Теория декомпрессии - Decompression theory

Аквалангист декомпрессии на запланированной остановке во время всплытия из погружения

Теория декомпрессии исследование и моделирование передачи инертный газ компонент дышащие газы от газа в легких до тканей и обратно во время воздействия колебаний атмосферного давления. В случае подводного плавания и работы со сжатым воздухом это в основном связано с давлением окружающей среды, превышающим местное давление на поверхности,^[1] но космонавты, высотные альпинисты и путешественники в самолетах, не находящихся под давлением на уровне моря,^[2][3] обычно подвергаются воздействию атмосферного давления ниже стандартного атмосферного давления на уровне моря. Во всех случаях симптомы, вызванные декомпрессией возникают в течение или в течение относительно короткого периода часов, а иногда и дней после значительного снижения давления.^[4]

Термин «декомпрессия» происходит от уменьшения давление внешней среды испытывается организмом и относится как к снижению давление и процесс удаления растворенных инертных газов из ткани 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. болезни, 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 спрогнозировать приемлемо низкий риск и практически осуществимые процедуры декомпрессии в полевых условиях.^[6]Обе детерминированные и вероятностные модели использовались и используются до сих пор.

Физиология декомпрессии

Газ дышится 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 тканях. легкие, (видеть: "насыщение дайвинг «), либо давление окружающей среды снижается до тех пор, пока инертные газы, растворенные в тканях, не достигнут более высокой концентрации, чем равновесное состояние, и снова не начнут диффундировать.^[1]

Поглощение газов в жидкостях зависит от растворимость определенного газа в конкретной жидкости, концентрация газа, обычно измеряемая частичное давление, и температура.^[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 по распространение, где нет объемного течения растворитель, или перфузия где растворитель (кровь) циркулирует по телу дайвера, а газ может диффундировать в локальные области нижнего концентрация. 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, газ будет возвращаться из тканей в дыхательный газ. Это известно как дегазация, 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 ткани будут зависеть от истории давления и состава газа. В условиях равновесия общая концентрация растворенных газов будет меньше давления окружающей среды, так как кислород метаболизируется в тканях, а образующийся углекислый газ намного более растворим. Однако во время снижения давления окружающей среды скорость снижения давления может превышать скорость, с которой газ может быть удален за счет диффузии и перфузии, и, если концентрация становится слишком высокой, она может достигать стадии, когда может происходить образование пузырьков в перенасыщенных 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 как Декомпрессионная 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 в себя сложное взаимодействие растворимости газа, парциальных давлений и градиентов концентрации, диффузии, объемного переноса и механики пузырьков в живых тканях.^[6]

Газовая динамика растворенной фазы

Растворимость газов в жидкостях зависит от природы растворяющей жидкости и растворенного вещества,^[8] то температура,^[9] давление,^[10][11] и наличие других растворенных веществ в растворителе.^[12] Распространение быстрее в более мелких и легких молекулах, крайним примером которых является гелий. Коэффициент диффузии гелия в 2,65 раза выше, чем у азота.^[13] В градиент концентрации, может использоваться как модель движущего механизма диффузии.^[14] В этом контексте инертный газ относится к газу, который не метаболически активный. Атмосферный азот (N₂) является наиболее распространенным примером, а гелий (He) - другой инертный газ, обычно используемый в дыхательные смеси для дайверов.^[15] Атмосферный азот имеет парциальное давление около 0,78 бар на уровне моря. Воздух в альвеолы легких разбавляется насыщенным водяной пар (ЧАС₂O) и углекислый газ (CO₂), а продукт метаболизма выделяется кровью и содержит меньше кислород (O₂), чем атмосферный воздух, так как часть его поглощается кровью для метаболизма. Получающееся парциальное давление азота составляет около 0,758 бар.^[16]

При атмосферном давлении тело ткани поэтому обычно насыщаются азотом при 0,758 бар (569 мм рт. ст.). При повышенной температуре окружающей среды давление из-за глубины или же герметизация среды обитания легкие дайвера заполнены газом для дыхания с повышенным давлением, и парциальные давления составляющих газов будут пропорционально увеличены.^[7] Инертные газы из дыхательного газа в легких диффундируют в кровь в альвеолярные капилляры и распределяются по телу Систематическая циркуляция 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 насыщенность.^[7] Ингассинг, кажется, следует простому обратному экспоненциальному уравнению. Время, которое требуется 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 и затем удаляется при выдохе. . Если снижение давления окружающей среды ограничено, эта десатурация будет происходить в растворенной фазе, но если давление окружающей среды значительно снизится, 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 есть возможность образования пузырей.^[7]

