыщенным, парциальное давление будет меньше, чем в пузырьке, а поверхностное натяжение будет увеличивать внутреннее давление прямо пропорционально кривизне поверхности, обеспечивая градиент давления для увеличения диффузии наружу. пузыря, эффективно «выдавливая газ из пузыря», и чем меньше размер пузыря, тем быстрее он будет выдавлен. Пузырь газа может расти при постоянном давлении только в том случае, если окружающий растворитель достаточно перенасыщен, чтобы преодолеть поверхностное натяжение, или если поверхностный слой обеспечивает достаточную реакцию для преодоления поверхностного натяжения. ^[26]Достаточно маленькие чистые пузырьки схлопываются из-за поверхностного натяжения, если пересыщение низкое. Пузырьки с полупроницаемыми поверхностями будут либо стабилизироваться на определенном радиусе в зависимости от давления, состава поверхностного слоя и перенасыщения, либо продолжать расти бесконечно, если они превышают критический радиус. ^[27] Пузырьки могут образовываться в крови или других тканях. ^[28]

Растворитель может переносить перенасыщенное количество газа в растворе. Выйдет ли он из раствора в основной массе растворителя с образованием пузырьков, будет зависеть от ряда факторов. Что-то, что снижает поверхностное натяжение или адсорбирует молекулы газа, или локально снижает растворимость газа, или вызывает локальное снижение статического давления в жидкости, может привести к зарождению или росту пузырьков. Это может включать изменения скорости и турбулентность в жидкостях и местные растягивающие нагрузки в твердых и полутвердых телах. Липиды и другие гидрофобные поверхности могут снижать поверхностное натяжение (стенки кровеносных сосудов могут иметь этот эффект). Обезвоживание может снизить растворимость газа в ткани из-за более высокой концентрации других растворенных веществ и меньшего количества растворителя для удержания газа. ^[29]Другая теория предполагает, что микроскопические пузырьковые ядра всегда существуют в водных средах, включая живые ткани. Эти пузырьковые ядра представляют собой сферические газовые фазы, которые достаточно малы, чтобы оставаться во взвешенном состоянии, но при этом достаточно сильны, чтобы противостоять схлопыванию, их стабильность обеспечивается упругим поверхностным слоем, состоящим из поверхностно-активных молекул, который сопротивляется эффекту поверхностного натяжения. ^[30]

После образования микропузырька он может продолжать расти, если ткани достаточно перенасыщены. По мере роста пузырь может деформировать окружающую ткань и вызывать повреждение клеток и давление на нервы, что приводит к боли, или может блокировать кровеносный сосуд, перекрывая кровоток и вызывая гипоксию в тканях, обычно перфузируемых сосудом. ^[31]

Если существует пузырь или объект, который собирает молекулы газа, этот набор молекул газа может достигнуть размера, при котором внутреннее давление превышает совокупное поверхностное натяжение и внешнее давление, и пузырь будет расти. ^[32]Если растворитель в достаточной степени перенасыщен, диффузия газа в пузырек будет превышать скорость, с которой он диффундирует обратно в раствор, и если это избыточное давление больше, чем давление из-за поверхностного натяжения, пузырек будет продолжать расти. Когда пузырек растет, поверхностное натяжение уменьшается, а внутреннее давление падает, позволяя газу диффундировать быстрее и медленнее, поэтому пузырек растет или сжимается в ситуации положительной обратной связи. Скорость роста уменьшается по мере роста пузыря, потому что площадь поверхности увеличивается как квадрат радиуса, а объем увеличивается как куб радиуса. Если внешнее давление уменьшается из-за пониженного гидростатического давления во время всплытия, пузырь также будет расти, и, наоборот, повышенное внешнее давление вызовет сжатие пузырька,но может не привести к его устранению полностью, если существует устойчивый к сжатию поверхностный слой.^[32]

Пузырьки декомпрессии, по-видимому, образуются в основном в системных капиллярах, где концентрация газа наиболее высока, часто в капиллярах, питающих вены и дренирующих активные конечности. Обычно они не образуются в артериях при условии, что снижение давления окружающей среды не происходит слишком быстро, поскольку артериальная кровь недавно получила возможность выделять избыточный газ в легкие. Пузырьки, возвращаемые к сердцу по венам, могут передаваться в большой круг кровообращения через открытое овальное отверстие у дайверов с этим дефектом перегородки, после чего возникает риск закупорки капилляров в какой бы части тела они ни оказались . ^[33]

Пузырьки, которые возвращаются к сердцу по венам, проходят в правую часть сердца, а оттуда они обычно попадают в малый круг кровообращения и проходят через капилляры легких, которые находятся вокруг альвеол и очень близко к дыхательному газу, где газ будет диффундировать из пузырьков через капиллярные и альвеолярные стенки в газ в легких. Если количество капилляров легких, заблокированных этими пузырьками, относительно невелико, у дайвера не будет симптомов, и никакие ткани не будут повреждены (ткани легких в достаточной степени насыщаются кислородом за счет диффузии). ^[34]Пузырьки, которые достаточно малы, чтобы проходить через капилляры легких, могут быть достаточно маленькими, чтобы раствориться из-за сочетания поверхностного натяжения и диффузии до пониженной концентрации в окружающей крови, хотя теория зародышеобразования модели переменной проницаемости подразумевает, что большинство пузырьков, проходящих через легочная циркуляция потеряет достаточно газа, чтобы пройти через капилляры и вернуться в системный кровоток в виде рециркулированных, но стабильных ядер. ^[35] Пузырьки, образующиеся в тканях, должны удаляться на месте путем диффузии, что подразумевает подходящий градиент концентрации. ^[34]

Изобарическая контрдиффузия (ICD) [ править ]

Изобарическая контрдиффузия - это диффузия газов в противоположных направлениях, вызванная изменением состава внешнего окружающего газа или дыхательного газа без изменения окружающего давления. Во время декомпрессии после погружения это может произойти при изменении дыхательного газа или при перемещении дайвера в газовую среду, которая отличается от дыхательного газа. ^[36] Хотя, строго говоря, это не явление декомпрессии, это осложнение, которое может возникнуть во время декомпрессии и может привести к образованию или росту пузырьков без изменения давления окружающей среды. Две формы этого явления были описаны Ламбертсеном: ^{[37] [36]}

Поверхностная ИКД (также известная как установившаяся изобарическая контрдиффузия) ^[38] возникает, когда инертный газ, которым дышит дайвер, диффундирует в тело медленнее, чем инертный газ, окружающий тело. ^{[37] [36] [38]} Примером этого может быть дыхание воздухом в среде гелиокса. Гелий в гелиоксе быстро диффундирует в кожу, а азот - медленнее из капилляров к коже и из тела. В результате возникает перенасыщение определенных участков поверхностных тканей и образование пузырьков инертного газа. ^[36]

ИКД глубоких тканей (также известная как переходная изобарическая контрдиффузия) ^[38] возникает, когда дайвер последовательно вдыхает различные инертные газы. ^[37] Быстро диффундирующий газ переносится в ткань быстрее, чем более медленно диффундирующий газ выводится из ткани. ^[36] Это может произойти, когда водолазы переключаются с азотной смеси на гелиевую или когда водолазы с насыщением, дышащие гидрелиоксом, переключаются на гелиокс-смесь. ^{[36] [39]}

