Декомпрессионная модель Холдейна является математической моделью для декомпрессии до уровня моря атмосферное давление водолазов дыхания сжатого воздуха при давлении окружающей среды , который был предложен в 1908 году шотландский физиолог, Джон Скотт Холдейн (2 мая 1860 - 14/15 марта 1936), [1] который также был известен своими бесстрашными экспериментами над собой.
Халдейн подготовил первый признанную таблицу декомпрессии для Британского Адмиралтейства в 1908 году на основе обширных экспериментов по козам и другим животным с использованием клинической конечной точки по симптоматической декомпрессионной болезни .
Холдейн заметил, что у коз, насыщенных морской водой на глубине до 165 футов (50 м), не развивалась декомпрессионная болезнь (ДКБ), если последующая декомпрессия была ограничена половиной давления окружающей среды. Холдейн построил графики, которые ограничили критический коэффициент пересыщения до «2» в пяти гипотетических тканях тела, характеризуемых их полупериодом. Период полураспада также называется периодом полураспада, когда он связан с экспоненциальными процессами, такими как радиоактивный распад . Пять отсеков Холдейна (полупериоды: 5, 10, 20, 40, 75 минут) использовались в расчетах декомпрессии и поэтапных процедурах декомпрессии в течение пятидесяти лет. [ необходима цитата ]
Предыдущие теории Холдейна работали над «равномерным сжатием», как Пол Берт указал в 1878 году, что очень медленная декомпрессия может избежать кессонной болезни , затем Герман фон Шреттер предложил в 1895 году безопасную скорость «равномерной декомпрессии», равную «одной атмосфере за 20 минут». ". Холдейн в 1907 году работал над « поэтапной декомпрессией » - декомпрессией с использованием определенной относительно быстрой скорости всплытия, прерываемой определенными периодами на постоянной глубине - и доказал, что она безопаснее, чем « равномерная декомпрессия » с теми темпами, которые использовались тогда, и создал свои декомпрессионные таблицы. на этом основании.
Предыдущая работа
Пол Берт
Поль Берт (17 октября 1833 г. - 11 ноября 1886 г.) был французским физиологом, получившим диплом доктора медицины в 1863 г. в Париже и доктора наук в 1866 г. Он был назначен профессором физиологии последовательно в Бордо (1866 г.) и Сорбонне (1869 г.). ). Пол Берт получил прозвище «отец авиационной медицины» после его работы La Pression barometrique (1878 г.), всеобъемлющего исследования физиологических эффектов давления воздуха, в котором указывалось, что симптомов кессонной болезни можно избежать с помощью средств. очень медленной декомпрессии. Однако его работа не предоставила данных о безопасной скорости декомпрессии. [2] [3]
Schrötter
Антон Герман Виктор Томас Schrötter (5 августа 1870 - 6 января 1928), австрийский физиолог и врач , который был родом из Вены, был пионером авиации и гипербарической медицины , [4] и внес важный вклад в изучении декомпрессионной болезни . Он изучал медицину и естественные науки в университетах Вены и Страсбурга , получил медицинскую степень в 1894 году, а в следующем году получил степень доктора философии . Он был активным во многих областях медицины и физиологии . Его первым интересом с 1895 года было исследование и борьба с кессонной болезнью, и во время своего пребывания в Нуссдорфе он изучал многочисленные болезни, которые имели место, и искал способы лечения и профилактики.
Его опубликованный в 1900 году доклад с доктором Ричардом Хеллером и доктором Вильгельмом Магером о болезни, вызванной давлением воздуха, считается основной немецкоязычной работой по дайвингу и гипербарической медицине . Шреттер, Хеллер и Магер сформулировали правила безопасной декомпрессии и считали, что скорость декомпрессии в одну атмосферу (атм) за 20 минут будет безопасной. После воздействия 6 атм (610 кПа) Хилл и Гринвуд самостоятельно распаковали себя без серьезных симптомов.
Работа холдейна
Адмиралтейство Комитету необходимо сформулировать определенные правила для безопасной декомпрессии в кратчайшие сроки для глубоководных погружений , и , следовательно, Холдейн был введен в эксплуатацию в 1905 году в Великобритании Королевского флота для этой цели, разрабатывать декомпрессионных таблиц для дайверов , восходящих из глубокой воды.
В 1907 году Холдейн создал декомпрессионную камеру, чтобы сделать глубоководных дайверов более безопасными, и создал первые декомпрессионные таблицы после обширных экспериментов с животными. В 1908 году Холдейн опубликовал первую признанную декомпрессионную таблицу для британского Адмиралтейства. Его столы использовались Королевским флотом до 1955 года.
