Физиология декомпрессии – это аспект физиологии, на который влияют большие изменения давления окружающей среды . Он включает в себя сложное взаимодействие растворимости газа, парциального давления и градиентов концентрации, диффузии, объемного транспорта и механики пузырьков в живых тканях. [1] Газ вдыхается при атмосферном давлении, и часть этого газа растворяется в крови и других жидкостях. Инертный газ продолжают подавать до тех пор, пока газ, растворенный в тканях, не придет в состояние равновесия с газом в легких ( см.: « Погружение с насыщением »), или давление окружающей среды снижается до тех пор, пока растворенные в тканях инертные газы не перейдут в состояние равновесия. при более высокой концентрации, чем равновесное состояние, и снова начинают диффундировать. [2]
Поглощение газов жидкостями зависит от растворимости конкретного газа в конкретной жидкости, концентрации газа (обычно выражаемой как парциальное давление) и температуры. [2] При изучении теории декомпрессии исследуется и моделируется поведение газов, растворенных в тканях тела, при изменении давления с течением времени. [3] После растворения растворенный газ распределяется путем перфузии , когда растворитель (кровь) циркулирует вокруг тела дайвера, и путем диффузии , когда растворенный газ может распространяться в локальные области с более низкой концентрацией , когда нет объемного потока растворитель . При наличии достаточного времени при определенном парциальном давлении дыхательного газа концентрация в тканях стабилизируется или насыщается со скоростью, зависящей от местной растворимости, скорости диффузии и перфузии. Если концентрация инертного газа в дыхательном газе снижается ниже концентрации в любой из тканей, газ будет иметь тенденцию возвращаться из тканей в дыхательный газ. Это известно как дегазация и происходит во время декомпрессии, когда снижение давления окружающей среды или смена дыхательного газа снижает парциальное давление инертного газа в легких. [2]
Суммарная концентрация газов в любой ткани будет 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 гораздо более растворим. Однако во время снижения давления окружающей среды скорость снижения давления может превышать скорость, с которой газ может быть удален путем диффузии и перфузии, а если концентрация становится слишком высокой, может достичь стадии, когда в перенасыщенной среде может произойти образование пузырьков. ткани. Когда давление газов в пузырьке превышает совокупное внешнее давление давления окружающей среды и поверхностное натяжение на границе раздела пузырь-жидкость, пузырьки будут расти, и этот рост может привести к повреждению тканей. Симптомы, вызванные этим повреждением, известны как декомпрессионная болезнь . [2]
Фактические скорости диффузии и перфузии, а также растворимость газов в конкретных тканях обычно неизвестны и значительно различаются. Однако были предложены математические модели, которые в большей или меньшей степени аппроксимируют реальную ситуацию, и эти модели декомпрессии используются для прогнозирования вероятности возникновения симптоматического образования пузырьков при данном профиле воздействия давления. [3] Эффективная декомпрессия требует, чтобы дайвер всплывал достаточно быстро, чтобы установить как можно более высокий градиент декомпрессии в как можно большем количестве тканей, насколько это безопасно, не провоцируя развитие симптоматических пузырей. Этому способствует максимально допустимое безопасное парциальное давление кислорода в дыхательном газе и отсутствие изменений газа, которые могут вызвать образование или рост контрдиффузионных пузырьков. Разработка графиков, которые были бы одновременно безопасными и эффективными, осложнялась большим количеством переменных и неопределенностей, включая индивидуальные различия в реакции на различные условия окружающей среды и рабочую нагрузку.
Растворимость – это свойство газа, жидкости или твердого вещества ( растворенного вещества ) оставаться гомогенно диспергированными в виде молекул или ионов в жидкой или твердой среде ( растворителе ). В теории декомпрессии первостепенное значение имеет растворимость газов в жидкостях, так как именно образование пузырьков из этих газов вызывает декомпрессионную болезнь. [4] [5] [6]
На растворимость газов в жидкостях влияют три основных фактора:
Присутствие других растворенных веществ в растворителе также может влиять на растворимость. [11]
Ткани тела включают водные и липидные компоненты в различных соотношениях, а растворимость газов, участвующих в декомпрессии в этих тканях, будет варьироваться в зависимости от их состава. [12]
Диффузия — это движение молекул или ионов в среде при отсутствии массового потока среды и может происходить в газах, жидкостях или твердых телах или в любой их комбинации. [13] Диффузия обусловлена кинетической энергией диффундирующих молекул – она происходит быстрее в газах и медленнее в твердых телах по сравнению с жидкостями из-за изменения расстояния между столкновениями, а диффузия происходит быстрее, когда температура выше средней энергии. молекул больше. Диффузия также происходит быстрее в более мелких и легких молекулах, крайним примером которых является гелий. Коэффициент диффузии гелия в 2,65 раза выше, чем у азота. [14]
Градиент парциального давления, также известный как градиент концентрации , можно использовать в качестве модели движущего механизма диффузии. Градиент парциального давления — это скорость изменения парциального давления (или, точнее, концентрации) растворенного вещества (растворенного газа) от одной точки растворителя к другой. Молекулы растворенного вещества будут случайным образом сталкиваться с другими присутствующими молекулами и иметь тенденцию со временем распространяться, пока распределение не станет статистически однородным. Это приводит к тому, что молекулы будут диффундировать из областей с более высокой концентрацией (парциальное давление) в области с более низкой концентрацией, причем скорость диффузии пропорциональна скорости изменения концентрации. В тканях, в которых инертный газ более растворим, в конечном итоге образуется более высокое содержание растворенного газа, чем в тканях, в которых газ менее растворим. [15]
.svg/1280px-Tissue_half_times_(1).svg.png)
В этом контексте инертный газ относится к газу, который не является метаболически активным . Атмосферный азот (N 2 ) является наиболее распространенным примером, а гелий (He) является другим инертным газом, обычно используемым в дыхательных смесях для дайверов . [16]
Атмосферный азот имеет парциальное давление примерно 0,78 бар на уровне моря. Воздух в альвеолах легких разбавлен насыщенными парами воды (H 2 O) и углекислым газом (CO 2 ), продуктом обмена веществ, выделяемым кровью, и содержит меньше кислорода (O 2 ), чем атмосферный воздух, так как часть его поглощается кровью для метаболического использования. Результирующее парциальное давление азота составляет около 0,758 бар. [17]
Таким образом, при атмосферном давлении ткани тела обычно насыщаются азотом при давлении 0,758 бар (569 мм рт. ст.). При повышенном давлении окружающей среды из-за глубины или давления в среде обитания легкие дайвера наполняются дыхательным газом под повышенным давлением, и парциальные давления составляющих газов будут пропорционально увеличиваться. [3]
Инертные газы из дыхательного газа в легких диффундируют в кровь в альвеолярных капиллярах («движутся вниз по градиенту давления») и распространяются по организму посредством системного кровообращения в процессе, известном как перфузия. [3]
Перфузия – это массовый поток крови через ткани. Растворенные вещества транспортируются кровью гораздо быстрее, чем они распределялись бы только за счет диффузии (порядка минут по сравнению с часами). [18]
Растворенный газ в альвеолярной крови транспортируется к тканям организма посредством кровообращения. Там он диффундирует через клеточные мембраны в ткани, где в конечном итоге может достичь равновесия. Чем больше кровоснабжение ткани, тем быстрее она достигнет равновесия с газом при новом парциальном давлении. [3] [18]
Если подача газа в растворитель неограничена, газ будет диффундировать в растворитель до тех пор, пока не будет растворено столько, что будет достигнуто равновесие, и количество, диффундирующее обратно наружу, будет равно количеству, диффундирующему внутрь. Это называется насыщением . [3] Концентрация при насыщении зависит от парциального давления газа в источнике и растворимости газа в растворителе в данных условиях.
