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No confundir con la práctica de descompresión o la enfermedad por descompresión .
Buceador descomprimiendo en una parada planificada durante el ascenso de una inmersión

La teoría de la descompresión es el estudio y modelado de la transferencia del componente de gas inerte de los gases respiratorios del gas en los pulmones a los tejidos y viceversa durante la exposición a variaciones en la presión ambiental. En el caso del buceo submarino y el trabajo con aire comprimido, esto implica principalmente presiones ambientales mayores que la presión superficial local, [1] pero astronautas, montañistas de gran altitud y viajeros en aviones que no están presurizados a la presión del nivel del mar, [2] [ 3] están generalmente expuestos a presiones ambientales inferiores a la presión atmosférica estándar al nivel del mar. En todos los casos, los síntomas provocados por la descompresiónocurren durante o dentro de un período relativamente corto de horas, u ocasionalmente días, después de una reducción significativa de la presión. [4]

El término "descompresión" deriva de la reducción de la presión ambiental experimentada por el organismo y se refiere tanto a la reducción de la presión como al proceso de permitir la eliminación de los gases inertes disueltos de los tejidos durante y después de esta reducción de la presión. La absorción de gas por los tejidos se encuentra en estado disuelto, y la eliminación también requiere que el gas se disuelva; sin embargo, una reducción suficiente de la presión ambiental puede causar la formación de burbujas en los tejidos, lo que puede provocar daño tisular y los síntomas conocidos como descompresión. enfermedad, y también retrasa la eliminación del gas. [1]

El modelado de descompresión intenta explicar y predecir el mecanismo de eliminación de gas y formación de burbujas dentro del organismo durante y después de los cambios en la presión ambiental, [5] y proporciona modelos matemáticos que intentan predecir procedimientos de descompresión en campo de bajo riesgo aceptable y razonablemente practicables. [6] Se han utilizado modelos tanto deterministas como probabilísticos, y todavía se utilizan.

Fisiología de la descompresión [ editar ]

Artículo principal: Fisiología de la descompresión.

El gas se respira a presión ambiental y parte de este gas se disuelve en la sangre y otros fluidos. El gas inerte continúa siendo absorbido hasta que el gas disuelto en los tejidos está en un estado de equilibrio con el gas en los pulmones (ver: " buceo de saturación "), o la presión ambiental se reduce hasta que los gases inertes se disuelven en los tejidos. están en una concentración más alta que el estado de equilibrio y comienzan a difundirse nuevamente. [1]

La absorción de gases en líquidos depende de la solubilidad del gas específico en el líquido específico, la concentración de gas, habitualmente medida por presión parcial , y la temperatura. [1] En el estudio de la teoría de la descompresión, se investiga y modela el comportamiento de los gases disueltos en los tejidos para determinar las variaciones de presión a lo largo del tiempo. [7]

Una vez disuelto, la distribución del gas disuelto puede ser por difusión , donde no hay flujo masivo del solvente , o por perfusión donde el solvente (sangre) circula alrededor del cuerpo del buceador, donde el gas puede difundirse a regiones locales de menor concentración . Con un tiempo suficiente a una presión parcial específica en el gas de respiración, la concentración en los tejidos se estabilizará o saturará a una velocidad que dependerá de la solubilidad, la velocidad de difusión y la perfusión. [1]

Si la concentración del gas inerte en el gas respirable se reduce por debajo de la de cualquiera de los tejidos, habrá una tendencia a que el gas regrese de los tejidos al gas respirable. Esto se conoce como desgasificación y ocurre durante la descompresión, cuando la reducción de la presión ambiental o un cambio de gas respiratorio reduce la presión parcial del gas inerte en los pulmones. [1]

Las concentraciones combinadas de gases en cualquier tejido dependerán del historial de presión y composición del gas. En condiciones de equilibrio, la concentración total de gases disueltos será menor que la presión ambiental, ya que el oxígeno se metaboliza en los tejidos y el dióxido de carbono producido es mucho más soluble. Sin embargo, durante una reducción de la presión ambiental, la velocidad de reducción de la presión puede exceder la velocidad a la que el gas puede eliminarse por difusión y perfusión, y si la concentración es demasiado alta, puede llegar a una etapa en la que se puede producir la formación de burbujas en la superficie sobresaturada. tejidos. Cuando la presión de los gases en una burbuja excede las presiones externas combinadas de la presión ambiental y la tensión superficial de la interfaz burbuja-líquido, las burbujas crecerán y este crecimiento puede dañar los tejidos.Los síntomas causados ​​por este daño se conocen comoEnfermedad por descompresión . [1]

Las velocidades reales de difusión y perfusión y la solubilidad de los gases en tejidos específicos no se conocen en general y varían considerablemente. Sin embargo, se han propuesto modelos matemáticos que se aproximan a la situación real en mayor o menor medida, y estos modelos se utilizan para predecir si es probable que se produzca la formación de burbujas sintomáticas para un perfil de exposición a la presión dado. [7] La descompresión implica una interacción compleja de la solubilidad del gas, las presiones parciales y los gradientes de concentración, la difusión, el transporte a granel y la mecánica de las burbujas en los tejidos vivos. [6]

Dinámica de los gases en fase disuelta [ editar ]

La solubilidad de los gases en los líquidos está influenciada por la naturaleza del solvente líquido y el soluto, [8] la temperatura , [9] la presión , [10] [11] y la presencia de otros solutos en el solvente. [12] La difusión es más rápida en moléculas más pequeñas y ligeras, de las cuales el helio es el ejemplo extremo. La difusividad del helio es 2,65 veces más rápida que la del nitrógeno. [13] El gradiente de concentración se puede utilizar como modelo para el mecanismo impulsor de la difusión. [14] En este contexto, gas inerte se refiere a un gas que no es metabólicamente activo . Nitrógeno atmosférico(N 2 ) es el ejemplo más común, y el helio (He) es el otro gas inerte que se usa comúnmente en mezclas respiratorias para buceadores . [15] El nitrógeno atmosférico tiene una presión parcial de aproximadamente 0,78 bar al nivel del mar. El aire en los alvéolos de los pulmones se diluye con vapor de agua saturado (H 2 O) y dióxido de carbono (CO 2 ), un producto metabólico emitido por la sangre, y contiene menos oxígeno (O 2 ) que el aire atmosférico como parte de él. es absorbido por la sangre para uso metabólico. La presión parcial de nitrógeno resultante es de aproximadamente 0,758 bar.[dieciséis]

Por tanto, a presión atmosférica, los tejidos corporales están normalmente saturados de nitrógeno a 0,758 bar (569 mmHg). A presiones ambientales aumentadas debido a la profundidad o la presurización del hábitat , los pulmones de un buceador se llenan de gas respirable a la presión aumentada, y las presiones parciales de los gases constituyentes aumentarán proporcionalmente. [7] Los gases inertes del gas respiratorio en los pulmones se difunden a la sangre en los capilares alveolares y se distribuyen por todo el cuerpo mediante la circulación sistémica en el proceso conocido como perfusión . [7]Los materiales disueltos se transportan en la sangre mucho más rápido de lo que se distribuirían solo por difusión. [17] Desde los capilares sistémicos, los gases disueltos se difunden a través de las membranas celulares y hacia los tejidos, donde eventualmente pueden alcanzar el equilibrio. Cuanto mayor sea el suministro de sangre a un tejido, más rápido alcanzará el equilibrio con el gas a la nueva presión parcial. [7] [17] Este equilibrio se llama saturación . [7] La desgasificación parece seguir una ecuación exponencial inversa simple. El tiempo que tarda un tejido en absorber o liberar el 50% de la diferencia en la capacidad de gas disuelto a una presión parcial modificada se denomina tiempo medio para ese tejido y ese gas. [18] [19]

El gas permanece disuelto en los tejidos hasta que la presión parcial de ese gas en los pulmones se reduce lo suficiente como para causar un gradiente de concentración con la sangre a una concentración más baja que los tejidos relevantes. A medida que la concentración en la sangre desciende por debajo de la concentración en el tejido adyacente, el gas se difundirá fuera del tejido hacia la sangre y luego se transportará de regreso a los pulmones donde se difundirá hacia el gas pulmonar y luego se eliminará por exhalación. . Si la reducción de la presión ambiental es limitada, esta desaturación tendrá lugar en la fase disuelta, pero si la presión ambiental se reduce lo suficiente, pueden formarse y crecer burbujas, tanto en la sangre como en otros tejidos sobresaturados. [7]Cuando la presión parcial de todo el gas disuelto en un tejido excede la presión ambiental total sobre el tejido, se sobresatura, [20] y existe la posibilidad de formación de burbujas. [7]