Сумма парциальных давлений газа, которым дышит дайвер, обязательно должна уравновешиваться суммой парциальных давлений газа в легких. В альвеолах газ увлажнился и получил углекислый газ из венозной крови. Кислород также проник в артериальную кровь, снижая 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 диоксидом углерода, 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 полного 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 максимального увеличения степени ненасыщенности являются дыхательный газ с минимально возможной долей инертного газа, то есть чистого кислорода, при максимально допустимом парциальном давлении. Этот дефицит насыщения также называют неотъемлемой ненасыщенностью, "Кислородное окно ".^[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 множественными пузырьками за растворенный газ для роста пузырьков.^[25]

Механика пузырей

Для существования пузыря требуется равновесие сил на поверхности. Сумма Давление внешней среды и давление из-за деформации ткани, оказываемой на внешней стороне поверхности, с поверхностное натяжение жидкости на границе раздела между пузырем и окружающей средой должно быть уравновешено давлением внутри пузыря. Это сумма парциальных давлений газов внутри из-за чистой диффузии газа к пузырю и от него. Баланс сил на пузыре может быть изменен слоем поверхностно активный молекулы, которые могут стабилизировать микропузырьки до размера, при котором поверхностное натяжение чистого пузырька может вызвать его быстрое схлопывание, и этот поверхностный слой может варьироваться в зависимости от проницаемость, так что, если пузырек достаточно сжат, он может стать непроницаемым для диффузии.^[26] Если растворитель за пределами 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 из пузырька. , эффективно «выдавливая газ из пузыря», и чем меньше пузырек, 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] Чистые пузырьки, которые достаточно малы, 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] Образование пузырьков может происходить 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 прочее гидрофобный Поверхности могут снизить 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 достаточно сильны, чтобы противостоять схлопыванию, причем 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 окружающие ткани 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 пузырек 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 пузырек 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, и 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 устойчивый к сжатию поверхностный слой существуют.^[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. Как правило, они не образуются в артериях при условии, что снижение давления окружающей среды не происходит слишком быстро, поскольку артериальная кровь недавно получила возможность выделять избыток газа в легкие. Пузырьки, возвращаемые к сердцу по венам, могут передаваться в системный кровоток через открытое овальное отверстие у дайверов с этим дефектом перегородки, после чего существует риск закупорки капилляров в той части тела, в которой они 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 для растворения из-за комбинации 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)

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 это, строго говоря, не является явлением декомпрессии, это осложнение, которое может возникнуть во время декомпрессии и может привести к образованию или росту пузырьков без изменения давления окружающей среды. Ламбертсен описал две формы этого явления:^[37][36]

Поверхностный ИКД (также известный как изобарическая контрдиффузия с устойчивым состоянием)^[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 известный как транзиторная изобарическая контрдиффузия)^[38] происходит, когда дайвер последовательно вдыхает разные инертные газы.^[37] Быстро диффундирующий газ переносится в ткань быстрее, чем более медленно диффундирующий газ выводится из ткани.^[36] Это может произойти, когда дайверы переключаются с азотной смеси на гелиевую или когда насыщенные водолазы, дышащие гидрелиоксом, переключаются на гелиокс-смесь.^[36][39]

Исследование Дулетта и Митчелла, посвященное декомпрессионной болезни внутреннего уха (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, возникающего в результате декомпрессии. Также следует переключать во время дыхания максимальное парциальное давление вдыхаемого кислорода, которое может безопасно переноситься с учетом кислородного отравления.^[40]

Декомпрессионная болезнь

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 шунт в 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 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 пузыри могут сдавливать нервы, вызывая боль.^[34][42]