Если внешнее парциальное давление газа (в легких) затем снизить, больше газа будет диффундировать наружу, чем внутрь. Может развиться состояние, известное как пересыщение . Пересыщение газом можно определить как сумму всех парциальных давлений растворенных в жидкости газов, превышающих давление окружающей среды в жидкости. [19] На этом этапе газ не обязательно образует пузырьки в растворителе, но для роста пузырьков необходимо пересыщение. [3] Пересыщенный раствор газов в ткани может образовывать пузырьки, если существуют подходящие места зародышеобразования . [19]
Если предположить экспоненциальное поглощение газа, что является хорошим приближением экспериментальных значений диффузии в неживых однородных материалах, то время полураспада ткани — это время, необходимое ткани, чтобы поглотить или высвободить 50% разницы в емкость растворенного газа при измененном парциальном давлении. За каждый последующий полупериод ткань будет снова поглощать или высвобождать половину совокупной разницы в последовательности ½, ¾, 7/8, 15/16, 31/32, 63/64 и т. д. Число полупериодов, выбранное для принятия полная насыщенность зависит от модели декомпрессии и обычно находится в диапазоне от 4 (93,75%) до 6 (98,44%). [20] [21] Время полураспада тканевого отсека, используемое при моделировании декомпрессии, находится в диапазоне от 1 минуты до как минимум 720 минут. [22]
В каждом отделении ткани время полураспада будет разное для газов с разной растворимостью и скоростью диффузии. Эта модель может неадекватно описывать динамику газовыделения, если присутствуют пузырьки газовой фазы. [23] [24]
Газ остается растворенным в тканях до тех пор, пока парциальное давление этого газа в легких не снизится настолько, чтобы вызвать градиент концентрации, при котором концентрация в крови будет более низкой, чем в соответствующих тканях. Пониженное парциальное давление в легких приведет к диффузии большего количества газа из крови в легочный газ и меньшего количества газа из легких в кровь. Аналогичная ситуация происходит между кровью и каждой тканью. Когда концентрация в крови падает ниже концентрации в прилегающих тканях, газ диффундирует из ткани в кровь, а затем транспортируется обратно в легкие, где диффундирует в легочный газ и затем выводится при выдохе. . Если снижение давления окружающей среды ограничено, это десатурация будет происходить в растворенной фазе, но если давление окружающей среды будет достаточно снижено, пузырьки могут образовываться и расти как в крови, так и в других перенасыщенных тканях. [3]
Когда газ в ткани имеет концентрацию, при которой больше диффундирует наружу, чем внутрь, говорят, что ткань перенасыщена этим газом по сравнению с окружающими тканями. Пересыщение также можно определить, когда совокупное парциальное давление растворенных в ткани газов превышает общее давление окружающей среды на ткань [25] и существует теоретическая возможность образования или роста пузырьков. [3]
.svg/1280px-Partial_pressures_in_tissues_(1).svg.png)
Происходит метаболическое снижение общего давления газов в тканях. [26] Сумма парциальных давлений газа, которым дышит дайвер, обязательно должна уравновешиваться суммой парциальных давлений легочного газа. В альвеолах газ увлажняется до парциального давления примерно 63 мбар (47 мм рт. ст.) и получает около 55 мбар (41 мм рт. ст.) углекислого газа из венозной крови. Кислород также диффундирует в артериальную кровь, снижая парциальное давление кислорода в альвеолах примерно на 67 мбар (50 мм рт. ст.). Поскольку общее давление в альвеолах должно уравновешиваться давлением окружающей среды, это разбавление приводит к эффективному парциальному давлению азота. около 758 мб (569 мм рт. ст.) в воздухе при нормальном атмосферном давлении. [26]
В установившемся состоянии, когда ткани насыщены инертными газами дыхательной смеси, обменные процессы снижают парциальное давление менее растворимого кислорода и замещают его углекислым газом, значительно более растворимым в воде. В клетках типичной ткани парциальное давление кислорода упадет примерно до 13 мбар (10 мм рт. ст.), а парциальное давление углекислого газа составит около 65 мбар (49 мм рт. ст.). Сумма этих парциальных давлений (воды, кислорода, углекислого газа и азота) составляет примерно 900 мбар (675 мм рт. ст.), что примерно на 113 мбар (85 мм рт. ст.) меньше общего давления дыхательного газа. Это значительный дефицит насыщения, который обеспечивает буфер против перенасыщения и движущую силу для растворения пузырьков. [26]
Эксперименты показывают, что степень ненасыщенности линейно возрастает с давлением для дыхательной смеси фиксированного состава и линейно уменьшается с увеличением доли инертного газа в дыхательной смеси. [27] Как следствие, условиями максимизации степени ненасыщенности является дыхательный газ с минимально возможной долей инертного газа – т.е. чистого кислорода, при максимально допустимом парциальном давлении. Этот дефицит насыщения также называют « кислородным окном ». [28] или вакансия парциального давления. [29]
Когда дайвер всплывает после декомпрессии, в тканях распределяется остаточное содержание инертного газа. Существует неизвестное фактическое содержание газа и смоделированное содержание газа по алгоритму декомпрессии. Остаточный газовый дисбаланс будет продолжать уравновешиваться по отношению к дыхательному газу, и для вычислительных целей предполагается, что он продолжает уравновешиваться в соответствии с алгоритмом, обычно предполагающим атмосферный воздух в качестве дыхательного газа. Загрузка остаточного газа рассчитывается, а модельные тканевые отсеки обновляются, чтобы ее можно было использовать в качестве базовой линии для повторяющихся погружений. Это также будет базой для дальнейшей декомпрессии, если дайверу придется подняться на большую высоту. Дыхание кислородом или найтроксом после погружения вымывает инертные газы из тканей быстрее, чем воздух, но обычно это не рассчитывается дайв-компьютерами. Снижение нагрузки на ткани инертным газом снижает риск развития DCS во время полета или каким-либо другим образом при воздействии более низкого давления окружающей среды после погружения. [30] : Глава 9
Обмен растворенных газов между кровью и тканями контролируется перфузией и в меньшей степени диффузией, особенно в гетерогенных тканях. Распределение притока крови к тканям изменчиво и подвержено множеству влияний. Когда поток локально высок, в этой области преобладает перфузия, а при низком потоке - диффузия. Распределение кровотока контролируется средним артериальным давлением и местным сосудистым сопротивлением, а артериальное давление зависит от сердечного выброса и общего сосудистого сопротивления. Основное сосудистое сопротивление контролируется симпатической нервной системой, а метаболиты, температура, а также местные и системные гормоны оказывают 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 дрожь, после чего потребление кислорода увеличится, хотя вазоконстрикция может сохраняться. [5]
Загрузка тканевого газа, количество газа, растворенного в ткани, влияет как на скорость, так и на направление диффузии по отношению к этой ткани, поскольку является одним из факторов, определяющих градиент концентрации. Абсолютное количество газа, растворенного в тканях, обычно не учитывается, поскольку у дайвера нет практического способа его измерения, и его обычно называют концентрацией, парциальным давлением или степенью насыщения. [31] [32]