La suma de las presiones parciales del gas que respira el buceador debe necesariamente equilibrarse con la suma de las presiones parciales del gas pulmonar. En los alvéolos, el gas se ha humidificado y ha ganado dióxido de carbono de la sangre venosa. El oxígeno también se ha difundido en la sangre arterial, reduciendo la presión parcial de oxígeno en los alvéolos. Como la presión total en los alvéolos debe equilibrarse con la presión ambiental, esta dilución da como resultado una presión parcial efectiva de nitrógeno de aproximadamente 758 mb (569 mmHg) en aire a presión atmosférica normal. [21]En un estado estacionario, cuando los tejidos han sido saturados por los gases inertes de la mezcla respiratoria, los procesos metabólicos reducen la presión parcial del oxígeno menos soluble y lo reemplazan con dióxido de carbono, que es considerablemente más soluble en agua. En las células de un tejido típico, la presión parcial de oxígeno caerá, mientras que la presión parcial de dióxido de carbono aumentará. La suma de estas presiones parciales (agua, oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno) es menor que la presión total del gas respiratorio. Este es un déficit de saturación significativo y proporciona un amortiguador contra la sobresaturación y una fuerza impulsora para disolver las burbujas. [21]Los experimentos sugieren que el grado de insaturación aumenta linealmente con la presión para una mezcla respirable de composición fija y disminuye linealmente con la fracción de gas inerte en la mezcla respirable. [22] Como consecuencia, las condiciones para maximizar el grado de insaturación son un gas respirable con la fracción más baja posible de gas inerte, es decir, oxígeno puro, a la presión parcial máxima permitida. Este déficit de saturación también se conoce como insaturación inherente, la " ventana de oxígeno ". [23] o vacante de presión parcial. [24]

Se desconoce la ubicación de los micronúcleos o dónde se forman inicialmente las burbujas. [25] La incorporación de mecanismos de crecimiento y formación de burbujas en los modelos de descompresión puede hacer que los modelos sean más biofísicos y permitir una mejor extrapolación. [25] Las condiciones de flujo y las tasas de perfusión son parámetros dominantes en la competencia entre el tejido y las burbujas de circulación, y entre múltiples burbujas, por el gas disuelto para el crecimiento de las burbujas. [25]

Mecánica de burbujas [ editar ]

Se requiere equilibrio de fuerzas en la superficie para que exista una burbuja. La suma de la presión ambiental y la presión debida a la distorsión del tejido, ejercida en el exterior de la superficie, con la tensión superficial del líquido en la interfaz entre la burbuja y el entorno, debe equilibrarse mediante la presión en el interior de la burbuja. Esta es la suma de las presiones parciales de los gases en el interior debido a la difusión neta de gas hacia y desde la burbuja. El equilibrio de fuerza en la burbuja puede ser modificado por una capa de moléculas tensioactivas que pueden estabilizar una microburbuja a un tamaño donde la tensión superficial en una burbuja limpia haría que colapsara rápidamente, y esta capa superficial puede variar en permeabilidad., de modo que si la burbuja está suficientemente comprimida puede volverse impermeable a la difusión. [26] Si el solvente fuera de la burbuja está saturado o insaturado, la presión parcial será menor que en la burbuja y la tensión superficial aumentará la presión interna en proporción directa a la curvatura de la superficie, proporcionando un gradiente de presión para aumentar la difusión hacia afuera. de la burbuja, efectivamente "exprimiendo el gas fuera de la burbuja", y cuanto más pequeña sea la burbuja, más rápido se exprimirá. Una burbuja de gas sólo puede crecer a presión constante si el disolvente circundante está suficientemente sobresaturado para superar la tensión superficial o si la capa superficial proporciona una reacción suficiente para superar la tensión superficial. [26]Las burbujas limpias que son suficientemente pequeñas colapsarán debido a la tensión superficial si la sobresaturación es baja. Las burbujas con superficies semipermeables se estabilizarán en un radio específico dependiendo de la presión, la composición de la capa superficial y la sobresaturación, o continuarán creciendo indefinidamente, si son más grandes que el radio crítico. [27] La formación de burbujas puede ocurrir en la sangre u otros tejidos. [28]

Un solvente puede transportar una carga sobresaturada de gas en solución. El que salga de la solución en la mayor parte del disolvente para formar burbujas dependerá de varios factores. Algo que reduce la tensión superficial, o adsorbe moléculas de gas, o reduce localmente la solubilidad del gas, o causa una reducción local de la presión estática en un fluido puede resultar en la nucleación o crecimiento de burbujas. Esto puede incluir cambios de velocidad y turbulencia en fluidos y cargas de tracción locales en sólidos y semisólidos. Los lípidos y otras superficies hidrófobas pueden reducir la tensión superficial (las paredes de los vasos sanguíneos pueden tener este efecto). La deshidratación puede reducir la solubilidad del gas en un tejido debido a una mayor concentración de otros solutos y menos solvente para retener el gas. [29]Otra teoría supone que los núcleos de burbujas microscópicas siempre existen en medios acuosos, incluidos los tejidos vivos. Estos núcleos de burbujas son fases gaseosas esféricas que son lo suficientemente pequeñas para permanecer en suspensión pero lo suficientemente fuertes para resistir el colapso, y su estabilidad la proporciona una capa superficial elástica que consta de moléculas tensioactivas que resisten el efecto de la tensión superficial. [30]

Una vez que se forma una microburbuja, puede continuar creciendo si los tejidos están suficientemente sobresaturados. A medida que la burbuja crece, puede distorsionar el tejido circundante y causar daño a las células y presión sobre los nervios, lo que da como resultado dolor, o puede bloquear un vaso sanguíneo, cortando el flujo sanguíneo y causando hipoxia en los tejidos normalmente perfundidos por el vaso. [31]

Si existe una burbuja o un objeto que recolecta moléculas de gas, esta colección de moléculas de gas puede alcanzar un tamaño en el que la presión interna excede la tensión superficial combinada y la presión externa y la burbuja crecerá. [32]Si el disolvente está suficientemente sobresaturado, la difusión del gas en la burbuja excederá la velocidad a la que se vuelve a difundir en la solución, y si este exceso de presión es mayor que la presión debido a la tensión superficial, la burbuja seguirá creciendo. Cuando una burbuja crece, la tensión superficial disminuye y la presión interior cae, lo que permite que el gas se difunda más rápido y más lento, por lo que la burbuja crece o se encoge en una situación de retroalimentación positiva. La tasa de crecimiento se reduce a medida que crece la burbuja porque el área de la superficie aumenta como el cuadrado del radio, mientras que el volumen aumenta como el cubo del radio. Si la presión externa se reduce debido a la reducción de la presión hidrostática durante el ascenso, la burbuja también crecerá y, a la inversa, una mayor presión externa hará que la burbuja se contraiga.pero puede que no haga que se elimine por completo si existe una capa superficial resistente a la compresión.[32]

Las burbujas de descompresión parecen formarse principalmente en los capilares sistémicos donde la concentración de gas es más alta, a menudo los que alimentan las venas que drenan las extremidades activas. Por lo general, no se forman en las arterias siempre que la reducción de la presión ambiental no sea demasiado rápida, ya que la sangre arterial ha tenido recientemente la oportunidad de liberar un exceso de gas en los pulmones. Las burbujas transportadas de regreso al corazón en las venas pueden transferirse a la circulación sistémica a través de un foramen oval permeable en buzos con este defecto del tabique, después de lo cual existe el riesgo de oclusión de los capilares en cualquier parte del cuerpo en la que terminen. [33]

Las burbujas que regresan al corazón por las venas pasarán al lado derecho del corazón y desde allí normalmente entrarán en la circulación pulmonar y pasarán o quedarán atrapadas en los capilares de los pulmones, que se encuentran alrededor de los alvéolos y muy cerca del gas respiratorio, donde el gas se difundirá desde las burbujas a través de las paredes capilares y alveolares hacia el gas en el pulmón. Si el número de capilares pulmonares bloqueados por estas burbujas es relativamente pequeño, el buceador no mostrará síntomas y ningún tejido se dañará (los tejidos pulmonares se oxigenan adecuadamente por difusión). [34]Las burbujas que son lo suficientemente pequeñas para pasar a través de los capilares pulmonares pueden ser lo suficientemente pequeñas como para disolverse debido a una combinación de tensión superficial y difusión a una concentración más baja en la sangre circundante, aunque la teoría de nucleación del modelo de permeabilidad variable implica que la mayoría de las burbujas que atraviesan la circulación pulmonar perderá suficiente gas para pasar a través de los capilares y volver a la circulación sistémica como núcleos reciclados pero estables. [35] Las burbujas que se forman dentro de los tejidos deben eliminarse in situ por difusión, lo que implica un gradiente de concentración adecuado. [34]

