Наркоз при погружении (также известный как азотный наркоз , наркоз инертных газов , восторг глубины , эффект Мартини ) — обратимое изменение сознания , возникающее при погружении на глубину. Это вызвано анестезирующим действием некоторых газов под высоким давлением. Греческое слово νάρκωσις (narkōsis), «акт оцепенения», происходит от νάρκη (narkē), «онемение, оцепенение», термина, используемого Гомером и Гиппократом . [1] Наркоз вызывает состояние, подобное опьянению (алкогольному опьянению) или вдыханию закиси азота . Это может произойти во время неглубоких погружений, но обычно не становится заметным на глубине менее 30 метров (98 футов).
За исключением гелия и, вероятно, неона , все газы, которыми можно вдыхать, обладают наркотическим действием, хотя и в различной степени. [2] [3] Эффект значительно сильнее для газов с более высокой растворимостью в липидах , и хотя механизм этого явления до сих пор не до конца ясен , существуют убедительные доказательства того, что эти два свойства механистически связаны. [2] По мере увеличения глубины умственные нарушения могут стать опасными. Дайверы могут научиться справляться с некоторыми последствиями наркоза, но выработать толерантность невозможно . Наркоз может поразить всех дайверов, хотя восприимчивость к нему сильно варьируется у разных людей и от погружения к погружению. Основными видами подводного плавания, направленными на его профилактику и лечение, являются подводное плавание с аквалангом и погружение с поверхности на глубину более 30 метров (98 футов).
Наркоз можно полностью обратить вспять за несколько минут, если подняться на меньшую глубину, без каких-либо долгосрочных последствий. Таким образом, наркоз при погружении в открытой воде редко перерастает в серьезную проблему, если дайверы знают о его симптомах и могут подняться на поверхность, чтобы справиться с ним. Погружение на глубину более 40 м (130 футов) обычно считается выходящим за рамки любительского дайвинга . Для погружения на большую глубину, поскольку наркоз и кислородное отравление становятся критическими факторами риска, необходима специальная подготовка по использованию различных гелийсодержащих газовых смесей, таких как тримикс или гелиокс . Эти смеси предотвращают наркоз, заменяя часть или всю инертную фракцию дыхательного газа ненаркотическим гелием.
Наркоз возникает в результате дыхания газами под повышенным давлением и может быть классифицирован по основному газу. Благородные газы , за исключением гелия и , вероятно, неона [2] , а также азот , кислород и водород вызывают снижение психических функций , но их влияние на психомоторные функции (процессы, влияющие на координацию сенсорных или когнитивных процессов и двигательную активность) широко варьируется. . Действие углекислого газа заключается в последовательном снижении психических и психомоторных функций. [4] Инертные газы аргон , криптон и ксенон более наркотические, чем азот при данном давлении, а ксенон обладает настолько высокой анестезирующей активностью, что его можно использовать в качестве анестетика при концентрации 80% и нормальном атмосферном давлении. Ксенон исторически был слишком дорогим, чтобы его можно было широко использовать на практике, но он успешно применяется в хирургических операциях, а ксеноновые анестезиологические системы все еще предлагаются и разрабатываются. [5]
Из-за его эффектов, изменяющих восприятие, начало наркоза может быть трудно распознать. [6] [7] В наиболее благоприятном случае наркоз приводит к облегчению тревоги – ощущению спокойствия и контроля над окружающей средой. Эти эффекты по существу идентичны различным концентрациям закиси азота. Они также напоминают (хотя и не так близко) действие алкоголя и известных бензодиазепиновых препаратов, таких как диазепам и алпразолам . [8] Такие последствия не являются вредными, если они не приводят к тому, что какая-то непосредственная опасность остается незамеченной и нерешенной. После стабилизации эффекты обычно остаются прежними на заданной глубине и только ухудшаются, если дайвер погружается глубже. [9]
