Изобарная контрдиффузия
В физиологии изобарическая контрдиффузия ( ИКД ) — это диффузия различных газов в ткани и из них при постоянном давлении окружающей среды , после изменения газового состава, а также физиологические эффекты этого явления. Термин «контрдиффузия инертного газа» иногда используется как синоним, но его также можно применять к ситуациям, когда давление окружающей среды меняется. [1] [2] Это имеет значение для дайвинга на смесевых газах и анестезиологии . [ нужна ссылка ]
Предыстория [ править ]
Изобарная контрдиффузия была впервые описана Грейвсом, Идикулой, Ламбертсеном и Куинном в 1973 году у субъектов, которые вдыхали одну газовую смесь (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, способная повышать давление внутри открытых пространств тела и окружающего оборудования. [5]
Примером этого может служить пациент, вдыхающий закись азота в операционной (окруженный воздухом). Необходимо следить за манжетами на эндотрахеальных трубках , так как закись азота будет диффундировать в заполненное воздухом пространство, вызывая увеличение объема. При лапароскопической хирургии следует избегать использования закиси азота, поскольку газ будет диффундировать в брюшную или тазовую полости, вызывая повышение внутреннего давления. В случае тимпанопластики кожный лоскут не прилегает, так как закись азота будет диффундировать в среднее ухо . [ нужна ссылка ]
Актуальность для дайвинга [ править ]
При подводном плавании ICD представляет собой диффузию одного инертного газа в ткани тела, в то время как другой инертный газ диффундирует наружу. 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. [6] [7] Если газ, диффундирующий в ткань, делает это со скоростью, превышающей скорость выхода другого газа из ткани, он может поднять общую концентрацию газа в ткани до пересыщения, достаточного для образования или роста пузырьков без изменений. в условиях давления окружающей среды и, в частности, без сопутствующей декомпрессии . Ламбертсен описал две формы этого явления: [1] [8]
Поверхностный МКБ [ править ]
Поверхностная ИКД (также известная как изобарическая контрдиффузия в устойчивом состоянии) возникает, когда инертный газ, которым дышит дайвер, диффундирует в тело медленнее, чем инертный газ, окружающий тело. [1] [8] [9]
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 определенных участков поверхностных тканей и образование пузырьков инертного газа. Эти изобарические поражения кожи (крапивница) не возникают, когда окружающим газом является азот, а дыхательным газом – гелий. [10] [9]
глубоких тканей ИКД
ИКД глубоких тканей (также известный как переходная изобарическая контрдиффузия) возникает, когда дайвер последовательно вдыхает различные инертные газы. [1] [8] Быстро диффундирующий газ транспортируется в ткань быстрее, чем медленно диффундирующий газ выводится из ткани. [7]
Пример этого был показан в литературе Харви в 1977 году, когда дайверы перешли с смеси азота на смесь гелия (коэффициент диффузии гелия в 2,65 раза выше, чем у азота). [7] у них быстро появился зуд, за которым последовали боли в суставах. [11] Дайверы, дышащие гидролиоксом, перешли на смесь гелиокса, и у них появились симптомы декомпрессионной болезни во время Hydra V. [12] В 2003 году Дулетт и Митчелл описали ИКД как основу декомпрессионной болезни внутреннего уха и предложили «переключение дыхательного газа должно быть запланировано глубоко или поверхностно, чтобы избежать периода максимального перенасыщения, возникающего в результате декомпрессии». [13] Это также может произойти, когда дайверы, дышащие гидролиоксом, переходят на смесь гелиокса. [14]
Существует еще один эффект, который может проявиться в результате несоответствия растворимости разбавителей инертных газов для дыхания, который возникает при переключении изобарного газа вблизи потолка декомпрессии между газом с низкой растворимостью (обычно гелием) и газом с более высокой растворимостью, обычно азотом). [15] [16]