Состав дыхательного газа во время воздействия давления и декомпрессии имеет важное значение для поглощения и удаления инертного газа для данного профиля воздействия давления. Дыхательные газовые смеси для дайвинга обычно содержат долю азота, отличную от 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 пропорциональны фактическому парциальному давлению с течением времени. Двумя основными причинами использования смесей дыхательных газов являются снижение парциального давления азота за счет разбавления кислородом для приготовления найтроксных смесей, уменьшения поглощения азота во время воздействия давления и ускорения удаления азота во время декомпрессии, а также замена гелия (а иногда и других газов) на азот для уменьшения наркотического действия и работы дыхания при воздействии высокого давления. В зависимости от соотношения гелия и азота эти газы называются гелиоксами, если в них нет азота, или тримиксами , если наряду с необходимым кислородом имеются азот и гелий. [33] [34]
Инертные газы, используемые в качестве заменителей азота, имеют характеристики растворимости и диффузии в живых тканях, отличные от азота, который они заменяют. Например, наиболее распространенным заменителем азота в качестве инертного газа-разбавителя является гелий, который значительно хуже растворяется в живых тканях [35] , но также быстрее диффундирует из-за относительно небольшого размера и массы атома гелия по сравнению с молекулой азота . [36]
Состав дыхательного газа поддается измерению, количественной оценке и используется в современных алгоритмах декомпрессии. Для дайвинга с открытым контуром он обычно предоставляется в виде пользовательского ввода, включая пользовательский ввод газовых переключателей. [37] В ребризерах замкнутого цикла состав газа часто рассчитывается в режиме реального времени с использованием введенного пользователем состава разбавителя, который определяет соотношение азота и гелия, и измеренного мгновенного парциального давления кислорода. [38]
Приток крови к коже и жировой ткани зависит от температуры кожи и тела, а перфузия мышц в состоянии покоя контролируется температурой самих мышц. Во время упражнений увеличение притока к работающим мышцам часто уравновешивается уменьшением притока к другим тканям, таким как почки, селезенка и печень. [5]
В холодной воде приток крови к мышцам ниже, но упражнения сохраняют мышцы в тепле и повышают приток крови, даже когда кожа охлаждена. Приток крови к жиру обычно увеличивается во время тренировки, но он замедляется при погружении в холодную воду. Адаптация к холоду уменьшает сильную вазоконстрикцию, которая обычно возникает при погружении в холодную воду. [5]
Упражнения, которые увеличивают частоту сердечных сокращений, увеличивают общую перфузию, что увеличивает скорость транспорта инертных газов к тканям с большей перфузией и обратно, а более высокая температура тканей увеличивает скорость диффузии через эти ткани. Во время декомпрессии существует компромисс между легкими упражнениями, способствующими выведению инертных газов, и напряженными упражнениями, вызывающими образование и рост пузырьков. [39]
Изменения в распределении перфузии не обязательно влияют на дыхательный обмен инертных газов, хотя некоторые газы могут локально ограничиваться изменениями перфузии. Отдых в холодной среде снижает обмен инертных газов в коже, жире и мышцах, тогда как физические упражнения увеличивают газообмен там, где перфузия увеличивается. Упражнения во время декомпрессии могут сократить время декомпрессии и риск при условии отсутствия пузырьков, но могут увеличить риск, если пузырьки присутствуют. [5]
Обмен инертных газов наименее благоприятен для дайвера, который разогрелся и тренируется на глубине во время фазы поглощения, а также отдыхает и ему холодно во время декомпрессии [5] , и наиболее благоприятен для дайвера, которому прохладно и расслаблено на глубине во время поглощения, и тепло с легкими физическими упражнениями во время декомпрессии. [40] [41]
Изобарная контрдиффузия (ИКД) — 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 когда дайвер попадает в среду, наполненную газом, который отличается от дыхательного газа. [42]
Строго говоря, это не явление декомпрессии, но это осложнение, которое может возникнуть во время декомпрессии и которое может привести к образованию или росту пузырьков без изменения давления окружающей среды. Ламбертсен описал две формы этого явления: [43] [42]
Поверхностная ИКД (также известная как изобарическая контрдиффузия в устойчивом состоянии) [44] возникает, когда инертный газ, которым дышит дайвер, диффундирует в тело медленнее, чем инертный газ, окружающий тело. [43] [42] [44]
Примером этого может быть дыхание воздухом в гелиоксовой среде. Гелий в гелиоксе быстро диффундирует в кожу, тогда как азот медленнее диффундирует из капилляров в кожу и из организма. В результате возникает перенасыщение в определенных участках поверхностных тканей и образование пузырьков инертного газа. [42]
Глубокотканная ИКД (также известная как транзиторная изобарическая контрдиффузия) [44] возникает, когда дайвер последовательно вдыхает различные инертные газы. [43] Быстро диффундирующий газ транспортируется в ткань быстрее, чем медленно диффундирующий газ выводится из ткани. [42]
Это может произойти, когда дайверы переходят со смеси азота на смесь гелия (коэффициент диффузии гелия в 2,65 раза выше, чем у азота) [42] или когда дайверы, дышащие гидролиоксом при насыщении , переходят на смесь гелиокса. [45]
Существует еще один эффект, который может проявляться в результате несоответствия растворимости разбавителей инертного дыхательного газа, которое возникает при переключении изобарного газа вблизи потолка декомпрессии между газом с низкой растворимостью, обычно гелием, и газом с более высокой растворимостью, обычно азотом. [46] [47]
Модель декомпрессии внутреннего уха, разработанная Дулеттом и Митчеллом, предполагает, что временное увеличение напряжения газа после переключения с гелия на азот в дыхательном газе может быть результатом разницы в переносе газа между отсеками. Если транспорт азота в сосудистый отдел перфузией превышает удаление гелия перфузией, а перенос гелия в сосудистый отдел путем диффузии из перилимфы и эндолимфы превышает контрдиффузию азота, это может привести к временному увеличению общего газового давления. , поскольку поступление 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. [48]
Ламбертсен внес предложения, которые помогут избежать проблем с ИКД во время дайвинга: [43] [42]
Однако более недавнее исследование Дулетта и Митчелла по декомпрессионной болезни внутреннего уха (IEDCS) показывает, что внутреннее ухо не может быть хорошо смоделировано с помощью обычных алгоритмов (например, Бюльмана). Дулетт и Митчелл предполагают, что переход от смеси, богатой гелием, к смеси, богатой азотом, что обычно происходит в техническом дайвинге при переходе с тримикса на найтрокс при всплытии, может вызвать временное перенасыщение инертного газа во внутреннем ухе и привести к IEDCS. [48] Они предполагают, что переключение дыхательного газа с смесей, богатых гелием, на смеси, богатые азотом, должно быть тщательно запланировано либо глубоко (с учетом азотного наркоза), либо поверхностно, чтобы избежать периода максимального пересыщения, возникающего в результате декомпрессии. Переключения также следует производить во время дыхания при максимальном парциальном давлении вдыхаемого кислорода, которое можно безопасно переносить с учетом кислородной токсичности. [48]
Похожая гипотеза для объяснения возникновения IEDCS при переходе с тримикса на найтрокс была предложена Стивом Бертоном, который рассматривал влияние гораздо большей растворимости азота, чем гелия, на кратковременное увеличение общего давления инертного газа, что могло привести к DCS при изобарические условия. [14]
Бертон утверждает, что эффект перехода на найтрокс с тримикса со значительным увеличением фракции 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 и рост пузырьков в быстрых тканях. Предлагается простое правило, позволяющее избежать проблем с ИКД при переключении газа при потолке декомпрессии: [14]