Внесосудистый или автохтонный^[а] Пузырьки обычно образуются в медленных тканях, таких как суставы, сухожилия и мышечные оболочки. Прямое расширение вызывает повреждение тканей с выделением гистамины и связанные с ними аффекты. Биохимическое повреждение может быть столь же важным или более важным, чем механические воздействия.^[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, а когда поток слабый - диффузия. Распределение потока контролируется средним артериальным давлением и местным сосудистым сопротивлением, а артериальное давление зависит от сердечного выброса и общего сосудистого сопротивления. Базовое сопротивление сосудов 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. Периферическая вазоконстрикция в холодной воде снижает общую потерю тепла без увеличения потребления кислорода до тех пор, пока не начнется озноб, после чего потребление кислорода возрастет, хотя вазоконстрикция может сохраняться.^[33]

Состав дыхательного газа во время воздействия давления и декомпрессии имеет большое 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 парциального 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, чтобы Найтрокс смесей, в первую очередь для снижения скорости поглощения азота при воздействии давления, и замены азота гелием (а иногда и другими газами) для уменьшения наркотические эффекты при воздействии высокого парциального давления. В зависимости от соотношения гелия и азота эти газы называют Heliox, если нет азота, или Тримикс, если кроме необходимого кислорода есть азот и гелий.^[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 Он атом по сравнению с N₂ молекула.^[47]

На приток крови к коже и жиру влияет температура кожи и внутренней части тела, 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 снизит обмен инертного газа с кожей, жиром и мышцами, тогда как упражнения увеличат 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 находится в тепле и тренируется на глубине во время фазы поглощения, а также отдыхает и остается холодным во время декомпрессии.^[33]

Другие факторы, которые могут повлиять на риск декомпрессии, включают концентрацию кислорода, уровни углекислого газа, положение тела, вазодилататоры 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 конкретной причине, и компоненты, которые кажутся случайными. Случайный компонент делает последовательные декомпрессии плохим тестом на восприимчивость.^[33] Некоторые исследования считают, что ожирение и высокий уровень липидов в сыворотке являются факторами риска, и риск, по-видимому, увеличивается с возрастом.^[49] Другое исследование также показало, что пожилые люди склонны пузыриться больше, чем молодые, по неизвестным причинам, но не было выявлено никаких тенденций между массой тела, телесным жиром или полом и пузырями, и вопрос о том, почему некоторые люди с большей вероятностью образуют пузыри чем другие остается неясным.^[50]

Концепции модели декомпрессии

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. Второй, который подтверждается экспериментальными наблюдениями, предполагает, что пузырьки образуются во время большинства бессимптомных декомпрессий и что при удалении газа должны учитываться как растворенная, так и пузырьковая 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 различной скоростью поглощения газа (полупериод) считаются существующими независимо друг от друга, а ограничивающее условие контролируется отсеком, который показывает наихудший случай для конкретного профиля воздействия. Эти части представляют собой 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 - это 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 приемлемо надежны только в пределах калибровки по собранным экспериментальным данным.^[54]

Область применения

Идеальный профиль декомпрессии создает максимально возможный градиент для удаления инертного газа из ткани без образования пузырьков,^[55] а модели декомпрессии растворенной фазы основаны на предположении, что можно избежать образования пузырьков. 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 уклон с учетом этих допусков.^[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 практической применимости, включая погружения с экстремальным воздействием и повторяющиеся погружения, альтернативные газы для дыхания, включая газовые переключатели и постоянный заказ на поставку₂, вариации профиля погружения и погружения с насыщением. Обычно это не так, и большинство моделей ограничены частью возможного диапазона глубины и времени. 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 восхождений 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 окончательный подъем пилообразного профиля.^[6]

Функция моделей декомпрессии изменилась с появлением доплеровских ультразвуковых детекторов пузырьков, и теперь они предназначены не только для ограничения симптоматического возникновения декомпрессионной болезни, но и для ограничения бессимптомных пузырей венозного газа после погружения.^[25] После выявления венозных пузырей с помощью доплеровского измерения у бессимптомных дайверов вскоре после всплытия был внесен ряд эмпирических модификаций в модели растворенной фазы.^[58]

Отделения тканей

Одной из попыток решения была разработка 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 имеет свой период полураспада. Для насыщения реальных тканей также потребуется больше или меньше времени, но в моделях не нужно использовать фактические значения тканей для получения полезного результата. Модели с от одного до 16 отделений ткани^[59] были использованы для создания таблиц декомпрессии, и подводные компьютеры использовали до 20 отсеков.^[60]

