Изобарическая контрдиффузия - Isobaric counterdiffusion

Чтобы узнать о других вариантах использования «ICD», см. МКБ (значения).

В физиология, изобарическая контрдиффузия (ICD) - это распространение различных газов в и из ткани при постоянном давление внешней среды, после изменения состава газа, и физиологические эффекты этого явления. Период, термин встречная диффузия инертного газа иногда используется как синоним, но также может применяться в ситуациях, когда давление окружающей среды изменяется.[1][2] Имеет значение в смешанном газе дайвинг и анестезиология.

Фон

Изобарическая контрдиффузия впервые была описана Graves, Idicula, Ламбертсен, и Куинн в 1973 г. на испытуемых, которые вдыхали одну газовую смесь (в которой инертный компонент был азот или же неон ) будучи окруженным другим (гелий основан).[3][4]

Клиническая значимость

В медицине ICD - это диффузия газов в разных направлениях, которая может увеличивать давление внутри открытых воздушных пространств тела и окружающего оборудования.[5]

Примером этого может быть дыхание пациента. оксид азота в операционной (в окружении воздуха ). Манжеты на эндотрахеальные трубки необходимо контролировать, поскольку закись азота будет диффундировать в заполненное воздухом пространство, вызывая увеличение объема. В лапароскопическая хирургия следует избегать закиси азота, поскольку газ будет диффундировать в брюшную или тазовую полости, вызывая повышение внутреннего давления. В случае тимпанопластика, кожный лоскут не будет ложиться, так как закись азота будет диффундировать в среднее ухо.

Актуальность для дайвинга

В подводное плавание, ICD - это диффузия одного инертного газа в ткани тела, в то время как другой инертный газ диффундирует наружу. 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.[6][7] Если газ, диффундирующий в ткань, делает это со скоростью, превышающей скорость другого газа, покидающего ткань, он может повысить общую концентрацию газа в ткани до перенасыщение достаточно, чтобы вызвать образование или рост пузырьков без изменения давления окружающей среды и, в частности, без одновременного декомпрессия. Ламбертсен описал две формы этого явления:[1][8]

Поверхностный ИКД

Поверхностный ИКД (также известный как установившаяся изобарическая контрдиффузия) возникает, когда инертный газ, которым дышит дайвер, диффундирует в тело медленнее, чем инертный газ, окружающий тело.[1][8][9]

Примером этого может быть дыхание воздухом в гелиокс среда. 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. Эти изобарические поражения кожи (крапивница) не возникают, когда окружающий газ представляет собой азот, а вдыхаемый газ - гелий.[10][9]

ИКД глубоких тканей

ИКД глубоких тканей (также известная как переходная изобарическая контрдиффузия) возникает, когда дайвер последовательно вдыхает различные инертные газы.[1][8] Быстро диффундирующий газ переносится в ткань быстрее, чем более медленно диффундирующий газ выводится из ткани.[7]

Пример этого был показан в литературе Харви в 1977 году, когда водолазы переключились с смеси азота на смесь гелия (коэффициент диффузии гелия в 2,65 раза выше, чем у азота).[7] у них быстро появился зуд, за которым последовали боли в суставах.[11] Saturation divers дыхание гидрелиокс перешел на гелиокс смесь и развились симптомы декомпрессионная болезнь во время Гидры V.[12] Совсем недавно Дулетт и Митчелл описали МКБ как основу для внутреннее ухо декомпрессионная болезнь и предлагает «переключение дыхательного газа следует планировать глубоко или неглубоко, чтобы избежать периода максимального перенасыщения в результате декомпрессии».[13] Это также может произойти, когда водолазы, дышащие гидрелиоксом, переключаются на смесь гелиокса.[14]

Существует еще один эффект, который может проявляться в результате несоответствия растворимости между разбавителями инертных дыхательных газов, которое возникает в изобарных газовых переключателях около декомпрессионного потолка между газом с низкой растворимостью (обычно гелием и газом с более высокой растворимостью, обычно азотом).[15][16]

Модель декомпрессии внутреннего уха, разработанная Дулеттом и Митчеллом, предполагает, что кратковременное повышение давления газа после перехода с гелия на азот в дыхательном газе может быть результатом разницы в переносе газа между отделениями. Если перенос азота в сосудистый отсек за счет перфузии превышает удаление гелия за счет перфузии, в то время как перенос гелия в сосудистый отсек путем диффузии из перилимфы и эндолимфы превышает встречную диффузию азота, это может привести к временному увеличению общего газового давления. , так как ввод азота превышает удаление гелия, что может привести к образованию и росту пузырьков. Эта модель предполагает, что диффузия газов из среднего уха через круглое окно незначительна. Модель не обязательно применима ко всем типам тканей.[13]