«Предотвращение заболеваний сжатого воздуха» было опубликовано в 1908 году Холдейном, Бойкоттом и Дамантом, в которых рекомендовалось поэтапное декомпрессия . [5] Эти таблицы были приняты для использования Королевским флотом.
Холдейн представил концепцию полупериодов для моделирования поглощения и высвобождения азота в кровь в различных тканях тела и предложил пять отделов тканей тела с периодом полувыведения 5, 10, 20, 40 и 75 минут.
В своей гипотезе, Халдейн предсказал , что , если скорость подъема не позволяет парциальное давления в инертном газе (азот) в каждом из гипотетических тканей , чтобы превысить давление на окружающую среду более чем в два раза (2: 1 соотношение), то пузырьки не будет образуются в этих тканях. Фактически это означало, что можно было подняться с глубины 30 метров (100 футов) - при атмосферном давлении 4 бара (60 фунтов на квадратный дюйм) - до 10 метров (33 футов) (2 бара (29 фунтов на квадратный дюйм)) или с 10 метров (33 фунтов на квадратный дюйм). футов) (2 бара (30 фунтов на кв. дюйм)) до поверхности (1 бар (15 фунтов на кв. дюйм)) при насыщении, без проблем с декомпрессией. Для этого в таблицы всплытия 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.
Контур
Холдейн проводил свои эксперименты на некоторых животных, демонстрируя разницу между разными видами животных, такими как козы, морские свинки, мыши, крысы, куры и кролики, но его основная работа и результаты были выполнены на козах и людях.
Холдейн заявил в своей книге: «Чтобы избежать риска образования пузырьков при декомпрессии, до сих пор рекомендовалось, чтобы декомпрессия была медленной и с как можно более равномерной скоростью на всем протяжении, насколько это возможно. Поэтому мы должны тщательно рассмотреть процесс десатурации тело во время медленной и равномерной декомпрессии », [ цитата необходима ], поэтому в общих чертах отмечается его работа:
- Когда людей или животных помещают в сжатый воздух, кровь, проходящая через легкие, поглощает некоторое количество газа в виде простого раствора. Это количество увеличивается пропорционально увеличению парциального давления каждого газа, присутствующего в альвеолярном воздухе.
- Что касается кислорода, количество в простом растворе в артериальной крови будет увеличиваться, но как только кровь достигнет тканей тела, будет израсходован лишний растворенный кислород, так что в венозной крови будет наблюдаться небольшое повышение парциального давления кислорода.
- Что касается углекислого газа, эксперименты Холдейна и Гринвуда показали, что парциальное давление CO 2 в альвеолярном воздухе остается постоянным с повышением атмосферного давления, следовательно, не может быть увеличения CO 2 в крови во время воздействия сжатого воздуха.
- Что касается азота, следует учитывать его насыщение в тканях организма.
- Степень растворимости азота на единицу массы ткани сильно различается в разных частях тела, следовательно, после внезапного повышения давления воздуха изменяется соответственно.
- Если давление быстро снижается до нормального после воздействия насыщения сжатым воздухом, венозная кровь выделяет весь свой избыток растворенного азота во время прохождения в легкие. Если пузырьки газа образуются в результате слишком быстрой декомпрессии, они увеличиваются в размере за счет диффузии в них и, таким образом, вызывают закупорку мелких сосудов. Чтобы избежать риска образования пузырьков во время декомпрессии, декомпрессия должна быть медленной, а скорость кровообращения может быть значительно увеличена за счет мышечной нагрузки.
- Когда дайвер спускается на очень короткое время, учитывается время, затраченное на спуск и подъем. Во время спуска водолаз насыщается азотом, поэтому он должен спускаться как можно быстрее. С другой стороны, во время всплытия Холдейн показал, что в конце декомпрессии наблюдается опасное превышение насыщения во всех частях тела, кроме тех, которые наполовину насыщаются менее чем за семь или восемь минут. Козы, использованные для экспериментов по ступенчатой декомпрессии, были подвергнуты равномерной декомпрессии за одно и то же время и воздействие, и в течение тридцати шести декомпрессионных испытаний один умер, двое были парализованы, у одного были неопределенные общие симптомы тяжелого характера и еще одиннадцать случаев «изгибов». произошло около двух сомнительных случаев.