Contradifusión isobárica (ICD) [ editar ]

Artículo principal: Contradifusión isobárica

La contradifusión isobárica es la difusión de gases en direcciones opuestas causada por un cambio en la composición del gas ambiental externo o del gas respirable sin cambio en la presión ambiental. Durante la descompresión después de una inmersión, esto puede ocurrir cuando se realiza un cambio en el gas respirable o cuando el buceador se mueve a un entorno lleno de gas que es diferente del gas respirable. [36] Si bien no es estrictamente un fenómeno de descompresión, es una complicación que puede ocurrir durante la descompresión y que puede resultar en la formación o crecimiento de burbujas sin cambios en la presión ambiental. Lambertsen ha descrito dos formas de este fenómeno: [37] [36]

La ICD superficial (también conocida como contradifusión isobárica en estado estable) [38] ocurre cuando el gas inerte respirado por el buceador se difunde más lentamente en el cuerpo que el gas inerte que lo rodea. [37] [36] [38] Un ejemplo de esto sería respirar aire en un ambiente de heliox. El helio del heliox se difunde rápidamente en la piel, mientras que el nitrógeno se difunde más lentamente desde los capilares hacia la piel y fuera del cuerpo. El efecto resultante genera sobresaturación en determinados sitios de los tejidos superficiales y la formación de burbujas de gas inerte. [36]

La DAI de tejido profundo (también conocida como contradifusión isobárica transitoria) [38] ocurre cuando el buceador respira diferentes gases inertes en secuencia. [37] El gas que se difunde rápidamente se transporta al tejido más rápido que el gas que se difunde más lentamente fuera del tejido. [36] Esto puede ocurrir cuando los buzos cambian de una mezcla de nitrógeno a una mezcla de helio o cuando los buzos de saturación que respiran hidreliox cambian a una mezcla de heliox. [36] [39]

El estudio de Doolette y Mitchell sobre la enfermedad por descompresión del oído interno (IEDCS) muestra que el oído interno puede no estar bien modelado por algoritmos comunes (por ejemplo, Bühlmann). Doolette y Mitchell proponen que un cambio de una mezcla rica en helio a una rica en nitrógeno, como es común en el buceo técnico cuando se cambia de trimix a nitrox en el ascenso, puede causar una sobresaturación transitoria de gas inerte dentro del oído interno y resultar en IEDCS. [40]Sugieren que los cambios de gas respirable de mezclas ricas en helio a mezclas ricas en nitrógeno deben programarse cuidadosamente ya sea profundo (con la debida consideración a la narcosis por nitrógeno) o poco profundo para evitar el período de máxima sobresaturación resultante de la descompresión. También se deben hacer cambios durante la respiración de la presión parcial de oxígeno inspirada más grande que pueda tolerarse con seguridad teniendo en cuenta la toxicidad del oxígeno. [40]

Enfermedad por descompresión [ editar ]

Más información: Enfermedad por descompresión

Las burbujas vasculares formadas en los capilares sistémicos pueden quedar atrapadas en los capilares pulmonares, bloqueándolos temporalmente. Si esto es severo, puede ocurrir el síntoma llamado "estrangulamiento". [33] Si el buzo tiene un foramen oval permeable (o una derivaciónen la circulación pulmonar), las burbujas pueden atravesarlo y evitar la circulación pulmonar para ingresar a la sangre arterial. Si estas burbujas no se absorben en el plasma arterial y se alojan en los capilares sistémicos, bloquearán el flujo de sangre oxigenada a los tejidos suministrados por esos capilares, y esos tejidos carecerán de oxígeno. Moon y Kisslo (1988) concluyeron que "la evidencia sugiere que el riesgo de DCI neurológica grave o DCI de inicio temprano aumenta en los buceadores con una derivación de derecha a izquierda en reposo a través de un PFO. Actualmente, no hay evidencia de que el PFO está relacionado con curvaturas de inicio leve o tardío ". [41]

Se forman burbujas en otros tejidos y en los vasos sanguíneos. [33] El gas inerte puede difundirse en núcleos de burbujas entre los tejidos. En este caso, las burbujas pueden distorsionar y dañar permanentemente el tejido. A medida que crecen, las burbujas también pueden comprimir los nervios a medida que crecen y causar dolor. [34] [42]

Las burbujas extravasculares o autóctonas [a] generalmente se forman en tejidos lentos como articulaciones, tendones y vainas musculares. La expansión directa causa daño tisular, con la liberación de histaminas y sus efectos asociados. El daño bioquímico puede ser tan importante o más importante que los efectos mecánicos. [34] [33] [43]

El intercambio de gases disueltos entre la sangre y los tejidos se controla por perfusión y, en menor medida, por difusión, particularmente en tejidos heterogéneos. La distribución del flujo sanguíneo a los tejidos es variable y está sujeta a diversas influencias. Cuando el flujo es localmente alto, esa área está dominada por la perfusión y por la difusión cuando el flujo es bajo. La distribución del flujo está controlada por la presión arterial media y la resistencia vascular local, y la presión arterial depende del gasto cardíaco y de la resistencia vascular total. La resistencia vascular básica está controlada por el sistema nervioso simpático, y los metabolitos, la temperatura y las hormonas locales y sistémicas tienen efectos secundarios y a menudo localizados, que pueden variar considerablemente según las circunstancias.La vasoconstricción periférica en agua fría disminuye la pérdida general de calor sin aumentar el consumo de oxígeno hasta que comienzan los escalofríos, momento en el que aumentará el consumo de oxígeno, aunque la vasoconstricción puede persistir.[33]

La composición del gas respirable durante la exposición a presión y la descompresión es significativa en la absorción y eliminación de gas inerte para un perfil de exposición a presión dado. Las mezclas de gases respiratorios para el buceo suelen tener una fracción de gas de nitrógeno diferente a la del aire. La presión parcial de cada componente de gas será diferente de la del nitrógeno en el aire a cualquier profundidad dada, y la absorción y eliminación de cada componente de gas inerte es proporcional a la presión parcial real a lo largo del tiempo. Las dos razones principales para el uso de gases de respiración mixtos son la reducción de la presión parcial de nitrógeno por dilución con oxígeno, para hacer mezclas de Nitrox , principalmente para reducir la tasa de absorción de nitrógeno durante la exposición a la presión, y la sustitución de helio (y ocasionalmente otros gases). para que el nitrógeno reduzca laefectos narcóticos bajo exposición a alta presión parcial. Dependiendo de las proporciones de helio y nitrógeno, estos gases se denominan Heliox , si no hay nitrógeno, o Trimix , si hay nitrógeno y helio junto con el oxígeno esencial. [44] [45] Los gases inertes que se utilizan como sustitutos del nitrógeno tienen características de solubilidad y difusión en los tejidos vivos diferentes al nitrógeno al que sustituyen. Por ejemplo, el gas inerte más común que sustituye al nitrógeno es el helio, que es significativamente menos soluble en los tejidos vivos, [46] pero también se difunde más rápido debido al tamaño y la masa relativamente pequeños del átomo de He en comparación con el N 2.molécula. [47]

El flujo de sangre a la piel y la grasa se ven afectados por la piel y la temperatura central, y la perfusión del músculo en reposo está controlada por la temperatura del propio músculo. Durante el ejercicio, el aumento del flujo hacia los músculos que trabajan a menudo se equilibra con la reducción del flujo hacia otros tejidos, como los riñones, el bazo y el hígado. [33] El flujo de sangre a los músculos también es menor en agua fría, pero el ejercicio mantiene el músculo caliente y el flujo elevado incluso cuando la piel está fría. El flujo de sangre a la grasa normalmente aumenta durante el ejercicio, pero esto se inhibe por inmersión en agua fría. La adaptación al frío reduce la vasoconstricción extrema que suele ocurrir con la inmersión en agua fría. [33]Las variaciones en la distribución de la perfusión no necesariamente afectan el intercambio de gas inerte respiratorio, aunque algunos gases pueden quedar atrapados localmente por cambios en la perfusión. Descansar en un ambiente frío reducirá el intercambio de gases inertes de la piel, la grasa y los músculos, mientras que el ejercicio aumentará el intercambio de gases. El ejercicio durante la descompresión puede reducir el tiempo y el riesgo de descompresión, siempre que no haya burbujas, pero puede aumentar el riesgo si hay burbujas. [33] El intercambio de gases inertes es menos favorable para el buceador que está caliente y se ejercita en profundidad durante la fase de desgasificación, y descansa y está frío durante la descompresión. [33]