Исследование Дулетта и Митчелла по болезни внутреннего уха с декомпрессией (IEDCS) показывает, что внутреннее ухо не может быть хорошо смоделировано с помощью общих (например, алгоритмов Бюльмана). Дулетт и Митчелл предполагают, что переход от смеси, богатой гелием, к смеси, богатой азотом, как это часто бывает в техническом дайвинге при переключении с тримикса на найтрокс при всплытии, может вызвать временное перенасыщение инертного газа во внутреннем ухе и привести к IEDCS. ^[40]Они предполагают, что переключение дыхательного газа с смеси, богатой гелием на смесь, богатую азотом, следует тщательно планировать либо глубоко (с учетом азотного наркоза), либо неглубоко, чтобы избежать периода максимального перенасыщения в результате декомпрессии. Также следует переключать во время дыхания максимальное парциальное давление вдыхаемого кислорода, которое можно безопасно переносить с учетом кислородного отравления. ^[40]

Декомпрессионная болезнь [ править ]

Сосудистые пузыри, образующиеся в системных капиллярах, могут задерживаться в капиллярах легких, временно блокируя их. Если это серьезно, может возникнуть симптом, называемый «удушье». ^[33] Если у дайвера есть открытое овальное отверстие (или шунтв малом круге кровообращения) пузырьки могут проходить через него и обходить малый круг кровообращения, попадая в артериальную кровь. Если эти пузырьки не абсорбируются артериальной плазмой и не оседают в системных капиллярах, они блокируют поток насыщенной кислородом крови к тканям, снабжаемым этими капиллярами, и эти ткани будут испытывать недостаток кислорода. Мун и Киссло (1988) пришли к выводу, что «данные свидетельствуют о том, что риск серьезного неврологического DCI или раннего начала DCI увеличивается у дайверов с шунтом справа налево в состоянии покоя через PFO. В настоящее время нет доказательств того, что PFO относится к легким или поздним изгибам ». ^[41]

Пузыри образуются в других тканях, а также в кровеносных сосудах. ^[33] Инертный газ может диффундировать в пузырьковые ядра между тканями. В этом случае пузырьки могут деформироваться и навсегда повредить ткань. По мере роста пузырьки могут сдавливать нервы, вызывая боль. ^{[34] [42]}

Внесосудистые или аутохтонные ^[а] пузыри обычно образуются в медленных тканях, таких как суставы, сухожилия и оболочки мышц. Прямое расширение вызывает повреждение тканей с высвобождением гистаминов и связанными с ними эффектами. Биохимическое повреждение может быть столь же важным или более важным, чем механическое воздействие. ^{[34] [33] [43]}

Обмен растворенными газами между кровью и тканями контролируется перфузией и, в меньшей степени, диффузией, особенно в гетерогенных тканях. Распределение кровотока в тканях варьируется и подвержено различным воздействиям. Когда поток локально высокий, в этой области преобладает перфузия и диффузия, когда поток низкий. Распределение потока контролируется средним артериальным давлением и местным сосудистым сопротивлением, а артериальное давление зависит от сердечного выброса и общего сосудистого сопротивления. Основное сосудистое сопротивление контролируется симпатической нервной системой, а метаболиты, температура, местные и системные гормоны имеют вторичные и часто локализованные эффекты, которые могут значительно варьироваться в зависимости от обстоятельств.Периферическое сужение сосудов в холодной воде снижает общую потерю тепла без увеличения потребления кислорода до тех пор, пока не начнется дрожь, после чего потребление кислорода возрастет, хотя сужение сосудов может сохраняться.^[33]

Состав дыхательного газа во время воздействия давления и декомпрессии имеет важное значение для поглощения и удаления инертного газа для данного профиля воздействия давления. Газовые смеси для дыхания для дайвинга обычно содержат азот, отличающийся от газовой фракции воздуха. Парциальное давление каждого компонента газа будет отличаться от давления азота в воздухе на любой заданной глубине, а поглощение и удаление каждого компонента инертного газа пропорционально фактическому парциальному давлению с течением времени. Двумя основными причинами использования смешанных газов для дыхания являются снижение парциального давления азота путем разбавления кислородом для приготовления смесей Nitrox , в первую очередь для снижения скорости поглощения азота при воздействии давления, и замещение гелия (а иногда и других газов) для азота, чтобы уменьшитьнаркотические эффекты при воздействии высокого парциального давления. В зависимости от соотношения гелия и азота эти газы называются Heliox , если нет азота, или Trimix , если есть азот и гелий вместе с основным кислородом. ^{[44] [45]} Инертные газы, используемые в качестве заменителей азота, обладают различными характеристиками растворимости и диффузии в живых тканях по сравнению с азотом, который они замещают. Например, наиболее распространенным заменителем азота в качестве разбавителя инертного газа является гелий, который значительно менее растворим в живых тканях ^[46], но также быстрее диффундирует из-за относительно небольшого размера и массы атома He по сравнению с атомом N 2.молекула. ^[47]

На приток крови к коже и жиру влияет температура кожи и ядра, а перфузия мышц в состоянии покоя контролируется температурой самой мышцы. Во время упражнений повышенный приток к работающим мышцам часто уравновешивается уменьшенным притоком к другим тканям, таким как почки, селезенка и печень. ^[33] Приток крови к мышцам также ниже в холодной воде, но упражнения сохраняют мышцы в тепле и увеличивают кровоток, даже когда кожа холодная. Приток крови к жиру обычно увеличивается во время упражнений, но это замедляется погружением в холодную воду. Адаптация к холоду уменьшает сильное сужение сосудов, которое обычно возникает при погружении в холодную воду. ^[33]Вариации распределения перфузии не обязательно влияют на обмен инертного газа в дыхательных путях, хотя некоторое количество газа может быть локально захвачено из-за изменений перфузии. Отдых в холодной окружающей среде снижает обмен инертного газа с кожей, жиром и мышцами, тогда как упражнения увеличивают газообмен. Упражнения во время декомпрессии могут сократить время и риск декомпрессии при отсутствии пузырьков, но могут увеличить риск при наличии пузырьков. ^[33] Обмен инертного газа наименее благоприятен для дайвера, который в тепле и тренируется на глубине во время фазы поглощения, а также отдыхает и замерз во время декомпрессии. ^[33]

Другие факторы, которые могут повлиять на риск декомпрессии, включают концентрацию кислорода, уровень углекислого газа, положение тела, сосудорасширяющие и сужающие средства, дыхание с положительным или отрицательным давлением. ^[33] и обезвоживание (объем крови). ^[48] Индивидуальная предрасположенность к декомпрессионной болезни включает компоненты, которые можно отнести к определенной причине, и компоненты, которые кажутся случайными. Случайный компонент делает последовательные декомпрессии плохим тестом на восприимчивость. ^[33] Ожирение и высокий уровень липидов в сыворотке были названы некоторыми исследованиями факторами риска, и риск, по-видимому, увеличивается с возрастом. ^[49]Другое исследование также показало, что пожилые люди склонны пузыриться больше, чем молодые, по неизвестным пока причинам, но не было выявлено никаких тенденций между массой тела, телесным жиром или полом и пузырями, а также вопрос о том, почему некоторые люди с большей вероятностью образуют пузыри. чем другие остается неясным. ^[50]

Концепции модели декомпрессии [ править ]

Для моделирования декомпрессии использовались две довольно разные концепции. Первый предполагает, что растворенный газ удаляется, находясь в растворенной фазе, и что пузырьки не образуются во время бессимптомной декомпрессии. Второе, которое подтверждается экспериментальными наблюдениями, предполагает, что пузырьки образуются во время большинства бессимптомных декомпрессий и что при удалении газа должны учитываться как растворенные, так и пузырьковые фазы. ^[32]

