Термодинамическая модель декомпрессии
Термодинамическая модель была одной из первых моделей декомпрессии, в которой декомпрессия контролируется объемом пузырьков газа, выходящих из раствора. В этой модели DCS моделируется только болью с помощью одной ткани, которая ограничена диффузией для поглощения газа, а образование пузырьков во время декомпрессии вызывает «фазовое равновесие» парциальных давлений между растворенными и свободными газами. Движущим механизмом удаления газов в этой ткани является присущая ей ненасыщенность, также называемая вакансией парциального давления или кислородным окном, при которой метаболизированный кислород заменяется более растворимым углекислым газом. Эта модель использовалась для объяснения эффективности дайверов за жемчугом с острова Торресова пролива, эмпирически разработанных графиков декомпрессии, в которых использовались более глубокие декомпрессионные остановки и меньшее общее время декомпрессии, чем в нынешних военно-морских графиках декомпрессии. Эта тенденция к более глубоким декомпрессионным остановкам стала особенностью более поздних моделей декомпрессии. [ 1 ]
Концепция
[ редактировать ]Брайан А. Хиллс проанализировал существующие гипотезы декомпрессии, часто упоминаемые в литературе того времени, и выделил три основные характеристики комплексных теоретических подходов к моделированию декомпрессии: [ 2 ]
- Количество и состав вовлеченных тканей;
- Механизм и параметры контроля возникновения идентифицируемых симптомов;
- Математическая модель транспортировки и распределения газа.
Хиллс не обнаружил никаких доказательств разрыва в частоте возникновения симптомов декомпрессии в зависимости от вариаций экспозиции/глубины, что он интерпретировал как предположение о том, что вовлечена либо одна критическая ткань, либо непрерывный диапазон тканей, и эта корреляция не улучшилась, если предположить, что диапазон декомпрессии бесконечен. в половину раза в традиционной экспоненциальной модели. [ 2 ] После более поздних экспериментальных работ он пришел к выводу, что на неизбежность декомпрессионной болезни скорее указывает количество газа, отделяющегося от раствора (гипотеза критического объема), чем простое его присутствие (определяемое критическим пределом пересыщения), и предположил, что это подразумевает, что традиционные схемы (Халдана) на самом деле лечат бессимптомную газовую фазу в тканях, а не предотвращают отделение газа от раствора. [ 3 ]
Эффективная декомпрессия минимизирует общее время всплытия, одновременно ограничивая общее накопление пузырьков до приемлемого бессимптомного критического значения. Физика и физиология роста и удаления пузырьков показывают, что более эффективно удалять пузырьки, пока они очень малы. Модели, которые включают фазу пузырьков, создают профили декомпрессии с более медленными подъемами и более глубокими начальными декомпрессионными остановками как способ ограничения роста пузырьков и облегчения раннего устранения по сравнению с моделями, которые рассматривают только газ в растворенной фазе. [ 4 ]
Согласно термодинамической модели, условие оптимальной движущей силы газовыделения выполняется, когда давление окружающей среды достаточно для предотвращения разделения фаз (образования пузырьков). Фундаментальным отличием этого подхода является приравнивание абсолютного давления окружающей среды к сумме парциальных напряжений газа в ткани для каждого газа после декомпрессии как предельной точки, за которой ожидается образование пузырьков. [ 2 ]
Модель предполагает, что естественная ненасыщенность тканей из-за метаболического снижения парциального давления кислорода обеспечивает буфер против образования пузырьков и что ткань может быть безопасно декомпрессирована при условии, что снижение давления окружающей среды не превысит это значение ненасыщения. Очевидно, что любой метод, который увеличивает ненасыщенность, позволит ускорить декомпрессию, поскольку градиент концентрации будет больше без риска образования пузырьков. [ 2 ]
Естественная ненасыщенность, эффект, известный также как кислородное окно , вакансия парциального давления и собственная ненасыщенность, увеличивается с глубиной, поэтому на большей глубине возможен больший перепад давления окружающей среды, и он уменьшается по мере всплытия дайвера. Эта модель приводит к более медленным скоростям всплытия и более глубоким первым остановкам, но более коротким остановкам на мелководье, поскольку необходимо устранить меньше газа пузырьковой фазы. [ 2 ]
Естественная ненасыщенность также увеличивается с увеличением парциального давления кислорода в дыхательном газе. [ 5 ]
Термодинамическая модель основана на следующих предположениях: [ 6 ]
- Рассматривается только один тип ткани, который первым вызывает симптомы декомпрессионной болезни. Другие, бессимптомные ткани не учитываются, поскольку они не представляют проблемы.
