stringtranslate.com

Изобарическая контрдиффузия

В физиологии изобарическая контрдиффузия ( ИКД ) — это диффузия различных газов в ткани и из них при постоянном давлении окружающей среды после изменения состава газа, а также физиологические эффекты этого явления. Термин «контрдиффузия инертного газа» иногда используется как синоним, но может также применяться к ситуациям, когда давление окружающей среды изменяется. [1] [2] Он имеет отношение к дайвингу со смешанным газом и анестезиологии . [ требуется ссылка ]

Фон

Изобарическая контрдиффузия была впервые описана Грейвсом, Идикулой, Ламбертсеном и Куинном в 1973 году у испытуемых, которые дышали одной газовой смесью (в которой инертным компонентом был азот или неон ), находясь в окружении другой ( на основе гелия ). [3] [4]

Клиническая значимость

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

Примером этого может служить пациент, вдыхающий закись азота в операционной (окруженной воздухом). Манжеты на эндотрахеальных трубках должны контролироваться, поскольку закись азота будет диффундировать в заполненное воздухом пространство, что приведет к увеличению объема. В лапароскопической хирургии закись азота избегают, поскольку газ будет диффундировать в брюшную или тазовую полости, что приведет к повышению внутреннего давления. В случае тимпанопластики кожный лоскут не будет ложиться, поскольку закись азота будет диффундировать в среднее ухо . [ требуется цитата ]

Отношение к дайвингу

В подводном плавании ICD представляет собой диффузию одного инертного газа в ткани тела, в то время как другой инертный газ диффундирует наружу. Хотя это и не является строго явлением декомпрессии, это осложнение, которое может возникнуть во время декомпрессии и может привести к образованию или росту пузырьков без изменения давления окружающей среды. [6] [7] Если газ, который диффундирует в ткань, делает это со скоростью, которая превышает скорость выхода другого газа из ткани, он может повысить концентрацию объединенного газа в ткани до пересыщения, достаточного для образования или роста пузырьков без изменения давления окружающей среды и, в частности, без одновременной декомпрессии . Ламбертсен описал две формы этого явления: [1] [8]

Поверхностный ИКД

Поверхностная изобарическая контрдиффузия (также известная как стационарная изобарическая контрдиффузия) происходит, когда инертный газ, вдыхаемый дайвером, медленнее диффундирует в тело, чем инертный газ, окружающий тело. [1] [8] [9]

Примером этого может служить вдыхание воздуха в среде гелиокса . Гелий в гелиоксе быстро диффундирует в кожу, в то время как азот медленнее диффундирует из капилляров в кожу и из организма. Результирующий эффект создает перенасыщение в определенных участках поверхностных тканей и образование пузырьков инертного газа. Эти изобарные поражения кожи (крапивница) не возникают, когда окружающий газ — азот, а дыхательный газ — гелий. [10] [9]

ИКД глубоких тканей

Глубокая изобарическая контрдиффузия (также известная как транзиторная изобарическая контрдиффузия) происходит, когда дайвер последовательно вдыхает различные инертные газы. [1] [8] Быстро диффундирующий газ транспортируется в ткани быстрее, чем медленно диффундирующий газ транспортируется из тканей. [7]

Пример этого был показан в литературе Харви в 1977 году, когда дайверы перешли с азотной смеси на гелиевую (диффузионная способность гелия в 2,65 раза выше, чем у азота), [7] у них быстро появился зуд, за которым последовала боль в суставах. [11] Водолазы, дышащие гидрелиоксом, перешли на гелиоксовую смесь и у них развились симптомы декомпрессионной болезни во время Гидры V. [12] В 2003 году Дулетт и Митчелл описали ИКД как основу для декомпрессионной болезни внутреннего уха и предложили «переключение дыхательной смеси должно быть запланировано на глубоком или мелком расстоянии, чтобы избежать периода максимального пересыщения, возникающего в результате декомпрессии». [13] Это также может произойти, когда водолазы, дышащие гидрелиоксом, переходят на гелиоксовую смесь. [14]

Существует еще один эффект, который может проявляться в результате разницы в растворимости между инертными дыхательными газовыми разбавителями, что происходит при изобарических переключениях газа вблизи потолка декомпрессии между газом с низкой растворимостью (обычно гелием и газом с высокой растворимостью, обычно азотом) [15] [16]

Модель декомпрессии внутреннего уха Дулетта и Митчелла предполагает, что временное увеличение газового напряжения после переключения с гелия на азот в дыхательном газе может быть результатом разницы в переносе газа между отсеками. Если транспорт азота в сосудистый отсек путем перфузии превышает удаление гелия путем перфузии, в то время как перенос гелия в сосудистый отсек путем диффузии из перилимфы и эндолимфы превышает контрдиффузию азота, это может привести к временному увеличению общего газового напряжения, 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. [13]

профилактика ИКД

Ламбертсен внес предложения, которые помогут избежать ICD во время погружения. [1] [8] Если дайвер окружен или насыщен азотом, он не должен дышать газами, богатыми гелием. Ламбертсон также предложил, что переключения газов, которые включают переход от смесей, богатых гелием, к смесям, богатым азотом, будут приемлемыми, но переходы от азота к гелию должны включать рекомпрессию. Однако более позднее исследование Дулетта и Митчелла о декомпрессионной болезни внутреннего уха (IEDCS) теперь показывает, что внутреннее ухо может не быть хорошо смоделировано обычными алгоритмами (например, алгоритмами Бюльмана ). Дулетт и Митчелл предполагают, что переключение со смеси, богатой гелием, на смесь, богатую азотом, как это часто бывает в техническом дайвинге при переключении с тримикса на нитрокс при всплытии, может вызвать временное пересыщение инертного газа во внутреннем ухе и привести к IEDCS. [13] Похожую гипотезу для объяснения частоты IEDCS при переключении с тримикса на нитрокс предложил Стив Бертон, который рассматривал эффект гораздо большей растворимости азота, чем гелия, при создании временного увеличения общего давления инертного газа, что может привести к DCS в изобарических условиях. [17] Рекомпрессия с кислородом эффективна для облегчения симптомов, вызванных ICD. Однако модель Бертона для IEDCS не согласуется с моделью внутреннего уха Дулетта и Митчелла. Дулетт и Митчелл моделируют внутреннее ухо, используя коэффициенты растворимости, близкие к коэффициенту растворимости воды. [13] Они предполагают, что переключение дыхательного газа со смесей, богатых гелием, на смеси, богатые азотом, следует тщательно планировать либо глубоко (с учетом азотного наркоза), либо неглубоко, чтобы избежать периода максимального пересыщения в результате декомпрессии. Переключения также следует производить во время дыхания с наибольшим парциальным давлением вдыхаемого кислорода, которое можно безопасно переносить с учетом токсичности кислорода. [13]

Похожую гипотезу для объяснения частоты возникновения IEDCS при переходе с тримикса на нитрокс предложил Стив Бертон, который рассмотрел влияние гораздо большей растворимости азота, чем гелия, на создание кратковременных повышений общего давления инертного газа, что может привести к DCS в изобарических условиях. [18]

Бертон утверждает, что эффект переключения на Nitrox с Trimix с большим увеличением фракции азота при постоянном давлении имеет эффект увеличения общей газовой нагрузки в частности в более быстрых тканях, поскольку потеря гелия более чем компенсируется увеличением азота. Это может вызвать немедленное образование пузырьков и рост в быстрых тканях. Предлагается простое правило для избежания ICD при переключении газа на потолке декомпрессии: [18]

Было обнаружено, что это правило успешно предотвращает ICD в сотнях глубоких погружений с тримиксом. [18]

Программное обеспечение для планирования декомпрессии под названием Ultimate Planner пытается предсказать ICD посредством моделирования внутреннего уха как водянистой (подход Митчелла и Дулетта) или липидной ткани (подход Бертона). [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Гамильтон, Роберт В.; Тальманн, Эдвард Д. (2003). «Практика декомпрессии». В Брубакке, Альф О.; Ньюман, Том С. (ред.). Физиология и медицина дайвинга Беннетта и Эллиотта (5-е изд.). Соединенные Штаты: Saunders. стр. 477–8. ISBN 978-0-7020-2571-6. OCLC  51607923.
  2. ^ Lambertson, Christian J; Bornmann, Robert C; Kent, MB, ред. (1979). Изобарическая встречная диффузия инертного газа. 22-й семинар подводного и гипербарического медицинского общества. Том. Номер публикации UHMS 54WS(IC)1-11-82. Архивировано из оригинала 20 августа 2008 г. Получено 10 января 2010 г.{{cite conference}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  3. ^ Грейвс, DJ; Идикула, J; Ламбертсен, Кристиан J; Куинн, JA (февраль 1973 г.). «Образование пузырьков в физических и биологических системах: проявление контрдиффузии в композитных средах». Science . 179 (4073): 582–584. Bibcode :1973Sci...179..582G. doi :10.1126/science.179.4073.582. PMID  4686464. S2CID  46428717.
  4. ^ Грейвс, DJ; Идикула, J; Ламбертсен, Кристиан J; Куинн, JA (март 1973). «Образование пузырьков в результате контрдиффузионного пересыщения: возможное объяснение крапивницы и головокружения изобарическим инертным газом». Физика в медицине и биологии . 18 (2): 256–264. Bibcode :1973PMB....18..256G. CiteSeerX 10.1.1.555.429 . doi :10.1088/0031-9155/18/2/009. PMID  4805115. S2CID  250737144 . Получено 10 января 2010 г. . 
  5. ^ Barash, PG; Cullen, BF; Stoelting, RK (2005). Клиническая анестезия (5-е изд.). Соединенные Штаты: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-0-7817-5745-4.
  6. ^ Гамильтон и Тальманн 2003, стр. 477–478.
  7. ^ abc Lambertson, Christian J (1989). Relations of isobaric gas counterdiffusion and decompression gas lesion diseases. В Vann, RD. "The Physiological Basis of Decompression". 38th Undersea and Hyperbaric Medical Society Workshop UHMS Publication Number 75(Phys)6-1-89. http://archive.rubicon-foundation.org/6853 Архивировано 05.01.2010 на Wayback Machine . Получено 10 января 2010 г.
  8. ^ abcd Lambertson, Christian J (1989). "Связь между изобарической газовой контрдиффузией и заболеваниями, вызванными декомпрессионным газом". В Vann, RD (ред.). Физиологическая основа декомпрессии . 38-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины. Том. Номер публикации UHMS 75(Phys)6-1-89. Архивировано из оригинала 5 января 2010 г. Получено 10 января 2010 г.
  9. ^ ab D'Aoust, BG; White, R; Swanson, H; Dunford, RG; Mahoney, J (1982). "Различия в переходной и стационарной изобарической контрдиффузии". Отчет в Управление военно-морских исследований . Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 г. Получено 10 января 2010 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  10. ^ Хиллз, Брайан А. (1979). Кент, МБ (ред.). "Встречный транспорт инертных газов: эффекты градиентов стационарного и переходного состояния". Изобарическая контрдиффузия инертных газов. 22-й семинар, председатели: Ламбертсен, К.Дж.; Борнманн, Р.К. Филадельфия, Пенсильвания.: Undersea Medical Society. стр. 151. Архивировано из оригинала 20 августа 2008 г. Получено 18 марта 2016 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  11. ^ Harvey, CA (1977). "Неглубокое насыщение гипербарических воздействий азотно-кислородной среды и изобарические переключения на гелий-кислород". Undersea Biomedical Research, Annual Meeting Abstract . Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 г. Получено 10 января 2010 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  12. ^ Rostain, JC; Lemaire, C; Gardette-Chauffour, MC; Naquet, R (1987). Bove; Bachrach; Greenbaum (ред.). «Эффект перехода от смеси водорода, гелия и кислорода к смеси гелия и кислорода во время погружения на глубину 450 м». Подводная и гипербарическая физиология IX . Бетесда, Мэриленд, США: Подводное и гипербарическое медицинское общество.
  13. ^ abcde Дулетт, Дэвид Дж; Митчелл, Саймон Дж (июнь 2003 г.). «Биофизическая основа декомпрессионной болезни внутреннего уха». Журнал прикладной физиологии . 94 (6): 2145–50. doi :10.1152/japplphysiol.01090.2002. PMID  12562679.
  14. ^ Masurel, G; Gutierrez, N; Giacomoni, L (1987). «Hydrogen dive and decompression». Аннотация к ежегодному научному собранию Undersea and Hyperbaric Medical Society, Inc., состоявшемуся 26–30 мая 1987 г. Отель Hyatt Regency, Балтимор, Мэриленд . Undersea and Hyperbaric Medical Society, Inc. Архивировано из оригинала 2 июня 2016 г. Получено 14 марта 2016 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  15. ^ Партридж, Мэтью. "Изобарическая диффузия инертного газа" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 марта 2016 г. . Получено 14 марта 2016 г. .
  16. ^ Бертон, Стив (2011). «Изобарическая встречная диффузия. Как избежать удара изобарической встречной диффузии». ScubaEngineer.com . Получено 14 марта 2016 г. .
  17. ^ Бертон, Стив (декабрь 2004 г.). "Изобарическая встречная диффузия". ScubaEngineer . Получено 10 января 2010 г. .
  18. ^ abcd Бертон, Стив (декабрь 2004 г.). "Изобарическая встречная диффузия". ScubaEngineer. http://www.scubaengineer.com/isobaric_counter_diffusion.htm. Получено 10 января 2010 г.
  19. ^ Салама, Ассер (2014). "Ultimate planner (deco software)". Tech Diving Mag . Ассер Салама . Получено 17 марта 2016 .