Ранние модели декомпрессии, как правило, использовали модели растворенной фазы и корректировали их более или менее произвольными факторами, чтобы снизить риск симптоматического образования пузырей. Модели растворенной фазы делятся на две основные группы. Модели с параллельными отсеками, в которых несколько отсеков с различными скоростями абсорбции газа (полупериод) считаются существующими независимо друг от друга, а ограничивающее условие контролируется отсеком, который показывает наихудший случай для конкретного профиля воздействия. Эти отсеки представляют концептуальные ткани и не предназначены для представления конкретных органических тканей, а просто для представления диапазона возможностей для органических тканей. Вторая группа использует последовательные отсеки, где предполагается, что газ диффундирует через одно отсек, прежде чем достигнет следующего. ^[51]Недавняя модификация серийной модели отсека - модель взаимосвязанного отсека Goldman (ICM). ^[52]

Более поздние модели пытаются моделировать динамику пузырей, в том числе упрощенными моделями, чтобы облегчить вычисление таблиц, а затем сделать прогнозы в реальном времени во время погружения. Модели, используемые для аппроксимации динамики пузырьков, разнообразны и варьируются от тех, которые не намного сложнее, чем модели растворенной фазы, до моделей, требующих значительно большей вычислительной мощности. ^[53]

Ни одна из моделей декомпрессии не может быть показана как точное представление физиологических процессов, хотя были предложены интерпретации математических моделей, которые соответствуют различным гипотезам. Все они являются приближениями, которые в большей или меньшей степени предсказывают реальность и являются приемлемо надежными только в рамках калибровки по собранным экспериментальным данным. ^[54]

Область применения [ править ]

Идеальный профиль декомпрессии создает максимально возможный градиент для удаления инертного газа из ткани, не вызывая образования пузырьков ^[55], а модели декомпрессии растворенной фазы основаны на предположении, что образования пузырьков можно избежать. Однако неясно, возможно ли это на практике: некоторые модели декомпрессии предполагают, что стабильные пузырьковые микроядра существуют всегда. ^[30] В моделях пузырьков предполагается, что пузырьки будут, но есть допустимый общий объем газовой фазы ^[30] или допустимый размер пузырьков газа, ^[56] и ограничить максимальный градиент, чтобы учесть эти допуски. ^{[30] [56]}

В идеале декомпрессионные модели должны точно прогнозировать риск во всем диапазоне воздействия от коротких погружений в пределах безостановочных ограничений, декомпрессионных погружений с отскоком во всем диапазоне практического применения, включая погружения с экстремальным воздействием и повторяющиеся погружения, альтернативные газы для дыхания, включая газовые переключатели и постоянное PO ₂ , вариации профиля погружения и погружения с насыщением. Обычно это не так, и большинство моделей ограничены частью возможного диапазона глубин и времен. Они также ограничены определенным диапазоном дыхательных газов, а иногда и воздухом. ^[57]

Фундаментальная проблема при разработке декомпрессионных таблиц заключается в том, что упрощенные правила, регулирующие одно погружение и всплытие, не применяются, когда некоторые тканевые пузыри уже существуют, поскольку они задерживают удаление инертного газа, а эквивалентная декомпрессия может привести к декомпрессионной болезни. ^[57] Многократные погружения, несколько подъемов в рамках одного погружения и процедуры поверхностной декомпрессии являются значительными факторами риска ДКБ. ^[55] Они были приписаны развитию относительно большого объема газовой фазы, который может частично переноситься на последующие погружения или окончательное восхождение по пилообразному профилю. ^[6]

Функция моделей декомпрессии изменилась с появлением допплеровских ультразвуковых детекторов пузырьков и больше не просто ограничивает симптоматическое возникновение декомпрессионной болезни, но также ограничивает бессимптомные пузыри венозного газа после погружения. ^[25] Ряд эмпирических модификаций моделей растворенной фазы был внесен после идентификации венозных пузырьков с помощью допплеровского измерения у бессимптомных дайверов вскоре после всплытия. ^[58]

Комплексы тканей [ править ]

Одна из попыток решения заключалась в разработке моделей из нескольких тканей, которые предполагали, что разные части тела поглощают и выводят газ с разной скоростью. Это гипотетические ткани, которые обозначены как быстрые и медленные, чтобы описать скорость насыщения. Каждая ткань или компартмент имеют различный период полураспада. Для насыщения реальных тканей также потребуется больше или меньше времени, но для получения полезного результата моделям не нужно использовать фактические значения тканей. Для создания декомпрессионных таблиц использовались модели, содержащие от одного до 16 тканевых отсеков ^[59] , а в подводных компьютерах использовалось до 20 отсеков. ^[60]

Например: ткани с высоким содержанием липидов могут поглощать большее количество азота, но часто имеют плохое кровоснабжение. Для достижения равновесия потребуется больше времени, и они описываются как медленные по сравнению с тканями с хорошим кровоснабжением и меньшей способностью к растворенному газу, которые описываются как быстрые.

Быстрые ткани относительно быстро поглощают газ, но обычно быстро выделяют его во время всплытия. Быстрая ткань может стать насыщенной в ходе обычного спортивного погружения, в то время как медленная ткань может поглотить только небольшую часть своей потенциальной газовой емкости. Рассчитывая уровни в каждом отсеке отдельно, исследователи могут создавать более эффективные алгоритмы. Кроме того, каждый отсек может выдерживать большее или меньшее перенасыщение, чем другие. Окончательная форма представляет собой сложную модель, но она позволяет создавать алгоритмы и таблицы, подходящие для самых разных погружений. Типичный подводный компьютер имеет модель ткани 8–12 с периодом полувыведения от 5 до 400 минут. ^[60] таблица Бюльманаиспользуйте алгоритм с 16 тканями с периодом полувыведения от 4 до 640 минут. ^[59]

Можно предположить, что ткани расположены последовательно, где растворенный газ должен диффундировать через одну ткань, чтобы достичь следующей, которая имеет разные свойства растворимости, параллельно, где диффузия в каждую ткань и из нее считается независимой от других, и как комбинации последовательных и параллельных тканей, что становится сложным в вычислительном отношении. ^[52]

Модель проникновения [ править ]

Половина времени ткани - это время, которое требуется ткани, чтобы принять или высвободить 50% разницы в емкости растворенного газа при измененном парциальном давлении. В течение каждого последовательного полупериода ткань будет снова принимать или освобождать половину совокупной разницы в последовательности ½,, 7/8, 15/16, 31/32, 63/64 и т. Д. ^[19] Диапазон половинного времени отделения ткани от 1 минуты до не менее 720 минут. ^[61] Определенный тканевый отсек будет иметь разное время полувыведения для газов с разной растворимостью и скоростью диффузии. Ингекция обычно моделируется как следующее простое обратное экспоненциальное уравнение, где предполагается насыщение после приблизительно четырех (93,75%) до шести (98,44%) полупериодов в зависимости от модели декомпрессии. ^{[18] [62] [63]}Эта модель может неадекватно описывать динамику дегазации, если присутствуют пузырьки газовой фазы. ^{[64] [65]}

Модели дегазации [ править ]

Для оптимальной декомпрессии движущая сила десатурации тканей должна быть максимальной, при условии, что это не вызывает симптоматического повреждения ткани из-за образования и роста пузырей (симптоматическая декомпрессионная болезнь) или не создает условия, при которых диффузия замедляется по любой причине. ^[66]