Otros factores que pueden afectar el riesgo de descompresión incluyen la concentración de oxígeno, los niveles de dióxido de carbono, la posición del cuerpo, los vasodilatadores y constrictores, la respiración con presión positiva o negativa. [33] y deshidratación (volumen sanguíneo). [48] La susceptibilidad individual a la enfermedad por descompresión tiene componentes que pueden atribuirse a una causa específica y componentes que parecen ser aleatorios. El componente aleatorio hace que las sucesivas descompresiones sean una mala prueba de susceptibilidad. [33] Algunos estudios han relacionado la obesidad y los niveles elevados de lípidos séricos como factores de riesgo, y el riesgo parece aumentar con la edad. [49]Otro estudio también ha demostrado que los sujetos mayores tienden a burbujear más que los sujetos más jóvenes por razones aún no conocidas, pero no se identificaron tendencias entre el peso, la grasa corporal o el género y las burbujas, y la pregunta de por qué algunas personas tienen más probabilidades de formar burbujas. que otros sigue sin estar claro. [50]

Conceptos del modelo de descompresión [ editar ]

Se han utilizado dos conceptos bastante diferentes para el modelado de descompresión. El primero supone que el gas disuelto se elimina mientras está en la fase disuelta y que no se forman burbujas durante la descompresión asintomática. El segundo, que está respaldado por la observación experimental, asume que las burbujas se forman durante la mayoría de las descompresiones asintomáticas y que la eliminación de gas debe considerar tanto la fase disuelta como la de burbuja. [32]

Los primeros modelos de descompresión tendían a utilizar los modelos de fase disuelta y los ajustaban por factores más o menos arbitrarios para reducir el riesgo de formación de burbujas sintomáticas. Los modelos de fase disuelta son de dos grupos principales. Los modelos de compartimentos paralelos, en los que se considera que existen varios compartimentos con distintas tasas de absorción de gas (medio tiempo) de forma independiente, y la condición límite está controlada por el compartimento que presenta el peor de los casos para un perfil de exposición específico. Estos compartimentos representan tejidos conceptuales y no están destinados a representar tejidos orgánicos específicos, simplemente a representar la gama de posibilidades para los tejidos orgánicos. El segundo grupo utiliza compartimentos en serie, donde se supone que el gas se difunde a través de un compartimento antes de llegar al siguiente. [51]Una variación reciente del modelo de compartimento en serie es el modelo de compartimento interconectado Goldman (ICM). [52]

Los modelos más recientes intentan modelar la dinámica de las burbujas, también mediante modelos simplificados, para facilitar el cálculo de tablas y, posteriormente, permitir predicciones en tiempo real durante una inmersión. Los modelos utilizados para aproximar la dinámica de las burbujas son variados, y van desde aquellos que no son mucho más complejos que los modelos de fase disuelta, hasta aquellos que requieren una potencia computacional considerablemente mayor. [53]

No se puede demostrar que ninguno de los modelos de descompresión sea una representación precisa de los procesos fisiológicos, aunque se han propuesto interpretaciones de los modelos matemáticos que se corresponden con diversas hipótesis. Todas son aproximaciones que predicen la realidad en mayor o menor medida, y son aceptablemente fiables sólo dentro de los límites de la calibración frente a los datos experimentales recopilados. [54]

Rango de aplicación [ editar ]

El perfil de descompresión ideal crea el mayor gradiente posible para la eliminación de gas inerte de un tejido sin que se formen burbujas, [55] y los modelos de descompresión en fase disuelta se basan en el supuesto de que se puede evitar la formación de burbujas. Sin embargo, no es seguro que esto sea posible en la práctica: algunos de los modelos de descompresión asumen que siempre existen micronúcleos de burbujas estables. [30] Los modelos de burbujas suponen que habrá burbujas, pero hay un volumen de fase gaseosa total tolerable [30] o un tamaño de burbuja de gas tolerable, [56] y limitan el gradiente máximo para tener en cuenta estas tolerancias. [30] [56]

Idealmente, los modelos de descompresión deberían predecir con precisión el riesgo en todo el rango de exposición de inmersiones cortas dentro de los límites sin paradas, inmersiones con rebote de descompresión en todo el rango de aplicabilidad práctica, incluidas inmersiones de exposición extrema y inmersiones repetitivas, gases de respiración alternativos, incluidos interruptores de gas y PO 2 constante , variaciones en el perfil de inmersión e inmersiones de saturación. Generalmente, este no es el caso, y la mayoría de los modelos se limitan a una parte del rango posible de profundidades y tiempos. También están limitados a un rango específico de gases respirables y, a veces, restringidos al aire. [57]

Un problema fundamental en el diseño de tablas de descompresión es que las reglas simplificadas que gobiernan una sola inmersión y ascenso no se aplican cuando ya existen algunas burbujas de tejido, ya que estas retrasarán la eliminación del gas inerte y la descompresión equivalente puede resultar en una enfermedad por descompresión. [57] El buceo repetitivo, los ascensos múltiples en una sola inmersión y los procedimientos de descompresión en la superficie son factores de riesgo importantes para la EDC. [55] Estos se han atribuido al desarrollo de un volumen de fase gaseosa relativamente alto que puede ser trasladado en parte a inmersiones posteriores o al ascenso final de un perfil de diente de sierra. [6]

La función de los modelos de descompresión ha cambiado con la disponibilidad de los detectores de burbujas ultrasónicos Doppler, y ya no se trata simplemente de limitar la aparición sintomática de la enfermedad por descompresión, sino también de limitar las burbujas de gas venoso asintomáticas posteriores a la inmersión. [25] Se han realizado varias modificaciones empíricas a los modelos de fase disuelta desde la identificación de burbujas venosas mediante medición Doppler en buceadores asintomáticos poco después de salir a la superficie. [58]

Compartimentos de tejidos [ editar ]

Un intento de solución fue el desarrollo de modelos de tejidos múltiples, que asumían que diferentes partes del cuerpo absorbían y eliminaban gas a diferentes velocidades. Estos son tejidos hipotéticos que se designan como rápidos y lentos para describir la tasa de saturación. Cada tejido, o compartimento, tiene una vida media diferente. Los tejidos reales también tardarán más o menos en saturarse, pero los modelos no necesitan utilizar valores de tejido reales para producir un resultado útil. Se han utilizado modelos con de uno a 16 compartimentos de tejido [59] para generar tablas de descompresión, y los ordenadores de buceo han utilizado hasta 20 compartimentos. [60]

Por ejemplo: los tejidos con un alto contenido de lípidos pueden absorber una mayor cantidad de nitrógeno, pero a menudo tienen un suministro de sangre deficiente. Éstos tardarán más en alcanzar el equilibrio y se describen como lentos, en comparación con los tejidos con un buen suministro de sangre y menor capacidad para el gas disuelto, que se describen como rápidos.

Los tejidos rápidos absorben el gas con relativa rapidez, pero generalmente lo liberan rápidamente durante el ascenso. Un tejido rápido puede saturarse en el curso de una inmersión deportiva normal, mientras que un tejido lento puede haber absorbido solo una pequeña parte de su capacidad de gas potencial. Al calcular los niveles en cada compartimento por separado, los investigadores pueden construir algoritmos más efectivos. Además, cada compartimento puede tolerar más o menos sobresaturación que otros. La forma final es un modelo complicado, pero que permite la construcción de algoritmos y tablas adecuados para una amplia variedad de inmersiones. Una computadora de buceo típica tiene un modelo de tejido de 8 a 12, con tiempos medios que varían de 5 minutos a 400 minutos. [60] Las tablas de Bühlmannutilice un algoritmo con 16 tejidos, con tiempos medios que varían de 4 minutos a 640 minutos. [59]

Se puede suponer que los tejidos están en serie, donde el gas disuelto debe difundirse a través de un tejido para llegar al siguiente, que tiene diferentes propiedades de solubilidad, en paralelo, donde la difusión dentro y fuera de cada tejido se considera independiente de los demás, y como combinaciones de tejidos en serie y en paralelo, lo que se vuelve complejo computacionalmente. [52]

Modelo de desgasificación [ editar ]

El tiempo medio de un tejido es el tiempo que tarda el tejido en absorber o liberar el 50% de la diferencia en la capacidad de gas disuelto a una presión parcial modificada. Para cada medio tiempo consecutivo, el tejido recuperará o liberará la mitad de la diferencia acumulada en la secuencia ½, ¾, 7/8, 15/16, 31/32, 63/64, etc. [19] Intervalo de tiempos medios del compartimento tisular desde 1 minuto hasta al menos 720 minutos. [61] Un compartimento de tejido específico tendrá tiempos medios diferentes para gases con diferentes solubilidades y velocidades de difusión. La desgasificación generalmente se modela siguiendo una ecuación exponencial inversa simple en la que se supone la saturación después de aproximadamente cuatro (93,75%) a seis (98,44%) medios tiempos, según el modelo de descompresión. [18] [62] [63]Es posible que este modelo no describa adecuadamente la dinámica de la desgasificación si hay burbujas de fase gaseosa. [64] [65]