Наиболее опасными аспектами наркоза являются нарушения суждения, многозадачности и координации, а также потеря способности принимать решения и концентрации. Другие эффекты включают головокружение и нарушения зрения или слуха. Синдром может вызывать возбуждение , головокружение, сильную тревогу, депрессию или паранойю , в зависимости от конкретного дайвера и его медицинской или личной истории. В более серьезных случаях дайвер может чувствовать себя самоуверенным, игнорируя обычные правила безопасного дайвинга. [10] Замедление умственной активности, о чем свидетельствует увеличение времени реакции и увеличение количества ошибок в когнитивных функциях, является эффектом, который увеличивает риск того, что дайвер неправильно справится с инцидентом. [11] Наркоз уменьшает как ощущение дискомфорта от холода, так и дрожь, и тем самым влияет на выработку тепла телом и, следовательно, позволяет быстрее снизить внутреннюю температуру в холодной воде, при этом снижается осознание развивающейся проблемы. [11] [12] [13]
Связь глубины с наркозом иногда неофициально называют «законом Мартини»: идея о том, что наркоз приводит к ощущению одного мартини на каждые 10 м (33 фута) ниже глубины 20 м (66 футов). Профессиональные дайверы используют такой расчет только как примерное руководство, чтобы дать новичкам метафору, сравнивающую ситуацию, с которой они, возможно, более знакомы. [14]
Сообщаемые признаки и симптомы суммированы в сравнении с типичными глубинами морской воды в метрах и футах в следующей таблице, адаптированной из книги « Deeper in Diving» Липпмана и Митчелла: [10]
Причина наркоза связана с повышенной растворимостью газов в тканях организма вследствие повышенного давления на глубине ( закон Генри ). [15] Современные теории предполагают, что инертные газы, растворяющиеся в липидном бислое клеточных мембран, вызывают наркоз. [16] Совсем недавно исследователи стали рассматривать механизмы белковых рецепторов нейромедиаторов как возможную причину наркоза. [17] Смесь дыхательных газов, попадающая в легкие дайвера, будет иметь то же давление, что и окружающая вода, известное как давление окружающей среды . После любого изменения глубины давление газов в крови, проходящей через мозг, в течение минуты-двух догоняет давление окружающей среды, что приводит к отсроченному наркотическому эффекту после спуска на новую глубину. [6] [18] Быстрое сжатие усиливает наркоз из-за задержки углекислого газа . [19] [20]
На когнитивные способности дайвера могут влиять погружения на глубину до 10 м (33 фута), но изменения обычно не заметны. [21] Не существует надежного метода, позволяющего предсказать глубину, на которой наркоз становится заметным, или тяжесть его воздействия на конкретного дайвера, поскольку она может варьироваться от погружения к погружению даже в один и тот же день. [6] [20]
Значительным ухудшением состояния вследствие наркоза является возрастающий риск на глубине около 30 м (100 футов), что соответствует давлению окружающей среды около 4 бар (400 кПа). [6] Большинство спортивных организаций по обучению подводному плаванию рекомендуют глубину не более 40 м (130 футов) из-за риска наркоза. [14] При дыхании воздухом на глубине 90 м (300 футов) – при атмосферном давлении около 10 бар (1000 кПа) – наркоз у большинства дайверов приводит к галлюцинациям, потере памяти и потере сознания. [19] [22] Несколько дайверов погибли при попытке установить рекорды глубины воздуха ниже 120 м (400 футов). Из-за этих инцидентов Книга рекордов Гиннеса больше не сообщает эту цифру. [23]
Наркоз сравнивают с высотной болезнью по вариабельности начала (но не симптомов); его последствия зависят от многих факторов и различаются у разных людей. Термический холод, стресс , тяжелая работа, усталость и задержка углекислого газа увеличивают риск и тяжесть наркоза. [4] [6] Углекислый газ обладает высоким наркотическим потенциалом, а также вызывает усиление притока крови к мозгу, усиливая действие других газов. [24] Повышенный риск наркоза возникает из-за увеличения количества углекислого газа, удерживаемого при тяжелых физических нагрузках, поверхностном или прерывистом дыхании или из-за плохого газообмена в легких. [25]
Известно, что наркоз дополняет даже минимальное алкогольное опьянение. [26] [27] Другие седативные и обезболивающие препараты, такие как опиатные наркотики и бензодиазепины, усиливают наркоз. [26]