- Период погружения:
- Для коротких периодов погружения менее семи-восьми минут без повторных погружений: эксперименты Холдейна на козах показали, что внезапная декомпрессия менее чем за минуту после воздействия до четырех минут при 75 фунтах на квадратный дюйм (5,2 бар), что эквивалентно 42 метрам (138 футов) ) морской воды у коз не возникало никаких симптомов, даже когда воздействие в некоторых случаях увеличивалось до шести минут. Это совпадает с сообщениями того времени из Средиземного моря о квалифицированных греческих дайверах, ныряющих на глубину до 30 саженей (55 м), которые, если их снаряжение запутается на дне, перережут свой воздуховод и леску и взорвутся на поверхность. менее чем за минуту. [ необходима цитата ]
- При погружениях продолжительностью более нескольких минут или коротких повторяющихся погружениях: Хилл и Гринвук сжали себя до 91 фунта на квадратный дюйм (6,3 бар), что эквивалентно 53 метрам (174 фута) морской воды, очень высокому давлению и рискованному эксперименту, а также имели изгибы после декомпрессии. [ необходима цитата ]Кривые насыщения их эксперимента для частей тела были опубликованы.
- Эксперименты продолжались на козах, и симптомы, наблюдаемые на козах, регистрировались каждый раз по соответствующему графику, чтобы фиксировать наличие симптомов, а не наличие пузырей:
- Изгибы, самый частый симптом. Конечность, чаще всего передняя нога.
- Временный паралич, симптом общего недостатка кислорода
- Боль, непрерывное блеяние
- Постоянный паралич, обычно сразу после декомпрессии.
- Болезнь, невозможно определить какие-либо местные симптомы, иногда слепота
- Одышка и смерть
- Механические симптомы не важны, если у козы при сдавливании были проблемы с ушами.
- Эксперименты на козах включали:
- поэтапная декомпрессия при разном давлении и разное время декомпрессии, а также сравнение с равномерной декомпрессией. Результаты показали, что для появления симптомов у коз требуется определенное минимальное давление, и что также влияет продолжительность воздействия высокого давления с разным временем декомпрессии.
- Эксперименты сравнивали разные типы животных и их восприимчивость к симптомам декомпрессии, а также сравнивали влияние размера между короткими и длинными воздействиями и время декомпрессии.
- Эксперименты с массой крови и объемом коз, по-видимому, не показали никакой связи с восприимчивостью.
- Патологические наблюдения за их посмертными внешними проявлениями коз после декомпрессии показали практическое значение в связи с размером пузырьков, обнаруживаемых в крови. Достаточно заметны патологические изменения, лежащие в основе основных симптомов, за исключением изгибов. Точная причина изгибов неизвестна.
Основные результаты работы Холдейна
Эта работа опубликована в книге «Профилактика заболеваний сжатого воздуха». Результаты опубликованы в той же книге в разделе «Сводка» на страницах 424 и 425. Основные выводы его декомпрессионной модели:
- На странице 354 Холдейн заключил: «Совершенно очевидно, что скорость десатурации может быть ускорена либо (1) увеличением разницы в давлении азота между венозной кровью и воздухом в легких, либо (2) увеличением скорости кровотока. тираж ". Таким образом, для достижения более быстрой десатурации, Холдейн пришел к выводу, что мышечная нагрузка может значительно увеличить скорость кровообращения, и, таким образом, «во время декомпрессии также должна быть мышечная нагрузка».
- Итак, на стр. 424 пятый вывод Холдейна: «Декомпрессия небезопасна, если давление азота внутри тела становится более чем в два раза выше атмосферного азота». Холдейн поместил коз в камеры сжатия под давлением на долгие часы, чтобы гарантировать, что их ткани были полностью насыщены азотом, а затем после этих экспериментов пришел к выводу, что «если абсолютное давление снизится на 50%, это не вызовет DCI».
- Холдейн опубликовал свои «Таблицы декомпрессии», Таблицу I и Таблицу II , на страницах 442 и 443. Для простоты использования преобразуйте футы в метры, умножив их на 0,3048, и из фунтов на квадратный дюйм в бар , умножив на 0,0689475729. Эти таблицы позволяют дайверам подняться до половины абсолютного давления окружающей среды и оставаться в ней в течение расчетного времени декомпрессии, прежде чем снова подняться до половины абсолютного давления последней ступени. Холдейн разделил свои графики на Таблицу I для «обычных экспозиций» и Таблицу II для «задержки сверх обычных временных рамок». В настоящее время, согласно оценке, время декомпрессии в Таблице II было связано с большим риском декомпрессионной болезни.