Было обнаружено, что это правило позволяет успешно избежать проблем с ICD при сотнях глубоких погружений с тримиксом. [14]
Местоположение микроядер или место первоначального образования пузырьков неизвестно. [49] Гетерогенная нуклеация и трибонуклеация считаются наиболее вероятным механизмом образования пузырьков. Гомогенная нуклеация требует гораздо большей разницы давлений, чем при декомпрессии. [49] Спонтанное образование нанопузырьков на гидрофобных поверхностях является возможным источником микроядер, но пока неясно, могут ли они вырасти до симптоматических размеров, поскольку они очень стабильны. [49]
Включение механизмов образования и роста пузырьков в модели декомпрессии может сделать модели более биофизическими и обеспечить лучшую экстраполяцию. [49]
Условия потока и скорость перфузии являются доминирующими параметрами в конкуренции между тканями и циркуляционными пузырьками, а также между несколькими пузырьками за растворенный газ за рост пузырьков. [49]
Для существования пузыря необходимо равновесие сил на поверхности. [50] Это:
Если растворитель вне пузырька насыщенный или ненасыщенный, 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 пузырь, тем быстрее он выдавливается. Газовый пузырь может расти только при постоянном давлении окружающей среды, если окружающий растворитель достаточно перенасыщен, чтобы преодолеть поверхностное натяжение, или если поверхностный слой вокруг пузыря обеспечивает достаточную реакцию для преодоления поверхностного натяжения. [50]
Чистые пузырьки достаточно маленького размера разрушаются из-за поверхностного натяжения, если пересыщение низкое. Пузырьки с полупроницаемой поверхностью либо стабилизируются на определенном радиусе в зависимости от давления, состава поверхностного слоя и пересыщения, либо продолжают расти неопределенно долго, если радиус больше критического. [51]
Образование пузырьков происходит в крови или других тканях. Одним из гипотетических мест зарождения пузырьков являются щели макромолекул, однако реальные места образования пузырьков в тканях неизвестны. [52]
Растворитель может переносить в растворе перенасыщенное количество газа. Будет ли оно выходить из раствора в объем 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, а также локальные растягивающие нагрузки в твердых и полутвердых веществах. Липиды и другие гидрофобные поверхности могут снижать поверхностное натяжение (этот эффект могут оказывать стенки кровеносных сосудов). Обезвоживание может снизить растворимость газа в тканях из-за более высокой концентрации других растворенных веществ и меньшего количества растворителя, удерживающего газ. [53]
Другая теория предполагает, что микроскопические пузырьковые ядра всегда существуют в водных средах, включая живые ткани. Эти ядра пузырьков представляют собой сферические газовые фазы, которые достаточно малы, чтобы оставаться во взвешенном состоянии, но достаточно прочны, чтобы противостоять коллапсу, а их стабильность обеспечивается эластичным поверхностным слоем, состоящим из поверхностно-активных молекул, который противостоит эффекту поверхностного натяжения. [54]
Образовавшийся микропузырек может продолжать расти, если ткани все еще перенасыщены. По мере роста пузыря он 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 кровоснабжаемых сосудом. [55]
Если существует пузырь или объект, который собирает молекулы газа, это скопление молекул газа может достичь размера, при котором внутреннее давление превышает совокупное поверхностное натяжение и внешнее давление, и пузырек будет расти. [56] Если растворитель достаточно перенасыщен, диффузия газа в пузырек будет превышать скорость, с которой он диффундирует обратно в раствор, и если это избыточное давление превышает давление из-за поверхностного натяжения, пузырек будет продолжать расти. Когда пузырь растет, поверхностное натяжение уменьшается, а внутреннее давление падает, что позволяет газу диффундировать внутрь быстрее и медленнее диффундировать, поэтому пузырек растет или сжимается в ситуации положительной обратной связи. Скорость роста снижается по мере роста пузыря, поскольку площадь поверхности увеличивается пропорционально квадрату радиуса, а объем увеличивается пропорционально кубу радиуса. Если внешнее давление уменьшается из-за уменьшения гидростатического давления во время всплытия, пузырек также будет расти, и наоборот, повышенное внешнее давление приведет к сжатию пузыря, но не может привести к его полному устранению, если устойчивый к сжатию поверхностный слой существует. [56]
Гипотеза упорядочения модели переменной проницаемости утверждает, что зародыши не создаются и не полностью удаляются во время цикла давления, а первоначальная упорядоченность по размеру сохраняется. Следовательно, количество каждого пузырька определяется свойствами и поведением номинального «критического» ядра, которое находится на пороге образования пузырьков: все более крупные ядра будут образовывать пузырьки, а все меньшие ядра — нет. [50]
Декомпрессионные пузыри, по-видимому, образуются в основном в системных капиллярах, где концентрация газа самая высокая, часто в тех, которые питают вены, дренирующие активные конечности. Они обычно не образуются в артериях при условии, что снижение окружающего давления не происходит слишком быстро, поскольку артериальная кровь недавно получила возможность выпустить избыток газа в легкие. У дайверов с этим дефектом перегородки некоторые пузырьки, переносимые обратно к сердцу по венам, могут попасть в большой круг кровообращения через открытое овальное окно , после чего возникает риск окклюзии капилляров, в какой бы части тела они ни оказались. дюйм [5]
Также известно, что пузырьки образуются в других тканях, где они могут вызвать повреждение, приводящее к симптомам декомпрессионной болезни. Это повреждение, скорее всего, вызвано механической деформацией и нагрузками на клетки, а не локальной гипоксией, которая является предполагаемым механизмом в случае газовой эмболии капилляров. [57]
Пузырьки, которые по венам переносятся обратно к сердцу, обычно попадают в правую часть сердца, оттуда они обычно попадают в малый круг кровообращения и в конечном итоге проходят или задерживаются в капиллярах легких, расположенных вокруг альвеолах и очень близко к дыхательному газу, где газ будет диффундировать из пузырьков через стенки капилляров и альвеол в газ в легких. Если количество легочных капилляров, заблокированных этими пузырьками, относительно невелико, у дайвера не будет проявляться симптомов и ни одна ткань не будет повреждена (ткани легких достаточно насыщаются кислородом за счет диффузии). [4]
Пузырьки, которые достаточно малы, чтобы пройти через капилляры легких, могут быть достаточно маленькими, чтобы раствориться из-за сочетания поверхностного натяжения и диффузии, приводящей к пониженной концентрации в окружающей крови, хотя теория зарождения модели переменной проницаемости предполагает, что большинство пузырьков, проходящих через малый круг кровообращения потеряет достаточно газа, чтобы пройти через капилляры и вернуться в большой круг кровообращения в виде переработанных, но стабильных ядер. [58]
Пузырьки, образующиеся в тканях, должны удаляться in situ путем диффузии, что предполагает соответствующий градиент концентрации. [4]
Декомпрессия может быть запланированным и контролируемым процессом или неконтролируемым , который обычно является непреднамеренным и может происходить от компрессионного воздействия обратно до давления нормального насыщения или от состояния насыщения до более низкого давления. Все эти факторы влияют на физиологические эффекты и реакцию.