Есть два принципиально разных подхода к этому. Первый основан на предположении, что существует уровень перенасыщения, который не вызывает симптоматического образования пузырей, и основан на эмпирических наблюдениях максимальной скорости декомпрессии, которая не приводит к неприемлемой частоте симптомов. Этот подход направлен на максимальное увеличение градиента концентрации при отсутствии симптомов и обычно использует слегка модифицированную экспоненциальную модель полупериода. Второй предполагает, что пузырьки образуются на любом уровне перенасыщения, когда общее давление газа в ткани больше, чем давление окружающей среды, и что газ в пузырьках удаляется медленнее, чем растворенный газ. ^[63]Эти принципы приводят к различным характеристикам профилей декомпрессии, полученных для двух моделей: подход критического пересыщения дает относительно быстрые начальные подъемы, которые максимизируют градиент концентрации, и длинные мелкие остановки, в то время как модели пузырьков требуют более медленных подъемов с более глубокими первыми остановками, но могут иметь более короткие пологие остановки. В этом подходе используются самые разные модели. ^{[63] [67] [68] [66] [69]}

Подход критического перенасыщения [ править ]

Дж. С. Холдейн первоначально использовал для декомпрессии отношение критических давлений 2: 1, исходя из того принципа, что насыщение тела ни в коем случае не должно превышать давление воздуха примерно в два раза. ^[70] Этот принцип применялся как отношение давлений к общему давлению окружающей среды и не учитывал парциальные давления составляющих газов воздуха для дыхания. Его экспериментальная работа на козах и наблюдения за водолазами, похоже, подтверждают это предположение. Однако со временем было обнаружено, что это несовместимо с частотой возникновения декомпрессионной болезни, и в первоначальные предположения были внесены изменения. Позднее это было изменено на соотношение парциальных давлений азота 1,58: 1. ^[71]

Дальнейшие исследования, проведенные такими людьми, как Роберт Уоркман, показали, что критерием было не соотношение давлений, а фактические перепады давлений. Применительно к работе Холдейна это предполагает, что предел определяется не соотношением 1,58: 1, а, скорее, критической разницей в 0,58 атмосферы между давлением ткани и давлением окружающей среды. Большинство таблиц сегодня, включая таблицы Бюльмана, основаны на модели критических различий. ^[72]

При заданном давлении окружающей среды значение M представляет собой максимальное значение абсолютного давления инертного газа, которое может выдержать тканевый отсек без появления симптомов декомпрессионной болезни. M-значения представляют собой пределы допустимого градиента между давлением инертного газа и давлением окружающей среды в каждом отсеке. Альтернативная терминология для M-значений включает «пределы перенасыщения», «пределы допустимого избыточного давления» и «критические напряжения». ^{[67] [73]}

Факторы градиента - это способ изменения значения M на более консервативное значение для использования в алгоритме декомпрессии. Коэффициент градиента - это процент от M-значения, выбранного разработчиком алгоритма, и он линейно изменяется между максимальной глубиной конкретного погружения и поверхностью. Они обозначаются двумя цифрами, где первое число - это процент от глубокого M-значения, а второе - от поверхностного M-значения. ^[68] Коэффициенты градиента применяются ко всем тканевым компартментам одинаково и дают значение M, которое линейно изменяется пропорционально атмосферному давлению. ^[68]

Например: коэффициент градиента 30/85 ограничит допустимое перенасыщение на глубине до 30% от проектного максимума и до 85% на поверхности.

Фактически пользователь выбирает более низкое максимальное перенасыщение, чем разработчик считает целесообразным. Использование коэффициентов градиента увеличит время декомпрессии, особенно в глубинной зоне, где значение M уменьшается больше всего. Коэффициенты градиента могут использоваться для принудительной остановки более глубоких остановок в модели, которая в противном случае имела бы тенденцию к созданию относительно неглубоких остановок, за счет использования коэффициента градиента с небольшим первым числом. ^[68]

Модель переменного градиента регулирует коэффициенты градиента, чтобы соответствовать профилю глубины, исходя из предположения, что регулировка прямой линии с использованием одного и того же коэффициента на глубоком M-значении независимо от фактической глубины менее целесообразна, чем использование M-значения, связанного с фактической глубиной. . (мелкое значение M связано с фактической глубиной нуля в обоих случаях) ^[74]

Подход без перенасыщения [ править ]

Согласно термодинамической модели из Хью LeMessurier и Брайана Эндрю Хиллз , это условие оптимальной движущей силы для дегазации удовлетворяются , когда атмосферное давление является лишь достаточным , чтобы предотвратить разделение фаз (образование пузырьков). ^[69]

Принципиальное отличие этого подхода состоит в том, что абсолютное давление окружающей среды приравнивается к сумме парциальных напряжений газа в ткани для каждого газа после декомпрессии в качестве предельной точки, за которой ожидается образование пузырьков. ^[69]

Модель предполагает, что естественная ненасыщенность тканей из-за метаболического снижения парциального давления кислорода обеспечивает буфер против образования пузырьков, и что ткань может быть безопасно декомпрессирована при условии, что снижение давления окружающей среды не превышает этого значения ненасыщенности. Очевидно, что любой метод, который увеличивает ненасыщенность, позволит ускорить декомпрессию, поскольку градиент концентрации будет больше без риска образования пузырьков. ^[69]

Естественная ненасыщенность увеличивается с глубиной, поэтому на большей глубине возможен больший перепад давления окружающей среды, который уменьшается по мере всплытия водолаза. Эта модель приводит к более медленным скоростям подъема и более глубоким первым остановкам, но более коротким остановкам на мелководье, поскольку необходимо удалить меньше газа пузырьковой фазы. ^[69]

Подход критического объема [ править ]

Критерий критического объема предполагает, что всякий раз, когда общий объем газовой фазы, накопленной в тканях, превышает критическое значение, появляются признаки или симптомы ДКБ. Это предположение подтверждается исследованиями по обнаружению доплеровских пузырей. Последствия этого подхода сильно зависят от используемой модели образования и роста пузырьков, в первую очередь от того, можно ли практически избежать образования пузырьков во время декомпрессии. ^[32]

Этот подход используется в моделях декомпрессии, которые предполагают, что во время практических профилей декомпрессии будет рост стабильных микроскопических зародышей пузырьков, которые всегда существуют в водных средах, включая живые ткани. ^[66]

Эффективная декомпрессия минимизирует общее время всплытия, ограничивая общее скопление пузырьков до приемлемого несимптоматического критического значения. Физика и физиология роста и удаления пузырьков показывают, что более эффективно удалять пузырьки, когда они очень маленькие. Модели, которые включают пузырьковую фазу, создали профили декомпрессии с более медленным подъемом и более глубокими начальными декомпрессионными остановками как способ ограничения роста пузырьков и облегчения раннего устранения, по сравнению с моделями, которые рассматривают только растворенную фазу газа. ^[75]

Остаточный инертный газ [ править ]

Экспериментально показано, что образование пузырьков газа значительно препятствует удалению инертного газа. ^{[16] [76]} После всплытия дайвера в тканях остается значительное количество инертного газа, даже если симптомы декомпрессионной болезни не проявляются. Этот остаточный газ может быть растворен или в форме субклинических пузырьков и будет продолжать выделяться, пока дайвер остается на поверхности. Если выполняется повторное погружение, ткани предварительно нагружаются этим остаточным газом, что ускоряет их насыщение. ^{[77] [78]}