ICD Профилактика

Ламбертсен предложил избежать ИКД во время ныряния.[1][8] Если дайвер окружен или насыщен азотом, он не должен дышать газами, богатыми гелием. Ламбертсон также предположил, что переключение газа, включающее переход от смесей, богатых гелием, к смесям, богатым азотом, было бы приемлемым, но переходы с азота на гелий должны включать рекомпрессию. Однако Дулетт и Митчелл Недавнее исследование болезни, вызванной декомпрессией внутреннего уха (IEDCS), теперь показывает, что внутреннее ухо не может быть хорошо смоделировано обычными (например, Бюльманн ) алгоритмы. 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.[13] Похожая гипотеза, объясняющая частоту возникновения IEDCS при переходе с тримикса на нитрокс, была предложена Стивом Бертоном, который рассмотрел эффект гораздо большей растворимости азота, чем гелий, при кратковременном увеличении общего давления инертного газа, что могло привести к DCS под давлением. изобарические условия.[17] Рекомпрессия с кислородом эффективен для облегчения симптомов, вызванных ИКД. Однако модель Бертона для IEDCS не согласуется с моделью внутреннего уха Дулетта и Митчелла. Дулетт и Митчелл моделируют внутреннее ухо, используя коэффициенты растворимости, близкие к коэффициентам растворимости воды.[13] 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.[13]

Похожая гипотеза, объясняющая частоту возникновения IEDCS при переходе с тримикса на нитрокс, была предложена Стивом Бертоном, который рассмотрел эффект гораздо большей растворимости азота, чем гелий, при кратковременном увеличении общего давления инертного газа, что могло привести к DCS под давлением. изобарические условия.[18]

Бертон утверждает, что эффект перехода на найтрокс с Trimix с большим увеличением доли азота при постоянном давлении приводит к увеличению общей газовой нагрузки, особенно в более быстрых тканях, поскольку потеря гелия более чем компенсируется увеличением азота. Это может вызвать немедленное образование пузырей и рост в быстрых тканях. Предлагается простое правило, позволяющее избежать ICD при переключении газа на декомпрессионном потолке:[18]

  • Любое увеличение газовой фракции азота в декомпрессионном газе должно быть ограничено до 1/5 от уменьшения газовой фракции гелия.[18]

Было обнаружено, что это правило позволяет успешно избегать ICD при сотнях глубоких тримиксных погружений.[18]

Программный инструмент для планирования декомпрессии под названием Ultimate Planner пытается спрогнозировать ICD путем моделирования внутреннего уха либо как водного (подход Митчелла и Дулетта), либо как липидной ткани (подход Бертона).[19]

Смотрите также

  • Декомпрессионная болезнь - Нарушение, вызванное растворенными газами в тканях, образующими пузырьки при снижении окружающего давления
  • Декомпрессия (дайвинг) - Снижение давления окружающей среды на подводных ныряльщиков после гипербарического воздействия и удаление растворенных газов из тканей дайвера
  • Газ для дыхания - Газ, используемый для дыхания человека

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Гамильтон, Роберт В. Тальманн, Эдвард Д. (2003). «Практика декомпрессии». В Брубакке, Альф О; Нойман, Том С. (ред.). Физиология и медицина дайвинга Беннета и Эллиотта (5-е изд.). США: Сондерс. С. 477–8. ISBN  978-0-7020-2571-6. OCLC  51607923.
  2. ^ Ламбертсон, Кристиан Дж; Борнманн, Роберт С; Кент, МБ, ред. (1979). Противодиффузия изобарического инертного газа. 22-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины. Номер публикации UHMS 54WS (IC) 1-11-82. Получено 10 января 2010.
  3. ^ Грейвз, диджей; Idicula, J; Lambertsen, Christian J; Куинн, Дж. А. (февраль 1973 г.). «Пузырькообразование в физических и биологических системах: проявление встречной диффузии в композитных средах». Наука. 179 (4073): 582–584. Bibcode:1973Sci ... 179..582G. Дои:10.1126 / science.179.4073.582. PMID  4686464.
  4. ^ Грейвз, диджей; Idicula, J; Lambertsen, Christian J; Куинн, Дж. А. (март 1973 г.). «Образование пузырей в результате перенасыщения встречной диффузией: возможное объяснение изобарической инертной газовой крапивницы и головокружения». Физика в медицине и биологии. 18 (2): 256–264. Bibcode:1973ПМБ .... 18..256Г. CiteSeerX  10.1.1.555.429. Дои:10.1088/0031-9155/18/2/009. PMID  4805115. Получено 10 января 2010.
  5. ^ Бараш П.Г .; Каллен, Б.Ф .; Стултинг, РК (2005). Клиническая анестезия (5-е изд.). США: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN  978-0-7817-5745-4.
  6. ^ Гамильтон и Тальманн, 2003 г. С. 477–478.
  7. ^ а б c Ламбертсон, Кристиан Дж (1989). Взаимосвязь изобарических газовых контрдиффузионных и декомпрессионных газовых болезней. В Ванне, РД. «Физиологические основы декомпрессии». 38-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины Публикация UHMS № 75 (Phys) 6-1-89. http://archive.rubicon-foundation.org/6853. Проверено 10 января 2010 года.
  8. ^ а б c d Ламбертсон, Кристиан Дж (1989). «Взаимосвязь изобарических газовых контрдиффузионных и декомпрессионных газовых болезней». В Ванн, Р. Д. (ред.). Физиологические основы декомпрессии. 38-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины. Публикация UHMS Номер 75 (Phys) 6-1-89. Получено 10 января 2010.
  9. ^ а б D'Aoust, BG; Белый, R; Swanson, H; Данфорд, Р.Г.; Махони, Дж (1982). «Различия в переходной и установившейся изобарической контрдиффузии». Отчет в Управление военно-морских исследований. Получено 10 января 2010.
  10. ^ Хиллз, Брайан А. (1979). Кент, МБ (ред.). «Встречный перенос инертных газов: эффекты установившегося режима и переходных градиентов». Противодиффузия изобарического инертного газа. 22-й семинар, Председатели: Ламбертсен, CJ; Борнманн, RC. Филадельфия, Пенсильвания: подводное медицинское общество. п. 151. Получено 18 марта 2016.
  11. ^ Харви, Калифорния (1977). «Гипербарическое воздействие поверхностного насыщения в азотно-кислородной среде и изобарические переходы на гелиевый кислород». Подводные биомедицинские исследования, ежегодное собрание. Получено 10 января 2010.
  12. ^ Rostain, JC; Lemaire, C; Гардетт-Шофур, MC; Наке, Р. (1987). Бове; Бахрах; Гринбаум (ред.). «Эффект перехода от водородно-гелий-кислородной смеси к гелий-кислородной смеси во время погружения на 450 м вод. Ст.». Подводная и гипербарическая физиология IX. Бетесда, Мэриленд, США: Общество подводной и гипербарической медицины.
  13. ^ а б c d е Дулетт, Дэвид Дж; Митчелл, Саймон Дж (июнь 2003 г.). «Биофизические основы декомпрессионной болезни внутреннего уха». Журнал прикладной физиологии. 94 (6): 2145–50. Дои:10.1152 / japplphysiol.01090.2002. PMID  12562679.
  14. ^ Мазурель, G; Gutierrez, N; Джакомони, Л. (1987). «Водородное погружение и декомпрессия». Резюме Ежегодного научного собрания Общества подводной и гипербарической медицины, которое проводилось 26–30 мая 1987 года. Отель Hyatt Regency, Балтимор, Мэриленд. Общество подводной и гипербарической медицины, Inc.. Получено 14 марта 2016.
  15. ^ Партридж, Мэтью. «Противодиффузия изобарического инертного газа» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 15 марта 2016 г.. Получено 14 марта 2016.
  16. ^ Бертон, Стив (2011). "Изобарическая встречная диффузия Как избежать попадания изобарической встречной диффузии". ScubaEngineer.com. Получено 14 марта 2016.
  17. ^ Бертон, Стив (декабрь 2004 г.). "Изобарическая встречная диффузия". Подводное плаваниеИнженер. Получено 10 января 2010.
  18. ^ а б c d Бертон, Стив (декабрь 2004 г.). «Изобарическая встречная диффузия». ScubaEngineer. http://www.scubaengineer.com/isobaric_counter_diffusion.htm. Проверено 10 января 2010 года.
  19. ^ Салама, Ассер (2014). "Окончательный планировщик (программное обеспечение для декомпозиции)". Журнал Tech Diving. Ассер Салама. Получено 17 марта 2016.

Внешние ресурсы

Ссылки на изобарическую контрдиффузию Ламбертсена / У. Пенна