- Формирование пузырьковых ядер происходит в тканях случайным образом и при различных уровнях перенасыщения.
- Как только ядро пузырька сформировалось в перенасыщенной ткани, растворенный в ткани газ будет диффундировать через поверхность пузырька до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между давлением в пузырьке и концентрацией в прилегающей ткани.
- Фазовое равновесие происходит в течение нескольких минут.
- Как только пузырьки образуются, они имеют тенденцию сливаться, вызывая давление на ткани и нервы, что в конечном итоге вызывает боль.
- После образования пузырьков они удаляются только путем диффузии из-за присущей им ненасыщенности.
Требование поддерживать достаточно высокое давление окружающей среды, чтобы предотвратить рост пузырьков, приводит к значительно более глубокой первой остановке, чем модели растворенной фазы, которые предполагают, что пузырьки не образуются во время бессимптомной декомпрессии. [ 6 ]
Эта модель радикально отличалась от традиционных моделей растворенной фазы. Хиллс был встречен со значительным скептицизмом и после нескольких лет защиты двухфазных моделей в конечном итоге обратился к другим областям исследований. В конце концов, работа других исследователей оказала достаточное влияние, чтобы модели пузырей получили широкое признание, и ценность исследований Хиллса была признана. [ 6 ]
Дальнейшее развитие
[ редактировать ]Пузырьковые модели декомпрессии являются логическим развитием этой модели. Критерий критического объема предполагает, что всякий раз, когда общий объем накопленной в тканях газовой фазы превышает критическое значение, появляются признаки или симптомы ДКБ. Это предположение подтверждается исследованиями по обнаружению доплеровских пузырьков. Последствия этого подхода сильно зависят от используемой модели образования и роста пузырьков, в первую очередь от того, можно ли практически избежать образования пузырьков во время декомпрессии. [ 7 ]
Этот подход используется в моделях декомпрессии, которые предполагают, что во время практических профилей декомпрессии будет происходить рост стабильных микроскопических ядер пузырьков, которые всегда существуют в водных средах, включая живые ткани. [ 8 ]
Модель переменной проницаемости
[ редактировать ]Модель переменной проницаемости (VPM) — это алгоритм декомпрессии, разработанный Д.Э. Йонтом и другими для использования в профессиональном и любительском дайвинге . Он был разработан для моделирования лабораторных наблюдений за образованием и ростом пузырьков как в неодушевленных, так и в естественных системах, подвергающихся давлению. [ 9 ] ВПМ предполагает, что микроскопические ядра пузырьков всегда существуют в воде и тканях, содержащих воду. Любые ядра, размер которых превышает определенный «критический» размер, связанный с максимальной глубиной погружения, будут расти во время декомпрессии. Целью VPM является минимизация общего объема этих растущих пузырьков за счет поддержания относительно большого внешнего давления и низкого парциального давления вдыхаемого инертного газа во время декомпрессии.