Точный механизм не совсем понятен, но, по-видимому, это прямой эффект растворения газа в нервных мембранах и временного нарушения нервной передачи. Хотя этот эффект впервые наблюдался с воздухом, другие газы, включая аргон, криптон и водород, вызывают очень похожие эффекты при давлении выше атмосферного. [28] Некоторые из этих эффектов могут быть обусловлены антагонизмом к рецепторам NMDA и потенцированием рецепторов ГАМК А , [29] аналогично механизму действия неполярных анестетиков, таких как диэтиловый эфир или этилен . [30] Однако их размножение очень химически неактивным газом аргоном делает маловероятным, что они представляют собой строго химическую связь с рецепторами в обычном смысле химической связи . Поэтому для воздействия на лиганд-управляемые ионные каналы нервных клеток необходим косвенный физический эффект, такой как изменение объема мембраны . [31] Труделл и др. предположили нехимическое связывание из-за силы притяжения Ван-дер-Ваальса между белками и инертными газами. [32]
Подобно механизму действия этанола , увеличение количества газа, растворенного в мембранах нервных клеток, может вызвать изменение свойств ионной проницаемости липидных бислоев нервных клеток . Парциальное давление газа, необходимое для того, чтобы вызвать определенную степень нарушения, хорошо коррелирует с растворимостью газа в липидах: чем выше растворимость, тем меньшее парциальное давление необходимо. [31]
Ранняя теория, гипотеза Мейера-Овертона , предполагала, что наркоз возникает, когда газ проникает в липиды нервных клеток мозга, вызывая прямое механическое вмешательство в передачу сигналов от одной нервной клетки к другой. [15] [16] [20] Совсем недавно были идентифицированы определенные типы химически управляемых рецепторов в нервных клетках, которые участвуют в анестезии и наркозе. Однако основная и наиболее общая идея о том, что нервная передача изменяется во многих диффузных областях мозга в результате растворения молекул газа в жировых мембранах нервных клеток, остается в значительной степени неоспоримой. [17] [33]
Симптомы наркоза могут быть вызваны другими факторами во время погружения: проблемы с ушами, вызывающие дезориентацию или тошноту ; [34] ранние признаки кислородного отравления, вызывающие нарушения зрения; [35] токсичность углекислого газа, вызванная неисправностью скруббера ребризера, чрезмерной работой дыхания или неправильным характером дыхания, или переохлаждением , вызывающим учащенное дыхание и дрожь. [36] Тем не менее, наличие любого из этих симптомов может указывать на наркоз. Уменьшение последствий при подъеме на меньшую глубину подтвердит диагноз. Учитывая сложившуюся ситуацию, другие вероятные условия не приводят к обратимым последствиям. В случае неправильного диагноза, когда симптомы вызваны другим заболеванием, первоначальное лечение – восхождение на меньшую глубину – по-прежнему полезно в большинстве случаев, поскольку оно также является подходящим ответом для большинства альтернативных причин симптомов. [7]
Управление наркозом инертным газом заключается в простом подъеме на меньшую глубину, где большая часть эффекта исчезает в течение нескольких минут. [37] В случае возникновения осложнений или других состояний подъем по-прежнему остается правильным первоначальным ответом. Если проблемы не исчезнут, возможно, придется прервать погружение. График декомпрессии можно соблюдать, если другие условия не требуют экстренной помощи. [38]
Наркоз инертным газом может последовать за переключением газа на декомпрессионный газ с более высокой долей азота во время подъема, что можно спутать с симптомами декомпрессионной болезни , что является редким примером ситуации, в которой нецелесообразно немедленно подниматься. Если есть подозрение, что проблема в этом, лучше переключиться обратно на менее наркотический газ, если это практически возможно, и скорректировать график декомпрессии в соответствии с ним. Эта проблема может усугубляться возможностью контрдиффузии инертного газа , которая, скорее всего, повлияет на внутреннее ухо, и ее обычно можно избежать за счет лучшего выбора газовых смесей и глубины переключения . [39]
Самый простой способ избежать азотного наркоза — ограничить глубину погружений. Другой основной профилактической мерой является правильно информированный выбор газа, который будет использоваться для конкретного рассматриваемого погружения.