Например: ткани с высоким липид содержание может поглощать большее количество азота, но часто имеет 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 лишь небольшую часть своей потенциальной газовой емкости. Рассчитывая уровни в каждом отсеке отдельно, исследователи могут создавать более эффективные алгоритмы. Кроме того, каждое отделение может выдерживать большее или меньшее перенасыщение, чем другие. Конечная 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] В Столы Bühlmann используйте 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, причем 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

Половина времени ткани - это время, необходимое ткани для поглощения или высвобождения 50% разницы в емкости растворенного газа при изменении парциального давления. В течение каждого последующего полупериода ткань будет снова принимать или освобождать половину совокупной разницы в последовательности ½, ¾, 7/8, 15/16, 31/32, 63/64 и т. Д.^[19] Время полураспада тканевого отсека составляет от 1 минуты до как минимум 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, в котором 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

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 превышает давление окружающей среды, и что газ из пузырьков удаляется медленнее, чем растворенный газ.^[63] Эти подходы приводят к разным 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 неглубокие остановки. В этом подходе используются различные модели.^{[63][67][68][66][69]}

Подход критического пересыщения

J.S. Холдейн Первоначально для декомпрессии использовалось критическое отношение давлений 2: 1, исходя из принципа, что насыщение тела ни в коем случае не должно превышать давление воздуха примерно в два раза.^[70] Этот принцип применялся как отношение давления к общему давлению окружающей среды и не учитывал парциальные давления составляющих газов воздуха для дыхания. Его экспериментальная работа над козами и наблюдения за водолазами, похоже, подтверждают это предположение. Однако со временем это оказалось несовместимым с частотой возникновения декомпрессионной болезни, и в первоначальные предположения были внесены изменения. Позже это соотношение парциальных давлений азота было изменено на 1,58: 1.^[71]

Дальнейшие исследования такими людьми, как Роберт Уоркман предположил, 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 - это 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 способ изменить значение M на более консервативный значение для использования в алгоритме декомпрессии. Фактор 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 пересыщение на глубине до 30% от проектного максимума и до 85% на поверхности.

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

Подход без перенасыщения

Согласно термодинамическая модель Хью Лемессурье и Брайан Эндрю Хиллз, это условие оптимальной движущей силы для дегазации выполняется, когда давление окружающей среды достаточно, чтобы предотвратить разделение фаз (образование пузырьков).^[69]

Фундаментальное 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

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 происходить 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 медленными подъемами 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.^[74]

Остаточный инертный газ

Экспериментально показано, что образование газовых пузырей значительно препятствует удалению инертного газа.^[16][75]После всплытия дайвера в тканях останется 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.^[76][77]

При многократных 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 пузырей, которые снижают скорость выделения газов и не учитываются в большинстве алгоритмов декомпрессии.^[78] Следовательно, некоторые организации по обучению дайверов дают дополнительные рекомендации, такие как «седьмой выходной».^[79]

Модели декомпрессии на практике

Напряжение инертного газа в тканевых компартментах во время декомпрессионного погружения с переключением газа для ускорения декомпрессии в соответствии с алгоритмом декомпрессии

Детерминированные модели

Детерминированный Модели декомпрессии - это основанный на правилах подход к расчету декомпрессии.^[80] Эти модели основаны на идее, что «чрезмерное» перенасыщение в различных ткани "небезопасно" (что приводит к декомпрессионная болезнь ). Модели обычно содержат несколько правил, зависящих от глубины и ткани, основанных на математических моделях идеализированных тканевых компартментов. Здесь нет цель математический способ оценки правил или общего рисковать кроме сравнения с результатами эмпирических испытаний. Модели сравниваются с экспериментальными результатами и отчетами с мест, и правила пересматриваются качественный суждение и подгонка кривой так, 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 появления симптоматической декомпрессионной болезни и бессимптомных венозных пузырей во время подъема.^[80]

Можно разумно предположить, что на самом деле 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 состоит в том, что существует большое количество переменных из-за взаимодействий между всеми тканевыми компартментами, и проблема становится неразрешимой. Один из способов упрощения моделирования переноса газа в ткани и из них состоит в том, чтобы 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

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 компартментами ткани за счет диффузии. Это приводит к параллельному набору независимых тканей, каждая со своей собственной 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 продолжительным периодом полувыведения или как более сложная функция, например в экспоненциально-линейной модели исключения.^[76]