Модель пузыря с уменьшенным градиентом
[ редактировать ]Модель пузыря с уменьшенным градиентом (RGBM) — это алгоритм декомпрессии, разработанный доктором Брюсом Винке . Это связано с моделью переменной проницаемости . [ 10 ] но концептуально отличается тем, что отвергает модель геля-пузыря модели переменной проницаемости. [ 11 ]
Он используется в нескольких компьютерах для дайвинга , в частности, производства Suunto , Aqwary , Mares , HydroSpace Engineering, [ 10 ] и Центр подводных технологий. Для него характерны следующие предположения: кровоток ( перфузия ) обеспечивает предел проникновения газов в ткани путем диффузии ; всегда присутствует экспоненциальное распределение размеров пузырьковых семян: мелких семян гораздо больше, чем крупных; пузырьки проницаемы для переноса газа через границы поверхности при любом давлении; халдановой ткани периоды варьируются полупериода от 1 до 720 минут, в зависимости от газовой смеси . [ 10 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дулетт, диджей (2006). «Личный взгляд на вклад Брайана Хиллса в теорию и практику декомпрессии». Журнал Южно-Тихоокеанского общества подводной медицины и Европейского общества подводной и баромедицинской медицины .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ЛеМессюрье, Д.Х.; Хиллз, Бакалавр (1965). «Декомпрессионная болезнь. Термодинамический подход, возникший в результате исследования техник дайвинга в Торресовом проливе». Хвалрадец Скрифтер (48): 54–84.
- ^ Хиллз, Бакалавр (1970). «Ограниченное перенасыщение и фазовое равновесие в прогнозировании возникновения декомпрессионной болезни». Клиническая наука . 38 (2): 251–267. дои : 10.1042/cs0380251 . ПМИД 5416153 .
- ^ Йонт, Дэвид Э.; Хоффман, округ Колумбия (1984). Бахрах А.Дж.; Мацен, ММ (ред.). «Теория декомпрессии: гипотеза динамического критического объема» (PDF) . Подводная физиология VIII: Материалы восьмого симпозиума по подводной физиологии . Бетесда: Общество подводной медицины. стр. 131–146 . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Ван Лью, Хью Д.; Конкин, Дж; Буркард, Мэн (1993). «Кислородное окно и декомпрессионные пузыри: оценки и значение». Авиационная, космическая и экологическая медицина . 64 (9): 859–65. ISSN 0095-6562 . ПМИД 8216150 .
- ^ Перейти обратно: а б с Пауэлл, Марк (2008). «Конкретные модели пузыря». Деко для дайверов . Саутенд-он-Си: Аквапресс. ISBN 978-1-905492-07-7 .
- ^ Юнт, Дэвид Э. (2002). «Теория декомпрессии - Пузырьковые модели: применение VPM к дайвингу» (PDF) . Наука дайвинга . Глубоководный дайвинг. п. 8 . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Винке, БР (1989). «Модели газообмена в тканях и расчеты декомпрессии: обзор» . Подводные биомедицинские исследования . 16 (1): 53–89. ПМИД 2648656 . Архивировано из оригинала 2 июня 2016 года . Проверено 7 марта 2016 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Йонт, Делавэр (1991). «Желатин, пузырьки и изгибы» . В: Ханс-Юрген, К; Харпер-младший, DE (ред.) International Pacifica Scientific Diving... 1991 . Труды Одиннадцатого ежегодного научного симпозиума по дайвингу Американской академии подводных наук, состоявшегося 25–30 сентября 1991 года. Гавайский университет, Гонолулу, Гавайи. Архивировано из оригинала 13 января 2013 года.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с Винке, Брюс Р.; О'Лири, Тимоти Р. (13 февраля 2002 г.). «Пузырьковая модель с уменьшенным градиентом: алгоритм дайвинга, основа и сравнение» (PDF) . Тампа, Флорида: Технический дайвинг NAUI. стр. 7–12 . Проверено 12 января 2010 г.
- ^ Кэмпбелл, Эрнест С. (30 апреля 2009 г.). «Пузырьковая модель с уменьшенным градиентом» . Медицина дайвинга Scubadoc . Проверено 12 января 2010 г. – Брюс Винке описывает различия между RGBM и VPM.