Поскольку с увеличением глубины наркоз становится более серьезным, дайвер, придерживающийся меньшей глубины, может избежать серьезного наркоза. Большинство агентств по рекреационному обучению сертифицируют дайверов начального уровня только на глубину от 18 до 20 м (от 60 до 70 футов), и на этих глубинах наркоз не представляет значительного риска. Для сертификации на высоте до 30 м (100 футов) в воздухе обычно требуется дальнейшее обучение, и это обучение должно включать обсуждение наркоза, его последствий и методов лечения. Некоторые агентства по обучению дайверов предлагают специализированное обучение для подготовки дайверов-любителей к погружению на глубину до 40 м (130 футов), часто состоящее из дальнейшей теории и некоторой практики глубоких погружений под пристальным наблюдением. [40] [FN 2] Аквалангические организации, обучающие дайвингу за пределами рекреационных глубин, [FN 3] могут исключить погружения с газами, которые вызывают слишком сильное наркоз на глубине у среднего дайвера (например, типичные широко используемые смеси найтрокса , используемые в большинстве рекреационных дайвинг) и настоятельно поощрять использование других смесей дыхательных газов , содержащих гелий вместо части или всего азота в воздухе, таких как тримикс и гелиокс , поскольку гелий не оказывает наркотического действия. [2] [41] Использование этих газов считается техническим дайвингом и требует дальнейшего обучения и сертификации. [14]
Хотя отдельный дайвер не может точно предсказать, на какой глубине наступит наркоз в конкретный день, первые симптомы наркоза для любого дайвера часто более предсказуемы и индивидуальны. Например, у одного дайвера могут возникнуть проблемы с концентрацией глаз (тесная аккомодация для дайверов среднего возраста), другой может испытывать чувство эйфории, а третий – чувство клаустрофобии . Некоторые дайверы сообщают, что у них меняется слух и что звук, издаваемый выдыхаемыми пузырьками, становится другим. Специальная подготовка может помочь дайверам идентифицировать эти личные признаки, которые затем могут быть использованы в качестве сигнала к всплытию, чтобы избежать наркоза, хотя сильное наркоз может помешать принятию решений, необходимых для принятия профилактических мер. [37]
Глубокие погружения следует совершать только после постепенного обучения для проверки индивидуальной чувствительности дайвера к увеличению глубины, при тщательном наблюдении и регистрации реакций. Научные данные не показывают, что дайвер может научиться преодолевать любую степень наркоза на заданной глубине или стать к нему терпимым. [42]
Эквивалентная наркотическая глубина (ЭНД) — широко используемый способ выражения наркотического эффекта различных дыхательных газов. [43] В Руководстве по дайвингу Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) теперь говорится, что кислород и азот следует считать одинаково наркотическими. [44] В стандартных таблицах, основанных на относительной растворимости в липидах, указаны коэффициенты пересчета наркотического действия других газов. [45] Например, водород при данном давлении оказывает наркотическое действие, эквивалентное азоту при давлении, в 0,55 раз превышающем это давление, поэтому в принципе его можно использовать на глубине более чем в два раза большей. Аргон, однако, оказывает в 2,33 раза более сильное наркотическое действие, чем азот, и является плохим выбором в качестве дыхательного газа для дайвинга (он используется в качестве газа для надувания сухих гидрокостюмов из-за его низкой теплопроводности). Некоторые газы оказывают и другие опасные эффекты при вдыхании под давлением; например, кислород под высоким давлением может привести к кислородному отравлению . Хотя гелий является наименее отравляющим из дыхательных газов, на больших глубинах он может вызвать нервный синдром высокого давления — до сих пор загадочное, но, по-видимому, не связанное с этим явление. [46] Наркоз инертным газом – лишь один из факторов, влияющих на выбор газовой смеси; Также важны риски декомпрессионной болезни и кислородной токсичности, работа дыхания, стоимость и другие факторы. [47]
Из-за подобных и дополнительных эффектов дайверам следует избегать приема седативных препаратов и наркотиков, таких как марихуана и алкоголь, перед любым погружением. Похмелье в сочетании с сопутствующим ему снижением физической работоспособности повышает вероятность азотного наркоза. [26] Эксперты рекомендуют полностью воздерживаться от алкоголя в течение как минимум 12 часов перед погружением и дольше от других наркотиков. [48]