Гипотеза критического отношения предсказывает, что образование пузырьков 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 варьироваться, и каждому отделу назначается определенный критический коэффициент перенасыщения на основе экспериментальных наблюдений.^[18]

Джон Скотт Холдейн представил концепцию половина раза для моделирования поглощения и выброса азота в кровь. Он предложил 5 отделений ткани с полупериодом 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 обеспечить 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.^[81] 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.^[82]

В 1960-е годы Роберт Д. Уоркман из Экспериментальное водолазное подразделение ВМС США (NEDU) рассмотрел основу модели и последующие исследования, проведенные ВМС США. Таблицы, основанные на работе Холдейна и последующих уточнениях, все еще не подходили для более продолжительных 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 было использовать для расчета результатов для любой глубины, и заявил, что линейная проекция M-значений будет полезна для компьютерного программирования.^[82]

Большая часть Альберт А. Бюльманн Его исследование состояло в том, чтобы определить самые длинные отсеки для азота и гелия за половину времени, и он увеличил количество отсеков до 16. Он исследовал последствия декомпрессии после погружения на высоте и опубликовал декомпрессионные таблицы, которые можно было использовать 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.^[83] Алгоритм Бюльмана использовался для создания стандартных декомпрессионных таблиц для ряда ассоциаций спортивного дайвинга и используется в нескольких персональных декомпрессионных компьютерах, иногда в модифицированной форме.^[83]

Б.А. Hills и D.H. LeMessurier изучили эмпирическую декомпрессионную практику Окинавский ныряльщики за жемчугом в Торресов пролив и заметил, что они сделали более глубокие остановки, но сократили общее время декомпрессии по сравнению с обычно используемыми таблицами того времени. Их анализ убедительно показал, что присутствие пузырьков ограничивает скорость выведения газов, 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.^[84] Изначально глубоководная 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.^[85]

А "Пайл стоп "глубокая остановка имени Ричард Пайл, один из первых сторонников глубоких остановок,^[86] на глубинах на полпути между дном и первой традиционной декомпрессионной остановкой и на полпути между предыдущей остановкой Pyle и самой глубокой традиционной остановкой, при условии, что обычная остановка меньше глубины более чем на 9 м. Остановка Pyle длится около 2 минут. Дополнительное время всплытия, необходимое для остановок Pyle, включается в профиль погружения до завершения графика декомпрессии.^[87] Пайл обнаружил, что во время погружений, когда он периодически останавливался, чтобы выпустить плавательные пузыри Что касается его образцов рыб, то после погружения он чувствовал себя лучше, и основывал процедуру глубокой остановки на глубине и продолжительности этих пауз.^[85] 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.^[88]

Например, дайвер поднимается с максимальной глубины 60 метров (200 футов), где давление окружающей среды 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.^[87][89]

Ценность и безопасность глубоких остановок в дополнение к расписанию декомпрессии, полученному на основе алгоритма декомпрессии, неясны. Эксперты по декомпрессии указали, что глубокие остановки, вероятно, будут сделаны на глубинах, на которых продолжается поглощение 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.^[85] Глубокие остановки, выполняемые во время погружения, когда декомпрессия рассчитывается в режиме реального времени, являются просто частью многоуровневого погружения на компьютер 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.^[90]

Исследование ДАН в 2004 году обнаружили, что вероятность появления высокопробных пузырьков может быть снижена до нуля, если концентрация азота в наиболее насыщенных тканях будет ниже 80 процентов допустимого значения M, и что добавление глубокой остановки было простым и практичным способом сделать это , сохраняя при этом исходную скорость подъема.^[84]

Ткани с ограничением диффузии и "Тканевая плита", и серийные модели

Вывод одномерного плита ткани модель из однородной ткани, перфузированной параллельными капиллярами

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, куда газ подается и удаляется посредством перфузии, и конец линии, где есть только один соседний отсек.^[83] Самая простая серийная модель - это одно отделение, которое в дальнейшем может быть уменьшено до одномерной модели «тканевой плиты».^[83]

Пузырьковые модели

Пузырь Модели 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 газа из смешанной фазы, что 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 меньших глубинах для устранения пузырьков.^[30][56][88]