Биологический стресс — это концепция, разработанная Гансом Селье , и ее можно определить как «общую патофизиологическую реакцию, при которой сходные симптомы и признаки развиваются в ответ на различные агенты и условия». [59] Это явление также известно как общий адаптационный синдром . Декомпрессия является стрессором, а декомпрессионный стресс – воздействием на организм физических и физиологических факторов, связанных с декомпрессией. Даже не вызывая острых признаков и симптомов, пузырьки газа в сосудах могут быть индикатором величины декомпрессионного стресса, а поскольку большинство погружений, при которых образуются пузырьки газа, вызывают лишь минимальные симптомы, они могут быть полезны в качестве индикатора риска травмы в конкретном случае. погружения и, следовательно, может быть полезен для разработки более безопасных процедур. [59] [60]
Декомпрессионный стресс также описывается как количество инертного газа, растворенного в различных тканях по всему телу, [61] , но это не имеет смысла, если не сравнивать его с количеством, которое было бы стабильным в этих тканях при текущем давлении окружающей среды. Это совокупное действие всех факторов, влияющих на образование пузырьков инертного газа в тканях во время и после декомпрессии. Декомпрессионный стресс не обязательно приводит к декомпрессионной болезни, но является необходимым предварительным условием. Некоторые из этих факторов известны и могут быть измерены и количественно определены, другие известны, предполагаемы или гипотетичны, но не поддаются измерению или количественной оценке, а некоторые могут быть совершенно неизвестными. Декомпрессионный стресс считается причиной роста пузырьков и фактором риска симптоматической декомпрессионной болезни у людей и ныряющих животных. [39] [62]
Усталость и вялость после погружения — частые жалобы дайверов. Обычно они не считаются симптомами декомпрессионной болезни при отсутствии каких-либо классических симптомов, но считаются индикаторами высокого декомпрессионного стресса. [63] [59]
История воздействия давления и смеси дыхательных газов в сочетании оказывают наибольшее влияние на уровень декомпрессионного стресса и являются наиболее простым набором факторов для измерения и количественной оценки. Они являются основным генератором декомпрессионного стресса, без которого не может развиваться ДКБ. Воздействие давления на дайверов обычно выражается профилем погружения. [39]
Другие факторы, влияющие на риск декомпрессии, включают концентрацию кислорода, уровень углекислого газа, положение тела, температуру окружающей среды и ее влияние на температуру тела и распределение температуры, вазодилататоры и констрикторы, дыхание с положительным или отрицательным давлением. [5] работа дыхания влияет на плотность газа, напряжение и обезвоживание, что приводит к уменьшению объема крови и увеличению концентрации растворенных веществ в том, что остается. Эти факторы влияют на транспорт растворенных газов путем диффузии и перфузии и, следовательно, влияют на скорость поглощения и выведения. [64] Существуют также эффекты, связанные с наличием пузырьков, такие как микрочастицы, окислительный стресс, активация нейтрофилов и повреждение эндотелия. [60]
Индивидуальная предрасположенность к декомпрессионной болезни имеет компоненты, которые можно объяснить конкретной причиной, а также компоненты, которые кажутся случайными. Случайный компонент делает последовательные декомпрессии плохим тестом на восприимчивость. [5] Некоторые исследования считают ожирение и высокие уровни липидов в сыворотке крови факторами риска, причем риск, по-видимому, увеличивается с возрастом. [65] Другое исследование также показало, что у пожилых людей наблюдалась тенденция к образованию пузырей чаще, чем у молодых, по пока неизвестным причинам, но не было выявлено никаких тенденций между весом, жиром или полом и наличием пузырей. развивать пузыри, чем другие, остается неясным. [66] [59] [67]
Профиль погружения оказывает наибольшее влияние на уровень декомпрессионного стресса у дайверов и представляет собой набор факторов, которые легче всего измерить и количественно оценить. Он является основным генератором декомпрессионного стресса, без него не бывает декомпрессионного стресса и не может развиться ДКБ. Недавняя история погружений влияет на величину нагрузки инертным газом на ткани в начале погружения, к которой во время погружения добавляется дополнительный газ, увеличивая нагрузку, которую необходимо устранить во время декомпрессии. Глубина и плотность среды для дайвинга, а также внешнее давление (обычно атмосферное давление) обеспечивают давление окружающей среды, вызывающее всасывание и выделение газов. Время, проведенное на глубине, влияет на поглощение и удаление инертных газов путем диффузии и перфузии. Парциальное давление компонента инертного газа, входящего в состав дыхательного газа, контролирует градиент концентрации, вызывая диффузию в ткани и из них. После достаточного воздействия все ткани насыщаются, и предыдущая история погружений становится неактуальной. [39] [59]
Скорость всплытия контролирует скорость снижения окружающего давления. Декомпрессионные остановки обеспечивают время, необходимое для дегазации, чтобы снизить концентрацию до уровней, рассчитанных как приемлемо безопасные, прежде чем продолжить всплытие. Атмосферное давление на поверхности является конечной точкой декомпрессии в воде. Более низкое атмосферное давление требует удаления большего количества газа во время декомпрессии, чтобы достичь безопасного уровня перенасыщения тканей при всплытии. Приземное атмосферное давление в основном зависит от высоты, но существует также небольшое влияние изменений барометрического давления из-за метеорологических воздействий. [39] [59]
Упражнение, выполняемое во время погружения, можно рассматривать с трех аспектов: тип упражнения, этап погружения, на котором оно выполняется, и интенсивность упражнения. Каждый из этих параметров сильно варьируется, что усложняет оценку совокупного эффекта, поскольку один и тот же тип упражнений может иметь разные эффекты в зависимости от того, когда они происходят, и от физиологического воздействия, которое они оказывают на конкретного дайвера. В целом, упражнения улучшают кровообращение, перфузию и температуру периферической части тела, что на этапах погружения ускоряет поглощение инертного газа, что увеличивает декомпрессионную нагрузку при всплытии для данного профиля. Упражнения на стадиях дегазации будут способствовать выведению инертных газов, снижая декомпрессионный стресс, но упражнения более высокой интенсивности во время высокого декомпрессионного стресса могут повысить напряжение местных тканей в достаточной степени, чтобы способствовать образованию и росту пузырьков, особенно в суставах, где перфузия ограничена. Количество и интенсивность требуемых усилий не всегда полностью находятся под контролем дайвера и зависят как от навыков, так и от обстоятельств. Измерение интенсивности упражнений таким образом, чтобы это было полезно для ввода в алгоритм декомпрессии, затруднено, а последствия плохо изучены. Частота сердечных сокращений, частота дыхания и вентиляционный обмен кислорода и углекислого газа могут указывать на интенсивность упражнений, но на каждый из них могут влиять эффекты, не зависящие от интенсивности упражнений, и они, вероятно, также в основном являются показателями перфузии. Даже если бы данные можно было легко собрать, неизвестно, как их можно было бы с пользой использовать. Некоторые производители начали измерять частоту сердечных сокращений, но пока не существует подводных компьютеров, которые могли бы оценить интенсивность упражнений таким образом, чтобы это можно было эффективно использовать в алгоритме декомпрессии. [39] Упражнения перед погружением также могут повлиять на вероятность симптоматического ДКБ, при этом эффект зависит от того, за какое время до погружения выполнялось упражнение. Механизм этого также плохо изучен. [59] Имеются неубедительные данные о том, что длительные периоды низкой активности перед погружением могут повысить восприимчивость к декомпрессионному стрессу. [68]