Modelos de desgasificación [ editar ]

Para una descompresión optimizada, la fuerza impulsora de la desaturación tisular debe mantenerse al máximo, siempre que esto no cause una lesión tisular sintomática debido a la formación y el crecimiento de burbujas (enfermedad por descompresión sintomática), o produzca una condición en la que la difusión se retrase por cualquier motivo. [66]

Hay dos formas fundamentalmente diferentes de abordar esto. El primero se basa en la suposición de que existe un nivel de sobresaturación que no produce la formación de burbujas sintomáticas y se basa en observaciones empíricas de la tasa máxima de descompresión que no da como resultado una tasa inaceptable de síntomas. Este enfoque busca maximizar el gradiente de concentración siempre que no haya síntomas, y comúnmente usa un modelo de medio tiempo exponencial ligeramente modificado. El segundo supone que se formarán burbujas en cualquier nivel de sobresaturación donde la tensión total del gas en el tejido es mayor que la presión ambiental y que el gas en las burbujas se elimina más lentamente que el gas disuelto. [63]Estas filosofías dan como resultado características diferentes de los perfiles de descompresión derivados para los dos modelos: el enfoque de sobresaturación crítica proporciona ascensos iniciales relativamente rápidos, que maximizan el gradiente de concentración, y paradas largas y poco profundas, mientras que los modelos de burbujas requieren ascensos más lentos, con primeras paradas más profundas, pero puede tener paradas poco profundas más cortas. Este enfoque utiliza una variedad de modelos. [63] [67] [68] [66] [69]

El enfoque de la sobresaturación crítica [ editar ]

JS Haldane usó originalmente una relación de presión crítica de 2 a 1 para la descompresión según el principio de que la saturación del cuerpo en ningún momento debe exceder aproximadamente el doble de la presión del aire. [70] Este principio se aplicó como una relación de presión de la presión ambiental total y no tuvo en cuenta las presiones parciales de los gases componentes del aire respirable. Su trabajo experimental en cabras y observaciones de buzos humanos parecían apoyar esta suposición. Sin embargo, con el tiempo, se descubrió que esto era incompatible con la incidencia de la enfermedad por descompresión y se realizaron cambios en las suposiciones iniciales. Esto se cambió posteriormente a una relación de presiones parciales de nitrógeno de 1,58: 1. [71]

Investigaciones adicionales realizadas por personas como Robert Workman sugirieron que el criterio no era la relación de presiones, sino las diferencias de presión reales. Aplicado al trabajo de Haldane, esto sugeriría que el límite no está determinado por la relación 1,58: 1 sino más bien por la diferencia crítica de 0,58 atmósferas entre la presión tisular y la presión ambiental. La mayoría de las tablas actuales, incluidas las tablas de Bühlmann, se basan en el modelo de diferencia crítica. [72]

A una presión ambiental determinada, el valor M es el valor máximo de la presión absoluta de gas inerte que puede tomar un compartimento de tejido sin presentar síntomas de enfermedad por descompresión. Los valores M son límites para el gradiente tolerado entre la presión del gas inerte y la presión ambiental en cada compartimento. La terminología alternativa para los valores M incluye "límites de sobresaturación", "límites de sobrepresión tolerada" y "tensiones críticas". [67] [73]

Los factores de gradiente son una forma de modificar el valor M a unvalormás conservador para su uso en un algoritmo de descompresión. El factor de gradiente es un porcentaje del valor M elegido por el diseñador del algoritmo y varía linealmente entre la profundidad máxima de la inmersión específica y la superficie. Se expresan como una designación de dos números, donde el primer número es el porcentaje del valor M profundo y el segundo es un porcentaje del valor M superficial. [68] Los factores de gradiente se aplican a todos los compartimentos de tejido por igual y producen un valor M que es linealmente variable en proporción a la presión ambiental. [68]

Por ejemplo: un factor de gradiente de 30/85 limitaría la sobresaturación permitida en profundidad al 30% del máximo del diseñador y al 85% en la superficie.

En efecto, el usuario está seleccionando una sobresaturación máxima inferior a la que el diseñador consideró apropiada. El uso de factores de gradiente aumentará el tiempo de descompresión, particularmente en la zona de profundidad donde el valor M se reduce más. Los factores de gradiente se pueden usar para forzar paradas más profundas en un modelo que, de otro modo, tenderían a producir paradas relativamente poco profundas, usando un factor de gradiente con un primer número pequeño. [68]

El modelo de gradiente variable ajusta los factores de gradiente para que se ajusten al perfil de profundidad asumiendo que un ajuste de línea recta usando el mismo factor en el valor M profundo independientemente de la profundidad real es menos apropiado que usar un valor M vinculado a la profundidad real . (el valor M superficial está vinculado a la profundidad real de cero en ambos casos) [74]

El enfoque sin sobresaturación [ editar ]

Según el modelo termodinámico de Hugh LeMessurier y Brian Andrew Hills , esta condición de fuerza impulsora óptima para la desgasificación se satisface cuando la presión ambiental es suficiente para evitar la separación de fases (formación de burbujas). [69]

La diferencia fundamental de este enfoque es equiparar la presión ambiental absoluta con el total de las tensiones parciales del gas en el tejido para cada gas después de la descompresión como el punto límite más allá del cual se espera la formación de burbujas. [69]

El modelo asume que la insaturación natural en los tejidos debido a la reducción metabólica de la presión parcial de oxígeno proporciona el amortiguador contra la formación de burbujas, y que el tejido puede descomprimirse de forma segura siempre que la reducción de la presión ambiental no exceda este valor de insaturación. Claramente, cualquier método que aumente la insaturación permitiría una descompresión más rápida, ya que el gradiente de concentración sería mayor sin riesgo de formación de burbujas. [69]

La insaturación natural aumenta con la profundidad, por lo que es posible una diferencia de presión ambiental mayor a mayor profundidad y se reduce a medida que el buceador sale a la superficie. Este modelo conduce a velocidades de ascenso más lentas y primeras paradas más profundas, pero paradas poco profundas más cortas, ya que hay menos gas de fase de burbuja que eliminar. [69]

El enfoque de volumen crítico [ editar ]

El criterio de volumen crítico asume que siempre que el volumen total de fase gaseosa acumulada en los tejidos exceda un valor crítico, aparecerán signos o síntomas de EDC. Esta suposición está respaldada por estudios de detección de burbujas Doppler. Las consecuencias de este enfoque dependen en gran medida de la formación de burbujas y del modelo de crecimiento utilizado, principalmente si la formación de burbujas es prácticamente evitable durante la descompresión. [32]

Este enfoque se utiliza en modelos de descompresión que asumen que durante los perfiles de descompresión prácticos, habrá crecimiento de núcleos de burbujas microscópicos estables que siempre existen en los medios acuosos, incluidos los tejidos vivos. [66]

La descompresión eficiente minimizará el tiempo total de ascenso al tiempo que limitará la acumulación total de burbujas a un valor crítico no sintomático aceptable. La física y la fisiología del crecimiento y eliminación de burbujas indican que es más eficiente eliminar burbujas cuando son muy pequeñas. Los modelos que incluyen la fase de burbuja han producido perfiles de descompresión con ascensos más lentos y paradas de descompresión inicial más profundas como una forma de reducir el crecimiento de la burbuja y facilitar la eliminación temprana, en comparación con los modelos que consideran solo gas en fase disuelta. [75]

Gas inerte residual [ editar ]

Se ha demostrado experimentalmente que la formación de burbujas de gas inhibe significativamente la eliminación de gas inerte. [16] [76] Una cantidad considerable de gas inerte permanecerá en los tejidos después de que un buzo haya salido a la superficie, incluso si no se presentan síntomas de enfermedad por descompresión. Este gas residual puede estar disuelto o en forma de burbuja subclínica y continuará liberando gases mientras el buceador permanezca en la superficie. Si se realiza una inmersión repetitiva, los tejidos se precargan con este gas residual que hará que se saturen más rápido. [77] [78]