При повторных погружениях более медленные ткани могут накапливать газ день за днем, если между погружениями недостаточно времени для его удаления. Это может быть проблемой для многодневных погружений. Множественные декомпрессии в день в течение нескольких дней могут увеличить риск декомпрессионной болезни из-за образования бессимптомных пузырьков, которые снижают скорость выделения газов и не учитываются в большинстве алгоритмов декомпрессии. ^[79] Следовательно, некоторые организации по обучению дайверов дают дополнительные рекомендации, такие как «седьмой выходной». ^[80]

Модели декомпрессии на практике [ править ]

Детерминированные модели [ править ]

Детерминированные модели декомпрессии - это основанный на правилах подход к расчету декомпрессии. ^[81] Эти модели основаны на идее, что «чрезмерное» перенасыщение в различных тканях «небезопасно» (приводит к декомпрессионной болезни ). Модели обычно содержат несколько правил, зависящих от глубины и ткани, основанных на математических моделях идеализированных тканевых компартментов. Не существует объективного математического способа оценки правил или общего риска, кроме сравнения с результатами эмпирических тестов. Модели сравниваются с экспериментальными результатами и отчетами с мест, а правила пересматриваются на основе качественной оценки.и подгонка кривой, чтобы пересмотренная модель более точно предсказывала наблюдаемую реальность, а затем проводятся дальнейшие наблюдения для оценки надежности модели при экстраполяции в ранее непроверенные диапазоны. О полезности модели судят по ее точности и надежности в прогнозировании возникновения симптоматической декомпрессионной болезни и бессимптомных венозных пузырей во время всплытия. ^[81]

Можно разумно предположить, что в действительности происходит как перфузионный транспорт посредством кровообращения, так и диффузионный транспорт в тканях, где кровоток слабый или отсутствует. Проблема с попытками одновременного моделирования перфузии и диффузии заключается в том, что существует большое количество переменных из-за взаимодействий между всеми тканевыми компартментами, и проблема становится неразрешимой. Один из способов упростить моделирование переноса газа в ткани и из них - сделать предположения об ограничивающем механизме транспорта растворенного газа к тканям, которые контролируют декомпрессию. Если предположить, что перфузия или диффузия имеет доминирующее влияние, а другим можно пренебречь, можно значительно сократить количество переменных. ^[66]

Ткани с ограниченной перфузией и параллельные модели тканей [ править ]

Предположение о том, что перфузия является ограничивающим механизмом, приводит к модели, включающей группу тканей с различной скоростью перфузии, но снабжаемых кровью примерно с эквивалентной концентрацией газа. Также предполагается, что нет передачи газа между отделениями ткани за счет диффузии. Это приводит к параллельному набору независимых тканей, каждая со своей скоростью поступления и выделения газа, зависящей от скорости кровотока через ткань. Поглощение газа каждой тканью обычно моделируется как экспоненциальная функция с фиксированным периодом полувыведения, а выведение газа также может моделироваться экспоненциальной функцией с таким же или более длительным периодом полувыведения или как более сложная функция, например в экспоненциально-линейной модели исключения. ^[77]

Гипотеза критического отношения предсказывает, что образование пузырей будет происходить в ткани, когда отношение парциального давления растворенного газа к окружающему давлению превышает определенное соотношение для данной ткани. Отношение может быть одинаковым для всех отделов ткани или может меняться, и каждому отделу назначается определенный критический коэффициент перенасыщения, основанный на экспериментальных наблюдениях. ^[18]

Джон Скотт Холдейн представил концепцию половинного времени для моделирования поглощения и выброса азота в кровь. Он предложил 5 отделений ткани с полупериодами 5, 10, 20, 40 и 75 минут. ^[18] В этой ранней гипотезе было предсказано, что если скорость всплытия не позволяет парциальному давлению инертного газа в каждой из гипотетических тканей превышать давление окружающей среды более чем на 2: 1, пузырьки не образуются. ^[70]В основном это означало, что можно было подняться с 30 м (4 бара) до 10 м (2 бара) или с 10 м (2 бара) на поверхность (1 бар) в насыщенном состоянии без проблем с декомпрессией. Чтобы гарантировать это, в графики восхождения было включено несколько декомпрессионных остановок. Скорость всплытия и самая быстрая ткань в модели определяют время и глубину первой остановки. После этого более медленные ткани определяют, когда можно безопасно подниматься дальше. ^[70] Это соотношение 2: 1 оказалось слишком консервативным для быстрых тканей (короткие погружения) и недостаточно консервативным для медленных тканей (длительные погружения). Соотношение также, казалось, менялось с глубиной. ^[82]Подход Холдейна к моделированию декомпрессии использовался с 1908 по 1960-е годы с небольшими изменениями, в первую очередь изменением количества используемых отсеков и половинного времени. Таблицы ВМС США 1937 года были основаны на исследованиях О. Д. Ярбро и использовали 3 отсека: 5- и 10-минутные отсеки были сброшены. В 1950-х годах таблицы были пересмотрены и восстановлены 5- и 10-минутные отсеки, а также добавлены 120-минутные отсеки. ^[83]

В 1960-е годы Роберт Д. Уоркман из экспериментального водолазного подразделения ВМС США.(NEDU) рассмотрел основу модели и последующие исследования, проведенные ВМС США. Таблицы, основанные на работе Холдейна и последующих уточнениях, по-прежнему не подходили для более длительных и глубоких погружений. Уоркман предположил, что допустимое изменение давления лучше описать как критическую разницу давления, и пересмотрел модель Холдейна, чтобы позволить каждому тканевому отделу выдерживать разную степень перенасыщения, которая меняется с глубиной. Он ввел термин «М-значение», чтобы указать максимальное количество пересыщения, которое каждое отделение может выдержать на заданной глубине, и добавил три дополнительных отделения с периодом полураспада 160, 200 и 240 минут.Уоркман представил свои результаты в виде уравнения, которое можно использовать для расчета результатов для любой глубины, и заявил, что линейная проекция M-значений будет полезна для компьютерного программирования.^[83]

Большая часть исследований Альберта А. Бюльмана заключалась в определении самых длинных отсеков полупериода для азота и гелия, и он увеличил количество отсеков до 16. Он исследовал последствия декомпрессии после погружения на высоте и опубликовал декомпрессионные таблицы, которые могут использоваться на разных высотах. Бюльманн использовал метод расчета декомпрессии, аналогичный предложенному Уоркманом, который включал M-значения, выражающие линейную зависимость между максимальным давлением инертного газа в тканевых компартментах и ​​давлением окружающей среды, но на основе абсолютного давления, что облегчало их адаптацию к высоте. дайвинг. ^[84]Алгоритм Бюльмана использовался для создания стандартных декомпрессионных таблиц для ряда ассоциаций спортивного дайвинга и используется в нескольких персональных декомпрессионных компьютерах, иногда в модифицированной форме. ^[84]

BA Hills и DH LeMessurier изучили эмпирическую практику декомпрессии окинавских ныряльщиков за жемчугом в Торресовом проливе и заметили, что они делали более глубокие остановки, но сокращали общее время декомпрессии по сравнению с обычно используемыми таблицами того времени. Их анализ убедительно показал, что присутствие пузырьков ограничивает скорость выведения газа, и подчеркнул важность естественной ненасыщенности тканей из-за метаболической обработки кислорода. Это стало известно как термодинамическая модель. ^[69] Совсем недавно технические дайверы-любители разработали процедуры декомпрессии с использованием более глубоких остановок, чем требуется используемыми декомпрессионными таблицами. Это привело к появлению пузырьковых моделей RGBM и VPM. ^[85]Изначально глубокая остановка была дополнительной остановкой, которую дайверы вводили во время всплытия, на большей глубине, чем самая глубокая остановка, требуемая их компьютерным алгоритмом. Существуют также компьютерные алгоритмы, которые, как утверждается, используют глубокие остановки, но эти алгоритмы и практика глубоких остановок не прошли надлежащую проверку. ^[86]

