28
реклама
28 DIVETEK 4І24І2007 Анна КОЗЛОВА Инструктор TDI/SDI Андрей ЧИСТЯКОВ Инструктор-тренер TDI/SDI Рисунки Анны Козловой ИЗОБАРИЧЕСКАЯ КОНТРДИФФУЗИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ Изобарическая контрдиффузия биологически инертных газов – явление, возникающее при диффузии двух газов с различными проникающими способностями и приводящее к повышению суммарного напряжения в диффузионном барьере. Проникающая способность газа есть функция его растворимости и диффузионной способности. Механизм контрдиффузии согласно Хиллсу (Hills B.A. Supersaturation by counterperfusion and diffusion of gases. J. Appl. Physiol., Respira. Environ Exercise Physiol., 42: 758 – 760) таков (рис.1): газы, обладающие большей проникаю- щей способностью, в свободном состоянии находятся по одну сторону от некой мембраны, служащей диффузионным барьером. По другую сторону – однородная среда, насыщенная газом с меньшей проникающей способностью. В момент контакта газы начинают диффундировать в противоположных направлениях. Суммарное напряжение газов в мембране в этом случае возрастает и может превысить давление окружающей среды, т.е. мембрана станет пересыщена. Такая ситуация, как известно, может привести к образованию пузырьков в мембране. Рис. 1 • Кинетическая модель изобарической контрдиффузии Хиллса: однородная ткань отделена от окружающей среды диффузионным барьером. Тело находится в атмосфере быстро диффундирующего газа – гелия, тогда как вдыхаемый газ – азот – диффундирует медленно. Гелий насыщает ткань быстрее, чем азот рассыщает, что сказывается в виде пересыщения диффузионного барьера и образования пузырей в нем www.dive-tek.ru Рассмотрим ситуацию, возникающую в организме дайвера при «неблагоприятном» переключении дыхательной смеси под водой: полость, заполненная быстрым газом – гелием (пространство между сухим костюмом и телом, легкие, полость среднего уха), контактирует через диффузионный барьер (кожа, стенки капилляров и т.п.) с хорошо снабжаемой кровью тканью, насыщенной медленным газом – азотом (собственно кровь или другая быстрая ткань). Оба газа диффундируют по градиентам напряжений в соответствии с коэффициентами диффузии и растворимостями. Гелий называется более быстрым, чем азот, газом, так как, несмотря на меньшую его растворимость, как в водных, так и в липидных средах, диффузионная способность его выше в обоих случаях. Таким образом, гелий насыщает ткань мембраны (диффузионного барьера) быстрее, чем азот рассыщает. В результате имеем локальное пересыщение мембраны (например, кожи). Пересыщение может быть настолько велико, что способно перекрывать вакансию парциального напряжения, образующуюся при метаболическом превращении кислорода в углекислый газ (кислородное окно) с запасом, в конечном итоге превышая М-оценку для данной ткани. Результатом может явиться образование свободной фазы – пузырей газа. Особенно такой исход вероятен при наличии пузырьков в мембране до переключения смесей. В таком случае они служат затравкой и облегчают образование газовой фазы. Образование пузырей в условиях изобарической контрдиффузии наблюдается в течение длительного времени (при условии наличия достаточного объема быстрого газа и высокой скорости перфузии). Общее напряжение ткани мембраны при изобарической контрдиффузии возрастает при: • увеличении внешнего давления (!) (чем глубже переключение, тем опаснее); • уменьшении скорости перфузии; • уменьшении толщины диффузионного барьера; • увеличении площади диффузионного барьера; • использовании газов с сильно различающимися проникающими способностями (например, SF6 и He, хотя пара N2 и He тоже работает). ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ТЕХ, КТО ХОЧЕТ БОЛЬШЕГО Рис. 2 • Изобарическая контрдиффузия. Классификация по месту возникновения Из всего вышесказанного следует, что изобарическая контрдиффузия не является самостоятельным заболеванием. Это явление, возникающее при перемене дыхательной смеси и приводящее к развитию ДКБ без изменения внешнего давления. В настоящее время можно условно выделить три типа изобарической контрдиффузии в зависимости от локализации (рис.2): 1. Поверхностная контрдиффузия Возникает в ситуации, когда дайвер переключается с тримикса на декомпрессионный нитрокс, находясь при этом в атмосфере тримикса (поддув сухого костюма запитан от донного тримикса). «Исторический» вид контрдиффузии наблюдался во время экспериментов по функционированию легких при высоких давлениях, проводимых Ламбертсеном с коллегами в 1971 году (Lambertsen C.J., Idicula J. A new gas lesion syndrome in man, induced by «isobaric gas counterdiffusion». J. Appl. Physiol., 39(3): 434 – 443, 1975). Испытуемые были в барокамере, заполненной нормоксическим (для данной глубины) гелиоксом при высоких давлениях (эквивалентных глубинам до 380 метров морской воды), и периодически меняли дыхательные смеси в различных последовательностях. Дыхание осуществлялось через маску. Среди наблюдавшихся симптомов – «крапивница» и жжение – кожная форма ДКБ. Кожа в данном случае играет роль диффузионного барьера (рис.1) между атмосферой, богатой гелием (быстрым газом), и кровеносными сосудами, насыщенными медленным азотом. Подобная ситуация нередко приводит к кожной форме ДКБ. Следует избегать поддува сухого костюма гелийсодержащими смесями хотя бы по этой причине. 2. Контрдиффузия глубоких тканей Происходит при смене дыхательной смеси с медленной на быструю. В нашем случае дайвер переключается с воздуха/нитрокса после достаточного насыщения на тримикс/гелиокс. Последствия могут быть куда более неприятными, нежели в первом случае. Встречается такое нечасто. А именно, только лишь при выполнении «перерывов на донной смеси», так называемых эир-брейков, после длительных глубоководных погружений для предотвращения кислородного отравления. Делать ли эир-брейки на донном тримиксе – решайте сами. Конечно, поскольку эир-брейки, как правило, требуются ближе к концу погружения, то ткани в достаточной степени рассыщены, да и глубина невелика. Но береженого Бог бережет. На наш взгляд, лучше использовать для этой цели «мягкий» нитрокс или ран-газ с невысоким содержанием гелия. Не стоит также поддаваться искушению подышать тримиксом на дне после длительного времени, проведенного на воздухе. Таким образом, правило 1: не поддувать сухой костюм тримиксом при дыхании нитроксами; правило 2: не переключаться с нитрокса на тримикс. На первый взгляд все довольно просто. Многие авторы даже советовали как можно скорее переходить на смеси, богатые азотом, с целью ускорения декомпрессии – тут имеет место быть обратный эффект: гелий рассыщает ткани быстрее, чем азот насыщает (Lambertsen C.J., Idicula J. A new gas lesion syndrome in man, induced by «isobaric gas counterdiffusion» J. Appl. Physiol., 39(3): 434 – 443, 1975; Strauss RН, Kunkle TD Isobaric Bubble Growth: A Consequence of Altering Atmospheric Gas, Science, 186: 443 – 444, 1974). Но есть, по крайней мере, еще один частный случай контрдиффузии, требующий более аккуратного подбора смесей, а именно контрдиффузия внутреннего уха. 3. Контрдиффузия внутреннего уха Прежде чем приступить к подробному рассмотрению кинетической модели внутреннего и среднего уха, вспомним его строение (рис. 3). Внешнее ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового канала. Среднее ухо отделено от внешнего при помощи барабанной перепонки и соединено с носоглоткой евстахиевой трубой. От внутреннего уха – двумя мембранами, круглым и овальным окнами. Внутреннее ухо содержит орган равновесия и орган слуха и представлено мембранным и костным лабиринта- www.dive-tek.ru СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОГРУЖЕНИЙ В ДАХАБЕ • Индивидуальное обучение техническому дайвингу • Подбор снаряжения для технического дайвинга • Глубокие тримиксные погружения • Эксклюзивные маршруты технических погружений • Компьютер VR3 – специальные цены, мастер-класс Андрей ЧИСТЯКОВ инструктор TDI www.diverclub.ru E-mail: tchistiakov@list.ru Тел.: +7 916 604 3535 (моб. Москва) Тел.: +2010 888 6375 (моб. Дахаб) 30 DIVETEK 4І24І2007 выше). Это наиболее опасное последствие «неблагоприятного» переключения смесей. Не следует резко понижать содержание гелия в промежуточных смесях, особенно учитывая то, что на всплытии ткани и без того пересыщены. Правильной практикой стоит считать также поддержание максимального парциального давления кислорода в декомпрессионных и промежуточных смесях (образующаяся вакансия парциального давления в венозной крови компенсирует в какой-то мере повышение напряжения за счет контрдиффузии). Трудно давать точные рекомендации относительно подбора ран-газов. Несмотря на то, что период полунасыщения для тканей внутреннего уха известен, модельные эксперименты и расчеты не дают полной корреляции с действительностью. Пока что эта тема открыта для исследований. Рис. 3 • Строение наружнего, среднего и внутреннего уха ми. Мембранный лабиринт расположен внутри полой системы костного лабиринта. Он заполнен жидкостью, которая называется эндолимфа. Похожая жидкость – перилимфа – находится между мембранным лабиринтом и стенкой костного лабиринта. Часть лабиринта, выступающая в роли слухового органа, из-за своей формы называется улиткой. Улитка состоит из трех свернутых вместе каналов – барабанной, средней и вестибулярной лестниц. Вестибулярная и барабанная лестницы заполнены перилимфой. Средняя лестница заполнена эндолимфой. Итак, допустим, дайвер совершает глубокое тримиксное погружение. После «продувки ушей» в полости среднего уха остается донный тримикс. Допустим также, что дайвер переключается с донной смеси, скажем, на воздух. Согласно кинетической модели, разработанной не так давно Дулетом и Митчеллом (Doolette D.J., Mitchell S.J. Biophysical basis for inner ear decompression sickness. J. Appl. Physol., 94: 2145 - 2150, 2003) (рис.4), – внутреннее ухо представлено набором трех однородных компартментов – эндолимфатический, перилимфатический и сосудистый, представляющий из себя мембранный лабиринт, насыщенный кровеносными сосудами. Инертный газ диффундирует из среднего уха во внутреннее через круглое окно (овальное большей частью закрыто слуховыми косточками). Во внутреннем ухе газ также диффундирует из сосудистого компартмента в эндо- и перилимфатический. Итак, при переключении с донного тримикса на смесь с высоким содержанием азота кровь быстро насыщается азотом, а в полости внутреннего уха продолжает находиться гелий. В результате контрдиффузии азота и гелия происходит дополнительное насыщение сосудистого и эндолимфатического компартментов, что подтверждено модельными экспериментами. Результатом контрдиффузии внутреннего уха может явиться аудиовестибулярная форма ДКБ, выражающаяся в сильном головокружении, дезориентации, тошноте и т.д. Все эти симптомы наблюдались при проведении экспериментов Ламбертсеном (см. В заключение хочется добавить, что все вышесказанное имеет непосредственное отношение лишь к очень глубоким тримиксным погружениям (по крайней мере, глубже 100 метров). А по мере увеличения глубины риск ДКБ, ассоциированный с контрдиффузией, многократно возрастает, так как величина возникающего пересыщения прямо пропорциональна внешнему давлению (Hills BA Supersaturation by counterperfusion and diffusion of gases. J. Appl. Physiol., Respira. Environ Exercise Physiol., 42: 758 – 760). Дахаб – Москва, 2007 Рис. 4 • Кинетическая модель внутреннего уха согласно Дулету и Митчеллу. Сосудистый компартмент с хорошим кровоснабжением обменивается инертным газом с соседними эндолимфатическим и перилимфатическим компартментами. Все компартменты однородны. Инертный газ также диффундирует из полости среднего уха во внутреннее через круглое окно. Потоки инертных газов в этих структурах могут вызвать пересыщение www.dive-tek.ru www.dive-tek.ru