En el buceo repetitivo, los tejidos más lentos pueden acumular gas día tras día, si no hay tiempo suficiente para eliminar el gas entre inmersiones. Esto puede ser un problema para situaciones de inmersión múltiple de varios días. Varias descompresiones por día durante varios días pueden aumentar el riesgo de enfermedad por descompresión debido a la acumulación de burbujas asintomáticas, que reducen la tasa de liberación de gases y no se tienen en cuenta en la mayoría de los algoritmos de descompresión. [79] En consecuencia, algunas organizaciones de formación de buzos hacen recomendaciones adicionales, como tomar "el séptimo día libre". [80]

Modelos de descompresión en la práctica [ editar ]

Tensión de gas inerte en los compartimentos de tejido durante una inmersión de descompresión con cambio de gas para acelerar la descompresión, como predice un algoritmo de descompresión

Modelos deterministas [ editar ]

Los modelos de descompresión deterministas son un enfoque basado en reglas para calcular la descompresión. [81] Estos modelos funcionan a partir de la idea de que la sobresaturación "excesiva" en varios tejidos es "insegura" (resultando en enfermedad por descompresión ). Los modelos generalmente contienen múltiples reglas dependientes de la profundidad y del tejido basadas en modelos matemáticos de compartimentos de tejido idealizados. No existe una forma matemática objetiva de evaluar las reglas o el riesgo general que no sea la comparación con los resultados de las pruebas empíricas. Los modelos se comparan con resultados experimentales e informes de campo, y las reglas se revisan mediante juicio cualitativo. y ajuste de curvas para que el modelo revisado prediga más de cerca la realidad observada, y luego se hacen más observaciones para evaluar la confiabilidad del modelo en extrapolaciones a rangos no probados previamente. La utilidad del modelo se juzga por su precisión y fiabilidad para predecir la aparición de la enfermedad por descompresión sintomática y las burbujas venosas asintomáticas durante el ascenso. [81]

Se puede suponer razonablemente que, en realidad, se produce tanto el transporte de perfusión por circulación sanguínea como el transporte de difusión en tejidos donde hay poco o ningún flujo sanguíneo. El problema con los intentos de modelar simultáneamente la perfusión y la difusión es que hay un gran número de variables debido a las interacciones entre todos los compartimentos de tejido y el problema se vuelve intratable. Una forma de simplificar el modelado de la transferencia de gas hacia y desde los tejidos es hacer suposiciones sobre el mecanismo limitante del transporte de gas disuelto a los tejidos que controlan la descompresión. Suponiendo que la perfusión o la difusión tienen una influencia dominante, y que la otra puede ignorarse, puede reducir en gran medida el número de variables. [66]

Perfusión limitada de tejidos y modelos de tejidos paralelos [ editar ]

La suposición de que la perfusión es el mecanismo limitante conduce a un modelo que comprende un grupo de tejidos con diferentes velocidades de perfusión, pero suministrados por sangre con una concentración de gas aproximadamente equivalente. También se supone que no hay transferencia de gas entre los compartimentos de tejido por difusión. Esto da como resultado un conjunto paralelo de tejidos independientes, cada uno con su propia tasa de desgasificación y desgasificación que depende de la tasa de flujo de sangre a través del tejido. La absorción de gas para cada tejido generalmente se modela como una función exponencial, con un tiempo medio del compartimiento fijo, y la eliminación de gas también puede modelarse mediante una función exponencial, con el mismo tiempo medio o más largo, o como una función más compleja, como en el modelo de eliminación exponencial-lineal. [77]

La hipótesis de la relación crítica predice que el desarrollo de burbujas se producirá en un tejido cuando la relación entre la presión parcial del gas disuelto y la presión ambiental exceda una relación particular para un tejido dado. La proporción puede ser la misma para todos los compartimentos de tejido o puede variar, y a cada compartimento se le asigna una proporción de sobresaturación crítica específica, basada en observaciones experimentales. [18]

John Scott Haldane introdujo el concepto de medios tiempos para modelar la absorción y liberación de nitrógeno en la sangre. Sugirió 5 compartimentos de tejido con medios tiempos de 5, 10, 20, 40 y 75 minutos. [18] En esta primera hipótesis se predijo que si la velocidad de ascenso no permite que la presión parcial del gas inerte en cada uno de los tejidos hipotéticos exceda la presión ambiental en más de 2: 1, no se formarán burbujas. [70]Básicamente, esto significaba que se podía ascender de 30 m (4 bar) a 10 m (2 bar), o de 10 m (2 bar) a la superficie (1 bar) cuando estaba saturado, sin problemas de descompresión. Para garantizar esto, se incorporaron una serie de paradas de descompresión en los horarios de ascenso. La velocidad de ascenso y el tejido más rápido del modelo determinan el tiempo y la profundidad de la primera parada. A partir de entonces, los tejidos más lentos determinan cuándo es seguro ascender más. [70] Se encontró que esta proporción 2: 1 era demasiado conservadora para tejidos rápidos (inmersiones cortas) y no lo suficientemente conservadora para tejidos lentos (inmersiones largas). La proporción también pareció variar con la profundidad. [82]El enfoque de Haldane para el modelado de descompresión se utilizó desde 1908 hasta la década de 1960 con modificaciones menores, principalmente cambios en el número de compartimentos y medias veces utilizados. Las tablas de la Marina de los EE. UU. De 1937 se basaron en la investigación de OD Yarbrough y utilizaron 3 compartimentos: los compartimentos de 5 y 10 minutos se eliminaron. En la década de 1950 se revisaron las mesas y se restauraron los compartimentos de 5 y 10 minutos, y se añadió un compartimento de 120 minutos. [83]

En la década de 1960, Robert D. Workman de la Unidad de Buceo Experimental de la Marina de los EE. UU.(NEDU) revisó la base del modelo y la investigación posterior realizada por la Marina de los EE. UU. Aún se encontró que las tablas basadas en el trabajo de Haldane y los refinamientos posteriores eran inadecuadas para inmersiones más largas y profundas. Workman propuso que el cambio tolerable en la presión se describiera mejor como una diferencia de presión crítica y revisó el modelo de Haldane para permitir que cada compartimento de tejido tolerara una cantidad diferente de sobresaturación que varía con la profundidad. Introdujo el término "valor M" para indicar la cantidad máxima de sobresaturación que cada compartimento podía tolerar a una profundidad determinada y añadió tres compartimentos adicionales con tiempos de media de 160, 200 y 240 minutos.Workman presentó sus hallazgos como una ecuación que podría usarse para calcular los resultados para cualquier profundidad y afirmó que una proyección lineal de los valores M sería útil para la programación de computadoras.[83]

Una gran parte de la investigación de Albert A. Bühlmann fue determinar los compartimentos de medio tiempo más largos para nitrógeno y helio, y aumentó el número de compartimentos a 16. Investigó las implicaciones de la descompresión después de bucear en altitud y publicó tablas de descompresión que podrían ser utilizado en un rango de altitudes. Bühlmann utilizó un método para el cálculo de la descompresión similar al propuesto por Workman, que incluía valores M que expresaban una relación lineal entre la presión máxima de gas inerte en los compartimentos tisulares y la presión ambiental, pero basado en la presión absoluta, lo que los hacía más fáciles de adaptar a la altitud. buceo. [84]El algoritmo de Bühlmann se utilizó para generar las tablas de descompresión estándar para una serie de asociaciones de buceo deportivo, y se utiliza en varias computadoras personales de descompresión, a veces en una forma modificada. [84]

BA Hills y DH LeMessurier estudiaron las prácticas de descompresión empíricas de los buceadores de perlas de Okinawa en el Estrecho de Torres y observaron que hacían paradas más profundas pero reducían el tiempo total de descompresión en comparación con las tablas de uso general de la época. Su análisis sugirió fuertemente que la presencia de burbujas limita las tasas de eliminación de gas y enfatizó la importancia de la insaturación inherente de los tejidos debido al procesamiento metabólico del oxígeno. Esto se conoció como modelo termodinámico. [69] Más recientemente, los buzos técnicos recreativos desarrollaron procedimientos de descompresión utilizando paradas más profundas que las requeridas por las tablas de descompresión en uso. Estos llevaron a los modelos de burbujas RGBM y VPM. [85]Una parada profunda fue originalmente una parada adicional introducida por los buceadores durante el ascenso, a una profundidad mayor que la parada más profunda requerida por su algoritmo informático. También hay algoritmos informáticos que, según se afirma, utilizan paradas profundas, pero estos algoritmos y la práctica de paradas profundas no se han validado adecuadamente. [86]