« Пайл-стоп » - это остановка на глубине, названная в честь Ричарда Пайла , одного из первых сторонников глубоких остановок ^[87], на глубине на полпути между дном и первой традиционной декомпрессионной остановкой и на полпути между предыдущей остановкой Пайла и самой глубокой традиционной остановкой. при условии, что обычная остановка меньше глубины более 9 м. Остановка в Пиле длится около 2 минут. Дополнительное время всплытия, необходимое для остановок Pyle, включается в профиль погружения до завершения графика декомпрессии. ^[88] Пайл обнаружил, что во время погружений, когда он периодически останавливался, чтобы выпустить воздух из плавательных пузырей своих особей рыб, он чувствовал себя лучше после погружения, и основал процедуру глубокой остановки на глубине и продолжительности этих пауз. ^[86]Гипотеза состоит в том, что эти ограничители дают возможность удалить газ, пока он еще растворен, или, по крайней мере, пока пузырьки все еще достаточно малы, чтобы их можно было легко удалить, и в результате будет значительно меньше или меньше венозных пузырьков, которые нужно устранить на более мелких. останавливается, как предсказывает термодинамическая модель Холмов. ^[89]

Например, дайвер поднимается с максимальной глубины 60 метров (200 футов), где окружающее давление составляет 7 бар (100 фунтов на квадратный дюйм), до декомпрессионной остановки на глубине 20 метров (66 футов), где давление составляет 3 бара (40 фунтов на квадратный дюйм). фунтов на квадратный дюйм). Первая остановка Pyle будет происходить при среднем давлении, которое составляет 5 бар (70 фунтов на квадратный дюйм), что соответствует глубине 40 метров (130 футов). Вторая остановка Pyle будет на 30 метрах (98 футов). Третья будет на расстоянии 25 метров (82 фута), что менее чем на 9 метров (30 футов) ниже первой необходимой остановки, и поэтому не указывается. ^{[88] [90]}

Ценность и безопасность глубоких остановок в дополнение к расписанию декомпрессии, полученному из алгоритма декомпрессии, неясны. Эксперты по декомпрессии указали, что глубокие остановки, скорее всего, будут сделаны на глубинах, где втягивание продолжается для некоторых медленных тканей, и что добавление любых глубоких остановок должно быть включено в гипербарическое воздействие, для которого рассчитывается график декомпрессии, а не добавлен позже, чтобы можно было учесть такое поглощение более медленных тканей. ^[86] Глубоководные остановки, выполняемые во время погружения, когда декомпрессия рассчитывается в реальном времени, являются просто частью многоуровневого погружения на компьютере и не добавляют никакого риска сверх того, что заложено в алгоритме.

Существует предел того, насколько глубокой может быть «глубокая остановка». Должен происходить некоторый отвод газа, а продолжение отвода газа должно быть сведено к минимуму для приемлемо эффективной декомпрессии. «Самая глубокая возможная декомпрессионная остановка» для данного профиля может быть определена как глубина, на которой газовая нагрузка для ведущего отсека пересекает линию окружающего давления. Это не полезная глубина остановки - некоторое превышение концентрации газа в тканях необходимо для обеспечения диффузии выделения газа, однако эта глубина является полезным индикатором начала зоны декомпрессии, в которой скорость всплытия является частью запланированной декомпрессии. ^[91]

Исследование, проведенное DAN в 2004 году, показало, что вероятность появления высококлассных пузырьков можно снизить до нуля, если концентрация азота в наиболее насыщенных тканях будет ниже 80 процентов от допустимого значения M, а добавление глубокой остановки было простым и практичным. способ сделать это, сохранив при этом исходную скорость подъема. ^[85]

Ткани с ограничением диффузии и "тканевые плиты", и модели серии [ править ]

Предположение, что диффузия является ограничивающим механизмом транспорта растворенного газа в тканях, приводит к совершенно иной модели тканевого компартмента. В этом случае постулируется ряд отсеков с перфузионным переносом в один отсек и диффузией между отсеками, которые для простоты расположены последовательно, так что для обобщенного отсека диффузия осуществляется только в два смежных отсека и из них. противоположные стороны, и предельные случаи - это первый отсек, где газ подается и удаляется посредством перфузии, и конец линии, где есть только один соседний отсек. ^[84] Самая простая серийная модель - это один отсек, который может быть в дальнейшем уменьшен до одномерной модели «тканевой плиты». ^[84]

Пузырьковые модели [ править ]

Модели пузырьковой декомпрессии - это основанный на правилах подход к расчету декомпрессии, основанный на идее о том, что микроскопические пузырьковые ядра всегда существуют в воде и тканях, содержащих воду, и что, прогнозируя и контролируя рост пузырьков, можно избежать декомпрессионной болезни. Большинство моделей пузырьков предполагают, что пузырьки образуются во время декомпрессии и что происходит удаление газов из смешанной фазы, что происходит медленнее, чем удаление растворенной фазы. Пузырьковые модели, как правило, имеют более глубокие первые остановки, чтобы избавиться от большего количества растворенного газа при более низком пересыщении, чтобы уменьшить общий объем пузырьковой фазы и потенциально сократить время, необходимое на меньшей глубине для устранения пузырьков. ^{[30] [56] [89]}

Модели декомпрессии, которые предполагают удаление газов из смешанной фазы, включают:

• Модель декомпрессии артериального пузыря, разработанная французскими таблицами «Tables du Ministère du Travail» 1992 г. ^[56]
• Экспоненциально-линейный алгоритм ВМС США (Thalmann), используемый для таблиц декомпрессии воздуха ВМС США 2008 г. (среди прочих) ^[84]
• Комбинированная перфузионно-диффузионная модель столов BSAC'88 от Hennessy
• Модель переменной проницаемости (VPM), разработанная DE Yount и другими в Гавайском университете ^[30]
• Модель пузырьков с уменьшенным градиентом (RGBM), разработанная Брюсом Винке из Национальной лаборатории Лос-Аламоса ^[89]

Вероятностные модели [ править ]

Вероятностные модели декомпрессии предназначены для расчета риска (или вероятности) возникновения декомпрессионной болезни (ДКБ) в заданном профиле декомпрессии. ^[81] Эти модели могут изменять глубину и время декомпрессионных остановок, чтобы прийти к окончательному графику декомпрессии, который предполагает заданную вероятность возникновения DCS. Модель делает это, сводя к минимуму общее время декомпрессии. Этот процесс также может работать в обратном порядке, позволяя вычислить вероятность DCS для любого расписания декомпрессии.