Термический статус дайвера может влиять на декомпрессионный стресс, в основном за счет воздействия на перфузию на разных этапах погружения. У теплого дайвера перфузия будет более тщательной, чем у холодного дайвера, а перфузия определенных тканей и органов повлияет на количество инертного газа, доступного для растворения в этих тканях во время поглощающей части погружения, и аналогичным образом повлияет на транспортировку. избытка растворенного газа поступает в легкие, где его можно удалить на этапе декомпрессии погружения. Температура воды важна только как фактор, влияющий на температуру тела и распределение тепла дайвера, а распределение тепла у дайвера в основном важно как фактор, влияющий на распределение перфузии. Систематические испытания показали, что время установления теплового статуса имеет важное значение. Тепло тела, способствующее высокой перфузии во время глотания, способствует высокой нагрузке инертного газа, что увеличивает риск декомпрессии. Тепло тела во время декомпрессии и связанная с этим более высокая общая перфузия способствуют высокой скорости дегазации и снижают риск декомпрессии. Если дайверам будет тепло на протяжении всего погружения, это может привести к увеличению количества венозных пузырьков. Использование костюмов с горячей водой может увеличить заболеваемость DCS по сравнению с пассивной изоляцией от сухих костюмов, а охлаждение на позднем погружении и после погружения может продлить период риска развития DCS. Наилучшим случаем минимизации риска декомпрессии является низкая перфузия, связанная с более низкими периферическими температурами во время ингаляции и высокой перфузией во время декомпрессии, а наихудшим случаем является высокая перфузия во время ингаляции и низкая перфузия тканей с высокой газовой нагрузкой во время декомпрессии. По состоянию на 2016 год не существует эффективных измерений распределения температуры тела, которые могли бы с пользой прогнозировать скорость переноса газа в ткани или из них на основе распределения температуры или эффективной перфузии, а также не существует какого-либо научно обоснованного способа интеграции измерения температуры в алгоритмы декомпрессии. [39]
Предрасположенность к декомпрессионному стрессу — это категория, в которую сгруппирован ряд факторов различной, а в некоторых случаях неопределенной важности. Некоторые из них присущи дайверу, другие варьируются и зависят от того, что делает дайвер. Некоторые из них влияют на перфузию. Ни один из них в настоящее время (2023 г.) не поддается количественной оценке таким образом, чтобы его можно было объективно измерить и интегрировать в алгоритм декомпрессии. [39]
Обезвоживание, вероятно, является фактором, но его последствия количественно не изучены. Некоторые исследования показывают, что обезвоживание может увеличить риск ДКБ, но чрезмерная гидратация также является проблемой, поскольку увеличивает риск иммерсионного отека легких . Кроме того, поскольку обезвоживание может быть симптомом или следствием ДКБ, может возникнуть некоторая путаница между причиной и следствием. Обезвоживание может повлиять на перфузию, а также на растворимость газов в тканях. [39]
Физическая подготовка также является фактором, который не поддается количественному пониманию. Дайвер должен быть в достаточной форме, чтобы справляться с обычными требованиями дайвинга, и иметь достаточный резерв возможностей, чтобы справиться с разумно предсказуемыми непредвиденными обстоятельствами. Есть также данные, свидетельствующие о том, что более высокий уровень физической подготовки связан с меньшим риском развития ДКБ. У субъектов с высокой аэробной способностью наблюдается меньшее количество пузырьков после декомпрессии, что качественно связано с меньшим декомпрессионным стрессом. [39]
Повторяющаяся декомпрессионная болезнь в анамнезе может указывать на физиологическую предрасположенность к DCS или поведенческую тенденцию у дайвера или людей, с которыми он ныряет (давление со стороны сверстников или поведение приятеля могут влиять на поведение других в группе). Анализируя историю погружений человека, возможно, удастся определить способы снижения будущего риска, хотя это не всегда так, поскольку некоторые попадания не поддаются уверенному объяснению. [39]
По-видимому, с возрастом увеличивается восприимчивость к ДКБ, но неясно, какие из эффектов старения на самом деле вызывают повышенный риск. Снижение уровня физической подготовки, а также изменения в здоровье и практике дайвинга могут быть показателем более фундаментальных физиологических изменений, таких как менее эффективная перфузия, изменения в емкости газов в тканях или изменение эффективности газообмена в легких. [39]
Есть некоторые свидетельства, полученные от обслуживающего персонала камеры, что женщины подвергаются несколько большему риску в первой половине менструального цикла, но это не подтверждается данными из литературы по дайвингу. Это может быть связано с тем, что более контролируемые и повторяемые условия стандартизированного воздействия в камере более чувствительны к небольшим изменениям индивидуальной восприимчивости, которые теряются в шуме при нырянии. [39]
Хотя кровообращение, несомненно, является фактором физиологии декомпрессии, поскольку перфузия признана ограничивающим фактором в транспорте растворенного газа в ткани и из них, а также в транспортировке и распределении сосудистых пузырьков во время декомпрессии, эмпирических данных об изменении риска мало. из-за нарушения кровообращения из-за предыдущей травмы, неправильного положения тела или даже обезвоживания. Наличие открытого овального окна потенциально может позволить венозной крови, содержащей декомпрессионные пузыри, обходить фильтрацию сети легочных капилляров и было идентифицировано как фактор риска серьезной ДКБ, но, хотя частота ПФО высока, частота серьезной ДКБ очень высока. низкая, а степень проходимости весьма вариабельна. PFO также не является единственным путем попадания пузырьков в системный артериальный круг кровообращения, поскольку они также могут шунтироваться в малом круге кровообращения, и это можно увеличить с помощью физических упражнений. [39] [69]
Различные факторы, которые можно классифицировать как биологическое здоровье, могут влиять на декомпрессионный стресс. Важность и механизм таких факторов не установлены, а роли могут быть второстепенными или важными. Состояние питания важно для общего состояния здоровья и влияет на физическую форму, поэтому оно может повлиять на безопасность декомпрессии. Было обнаружено, что высокий уровень холестерина статистически связан с большим количеством пузырьков, но причинный механизм не изучен. Доступно мало информации о влиянии лекарств на риск декомпрессии, но некоторые из них могут глубоко влиять на физиологические и психические процессы, поэтому разумно предположить, что могут быть неизвестные эффекты на риск декомпрессии. Эффекты сложно измерить, поскольку существует широкий спектр лекарств, дозировок и потенциальных взаимодействий между комбинациями лекарств. Генетическая предрасположенность и эпигенетическая экспрессия влияют на различные аспекты физиологии и могут влиять на восприимчивость и реакцию на декомпрессионный стресс, но это еще не изучено. [39]
Акклиматизация: Адаптивные изменения в ответ на повторное воздействие могут привести к усилению или ослаблению реакции, фактически повышая или снижая чувствительность к присутствию растворенного инертного газа. Опубликованные данные противоречивы, но это может быть артефактом поведения. Серия испытаний, направленная на уменьшение мешающих факторов, предполагает, что относительно меньшее количество пузырьков, вероятно, наблюдается в серии аналогичных профилей погружений в последовательные дни. [39] [70]
Основываясь на полевых наблюдениях, Пайл (2001) предположил, что некоторые поведенческие факторы в конце глубоких технических погружений могут влиять на декомпрессионный стресс и риск развития симптомов вскоре после выхода из воды. [71]
Обычно все четыре этих изменения происходят в очень тесной последовательности.
Типы травм и физиологических нарушений, которые могут быть вызваны декомпрессией, включают декомпрессионную болезнь , баротравмы декомпрессии и синдром эбулизма . Эти виды травм могут присутствовать по отдельности или в комбинации.