Наркоз потенциально является одним из наиболее опасных состояний для аквалангистов на глубине примерно 30 м (100 футов). За исключением случайной амнезии событий на глубине, последствия наркоза полностью исчезают при подъеме и, следовательно, сами по себе не представляют проблем, даже при повторном, хроническом или остром воздействии. [6] [20] Тем не менее, тяжесть наркоза непредсказуема и может привести к летальному исходу во время дайвинга в результате нелогичного поведения в опасной среде. [20]
Тесты показали, что азотному наркозу подвержены все дайверы, хотя некоторые испытывают меньший эффект, чем другие. Хотя вполне возможно, что некоторые дайверы справляются лучше, чем другие, потому что научатся справляться с субъективными нарушениями, основные поведенческие эффекты остаются. [30] [49] [50] Эти эффекты особенно опасны, потому что дайвер может чувствовать, что он не испытывает наркоза, но все равно подвергаться его воздействию. [6]
Французский исследователь Виктор Т. Жюно первым описал симптомы наркоза в 1834 году, отметив, что «функции мозга активизируются, воображение живо, мысли имеют своеобразное очарование и у некоторых лиц присутствуют симптомы опьянения». [51] [52] Жюно предположил, что наркоз возникает в результате давления, вызывающего увеличение кровотока и, следовательно, стимуляцию нервных центров. [53] Уолтер Моксон (1836–1886), выдающийся викторианский врач , в 1881 году выдвинул гипотезу, что давление заставляет кровь течь в недоступные части тела, а застой крови приводит к эмоциональным изменениям. [54] Первое сообщение о том, что эффективность анестетика связана с растворимостью в липидах, было опубликовано Гансом Х. Мейером в 1899 году под названием « Zur Theorie der Alkoholnarkose» . Два года спустя аналогичная теория была независимо опубликована Чарльзом Эрнестом Овертоном . [55] То, что стало известно как гипотеза Мейера-Овертона, можно проиллюстрировать графиком, сравнивающим наркотическое действие с растворимостью в масле.
В 1939 году Альберт Р. Бенке и О.Д. Ярборо продемонстрировали, что газы, отличные от азота, также могут вызывать наркоз. [56] Было обнаружено, что наркотическая активность инертного газа пропорциональна его растворимости в липидах. Поскольку растворимость водорода составляет всего 0,55 от растворимости азота, эксперименты по глубокому погружению с использованием гидроксида проводились Арне Зеттерстремом в период с 1943 по 1945 год. [57] Жак-Ив Кусто в 1953 году описал это как «l'ivresse des grandes profondeurs» или «восторг». из глубин». [58]
Дальнейшие исследования возможных механизмов наркоза под действием анестетика привели в 1965 году к концепции « минимальной альвеолярной концентрации ». Она измеряет относительную концентрацию различных газов, необходимую для предотвращения двигательной реакции у 50% субъектов в ответ на стимул , и показывает аналогичные результаты. для анестезирующей активности как измерения растворимости липидов. [59] Руководство по дайвингу (NOAA) было пересмотрено и теперь рекомендует обращаться с кислородом так, как если бы он был таким же наркотическим веществом, как и азот, после исследования Кристиана Дж. Ламбертсена и соавторов. в 1977 и 1978 годах [60] , но эта гипотеза была оспорена более поздними работами. [61] [62] [63]
Исследование влияния окружающей среды на наркоз инертным газом, опубликованное Lafère et al. в 2016 году пришли к выводу, что давление и состав газа могут быть единственными существенными внешними факторами, влияющими на наркоз инертного газа. Также было обнаружено, что начало наркоза следует за коротким периодом повышенного внимания во время спуска, а некоторые эффекты сохраняются в течение как минимум 30 минут после погружения. [64] [65] Примерно в 2020 году исследования с использованием критической частоты слияния мерцаний (CFFF) и функциональной связи ЭЭГ показали чувствительность к азотному наркозу, но не чувствительны к парциальному давлению гелия в лабораторных испытаниях. [63] [61] [62]
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )[16.3.1.2.4] ...поскольку кислород обладает некоторыми наркотическими свойствами, уместно включать кислород в расчет END при использовании тримиксов (Lambersten et al. 1977,1978). Негелиевую часть (т.е. сумму кислорода и азота) следует рассматривать как обладающую той же наркотической силой, что и эквивалентное парциальное давление азота в воздухе, независимо от пропорций кислорода и азота.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )