Термодинамическая модель декомпрессии - Thermodynamic model of decompression

Профили декомпрессии на основе термодинамической модели по сравнению с таблицей ВМС США для той же глубины и времени дна

В термодинамическая модель была одной из первых моделей декомпрессии, в которой декомпрессия регулируется объемом пузырьков газа, выходящих из раствора. В этой модели DCS только для боли моделируется одной тканью, которая ограничена диффузией для поглощения газа, а образование пузырьков во время декомпрессии вызывает «фазовое уравновешивание» парциальных давлений между растворенным и свободным газами. Движущим механизмом удаления газа в этой ткани является присущая ей ненасыщенность, также называемая вакансией парциального давления или кислородным окном, где метаболизируемый кислород заменяется более растворимым диоксидом углерода. Эта модель использовалась для объяснения эффективности ныряльщиков за жемчугом на острове Торресова пролива, эмпирически разработанных декомпрессионных схем, в которых использовались более глубокие декомпрессионные остановки и меньшее общее время декомпрессии, чем в текущих морских декомпрессионных графиках. Эта тенденция к более глубоким декомпрессионным остановкам стала характерной чертой более поздних моделей декомпрессии.[1]

Концепция

Брайан А. Хиллз проанализировали существующие гипотезы декомпрессии, на которые часто ссылались в литературе того времени, и определили три основные характеристики всеобъемлющих теоретических подходов к моделированию декомпрессии:[2]

  1. Количество и состав задействованных тканей;
  2. Механизм и параметры контроля появления идентифицируемых симптомов;
  3. Математическая модель транспортировки и распределения газа.

Хиллс не обнаружил доказательств прерывания частоты возникновения симптомов декомпрессии для вариаций экспозиции / глубины, что он интерпретировал как предполагающий, что задействована либо одна критическая ткань, либо непрерывный диапазон тканей, и что корреляция не улучшилась, если предположить бесконечный диапазон половину раза в обычной экспоненциальной модели.[2] После более поздних экспериментальных работ он пришел к выводу, что о неизбежности декомпрессионной болезни, скорее всего, свидетельствует количество выделяющегося из раствора газа (гипотеза критического объема), чем его простое присутствие (определяемое критическим пределом перенасыщения), и предположил, что это подразумевает, что обычные (халдановские) схемы на самом деле лечат бессимптомную газовую фазу в тканях и не предотвращают отделение газа от раствора.[3]

Эффективная декомпрессия минимизирует общее время всплытия, одновременно 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.[4]

Согласно термодинамической модели, условие оптимальной движущей силы для дегазации выполняется, когда окружающего давления достаточно для предотвращения разделения фаз (образования пузырьков). 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.[2]

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.[2]

Естественная ненасыщенность, эффект, известный как кислородное окно Вакансия парциального давления и собственная ненасыщенность увеличивается с глубиной, поэтому на большей глубине возможен больший перепад давления окружающей среды и уменьшается по мере всплытия дайвера. 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.[2]

Естественная ненасыщенность также увеличивается с увеличением парциального давления кислорода в дыхательном газе.[5]

Термодинамическая модель основана на следующих предположениях:[6]

  • Рассматривается только один тип тканей, который является первым типом, проявляющим симптомы декомпрессионной болезни. Другие, несимптоматические, ткани не принимают во внимание, поскольку они не представляют проблемы.
  • Формирование пузырьковых ядер происходит случайным образом в тканях и на различных уровнях перенасыщения.
  • После того, как ядро ​​пузыря сформировалось в перенасыщенной ткани, растворенный газ в ткани будет диффундировать через поверхность пузыря до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между давлением в пузыре и концентрацией в прилегающей ткани.
  • Фазовое уравновешивание происходит в течение нескольких минут.
  • После образования пузырьки имеют тенденцию сливаться, вызывая давление на ткани и нервы, что в конечном итоге вызывает боль.
  • После образования пузырьков они удаляются только путем диффузии из-за присущей им ненасыщенности.

Требование поддерживать давление окружающей среды, достаточно высокое для предотвращения роста пузырьков, приводит к значительно более глубокой первой остановке, чем модели с растворенной фазой, которые предполагают, что пузырьки не образуются во время бессимптомной декомпрессии.[6]

Эта модель была радикальным изменением по сравнению с традиционными моделями растворенной фазы. Хиллс был встречен со значительным скептицизмом и после нескольких лет отстаивания двухфазных моделей в конечном итоге обратился к другим областям исследований. В конце концов, работа других исследователей оказала достаточное влияние, чтобы получить широкое признание моделей пузырей, и ценность исследований Хиллса была признана.[6]

Дальнейшее развитие

Пузырьковые модели декомпрессии являются логическим развитием этой модели. 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.[7]

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.[8]