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

• Французская модель декомпрессии артериального пузыря Tables du Ministère du Travail 1992^[56]
• Экспоненциально-линейный алгоритм ВМС США (Thalmann), используемый для таблиц декомпрессии воздуха ВМС США 2008 г. (среди прочего)^[83]
• Комбинированная перфузионно-диффузионная модель столов BSAC'88 от Hennessy
• Модель переменной проницаемости (VPM), разработанная D.E. Йонт и другие из Гавайского университета^[30]
• Модель пузырьков с уменьшенным градиентом (RGBM), разработанная Брюсом Винке из Национальной лаборатории Лос-Аламоса^[88]

Вероятностные модели

Вероятностный модели декомпрессии предназначены для расчета рисковать (или вероятность) декомпрессионная болезнь (DCS), возникающие в данном профиле декомпрессии.^[80] Эти модели могут варьироваться декомпрессионная остановка глубины и время для достижения окончательного расписания декомпрессии, предполагающего заданную вероятность возникновения DCS. Модель делает это, сводя к минимуму общее время декомпрессии. Этот процесс также может работать в обратном порядке, позволяя рассчитать вероятность DCS для любого расписания декомпрессии.

Модель соединенного отсека Goldman

3 взаимосвязанных модели отсека, как в моделях Goldman

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 образования пузырьков, но влияют на вероятность образования пузырьков в активном отсеке за счет диффузионного обмена инертного газа с активным отсеком.^[52][91] 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.^[91] Взаимосвязанные модели предсказывают уменьшение 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, тогда как 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 отброшена как более сложная без значительных преимуществ. ICM также более точно предсказал заболеваемость декомпрессионной болезнью при низком риске рекреационного дайвинга, записанном в наборе данных DAN Project Dive Exploration. Альтернативными моделями, использованными в этом исследовании, были LE1 (линейно-экспоненциальная) и прямая модели Холдейна.^[91] Модель Goldman прогнозирует значительное снижение риска после остановки безопасности при погружении с низким уровнем риска.^[92] и значительное снижение риска при использовании найтрокса (в большей степени, чем указано в таблицах PADI).^[93]

Декомпрессия насыщения

Графическое представление графика декомпрессии насыщения NORSOK U-100 (2009) с 180 мс, начиная с 06:00 и длится 7 дней, 15 часов с парциальным давлением кислорода, поддерживаемым от 0,4 до 0,5 бар

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.^[94]

При погружении с насыщением все ткани считаются насыщенными, и декомпрессия, которая безопасна для самых медленных тканей, теоретически будет безопасной 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.^[95]

Безопасная скорость декомпрессии после погружения с насыщением контролируется парциальным давлением кислорода во вдыхаемом дыхательном газе.^[96] Собственная ненасыщенность из-за кислородное окно обеспечивает относительно быструю начальную фазу декомпрессии при насыщении пропорционально парциальному давлению кислорода, а затем контролирует скорость дальнейшей декомпрессии, ограниченную полупериодом удаления инертного газа из самого медленного отсека.^[97] Однако некоторые графики декомпрессии с насыщением специально не позволяют начинать декомпрессию с подъема.^[98] 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 важным фактором во многих случаях неожиданной декомпрессионной болезни во время обычной декомпрессии с насыщением.^[99]

Применение пузырьковой модели в 1985 году позволило успешно смоделировать обычные декомпрессии, высотную декомпрессию, безостановочные пороги и погружения с насыщением с использованием одной настройки из четырех глобальных параметров нуклеации.^[100]

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 данной глубины насыщения и газовой смеси.^[94]

Проверка моделей

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 стало известно как «тихие пузыри». Таблицы ВМС США за 1956 г. основывались на пределах, определенных внешними признаками и симптомами ДКБ. Позже исследователи смогли улучшить эту работу, изменив ограничения на основе доплеровского тестирования. Однако таблицы CCR ВМС США, основанные на алгоритме Тальмана, также использовали только распознаваемые симптомы DCS в качестве критериев тестирования.^[101][102] 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.^[103]

Текущее исследование

Исследования по декомпрессии продолжаются. Однако данные по конкретным деталям обычно отсутствуют Сеть оповещения дайверов (DAN) ведет гражданская наука основанная на программе DAN (Европа), которая собирает данные от волонтеров дайверы-любители для анализа исследователями DAN и другими исследователями. Это исследование финансируется за счет абонентской платы членов DAN Europe.^[104] Лаборатория безопасности дайвинга - это база данных, в которую участники могут загружать профили погружений с широкого спектра подводных компьютеров, преобразованные в стандартный формат, и другие данные о погружении.^[105] Данные о сотнях тысяч реальных погружений анализируются для изучения аспектов безопасности дайвинга.^[106] 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, рассчитанными для того же профиля.