Модель взаимосвязанного отсека Goldman [ править ]

В отличие от независимых параллельных отсеков моделей Холдана, в которых все отсеки считаются несущими риск, модель Голдмана постулирует относительно хорошо перфузируемый «активный» или «несущий риск» отсек последовательно с соседним относительно плохо перфузируемым «резервуаром» или «буферные» отсеки, которые не считаются потенциальными местами для образования пузырьков, но влияют на вероятность образования пузырьков в активном отсеке за счет диффузионного обмена инертного газа с активным отсеком. ^{[52] [92]}Во время сжатия газ диффундирует в активный отсек и через него в буферные отсеки, увеличивая общее количество растворенного газа, проходящего через активный отсек. Во время декомпрессии этот буферный газ должен снова пройти через активный отсек, прежде чем его можно будет удалить. Если газовая нагрузка буферных отсеков мала, диффузия добавленного газа через активный отсек будет медленной. ^[92] Взаимосвязанные модели предсказывают снижение скорости вымывания газа со временем во время декомпрессии по сравнению со скоростью, предсказанной для модели независимых параллельных отсеков, используемой для сравнения. ^[52]

Модель Голдмана отличается от модели декомпрессии серии Кидда-Стаббса тем, что модель Голдмана предполагает линейную кинетику, где модель КС включает квадратичный компонент, а модель Голдмана рассматривает только центральный отсек с хорошей перфузией, чтобы явно способствовать риску, в то время как модель Голдмана учитывает только центральный отсек с хорошей перфузией. Модель KS предполагает, что все отсеки несут потенциальный риск. Модель DCIEM 1983 связывает риск с двумя крайними отсеками из четырех отсеков. ^[52]Голдман утверждает, что математическая модель, основанная на этой концепции, не только соответствует данным квадратного профиля ВМФ, используемым для калибровки, но и относительно точно предсказывает риск для профилей насыщения. Пузырьковая версия модели ICM существенно не отличалась в прогнозах и была отвергнута как более сложная без значительных преимуществ. ICM также более точно предсказал заболеваемость декомпрессионной болезнью при низком риске рекреационного дайвинга, зарегистрированном в наборе данных DAN Project Dive Exploration. Альтернативными моделями, использованными в этом исследовании, были LE1 (линейно-экспоненциальная) и прямая модели Холдейна. ^[92] Модель Голдмана предсказывает значительное снижение риска после остановки безопасности при погружении с низким уровнем риска ^[93]и значительное снижение риска при использовании найтрокса (в большей степени, чем указано в таблицах PADI). ^[94]

Декомпрессия насыщения [ править ]

Декомпрессия насыщения - это физиологический процесс перехода от устойчивого состояния полного насыщения инертным газом при повышенном давлении к стандартным условиям при нормальном атмосферном давлении на поверхности. Это длительный процесс, во время которого инертные газы удаляются с очень низкой скоростью, ограничиваемой наиболее медленно пораженными тканями, и отклонение может вызвать образование пузырьков газа, которые могут вызвать декомпрессионную болезнь. Большинство рабочих процедур основаны на экспериментально полученных параметрах, описывающих непрерывную медленную декомпрессию, которая может зависеть от глубины и газовой смеси. ^[95]

При погружении с насыщением все ткани считаются насыщенными, и декомпрессия, безопасная для самых медленных тканей, теоретически будет безопасна для всех более быстрых тканей в параллельной модели. При прямом подъеме от насыщения воздухом на уровне примерно 7 м.ст. образуются пузырьки венозного газа, но нет симптомов ДКБ. Для более глубоких воздействий насыщения требуются графики декомпрессии до насыщения. ^[96]

Безопасная скорость декомпрессии после погружения с насыщением контролируется парциальным давлением кислорода во вдыхаемом дыхательном газе. ^[97] Собственная ненасыщенность из-за кислородного окна позволяет относительно быструю начальную фазу декомпрессии насыщения пропорционально парциальному давлению кислорода, а затем контролирует скорость дальнейшей декомпрессии, ограниченную полупериодом удаления инертного газа из самого медленного отсека. ^[98] Однако некоторые расписания декомпрессии с насыщением специально не позволяют начинать декомпрессию с подъема. ^[99]Ни экскурсии, ни процедуры декомпрессии, используемые в настоящее время (2016 г.), не вызывают проблем с декомпрессией изолированно, но, по-видимому, значительно выше риск, когда за экскурсиями следует декомпрессия до того, как бессимптомные пузыри, возникающие в результате экскурсий, полностью исчезнут. Начало декомпрессии при наличии пузырьков, по-видимому, является существенным фактором во многих случаях неожиданной декомпрессионной болезни во время обычной декомпрессии с насыщением. ^[100]

Применение пузырьковой модели в 1985 году позволило успешно моделировать обычные декомпрессии, высотную декомпрессию, безостановочные пороги и погружения с насыщением, используя одну настройку из четырех глобальных параметров нуклеации. ^[101]

Продолжаются исследования моделирования декомпрессии насыщения и тестирования расписания. В 2015 году концепция под названием Extended Oxygen Window была использована в предварительных испытаниях модифицированной модели декомпрессии насыщения. Эта модель позволяет ускорить декомпрессию в начале подъема, чтобы использовать присущую ему ненасыщенность из-за метаболического использования кислорода, за которой следует постоянная скорость, ограниченная парциальным давлением кислорода в дыхательном газе. Период постоянной скорости декомпрессии также ограничен допустимой максимальной долей кислорода, и когда этот предел достигнут, скорость декомпрессии снова замедляется, поскольку парциальное давление кислорода снижается. По состоянию на май 2016 года процедура остается экспериментальной. Цель - приемлемо безопасное сокращение общего времени декомпрессии для заданной глубины насыщения и газовой смеси. ^[95]

Проверка моделей [ править ]

Важно, чтобы любая теория подтверждалась тщательно контролируемыми процедурами тестирования. По мере того как процедуры и оборудование тестирования становятся все более сложными, исследователи узнают больше о влиянии декомпрессии на организм. Первоначальные исследования были сосредоточены на проведении погружений без явных симптомов декомпрессионной болезни (ДКБ). С более поздним использованием допплеровского ультразвукового исследования стало ясно, что пузырьки образуются внутри тела даже при погружениях, где не было обнаружено никаких признаков или симптомов DCI. Это явление получило название «тихие пузыри». Таблицы ВМС США за 1956 г. основывались на пределах, определенных внешними признаками и симптомами ДКБ. Позже исследователи смогли улучшить эту работу, отрегулировав ограничения на основе доплеровского тестирования.Однако таблицы CCR ВМС США, основанные на алгоритме Тельмана, также использовали только распознаваемые симптомы DCS в качестве критериев тестирования.^{[102] [103]} Поскольку процедуры тестирования являются длительными и дорогостоящими, исследователи обычно проводят первоначальную проверку новых моделей на основе экспериментальных результатов более ранних испытаний. Это имеет некоторые последствия при сравнении моделей. ^[104]

Текущее исследование [ править ]

Исследования по декомпрессии продолжаются. Данные по конкретным деталям, как правило, недоступны, однако Divers Alert Network (DAN) имеет постоянную программу, основанную на гражданских науках, которую выполняет DAN (Европа), которая собирает данные от добровольцев- рекреационных дайверов для анализа исследовательским персоналом DAN и другими исследователями. Это исследование финансируется за счет абонентской платы членов DAN Europe. ^[105] Лаборатория безопасности дайвинга - это база данных, в которую участники могут загружать профили погружений с широкого диапазона подводных компьютеров, преобразованные в стандартный формат, и другие данные о погружении. ^[106] Данные о сотнях тысяч реальных погружений анализируются с целью изучения аспектов безопасности дайвинга. ^[107]Большой объем собранных данных используется для вероятностного анализа риска декомпрессии. Доноры данных могут получить немедленную обратную связь в виде простого анализа рисков своих профилей погружений, оцененных как один из трех номинальных уровней риска (высокий, средний и низкий) на основе сравнения с M-значениями Bühlmann ZH16c, вычисленными для того же профиля.