Модель переменной проницаемости

Основная статья: Модель переменной проницаемости

Модель переменной проницаемости (VPM) - это алгоритм декомпрессии разработано D.E. Yount и другие для использования в профессиональный и любительский дайвинг. Он был разработан для моделирования лабораторных наблюдений за образованием и ростом пузырьков как в неодушевленных, так и в естественных условиях. in vivo системы, подверженные давлению.[9] VPM предполагает, что микроскопические пузырьковые ядра всегда существуют в воде и тканях, содержащих воду. Любые ядра, превышающие определенный «критический» размер, связанный с максимальной глубиной погружения, будут расти во время декомпрессии. VPM направлен на минимизацию общего объема этих растущих пузырьков за счет поддержания относительно высокого внешнего давления и низкого парциального давления вдыхаемого инертного газа во время декомпрессии.

Модель с уменьшенным градиентным пузырем

Основная статья: Модель с уменьшенным градиентным пузырем

Модель уменьшенного градиентного пузыря (RGBM) представляет собой алгоритм декомпрессии разработано доктором Брюс Винке. Это связано с Модель переменной проницаемости.[10] но концептуально отличается тем, что отвергает модель гелевого пузыря модели переменной проницаемости.[11]

Он используется в нескольких подводные компьютеры, особенно те, которые сделаны Suunto, Аквари, Mares, HydroSpace Engineering,[10] и Центр подводных технологий. Его характеризуют следующие допущения: кровоток (перфузия ) обеспечивает предел проникновения тканевого газа распространение; ан экспоненциальное распределение размеров пузырьковых семян всегда присутствует, мелких семян намного больше, чем крупных; пузырьки проницаемы для переноса газа через границы поверхности при всех давлениях; то халданеян тканевые компартменты диапазон в половина времени от 1 до 720 минут в зависимости от газовая смесь.[10]

Рекомендации

  1. ^ Дулетт, ди-джей (2006). «Личное мнение о вкладе Брайана Хиллса в теорию и практику декомпрессии». Журнал Южнотихоокеанского общества подводной медицины и Европейского общества подводной и баромедицинской медицины.
  2. ^ а б c d е LeMessurier, D.H .; Хиллз, Б.А. (1965). «Декомпрессионная болезнь. Термодинамический подход, вытекающий из исследования методов ныряния в Торресовом проливе». Хвалрадец Скрифтер (48): 54–84.
  3. ^ Хиллз, Б.А. (1970). «Ограниченное пересыщение по сравнению с фазовым равновесием в прогнозировании возникновения декомпрессионной болезни». Клиническая наука. 38 (2): 251–267. Дои:10.1042 / cs0380251. PMID  5416153.
  4. ^ Yount, Дэвид Э .; Хоффман, округ Колумбия (1984). Bachrach A.J .; Мацен, М. (ред.). «Теория декомпрессии: гипотеза динамического критического объема» (PDF). Подводная физиология VIII: Материалы восьмого симпозиума по подводной физиологии.. Bethesda: подводное медицинское общество. стр. 131–146. Получено 9 мая 2016.
  5. ^ Ван Лью, Хью Д; Конкин, Дж; Буркард, МЭ (1993). «Кислородное окно и декомпрессионные пузыри: оценки и значение». Авиация, космос и экологическая медицина. 64 (9): 859–65. ISSN  0095-6562. PMID  8216150.
  6. ^ а б c Пауэлл, Марк (2008). «Специфические модели пузырей». Деко для дайверов. Саутенд-он-Си: Аквапресс. ISBN  978-1-905492-07-7.
  7. ^ Юнт, Дэвид Э. (2002). "Теория декомпрессии - модели пузырей: применение VPM к дайвингу" (PDF). Дайвинг. Глубоководный дайвинг. п. 8. Получено 9 мая 2016.
  8. ^ Винке, Б.Р. (1989). «Модели тканевого газообмена и расчеты декомпрессии: обзор». Подводные биомедицинские исследования. 16 (1): 53–89. PMID  2648656. Получено 7 марта 2016.
  9. ^ Yount, DE (1991). «Желатин, пузыри и изгибы». В: Hans-Jurgen, K; Харпер-младший, Делавэр (ред.) International Pacifica Scientific Diving ... 1991. Труды Американская академия подводных наук Одиннадцатый ежегодный научный симпозиум по дайвингу, состоявшийся 25–30 сентября 1991 г. Гавайский университет, Гонолулу, Гавайи.
  10. ^ а б c 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. стр. 7–12. Получено 12 января 2010.
  11. ^ Кэмпбелл, Эрнест С. (30 апреля 2009 г.). «Модель пузырьков с уменьшенным градиентом». Scubadoc's Diving Medicine. Получено 12 января 2010. - Брюс Винке описывает различия между RGBM и VPM

внешняя ссылка