Перечисленные проекты (не все напрямую связанные с декомпрессией) включают:^[107]

• Сбор данных о пузырьках сосудистого газа и анализ данных.
• Определение оптимального профиля восхождения
• Расследование причин необъяснимых инцидентов с дайвингом
• Стресс при любительском дайвинге
• Корреляция между открытое овальное отверстие (PFO) и риск декомпрессионной болезни
• Дайвинг с астма и сахарный диабет и управление сопутствующим риском
• Физиология и патофизиология задержки дыхания
• Переохлаждение и дайвинг
• Головная боль и дайвинг
• Изменения крови, связанные с дайвингом
• Риск декомпрессии при авиаперелете после дайвинга
• Психологические 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

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 пузырьков, чем предполагалось. 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 остается неизвестной (2016).^[108]

Практическая эффективность переключения газа с разбавителя на основе гелия на найтрокс для ускорения декомпрессии убедительно не продемонстрирована. Эти переключатели повышают риск декомпрессионной болезни внутреннего уха из-за эффектов встречной диффузии.^[108]

Обучение теории декомпрессии и таблиц

Декомпрессия - это область, в которой вы обнаруживаете, что, чем больше вы узнаете, тем больше вы 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 г.^[109]

Знакомство с различными теориями, моделями, таблицами и алгоритмами необходимо, чтобы дайвер мог принимать обоснованные и знающие решения относительно своих личных потребностей в декомпрессии.^[110] Базовая теория декомпрессии и использование декомпрессионных таблиц является частью теоретического компонента подготовки профессиональных дайверов.^[111] планирование погружений на основе декомпрессионных таблиц, а также практика и управление декомпрессией в полевых условиях - важная часть работы дайв-супервайзера.^[112][113] 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.

Смотрите также

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

Примечания

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

Рекомендации

Источники

• 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 изд.). США: Сондерс. С. 455–500. ISBN  978-0-7020-2571-6. OCLC  51607923.
• Хаггинс, Карл Э. (1992). «Динамика декомпрессионного цеха». Курс преподается в Мичиганском университете. Получено 10 января 2012.
• Тельман, Э. Д. (1984). «Фаза II тестирования алгоритмов декомпрессии для использования в подводном декомпрессионном компьютере ВМС США». Navy Exp. Дайвинг Unit Res. Отчет. 1–84. Получено 16 марта 2008.
• Тельман, Э. Д. (1985). «Разработка алгоритма декомпрессии для постоянного парциального давления кислорода при погружениях с гелием». Navy Exp. Дайвинг Unit Res. Отчет. 1–85. Получено 16 марта 2008.
• ВМС США (2008 г.). Руководство по дайвингу ВМС США, 6-е издание. Соединенные Штаты: Командование военно-морских систем США. Получено 15 июн 2008.
• 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. Получено 25 января 2012.
• 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). Получено 25 января 2012.

дальнейшее чтение

• Ball, R; Химм, Дж; Гомер, LD; 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 для клапанов VVal-18 и VVal-18M - таблицы и процедуры декомпрессии воздуха». Экспериментальный водолазный отряд ВМС, TA 01-07, NEDU TR 07-09. Получено 27 января 2012.
• Гриббл, М. де Г. (1960); Сравнение Высотные и высокого давления 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: J L Publications. ISBN  0-9752290-1-X.
• Parker, E.C .; С.С. Сурванши; П.К. Уэзерсби и Э. Тельман (1992). «Статистические таблицы декомпрессии VIII: линейная экспоненциальная кинетика». Отчет Военно-морского института медицинских исследований. 92-73. Получено 16 марта 2008.
• Пауэлл, Марк (2008). Деко для дайверов. Саутенд-он-Си: Аквапресс. ISBN  978-1-905492-07-7.