- Холдейн разделил ткани тела на разные категории и измерил десатурацию азота в каждой. Это привело к концепции быстрых тканей и медленных тканей, когда некоторые ткани наполняются газом и быстро его выводят; это быстрые ткани. С другой стороны, медленные ткани медленно наполняются и медленно опорожняются. Холдейн изобразил логарифмическую тенденцию этих тканей к наполнению и опорожнению.
Дальнейшее развитие принципов Холдейна
Соотношение 2: 1, предложенное Холдейном, оказалось слишком консервативным для быстрых тканей (короткие погружения) и недостаточно консервативным для медленных тканей (длительные погружения). Соотношение также, казалось, менялось с глубиной. Скорость подъема, используемая на старых таблицах, составляла 18 метров в минуту (59 футов / мин), но в новых таблицах теперь используется 9 метров в минуту (30 футов / мин). [ необходима цитата ]
- Холдейн представил декомпрессионные таблицы, основанные на пяти тканевых отсеках, с периодом полураспада 5, 10, 20, 40 и 75 минут.
- ВМС США рафинированных таблиц Холдейна и представил модель с девятью тканями. Они также ввели расчеты для таймов от 5 минут до 240 минут.
- Профессор Альберт Бюльманн создал декомпрессионные таблицы для погружений на большой высоте в горных озерах. Его модель основана на принципах Халдана, но в его таблицах ZHL-16 учитывались 16 тканей с периодом полураспада до 635 минут и вводились факторы, которые пытались смоделировать изменение предела пересыщения с глубиной.
У Холдейна было много других связанных с этим исследований:
- Создан журнал гигиены [6].
- Изготовлено декомпрессионное устройство для помощи глубоководным дайверам [ требуется разъяснение ]
- Установленные процедуры декомпрессии для погружений с воздуха на глубину 200 футов или 65 метров для Королевского флота в 1907 году после многих экспериментов на животных.
- Описал эффект Холдейна , свойство гемоглобина.
- Предложил формулу для определения коэффициентов насыщения различных тканей организма, его уравнение основано на законе Генри :
- T N 2 = T 0 + (T f - T 0 ) (1–0,5 ^ {(t / t 0 )})
- где,
- T: напряжение (давление) газа в тканях
- T 0 : начальное натяжение
- T N 2 : текущее напряжение азота
- T f : окончательное натяжение
- t 0 : период камеры
- t: текущее время
Противоречивая работа
Хотя модель Холдейна остается основой для современных декомпрессионных таблиц , первые декомпрессионные таблицы Холдейна оказались далеки от идеала. Уравнение Холдейна сегодня используется во многих таблицах для дайвинга и подводных компьютерах, хотя все большее количество моделей декомпрессии противоречат его предположениям, таким как
- Асимметрия явлений насыщения инертных газов (поглощение и удаление),
- Обесцвечивание в соответствии с меморандумом Хемплемана и Тельмана с учетом циркулирующих пузырьков, VPM, модель пузырьков с уменьшенным градиентом , ...
Рисунки и таблицы из «Профилактики болезней сжатого воздуха»
стр. 347, Рисунок-1, Насыщение азотом
стр. 363, Рисунок-4, Десатурация азота различными частями тела с полусасыщением за 5-10-20-40-75 минут
стр. 365, Рисунок 5, Десатурация азота в различных тканях организма
стр. 367, Рисунок 6, Насыщение азотом для различных тканей тела
стр. 442, Таблица декомпрессии I в футах и фунтах на квадратный дюйм. « Остановки во время всплытия водолаза после обычных ограничений по времени с поверхности ».
стр. 443, Таблица декомпрессии II в футах и фунтах на квадратный дюйм. « Остановки во время всплытия водолаза после задержки выхода с поверхности сверх обычных ограничений по времени ».
Рекомендации
- ^ "Экспериментальное водолазное подразделение ВМС США"
- ^ La pression barométrique. Recherches de Physiologie Expérimentale.
- Перейти ↑ Kellogg, RH (1978). " " La Pression barométrique ": теория гипоксии Поля Берта и ее критики". Respir Physiol . 34 (1): 1-28. DOI : 10.1016 / 0034-5687 (78) 90046-4 . PMID 360338 .
- ^ Die Familie Schrötter
- ^ а б Бойкот, AE; Damant, GC; Холдейн, Дж. С. (июнь 1908 г.). «Профилактика заболеваний сжатого воздуха» . Журнал гигиены . 8 (3): 342–443. DOI : 10.1017 / S0022172400003399 . PMC 2167126 . PMID 20474365 . Архивировано из оригинального 24 марта 2011 года . Дата обращения 12 мая 2015 .
- ^ «Архив« Гигиенического журнала » » .