Декомпрессионная болезнь вызвана образованием пузырьков инертного газа в перенасыщенных тканях, баротравмы при декомпрессии обычно возникают из-за быстрой декомпрессии, когда газовые пространства не могут уравнять давление с окружающей средой, а кипение возникает только в случаях декомпрессии до очень низкого давления окружающей среды. [72]
Внутрисосудистые пузырьки вызывают слипание эритроцитов, тромбоциты изнашиваются, лейкоциты активируются, проницаемость сосудов увеличивается. Газ в пузыре уравновесится с окружающими тканями и, следовательно, будет содержать водяной пар, кислород и углекислый газ, а также инертный газ. Сосудистые пузырьки образуются на венозном конце капилляров и проходят через вены в правую часть сердца, а затем циркулируют в легких. [73]
Пузырьки могут задерживаться в капиллярах легких, временно блокируя их. Если это серьезно, может возникнуть симптом, называемый « удушье ». [5]
Если у дайвера имеется открытое овальное окно (PFO) или легочный шунт , пузырьки могут пройти через него и миновать легочные капилляры, в которых происходит газообмен, и попасть в артериальную кровь. Если эти пузырьки не абсорбируются артериальной плазмой и оседают в системных капиллярах, они блокируют приток насыщенной кислородом крови к тканям, снабжаемым этими капиллярами, и эти ткани будут испытывать недостаток кислорода. Мун и Киссло (1988) пришли к выводу, что «факты свидетельствуют о том, что риск серьезной неврологической DCI или раннего начала DCI увеличивается у дайверов с шунтированием крови справа налево через PFO. В настоящее время нет никаких доказательств того, что PFO связано с легкими или поздними приступами». [74]
Пузырьки могут образовываться в других тканях, а также в кровеносных сосудах. [5] Инертный газ может диффундировать в ядра пузырьков между тканями. В этом случае пузырьки могут деформировать и необратимо повредить ткань. Эти пузырьки также могут сдавливать нервы по мере их роста, вызывая боль. [4] [75]
Внесосудистые или автохтонные [а] пузыри обычно образуются в медленных тканях, таких как суставы, сухожилия и мышечные оболочки. Прямое расширение вызывает повреждение тканей с выбросом гистамина и связанными с ним последствиями. Биохимические повреждения могут быть столь же важными, как и механические воздействия, или даже более важными. [4] [5] [6]
Баротравма — это физическое повреждение тканей тела , вызванное разницей давлений между газовым пространством внутри тела или в контакте с ним и окружающим газом или жидкостью. [76] [33] Первоначальное повреждение обычно происходит из-за чрезмерного растяжения тканей при растяжении или сдвиге , либо непосредственно из-за расширения газа в замкнутом пространстве, либо из-за разницы давления , гидростатически передаваемой через ткань. Разрыв ткани может осложниться попаданием газа в местную ткань или кровообращением через начальный участок травмы , что может вызвать блокаду кровообращения в отдаленных участках или помешать нормальной функции органа своим присутствием. Этот термин обычно применяется, когда соответствующий объем газа уже существует до декомпрессии. Баротрама может возникать как во время компрессионных, так и декомпрессионных событий.
Баротравма декомпрессии обычно проявляется в виде эффектов синусита или среднего уха , повреждений легких от избыточного давления и чрезмерного расширения газов в желудочно-кишечном тракте.
Баротравма обычно возникает, когда организм подвергается значительному изменению давления окружающей среды , например, когда аквалангист , фридайвер или пассажир самолета поднимается или спускается, или во время неконтролируемой декомпрессии сосуда под давлением , такого как камера для дайвинга или самолет под давлением. , но также может быть вызвано ударной волной . Вентилятор-индуцированное повреждение легких (VILI) — это состояние, вызванное чрезмерным расширением легких при механической вентиляции, используемой, когда организм не может дышать самостоятельно, и связано с относительно большими дыхательными объемами и относительно высокими пиковыми давлениями.
Эбуллизм — это образование пузырьков водяного пара в жидкостях организма из-за пониженного давления окружающей среды, обычно на очень большой высоте . Это происходит потому, что в равновесной системе жидкости и газа происходит чистое превращение жидкости в газ при понижении давления; например, жидкости достигают точки кипения при более низких температурах, когда давление на них снижается. [77] Травмы и расстройства, вызванные эбуллизмом, также известны как синдром эбуллизма. [72] Эбуллизм увеличивает объем тканей, но давление паров воды при температурах, при которых человек может выжить, недостаточно для разрыва кожи или большинства других тканей, заключенных в кожу. [78] Эбуллизм приводит к предсказуемым травмам, с которыми можно выжить, если начать лечение достаточно быстро, и часто сопровождается осложнениями, вызванными быстрой декомпрессией, такими как декомпрессионная болезнь и различные баротравмы. В группу риска входят космонавты и летчики-высотники. [77]
Декомпрессия от насыщения представляет собой особый случай, когда все ткани изначально насыщаются максимально стабильной нагрузкой инертного газа для комбинации давления окружающей среды и смеси дыхательных газов. В этой ситуации можно показать, что ткань, контролирующая декомпрессию, всегда является самой медленной тканью. Это делает расчет графика относительно простым, поскольку один и тот же график всегда действителен для заданной комбинации давления и смеси дыхательных газов, и один и тот же график можно использовать для данной смеси дыхательных газов, начиная с фактического давления насыщения, хотя на график можно повлиять. с использованием другой газовой смеси для декомпрессии. Это часто делается за счет использования более высокого парциального давления кислорода во время декомпрессии, чем во время воздействия насыщения. [79] [30] [80]
Декомпрессия насыщения при дайвинге — это физиологический процесс перехода от стационарного состояния полного насыщения инертным газом при повышенном давлении к стандартным условиям при нормальном приземном атмосферном давлении. Это длительный процесс, во время которого инертные газы выводятся с очень низкой скоростью, ограниченной наиболее медленными поражаемыми тканями, а отклонение от графика, при котором давление снижается быстрее, может вызвать образование пузырьков газа, которые могут вызвать декомпрессионную болезнь. Большинство операционных процедур декомпрессии основаны на экспериментально полученных параметрах, описывающих непрерывную медленную скорость декомпрессии, которая может зависеть от глубины и газовой смеси. [80]
При погружении с насыщением все ткани считаются изначально насыщенными, и декомпрессия, безопасная для самых медленных тканей, теоретически будет безопасна для всех более быстрых тканей в параллельной модели. Прямой подъем от насыщения воздухом на высоте примерно 7 м.с. вызывает образование венозных пузырьков газа, но не симптоматическую ДКБ. Более глубокие воздействия насыщения требуют декомпрессии по графикам насыщения. [81]
Безопасная скорость декомпрессии при погружении с насыщением контролируется парциальным давлением кислорода во вдыхаемом дыхательном газе. [82] Природная ненасыщенность из-за кислородного окна обеспечивает относительно быструю начальную фазу декомпрессии насыщения пропорционально парциальному давлению кислорода, а затем контролирует скорость дальнейшей декомпрессии, ограниченную полупериодом удаления инертного газа из самого медленного отсека. [83] Однако некоторые графики декомпрессии при насыщении специально не позволяют начинать декомпрессию с подъема вверх. [примечания 1] [79] Ни экскурсии во время погружений, ни процедуры декомпрессии, используемые в настоящее время (по состоянию на 2016 год), не вызывают проблем с декомпрессией по отдельности, но, по-видимому, существует значительно более высокий риск, когда за экскурсиями следует декомпрессия перед погружением. бессимптомные пузыри, возникшие в результате отклонений во время погружений, полностью исчезли. Начало декомпрессии при наличии пузырьков, по-видимому, является пусковым фактором во многих случаях неожиданной декомпрессионной болезни во время обычной декомпрессии насыщения. [84]
Применение модели пузыря в 1985 году позволило успешно смоделировать обычные декомпрессии, высотную декомпрессию, безостановочные пороги и погружения с насыщением, используя одну настройку из четырех глобальных параметров нуклеации. [85] Продолжаются исследования по моделированию декомпрессии насыщения и плановым испытаниям. В 2015 году концепция под названием «Расширенное кислородное окно» использовалась в предварительных испытаниях модифицированной модели декомпрессии насыщения. Эта модель позволяет более высокую скорость декомпрессии в начале подъема, чтобы использовать присущую ему ненасыщенность из-за метаболического использования кислорода, с последующей постоянной скоростью, ограниченной парциальным давлением кислорода в дыхательном газе. Период постоянной скорости декомпрессии также ограничен допустимой максимальной долей кислорода, и когда этот предел достигается, скорость декомпрессии снова замедляется, поскольку парциальное давление кислорода снижается. По состоянию на май 2016 года процедура остается экспериментальной. Целью является приемлемо безопасное сокращение общего времени декомпрессии для заданной глубины насыщения и газовой смеси. [80]
Высотная декомпрессия или гипобарическая декомпрессия — это снижение атмосферного давления ниже нормального диапазона атмосферного давления на уровне моря. Высотная декомпрессия является естественным следствием незащищенного подъема на большую высоту, в то время как гипобарическая декомпрессия обусловлена преднамеренным или непреднамеренным сбросом герметизации скафандра или гермоотсека, транспортного средства или среды обитания и может быть контролируемой или неконтролируемой и включает декомпрессию при подготовке к космическая внекорабельная деятельность или снижение давления в барокамере .