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. [13]
Профилактика ИКД [ править ]
Ламбертсен внес предложения, которые помогут избежать ИКД во время дайвинга. [1] [8] Если дайвер окружен азотом или насыщен им, ему не следует вдыхать газы, богатые гелием. Ламбертсон также предположил, что переключение газов, предполагающее переход от смесей, богатых гелием, к смесям, богатым азотом, будет приемлемым, но переход с азота на гелий должен включать рекомпрессию. Однако недавнее исследование Дулетта и Митчелла по декомпрессионной болезни внутреннего уха (IEDCS) теперь 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. [13] Похожая гипотеза для объяснения частоты 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. [17] Рекомпрессия кислородом эффективна для облегчения симптомов, вызванных ИКД. 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 воде. [13] Они предлагают тщательно планировать переключение дыхательного газа с смесей, богатых гелием, на смеси, богатые азотом, либо глубокое (с учетом азотного наркоза), либо поверхностное, 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. [13]
Похожая гипотеза для объяснения частоты 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. [18]
Бертон утверждает, что эффект перехода на найтрокс с тримикса при значительном увеличении 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 использования ИКД при переключении газа при достижении декомпрессионного потолка: [18]
- Любое увеличение газовой доли азота в декомпрессионном газе должно ограничиваться 1/5 уменьшения газовой доли гелия. [18]
Было обнаружено, что это правило позволяет успешно избегать ICD при сотнях глубоких погружений с тримиксом. [18]
Программный инструмент планирования декомпрессии под названием Ultimate Planner пытается предсказать МКБ путем моделирования внутреннего уха как водянистой ткани (подход Митчелла и Дулетта) или липидной ткани (подход Бертона). [19]
См. также [ править ]
- Декомпрессионная болезнь - расстройство, вызванное растворенными газами, образующими пузырьки в тканях.
- Теория декомпрессии - Теоретическое моделирование физиологии декомпрессии.
- Декомпрессионная болезнь внутреннего уха - заболевание, вызванное образованием пузырьков инертного газа из раствора.
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Гамильтон, Роберт В.; Тельманн, Эдвард Д. (2003). «Практика декомпрессии». В Брубакке, Альф О; Нойман, Том С. (ред.). Физиология и медицина дайвинга Беннета и Эллиотта (5-е изд.). США: Сондерс. стр. 477–8. ISBN 978-0-7020-2571-6 . OCLC 51607923 .
- ^ Ламбертсон, Кристиан Дж; Борнманн, Роберт С; Кент, МБ, ред. (1979). Изобарная контрдиффузия инертных газов . 22-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины. Том. Номер публикации UHMS 54WS(IC)1-11-82. Архивировано из оригинала 20 августа 2008 года . Проверено 10 января 2010 г.
{{cite conference}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Грейвс, диджей; Идикула, Дж; Ламбертсен, Кристиан Дж; Куинн, Дж. А. (февраль 1973 г.). «Пузырькообразование в физических и биологических системах: проявление контрдиффузии в сложных средах». Наука . 179 (4073): 582–584. Бибкод : 1973Sci...179..582G . дои : 10.1126/science.179.4073.582 . ПМИД 4686464 . S2CID 46428717 .
- ^ Грейвс, диджей; Идикула, Дж; Ламбертсен, Кристиан Дж; Куинн, Дж. А. (март 1973 г.). «Образование пузырьков в результате контрдиффузионного пересыщения: возможное объяснение изобарной «крапивницы» инертного газа и головокружения» . Физика в медицине и биологии . 18 (2): 256–264. Бибкод : 1973PMB....18..256G . CiteSeerX 10.1.1.555.429 . дои : 10.1088/0031-9155/18/2/009 . ПМИД 4805115 . S2CID 250737144 . Проверено 10 января 2010 г.
- ^ Бараш, П.Г.; Каллен, Б.Ф.; Стултинг, РК (2005). Клиническая анестезия (5-е изд.). США: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-5745-4 .