Una " parada Pyle " es una parada profunda que lleva el nombre de Richard Pyle , uno de los primeros defensores de las paradas profundas, [87] en las profundidades a medio camino entre el fondo y la primera parada de descompresión convencional, y a medio camino entre la parada Pyle anterior y la parada convencional más profunda. , siempre que la parada convencional sea más de 9 m menos profunda. Una parada de Pyle dura aproximadamente 2 minutos. El tiempo de ascenso adicional requerido para las paradas de Pyle se incluye en el perfil de inmersión antes de finalizar el programa de descompresión. [88] Pyle descubrió que en las inmersiones en las que se detenía periódicamente para ventilar las vejigas natatorias de sus especímenes de peces, se sentía mejor después de la inmersión y basaba el procedimiento de parada profunda en la profundidad y duración de estas pausas. [86]La hipótesis es que estas paradas brindan la oportunidad de eliminar el gas mientras aún está disuelto, o al menos mientras las burbujas aún son lo suficientemente pequeñas como para ser eliminadas fácilmente, y el resultado es que habrá considerablemente menos o más pequeñas burbujas venosas para eliminar en la zona menos profunda. se detiene según lo predicho por el modelo termodinámico de Hills. [89]

Por ejemplo, un buceador asciende desde una profundidad máxima de 60 metros (200 pies), donde la presión ambiental es de 7 bares (100 psi), hasta una parada de descompresión a 20 metros (66 pies), donde la presión es de 3 bares (40 psi). La primera parada de Pyle se realizaría a la mitad de la presión, que es de 5 bares (70 psi) correspondiente a una profundidad de 40 metros (130 pies). La segunda parada de Pyle estaría a 30 metros (98 pies). Un tercero estaría a 25 metros (82 pies), que es menos de 9 metros (30 pies) por debajo de la primera parada requerida y, por lo tanto, se omite. [88] [90]

El valor y la seguridad de las paradas profundas adicionales al programa de descompresión derivado de un algoritmo de descompresión no está claro. Los expertos en descompresión han señalado que es probable que se realicen paradas profundas en las profundidades en las que continúa el gaseado para algunos tejidos lentos, y que la adición de paradas profundas de cualquier tipo debe incluirse en la exposición hiperbárica para la que se calcula el programa de descompresión, y no añadido posteriormente, de modo que se pueda tener en cuenta dicha desgasificación de tejidos más lentos. [86] Las paradas profundas realizadas durante una inmersión en la que la descompresión se calcula en tiempo real son simplemente parte de una inmersión de varios niveles en la computadora y no añaden ningún riesgo más allá del que es inherente al algoritmo.

Hay un límite a la profundidad que puede tener una "parada profunda". Deben producirse algunas emisiones de gas y se debe minimizar la emisión continua de gases para lograr una descompresión aceptablemente eficaz. La "parada de descompresión más profunda posible" para un perfil dado se puede definir como la profundidad a la que la carga de gas para el compartimento principal cruza la línea de presión ambiental. Esta no es una profundidad de parada útil; es necesario un exceso de concentración de gas tisular para impulsar la difusión de desgasificación; sin embargo, esta profundidad es un indicador útil del comienzo de la zona de descompresión, en la que la velocidad de ascenso es parte de la descompresión planificada. [91]

Un estudio realizado por DAN en 2004 encontró que la incidencia de burbujas de alto grado podría reducirse a cero siempre que la concentración de nitrógeno del tejido más saturado se mantuviera por debajo del 80 por ciento del valor M permitido y que una parada profunda adicional era una forma simple y práctica. forma de hacer esto, conservando la velocidad de ascenso original. [85]

Difusión limitada de tejidos y la "placa de tejido", y modelos de serie [ editar ]

Derivación del modelo de placa de tejido unidimensional a partir de un tejido uniforme perfundido por capilares paralelos

La suposición de que la difusión es el mecanismo limitante del transporte de gas disuelto en los tejidos da como resultado un modelo de compartimento tisular bastante diferente. En este caso se ha postulado una serie de compartimentos, con transporte de perfusión a un compartimento, y difusión entre los compartimentos, que por simplicidad están dispuestos en serie, de modo que para el compartimento generalizado, la difusión sea hacia y desde solo los dos compartimentos adyacentes en lados opuestos, y los casos límite son el primer compartimento donde se suministra y extrae el gas por perfusión, y el final de la línea, donde solo hay un compartimento contiguo. [84] El modelo de serie más simple es un solo compartimento, y esto puede reducirse aún más a un modelo unidimensional de "placa de tejido". [84]

Modelos de burbujas [ editar ]

Los modelos de descompresión de burbujas son un enfoque basado en reglas para calcular la descompresión basado en la idea de que los núcleos de burbujas microscópicas siempre existen en el agua y los tejidos que contienen agua y que al predecir y controlar el crecimiento de las burbujas, se puede evitar la enfermedad por descompresión. La mayoría de los modelos de burbujas asumen que se formarán burbujas durante la descompresión y que se produce la eliminación del gas en fase mixta, que es más lenta que la eliminación en fase disuelta. Los modelos de burbujas tienden a tener primeras paradas más profundas para eliminar más gas disuelto con una sobresaturación más baja para reducir el volumen total de la fase de burbujas y, potencialmente, reducir el tiempo requerido a profundidades más bajas para eliminar las burbujas. [30] [56] [89]

Los modelos de descompresión que asumen la eliminación de gas en fase mixta incluyen:

  • El modelo de descompresión de la burbuja arterial de las Tablas francesas del Ministère du Travail 1992 [56]
  • El algoritmo Exponencial-Lineal (Thalmann) de la Marina de los EE. UU. Utilizado para las tablas de descompresión de aire de la Marina de los EE. UU. De 2008 (entre otros) [84]
  • Modelo combinado de perfusión / difusión de Hennessy de las mesas BSAC'88
  • El modelo de permeabilidad variable (VPM) desarrollado por DE Yount y otros en la Universidad de Hawaii [30]
  • El modelo de burbuja de gradiente reducido (RGBM) desarrollado por Bruce Wienke en el Laboratorio Nacional de Los Alamos [89]

Modelos probabilísticos [ editar ]

Los modelos probabilísticos de descompresión están diseñados para calcular el riesgo (o probabilidad) de que se produzca una enfermedad por descompresión (EDC) en un perfil de descompresión determinado. [81] Estos modelos pueden variar las profundidades y los tiempos de las paradas de descompresión para llegar a un programa de descompresión final que asume una probabilidad específica de que ocurra una ED. El modelo hace esto minimizando el tiempo total de descompresión. Este proceso también puede funcionar a la inversa, lo que permite calcular la probabilidad de DCS para cualquier programa de descompresión.

Modelo de compartimentos interconectados de Goldman [ editar ]

Modelos de 3 compartimentos interconectados, como se usa en los modelos Goldman

En contraste con los compartimentos paralelos independientes de los modelos de Haldanean, en los que todos los compartimentos se consideran con riesgo, el modelo de Goldman postula un compartimento "activo" o "con riesgo" relativamente bien perfundido en serie con un "reservorio" adyacente relativamente mal perfundido o compartimentos "tampón", que no se consideran sitios potenciales para la formación de burbujas, pero afectan la probabilidad de formación de burbujas en el compartimento activo por intercambio difusivo de gas inerte con el compartimento activo. [52] [92]Durante la compresión, el gas se difunde hacia el compartimento activo y, a través de él, hacia los compartimentos tampón, aumentando la cantidad total de gas disuelto que pasa a través del compartimento activo. Durante la descompresión, este gas tamponado debe volver a pasar por el compartimento activo antes de que pueda ser eliminado. Si la carga de gas de los compartimentos intermedios es pequeña, la difusión de gas añadido a través del compartimento activo es lenta. [92] Los modelos interconectados predicen una reducción en la tasa de lavado de gas con el tiempo durante la descompresión en comparación con la tasa pronosticada para el modelo de compartimiento paralelo independiente utilizado para la comparación. [52]

El modelo Goldman difiere del modelo de descompresión de la serie Kidd-Stubbs en que el modelo Goldman asume una cinética lineal, donde el modelo KS incluye un componente cuadrático, y el modelo Goldman considera que solo el compartimento central bien perfundido contribuye explícitamente al riesgo, mientras que el modelo Goldman El modelo KS asume que todos los compartimentos conllevan un riesgo potencial. El modelo DCIEM 1983 asocia el riesgo con los dos compartimentos más externos de una serie de cuatro compartimentos. [52]Goldman afirma que el modelo matemático basado en este concepto no solo se ajusta a los datos del perfil cuadrado de la Marina utilizados para la calibración, sino que también predice el riesgo con relativa precisión para los perfiles de saturación. Una versión de burbuja del modelo ICM no fue significativamente diferente en las predicciones y se descartó como más compleja sin ventajas significativas. El ICM también predijo la incidencia de la enfermedad por descompresión con mayor precisión en las exposiciones de buceo recreativo de bajo riesgo registradas en el conjunto de datos de DAN's Project Dive Exploration. Los modelos alternativos utilizados en este estudio fueron los modelos LE1 (Lineal-Exponencial) y Haldanean recto. [92] El modelo Goldman predice una reducción significativa del riesgo después de una parada de seguridad en una inmersión de bajo riesgo [93]y una reducción significativa del riesgo mediante el uso de nitrox (más de lo que sugieren las tablas PADI). [94]