Перечисленные проекты (не все напрямую связанные с декомпрессией) включают: ^[108]

• Сбор данных о пузырьках сосудистого газа и анализ данных
• Определение оптимального профиля подъема
• Расследование причин необъяснимых инцидентов с дайвингом
• Стресс при любительском дайвинге
• Корреляция между открытым овальным отверстием (PFO) и риском декомпрессионной болезни
• Ныряние с астмой и диабетом и управление связанным с этим риском
• Физиология и патофизиология задержки дыхания
• Переохлаждение и дайвинг
• Головная боль и дайвинг
• Изменения крови, связанные с дайвингом
• Риск декомпрессии при авиаперелете после дайвинга
• Физиологические эффекты дайвинга с ребризером
• Влияние декомпрессионного стресса на эндотелиальные стволовые клетки и клетки крови
• Биомаркеры раннего декомпрессионного стресса
• Влияние нормобарического кислорода на кровь и при первой помощи при DCI

Практическая эффективность моделей [ править ]

Пузырьковые модели для декомпрессии были популярны среди технических дайверов в начале 2000-х годов, хотя данных, подтверждающих эффективность моделей на практике, было мало. С тех пор несколько сравнительных исследований показали относительно большее количество венозных газовых эмболов после декомпрессии на основе моделей пузырьков, а в одном исследовании сообщалось о более высоком уровне декомпрессионной болезни. Более глубокие декомпрессионные остановки на ранних этапах всплытия, по-видимому, менее эффективны для контроля образования пузырей, чем предполагаемые гипотезы. Эта неудача может быть связана с продолжающимся поглощением более медленных тканей в течение длительного времени на большей глубине, в результате чего эти ткани становятся более перенасыщенными на более мелких глубинах. Оптимальная стратегия декомпрессии для глубоких погружений с отскоком остается неизвестной (2016). ^[109]

Практическая эффективность переключения газа с разбавителя на основе гелия на найтрокс для ускорения декомпрессии убедительно не продемонстрирована. Эти переключатели увеличивают риск декомпрессионной болезни внутреннего уха из-за эффектов встречной диффузии. ^[109]

Обучение теории декомпрессии и таблиц [ править ]

Декомпрессия - это область, в которой вы обнаруживаете, что чем больше вы узнаете, тем больше понимаете, что действительно не знаете, что происходит. За «черно-белой» точностью записей в таблице, посекундным обратным отсчетом подводных компьютеров и математической чистотой моделей декомпрессии скрываются темные и таинственные физиологические джунгли, которые почти не исследовались.

- Карл Э. Хаггинс, 1992 ^[110]

Знакомство с различными теориями, моделями, таблицами и алгоритмами необходимо, чтобы дайвер мог принимать грамотные и знающие решения относительно своих личных потребностей в декомпрессии. ^[111] Базовая теория декомпрессии и использование декомпрессионных таблиц является частью теоретического компонента обучения коммерческих дайверов, ^[112] и планирования погружений на основе декомпрессионных таблиц, а практика и управление декомпрессией в полевых условиях является важной частью работы инструктор по дайвингу. ^{[113] [114]}Дайверы-любители обучаются теории и практике декомпрессии в той степени, в которой сертифицирующее агентство указывает в стандарте обучения для каждой сертификации. Это может варьироваться от элементарного обзора, достаточного для того, чтобы дайвер мог избежать обязательств по декомпрессии для дайверов начального уровня, до умения использовать несколько алгоритмов декомпрессии с помощью персональных компьютеров для погружений, программного обеспечения для декомпрессии и таблиц для опытных технических дайверов. ^[72] Детальное понимание теории декомпрессии обычно не требуется ни от коммерческих, ни от рекреационных дайверов.

См. Также [ править ]

• Декомпрессия (дайвинг)  - снижение давления окружающей среды на подводных ныряльщиков после гипербарического воздействия и удаление растворенных газов из тканей дайвера.
• Практика декомпрессии  - методы и процедуры безопасной декомпрессии дайверов
• Декомпрессионная болезнь  - расстройство, вызванное растворенными газами в тканях, образующими пузырьки при снижении окружающего давления.
• История исследований и разработок в области декомпрессии  - хронологический список заметных событий в истории декомпрессионных погружений.

Заметки [ править ]

1. ^ автохтонный: образованный или происходящий из того места, где был найден

Ссылки [ править ]

Источники [ править ]

• Гамильтон, Роберт В. Тальманн, Эдвард Д. (2003). «10.2: Практика декомпрессии». В Брубакке, Альф О; Нойман, Том С. (ред.). Физиология и медицина дайвинга Беннета и Эллиотта (5-е пересмотренное издание). США: Сондерс. С. 455–500. ISBN 978-0-7020-2571-6. OCLC  51607923 .
• Хаггинс, Карл Э. (1992). «Динамика декомпрессионного цеха» . Курс преподавал в Мичиганском университете . Проверено 10 января 2012 года .
• Thalmann, ED (1984). «Фаза II тестирования алгоритмов декомпрессии для использования в подводном декомпрессионном компьютере ВМС США» . Navy Exp. Дайвинг Unit Res. Отчет . 1–84 . Проверено 16 марта 2008 года .
• Thalmann, ED (1985). «Разработка алгоритма декомпрессии для постоянного парциального давления кислорода при погружениях с гелием» . Navy Exp. Дайвинг Unit Res. Отчет . 1–85 . Проверено 16 марта 2008 года .
• ВМС США (2008 г.). Руководство по дайвингу ВМС США, 6-е издание . Соединенные Штаты: Командование военно-морских систем США . Проверено 15 июня 2008 года .
• Винке, Брюс Р.; О'Лири, Тимоти Р. (13 февраля 2002 г.). «Модель пузырьков с уменьшенным градиентом: алгоритм погружения, основы и сравнения» (PDF) . Тампа, Флорида: Технические водолазные работы NAUI . Проверено 25 января 2012 года .
• Yount, DE (1991). Ханс-Юрген, К; Харпер-младший, Делавэр (ред.). «Желатин, пузыри и изгибы» . International Pacifica Scientific Diving ..., (Материалы одиннадцатого ежегодного симпозиума по научному дайвингу Американской академии подводных наук, состоявшегося 25–30 сентября 1991 г. Гавайский университет, Гонолулу, Гавайи) . Проверено 25 января 2012 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

• Ball, R; Химм, Дж; Гомер, ЛД; Thalmann, ED (1995). «Объясняет ли динамика развития пузыря риск возникновения декомпрессионной болезни?» . Подводная и гипербарическая медицина . 22 (3): 263–280. ISSN  1066-2936 . PMID  7580767 .
• Герт, Уэйн А; Дулетт, Дэвид Дж. (2007). «Алгоритм Тельмана ВВал-18 и ВВал-18М - Таблицы и процедуры декомпрессии воздуха» . Экспериментальный водолазный отряд ВМС, ТА 01-07, NEDU TR 07-09 . Проверено 27 января 2012 года .
• Гриббл, М. де Г. (1960); Сравнение высотных и высокое давление синдромов декомпрессионной болезни , Br. J. Ind. Med., 1960, 17, 181.
• Холмы. Б. (1966); Термодинамический и кинетический подход к декомпрессионной болезни. Тезис
• Липпманн, Джон; Митчелл, Саймон (2005). Глубже в дайвинг (2-е изд.). Мельбурн, Австралия: JL Publications. ISBN 0-9752290-1-X.
• Паркер, ЕС; СС Сурванши; PK Weathersby и ED Thalmann (1992). «Статистические таблицы декомпрессии VIII: линейная экспоненциальная кинетика» . Отчет Военно-морского научно-исследовательского медицинского института . 92–73 . Проверено 16 марта 2008 года .
• Пауэлл, Марк (2008). Деко для дайверов . Саутенд-он-Си: Аквапресс. ISBN 978-1-905492-07-7.