- ^ Гамильтон и Тельманн 2003 , стр. 477–478.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Ламбертсон, Кристиан Дж (1989). Связь изобарной газовой контрдиффузии и декомпрессионных заболеваний газового поражения. В Ванне, РД. «Физиологические основы декомпрессии». 38-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины. Публикация UHMS, номер 75 (Phys) 6-1-89. http://archive.rubicon-foundation.org/6853. Архивировано 5 января 2010 г. в Wayback Machine . Проверено 10 января 2010 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Ламбертсон, Кристиан Дж (1989). «Взаимосвязь изобарной газовой контрдиффузии и декомпрессионных заболеваний газового поражения» . В Ванне, Р.Д. (ред.). Физиологические основы декомпрессии . 38-й семинар Общества подводной и гипербарической медицины. Том. Публикация UHMS № 75 (Phys) 6-1-89. Архивировано из оригинала 5 января 2010 года . Проверено 10 января 2010 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Д'Оуст, Б.Г.; Уайт, Р; Суонсон, Х; Данфорд, Р.Г.; Махони, Дж (1982). «Различия в переходной и стационарной изобарной контрдиффузии» . Отчет в Управление военно-морских исследований . Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 года . Проверено 10 января 2010 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Хиллз, Брайан А. (1979). Кент, МБ (ред.). «Встречный транспорт инертных газов: эффекты устойчивого состояния и переходных градиентов» . Изобарная контрдиффузия инертного газа. 22-й семинар, Председатели: Ламбертсен, К.Дж.; Борнманн, РЦ . Филадельфия, Пенсильвания: Общество подводной медицины. п. 151. Архивировано из оригинала 20 августа 2008 года . Проверено 18 марта 2016 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Харви, Калифорния (1977). «Мелкое насыщение гипербарическими воздействиями азотно-кислородных сред и изобарические переходы на гелиокислородную среду» . Подводные биомедицинские исследования, Ежегодное собрание Аннотация . Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 года . Проверено 10 января 2010 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Ростейн, Дж. К.; Лемэр, К; Гардетт-Шофур, MC; Наке, Р. (1987). Бове; Бахрах; Гринбаум (ред.). «Эффект перехода от водородно-гелий-кислородной смеси к гелий-кислородной смеси во время погружения на глубину 450 метров». Подводная и гипербарическая физиология IX . Бетесда, доктор медицины, США: Общество подводной и гипербарической медицины.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Дулетт, Дэвид Дж; Митчелл, Саймон Дж. (июнь 2003 г.). «Биофизические основы декомпрессионной болезни внутреннего уха». Журнал прикладной физиологии . 94 (6): 2145–50. doi : 10.1152/japplphysicalol.01090.2002 . ПМИД 12562679 .
- ^ Масурель, Г; Гутьеррес, Н.; Джакомони, Л. (1987). «Водородное погружение и декомпрессия» . Резюме ежегодного научного собрания Общества подводной и гипербарической медицины, состоявшегося 26–30 мая 1987 г. Отель Hyatt Regency, Балтимор, Мэриленд . Undersea and Hyperbaric Medical Society, Inc. Архивировано из оригинала 2 июня 2016 года . Проверено 14 марта 2016 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Партридж, Мэтью. «Встречная диффузия изобарного инертного газа» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 марта 2016 года . Проверено 14 марта 2016 г.
- ^ Бертон, Стив (2011). «Изобарная контрдиффузия. Как избежать удара изобарной контрдиффузией» . ScubaEngineer.com . Проверено 14 марта 2016 г.
- ^ Бертон, Стив (декабрь 2004 г.). «Изобарная встречная диффузия» . Подводный инженер . Проверено 10 января 2010 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Бертон, Стив (декабрь 2004 г.). «Изобарная встречная диффузия». Подводный инженер. http://www.scubaengineer.com/isobaric_counter_diffusion.htm . Проверено 10 января 2010 г.
- ^ Салама, Ассер (2014). «Ultimate Planner (программное обеспечение для декора)» . Журнал технического дайвинга . Ассер Салама . Проверено 17 марта 2016 г.