Высотная декомпрессия может возникать как декомпрессия от насыщения на более низкой высоте или как декомпрессия от экскурсии на меньшую высоту в случае людей, живущих на большой высоте, совершающих кратковременное путешествие на низкую высоту и возвращающихся, или человека, декомпрессия при погружении на высоте , что является частным случаем декомпрессии при дайвинге . [86]
Резкие подъемы с уровня моря на высоту более 15 000 футов (4600 м) без предварительного дыхания кислородом могут вызвать образование пузырьков венозного газа. [87] Гипобарическая декомпрессия может в крайних случаях привести к кипению жидкостей, когда давление снижается ниже давления пара для температуры жидкости. Для воды при нормальной температуре тела эта высота известна как предел Армстронга . [88] Кипение внутренних жидкостей организма при экстремально низком давлении называется эбуллизмом и ограничивается повышением давления паров в тканях. Водяной пар может раздуть тело вдвое по сравнению с нормальным объемом и замедлить кровообращение, но ткани достаточно эластичны и прочны, чтобы предотвратить разрыв. Технически считается, что эбуллизм начинается на высоте около 19 километров (12 миль) или при давлении менее 6,3 кПа (47 мм рт. ст. ). При давлении, при котором может возникнуть эбуллизм, даже 100% кислорода недостаточно для поддержания сознания или жизни. [89]
Оборудование для доплеровского обнаружения пузырьков использует ультразвуковые сигналы, отраженные от поверхностей пузырьков, для идентификации и количественного определения пузырьков газа, присутствующих в венозной крови. Этот метод был использован доктором Меррилом Спенсером из Института прикладной физиологии и медицины в Сиэтле, который в 1976 году опубликовал отчет, в котором рекомендовалось снизить действующие на тот момент бездекомпрессионные пределы на том основании, что у дайверов было обнаружено большое количество венозных пузырьков газа. подвергается бездекомпрессионным ограничениям ВМС США. Эти бессимптомные пузыри стали известны как «тихие пузыри» и, как полагают, содержат азот, выделяющийся из раствора во время всплытия. [90] Другая ранняя работа по доплеровскому обнаружению пузырьков инертного газа при декомпрессии была выполнена Альфом О. Брубакком из Норвежского подводного института. Допплеровское обнаружение венозных пузырей стало важным инструментом в исследованиях декомпрессии, отчасти потому, что оно позволяет получить бессимптомную конечную точку для экспериментальной работы, а отчасти потому, что оборудование стало относительно доступным для полевых исследований дайверов, совершающих обычные рекреационные, технические и профессиональные погружения. Доплеровское обнаружение пузырьков также использовалось в исследованиях погружений с насыщением. [91]
Доплеровские сигналы пузырьков обычно выводятся в виде звукового сигнала и могут быть оценены по шкале Спенсера или шкале Кисмана-Мазуреля. Шкала Спенсера была разработана Спенсером и Йохансоном в 1974 году и распознает 5 степеней пузырькового сигнала на фоне фоновых звуков сердечной функции: [92]
Шкала Кисмана-Мазуреля аналогична и дает более тонкую градацию пузырьков, но ее сложнее оценить профессионально. Шкала Спенсера оказалась более популярной на практике. Категории оценок нелинейны и не могут быть усреднены. [92]
Обычным местом мониторинга пузырьков является прекардиальный мониторинг легочной артерии , поскольку он объединяет всю кровь, возвращающуюся в организм, прежде чем она попадет в легкие, поэтому вероятность пропуска пузырьков из периферического источника минимальна и наиболее совместима с По шкалам Спенсера и КМ, при этом отчетливо слышны тоны сердца. Другие места, которые использовались, включают подключичную вену , сонную артерию , бедренную вену и нижнюю полую вену . Протоколы ультразвукового исследования декомпрессионных пузырей все еще находятся в разработке и могут различаться у разных исследователей. [92]
Другие методы неинвазивного обнаружения пузырьков включают двумерную эхокардиографию [92] , но допплерография оказывается более чувствительной и улавливает пузырьки меньшего размера. [73]
Двумерная визуализация может обеспечить поперечное сечение всех четырех камер сердца в одной плоскости и, следовательно, в отличие от допплерографии, которая оценивает кровь до первичной фильтрации в легких, может также оценить кровь, которая будет циркулировать системно. Эхокардиографическое оборудование превратилось из громоздкого лабораторного оборудования в портативные устройства с батарейным питанием и разрешением, достаточным для полевых исследований. Трансторакальная эхокардиография подходит для отбора проб, используемых в исследованиях декомпрессии для выявления пузырьков газа с высокой отражающей способностью. [93] Обнаружение венозных пузырьков газа с помощью ультразвуковой визуализации является чувствительным, но не специфичным предиктором неблагоприятных последствий декомпрессии, подобно опубликованной взаимосвязи между пузырьками, обнаруженными допплерографией, и декомпрессионной болезнью. [94]
Полезность пузырьков в легочных артериях, обнаруженных с помощью допплера, для надежного прогнозирования клинической ДКБ невелика. [59] Корреляция между внутрисосудистыми пузырьками, обнаруженными с помощью допплера, и декомпрессионной болезнью заключается в том, что почти у всех дайверов, у которых после погружения развилась ДКБ, образовалось большое количество пузырьков, но даже пузырьки 3 или 4 степени могут проявляться без признаков или симптомов ДКБ, а степень 0. , 1 и 2 пузырька связаны с очень низким риском. В серии тестов Саватского пузыри 3-й степени были связаны с риском 5%, а 4-й степени - с риском около 10%. [73] Пузыри могут возникнуть после воздействия, которое имеет очень хорошие показатели безопасности. Полезность обнаружения пузырьков заключается в оценке относительного декомпрессионного стресса [93] и может использоваться у дайверов без симптомов в качестве более безопасного порога для оценки приемлемого декомпрессионного стресса, чем частота клинических симптомов для оценки алгоритмов декомпрессии. [93] Отсутствие обнаруживаемых пузырей в легочных артериях является убедительным индикатором того, что любые клинические признаки или симптомы, которые могут проявиться, не вызваны ДКБ. [59]
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )