Теория декомпрессии
-
Теория декомпрессии
- Изучение переноса инертного газа из легких в ткани и обратно при колебаниях давления окружающей среды
- Симптомы декомпрессии проявляются в течение короткого времени после значительного снижения давления
-
Причины декомпрессии
- Подводное плавание и работа со сжатым воздухом: давление окружающей среды выше местного поверхностного давления
- Астронавты, высокогорные альпинисты и пассажиры самолетов: давление окружающей среды ниже стандартного атмосферного давления
-
Механизм декомпрессии
- Поглощение газа тканями в растворенном состоянии
- Выведение газа требует растворения, но значительное снижение давления может вызвать образование пузырьков
-
Моделирование декомпрессии
- Объясняет и предсказывает механизм выделения газа и образования пузырьков
- Используются детерминистические и вероятностные модели
-
Эффективная декомпрессия
- Быстрое поднятие для создания высокого градиента декомпрессии
- Максимально допустимое парциальное давление кислорода и предотвращение противодиффузионных пузырьков
-
Физиология декомпрессии
- Газ вдыхается при атмосферном давлении и растворяется в крови и тканях
- Поглощение газов зависит от растворимости, концентрации и температуры
- Диффузия и перфузия распределяют газ в тканях
-
Динамика газа в растворенной фазе
- Растворимость газов зависит от природы растворителя, температуры, давления и других растворенных веществ
- Диффузия гелия быстрее, чем азота
- Парциальное давление азота в легких составляет около 0,758 бар
-
Перфузия и насыщение
- При повышенном давлении легкие наполняются дыхательным газом, парциальное давление увеличивается
- Растворенные газы распределяются по телу через кровь
- Насыщение достигается при новом парциальном давлении
-
Образование пузырьков
- При снижении давления окружающей среды газ может образовывать пузырьки в тканях
- Пузырьки могут расти и повреждать ткани, вызывая декомпрессионную болезнь
-
Баланс парциальных давлений
- Сумма парциальных давлений газа в легких должна соответствовать сумме парциальных давлений в окружающей среде
- В альвеолах газ увлажняется и получает углекислый газ, снижая парциальное давление кислорода
- В клетках парциальное давление кислорода падает, а углекислого газа повышается
-
Дефицит насыщения и его влияние
- Дефицит насыщения защищает от перенасыщения и способствует растворению пузырьков.
- Степень ненасыщенности линейно возрастает с увеличением давления и уменьшается с увеличением доли инертного газа.
- Максимальная степень ненасыщенности достигается при чистом кислороде и максимальном парциальном давлении.
-
Механика пузырьков
- Пузырьки существуют в равновесии сил на поверхности.
- Поверхностное натяжение и диффузия газа влияют на рост пузырьков.
- Пузырьки могут расти при постоянном давлении и перенасыщении растворителя.
-
Образование и рост пузырьков
- Пузырьки могут образовываться в крови и тканях.
- Факторы, уменьшающие поверхностное натяжение, могут способствовать образованию пузырьков.
- Пузырьки могут деформировать ткани и вызывать повреждение клеток.
-
Декомпрессионные пузырьки
- Декомпрессионные пузырьки образуются в системных капиллярах.
- Пузырьки могут попадать в системный кровоток через овальное отверстие.
- Пузырьки в легких могут диффундировать через капилляры и альвеолы.
-
Изобарическая противодиффузия
- Изобарическая противодиффузия возникает при изменении состава газа без изменения давления.
- Поверхностная МКБ возникает при вдыхании гелия в гелиокс-среде.
- МКБ глубоких тканей возникает при переключении с одной смеси на другую.
-
Исследование декомпрессионной болезни внутреннего уха
- Переключение с обогащенных гелием смесей на азотные может вызвать временное перенасыщение инертным газом.
- Переключение должно быть тщательно спланировано для избежания максимального перенасыщения.
-
Роль кислорода в декомпрессионной болезни
- Декомпрессионная болезнь (DCS) часто связывают с перенасыщением тканей инертными газами.
- Однако, кислород также играет важную роль в DCS.
- При парциальном давлении кислорода выше 0.6 бар, риск DCS увеличивается.
-
Механизм образования пузырьков
- Пузырьки могут образовываться в капиллярах легких, блокируя их.
- Пузырьки могут проходить через овальное отверстие и попадать в артериальную кровь.
- Пузырьки могут повреждать ткани и вызывать боль.
-
Влияние температуры и кровообращения
- Температура влияет на распределение крови и обмен газов.
- Холодная вода вызывает вазоконстрикцию, что может увеличить риск DCS.
- Физическая активность может как уменьшить, так и увеличить риск DCS.
-
Состав дыхательных газов
- Смешанные дыхательные газы используются для снижения парциального давления азота.
- Гелий и другие инертные газы могут быть использованы для снижения наркотического эффекта.
-
Факторы риска и индивидуальные особенности
- Факторы риска включают возраст, ожирение, уровень липидов и другие.
- Индивидуальные особенности, такие как овальное отверстие, могут влиять на риск DCS.
-
Модели декомпрессии
- Существуют две основные концепции декомпрессии: растворенная фаза и пузырьковая фаза.
- Ранние модели использовали растворенную фазу, но современные модели учитывают пузырьковую фазу.
- Модели различаются по сложности и точности, но все они являются приближениями.
-
Идеальные профили декомпрессии
- Идеальные профили создают максимальный градиент для удаления инертных газов без образования пузырьков.
- Растворенные фазы модели основаны на предположении, что пузырьки можно избежать.
-
Проблемы и ограничения моделей декомпрессии
- Модели декомпрессии не всегда точно предсказывают риск для всех условий погружения.
- Модели ограничены в диапазоне глубин и времени, а также в используемых газах.
- Упрощенные правила не учитывают наличие пузырьков в тканях, что может привести к декомпрессионной болезни.
-
Многотканевые модели
- Разработаны модели с несколькими тканями, которые поглощают и выделяют газ с разной скоростью.
- Каждая ткань имеет свой полупериод насыщения.
- Модели с 1-16 тканями используются для создания таблиц декомпрессии.
-
Модели ингассинга и выгассинга
- Полупериод ткани — время, за которое ткань поглощает или выделяет 50% разницы в растворенном газе.
- Модели ингассинга используют экспоненциальное уравнение, но могут не учитывать пузырьки.
- Модели выгассинга основаны на критическом уровне насыщения или на предположении о формировании пузырьков.
-
Критический уровень насыщения
- J.S. Haldane использовал критическое давление 2:1, но позже изменил его на 1.58:1.
- Современные таблицы, такие как Bühlmann, основаны на критическом различии в 0.58 атмосфер.
- M-значения — максимальные значения давления, которые ткань может выдержать без симптомов.
-
Градиентные факторы
- Градиентные факторы изменяют M-значения для более консервативных профилей.
- Они варьируются линейно между глубиной погружения и поверхностью.
- Использование градиентных факторов увеличивает время декомпрессии и может привести к более глубоким остановкам.
-
Неэффективность стратегии декомпрессии
- Использование одного и того же градиентного фактора для всех глубин неэффективно.
- Модель с переменным градиентом учитывает глубину погружения.
-
Подход без перенасыщения
- Давление должно быть достаточным для предотвращения образования пузырьков.
- Естественная ненасыщенность тканей предотвращает образование пузырьков.
- Медленный подъем и глубокие первые остановки, короткие мелкие остановки.
-
Критический объемный подход
- Критический объемный критерий предполагает, что при превышении критического объема пузырьков появляются симптомы декомпрессионной болезни.
- Модели с учетом пузырьковой фазы имеют более медленные подъемы и глубокие первые остановки.
-
Подъемы и насыщения
- Подъемы без насыщения не позволяют тканям достичь равновесия с инертными газами.
- Насыщения позволяют тканям достичь равновесия за 6 раз времени полураспада медленной ткани.
-
Нет-стоп лимиты и потолки
- Нет-стоп лимит — теоретический максимум растворенного газа, который можно декомпрессировать без остановок.
- Потолок декомпрессии — минимальная глубина, на которой можно безопасно подниматься.
-
Обязательная декомпрессия
- Обязательная декомпрессия требует времени на дегазацию при подъеме.
- Время на дегазацию можно проводить на любой глубине с низким парциальным давлением инертного газа.
-
Время до поверхности
- Время до поверхности — время, необходимое для подъема с заданной глубины.
- Может быть рассчитано по плану погружения или показано на экране компьютера.
-
Ступенчатая декомпрессия
- Ступенчатая декомпрессия проводится с остановками на определенных глубинах.
- Время остановки можно рассчитать по потолку декомпрессии для максимального градиента давления.
-
Остаточный инертный газ
- Остаточный газ остается в тканях после подъема, даже если нет симптомов.
- Повторные погружения могут ускорить насыщение тканей.
-
Модели декомпрессии на практике
- Детерминистические модели основаны на правилах и эмпирических данных.
- Модели упрощают моделирование, делая предположения о лимитирующем механизме переноса газа.
- Перфузионные ткани и параллельные тканевые модели упрощают моделирование.
-
Моделирование декомпрессии
- Декомпрессия моделируется как параллельный набор независимых тканей с разными скоростями поглощения и выведения газов.
- Газы поглощаются и выводятся экспоненциально, с фиксированным временем полураспада.
- Критическое соотношение предсказывает образование пузырьков при превышении определенного соотношения парциального давления газа к атмосферному.
-
История моделей
- Джон Скотт Холдейн ввел концепцию полураспада для моделирования поглощения и выведения азота.
- В 1937 году ВМС США использовали 3 тканевых компартмента, в 1950-х добавили 5- и 10-минутные компартменты.
- В 1960-х Роберт Д. Воркман предложил использовать критические различия давления и добавил 3 дополнительных компартмента.
- Альберт А. Бюльманн увеличил число компартментов до 16 и разработал таблицы для различных высот.
-
Современные модели
- Б.А. Хиллс и Д.Х. ЛеМессерьер предложили термодинамическую модель, подчеркивающую важность метаболической обработки кислорода.
- Рекреационные технические дайверы разработали процедуры с глубокими остановками, что привело к моделям RGBM и VPM.
- Глубокие остановки могут быть полезны для уменьшения количества пузырьков, но их безопасность и эффективность не доказаны.
-
Диффузионные модели
- Диффузия является лимитирующим механизмом транспорта газов в тканях, что приводит к модели с серией компартментов.
- Простейшая модель — одномерный «тканевый слой».
-
Модели пузырьков
- Модели пузырьков основаны на предположении, что пузырьки всегда существуют в воде и тканях.
- Большинство моделей предполагают смешанную фазу газовыделения, что медленнее, чем растворенная фаза.
- Примеры моделей: артериальная модель, алгоритм ВМС США, модель Хеннесси, модель VPM.
-
Модели декомпрессии
- RGBM (Reduced Gradient Bubble Model) разработана Брюсом Винке в Лос-Аламосской национальной лаборатории.
- Goldman Interconnected Compartment Model (ICM) учитывает активный и буферные отсеки, где активный отсек считается основным источником риска.
- DCIEM 1983 модель связывает риск с двумя внешними отсеками из четырех.
-
Прогностические модели
- Прогностические модели рассчитывают риск декомпрессионной болезни на основе статистических данных.
- Статистический анализ подходит для компрессионных работ в туннелях из-за большого количества схожих условий.
- Методы варьируют глубины и время остановок для минимизации риска.
-
Факторы, влияющие на риск
- Факторы, влияющие на риск, включают температуру, погружение и упражнения.
- Распределение остановок также влияет на риск.
- Эксперименты показали, что более короткие остановки снижают риск.
-
Saturation decompression
- Saturation decompression — это физиологический процесс перехода от полного насыщения к нормальным условиям.
- Процесс медленный, и отклонение может вызвать образование пузырьков.
- Безопасная скорость декомпрессии контролируется парциальным давлением кислорода.
- Некоторые процедуры не допускают начало декомпрессии с восходящей экскурсии.
-
Применение моделей
- В 1985 году модель позволила успешно моделировать различные виды декомпрессии.
- Исследования продолжаются для улучшения моделей и тестирования графиков.
-
Расширенное кислородное окно
- Модель декомпрессии насыщения с увеличенной скоростью в начале подъема
- Постоянная скорость ограничена парциальным давлением кислорода
- Процедура остается экспериментальной
-
Валидация моделей
- Важность контролируемых процедур тестирования
- Использование ультразвуковой допплерографии для выявления пузырьков
- Венозные газовые эмболии как индикатор декомпрессионного стресса
-
Эффективность распределения глубины упора
- Глубокие остановки могут привести к более высокой скорости образования пузырьков
- Интеграл перенасыщения с течением времени показывает общий стресс от декомпрессии
-
Влияние изменений компонентов инертного газа
- Переключение газа для повышения парциального давления кислорода
- Переход с гелия на азот может вызвать неврологические расстройства
-
Воздействие на высоту, погружение на высоте и полет после погружения
- Эксперименты ВВС США для подтверждения графиков погружений
- Исследования для подтверждения прогнозов о снижении уровня воды
- Рекомендации по времени начала полетов
-
Текущие исследования
- Исследования продолжаются, данные недоступны
- Сеть Divers Alert Network собирает данные от дайверов-любителей
- Лаборатория безопасности погружений анализирует данные для вероятностного анализа риска
-
Практическая эффективность моделей
- Пузырьковые модели менее эффективны на практике
- Более глубокие декомпрессионные остановки менее эффективны для контроля пузырьков
- Оптимальная стратегия декомпрессии для глубоких прыжковых погружений остается неизвестной
-
Практическая эффективность газовых переходов
- Газовые переходы от гелия к нитрокс для ускорения декомпрессии не доказаны убедительно.
- Эти переходы увеличивают риск декомпрессионной болезни внутреннего уха из-за эффектов противодиффузии.
-
Обучение теории декомпрессии
- Декомпрессия — это область, где чем больше вы узнаете, тем больше понимаете, что не знаете.
- За таблицами и моделями декомпрессии скрывается физиологическая тайна, которая мало изучена.
- Обучение теории и использование таблиц декомпрессии является частью подготовки коммерческих дайверов.
- Планирование погружений и управление декомпрессией — важная часть работы дайв-супервайзера.
- Рекреационные дайверы обучаются теории и практике декомпрессии в соответствии с требованиями сертификационных агентств.
- Детальное понимание теории декомпрессии обычно не требуется ни коммерческим, ни рекреационным дайверам.
-
Основные понятия
- Декомпрессия (дайвинг) — снижение давления и его эффекты при подъеме с глубины.
- Практика декомпрессии — техники и процедуры для безопасной декомпрессии дайверов.
- Декомпрессионная болезнь — расстройство, вызванное пузырьками растворенных газов в тканях.
- Дайв-компьютер — инструмент для расчета декомпрессионного статуса в реальном времени.
- Эквивалентная воздушная глубина — метод сравнения требований декомпрессии для воздуха и нитрокса.
- Эквивалентная наркотическая глубина — метод сравнения наркотических эффектов смешанного газа с воздухом.
- История исследований и развития декомпрессии — хронологический список значимых событий.
- Гипербарические лечебные режимы — запланированное гипербарическое воздействие с использованием определенного газа.
- Кислородное окно — физиологическое влияние метаболизма кислорода на концентрацию растворенных газов в венозной крови.
- Физиология декомпрессии — физиологическая основа теории и практики декомпрессии.
- Алгоритм Бюльманна — математическая модель поглощения и высвобождения инертных газов в тканях при изменении давления.
- Модель Холдейна — модель декомпрессии, разработанная Джоном Скоттом Холдейном.
- Модель уменьшенного градиента пузырьков — алгоритм декомпрессии.
- Алгоритм Тальмана — математическая модель для декомпрессии дайверов.
- Термодинамическая модель декомпрессии — ранняя модель, контролирующая декомпрессию объемом газовых пузырьков в тканях.
- Модель изменяющейся проницаемости — модель и алгоритм декомпрессии на основе физики пузырьков.