Descompresión de saturación [ editar ]

Más información: Práctica de descompresión § Descompresión por saturación
Representación gráfica del programa de descompresión por saturación NORSOK U-100 (2009) desde 180 msw, comenzando a las 06h00 y tomando 7 días, 15 horas con presión parcial de oxígeno mantenida entre 0,4 y 0,5 bar

La descompresión por saturación es un proceso fisiológico de transición desde un estado estable de saturación total con gas inerte a presión elevada a condiciones estándar a presión atmosférica superficial normal. Es un proceso largo durante el cual los gases inertes se eliminan a un ritmo muy bajo limitado por los tejidos afectados más lentos, y una desviación puede provocar la formación de burbujas de gas que pueden producir la enfermedad por descompresión. La mayoría de los procedimientos operativos se basan en parámetros obtenidos experimentalmente que describen una velocidad de descompresión lenta continua, que puede depender de la profundidad y la mezcla de gases. [95]

En el buceo de saturación, todos los tejidos se consideran saturados y la descompresión, que es segura para los tejidos más lentos, teóricamente será segura para todos los tejidos más rápidos en un modelo paralelo. El ascenso directo desde la saturación de aire a aproximadamente 7 msw produce burbujas de gas venoso pero no DCS sintomática. Las exposiciones a una saturación más profunda requieren programas de descompresión a saturación. [96]

La velocidad segura de descompresión de una inmersión de saturación está controlada por la presión parcial de oxígeno en el gas respiratorio inspirado. [97] La insaturación inherente debido a la ventana de oxígeno permite una fase inicial relativamente rápida de descompresión por saturación en proporción a la presión parcial de oxígeno y luego controla la velocidad de descompresión adicional limitada por el tiempo medio de eliminación del gas inerte del compartimento más lento. [98] Sin embargo, algunos programas de descompresión por saturación específicamente no permiten que una descompresión comience con una excursión ascendente. [99]No se ha encontrado que las excursiones ni los procedimientos de descompresión actualmente en uso (2016) causen problemas de descompresión de forma aislada, pero parece haber un riesgo significativamente mayor cuando las excursiones son seguidas por descompresión antes de que las burbujas no sintomáticas resultantes de las excursiones se hayan resuelto por completo. Comenzar la descompresión mientras hay burbujas parece ser el factor significativo en muchos casos de enfermedad por descompresión inesperada durante la descompresión por saturación de rutina. [100]

La aplicación de un modelo de burbujas en 1985 permitió el modelado exitoso de descompresiones convencionales, descompresión en altitud, umbrales sin paradas e inmersiones de saturación utilizando una configuración de cuatro parámetros de nucleación globales. [101]

Continúan las investigaciones sobre modelos de descompresión por saturación y pruebas programadas. En 2015, se utilizó un concepto llamado Extended Oxygen Window en pruebas preliminares para un modelo de descompresión de saturación modificado. Este modelo permite una velocidad de descompresión más rápida al inicio del ascenso para utilizar la insaturación inherente debido al uso metabólico de oxígeno, seguida de una velocidad constante limitada por la presión parcial de oxígeno del gas respirable. El período de velocidad de descompresión constante también está limitado por la fracción de oxígeno máxima permitida, y cuando se alcanza este límite, la velocidad de descompresión vuelve a disminuir a medida que se reduce la presión parcial de oxígeno. El procedimiento sigue siendo experimental a partir de mayo de 2016. El objetivo es una reducción aceptablemente segura del tiempo total de descompresión para una profundidad de saturación y una mezcla de gases determinadas. [95]

Validación de modelos [ editar ]

Es importante que cualquier teoría sea validada mediante procedimientos de prueba cuidadosamente controlados. A medida que los procedimientos y equipos de prueba se vuelven más sofisticados, los investigadores aprenden más sobre los efectos de la descompresión en el cuerpo. La investigación inicial se centró en producir inmersiones que estuvieran libres de síntomas reconocibles de enfermedad por descompresión (EDC). Con el uso posterior de la prueba de ultrasonido Doppler, se advirtió que se estaban formando burbujas dentro del cuerpo incluso en inmersiones donde no se encontraron signos o síntomas de DCI. Este fenómeno se conoce como "burbujas silenciosas". Las tablas de la US Navy 1956 se basaron en límites determinados por signos y síntomas externos de DCS. Los investigadores posteriores pudieron mejorar este trabajo ajustando las limitaciones basadas en las pruebas Doppler.Sin embargo, las tablas CCR de la Marina de los EE. UU. Basadas en el algoritmo de Thalmann también utilizaron solo síntomas de DCS reconocibles como criterios de prueba.[102] [103] Dado que los procedimientos de prueba son largos y costosos, es una práctica común que los investigadores realicen validaciones iniciales de nuevos modelos basados ​​en resultados experimentales de ensayos anteriores. Esto tiene algunas implicaciones al comparar modelos. [104]

Investigación actual [ editar ]

Continúan las investigaciones sobre la descompresión. En general, no hay datos disponibles sobre los detalles, sin embargo, Divers Alert Network (DAN) tiene un programa continuo basado en la ciencia ciudadana dirigido por DAN (Europa) que recopila datos de buceadores recreativos voluntarios para su análisis por parte del personal de investigación de DAN y otros investigadores. Esta investigación está financiada por las cuotas de suscripción de los miembros de DAN Europe. [105] El Laboratorio de seguridad en el buceo es una base de datos a la que los miembros pueden cargar perfiles de buceo desde una amplia gama de computadoras de buceo convertidas a un formato estándar y otros datos sobre la inmersión. [106] Se analizan datos sobre cientos de miles de inmersiones reales para investigar aspectos de la seguridad del buceo. [107]La gran cantidad de datos recopilados se utiliza para el análisis probabilístico del riesgo de descompresión. Los donantes de datos pueden obtener retroalimentación inmediata en forma de un análisis de riesgo simple de sus perfiles de buceo calificados como uno de los tres niveles nominales de riesgo (alto, medio y bajo) basado en la comparación con los valores M de Bühlmann ZH16c calculados para el mismo perfil.

Los proyectos enumerados (no todos directamente relacionados con la descompresión) incluyen: [108]

  • Recopilación de datos sobre burbujas de gas vascular y análisis de los datos.
  • Identificación de perfil de ascenso optimizado
  • Investigar las causas de incidentes de buceo inexplicables
  • Estrés en el buceo recreativo
  • Correlación entre el foramen oval permeable (PFO) y el riesgo de enfermedad por descompresión
  • Bucear con asma y diabetes y controlar el riesgo asociado
  • Fisiología y fisiopatología de la apnea
  • Hipotermia y buceo
  • Dolor de cabeza y buceo
  • Cambios en la sangre asociados con el buceo.
  • Riesgo de descompresión de los viajes en avión después de bucear
  • Efectos fisiológicos del buceo con rebreather
  • Efectos del estrés por descompresión sobre las células madre endoteliales y las células sanguíneas
  • Biomarcadores de estrés por descompresión temprana
  • Los efectos del oxígeno normobárico en la sangre y en primeros auxilios DCI

Eficacia práctica de los modelos [ editar ]

Los modelos de burbujas para descompresión fueron populares entre los buceadores técnicos a principios de la década de 2000, aunque había pocos datos que respaldaran la efectividad de los modelos en la práctica. Desde entonces, varios estudios comparativos han indicado un número relativamente mayor de émbolos gaseosos venosos después de la descompresión basados ​​en modelos de burbujas, y un estudio informó una tasa más alta de enfermedad por descompresión. Las paradas de descompresión más profundas más temprano en el ascenso parecen ser menos efectivas para controlar la formación de burbujas que las hipótesis sugeridas. Esta falla puede deberse a la desgasificación continua de los tejidos más lentos durante el tiempo prolongado a mayor profundidad, lo que hace que estos tejidos estén más sobresaturados a profundidades menores. La estrategia de descompresión óptima para inmersiones con rebote profundo sigue sin conocerse (2016). [109]

La eficacia práctica de los cambios de gas de un diluyente a base de helio a nitrox para acelerar la descompresión no se ha demostrado de manera convincente. Estos interruptores aumentan el riesgo de enfermedad por descompresión del oído interno debido a los efectos de contradifusión. [109]

Enseñanza de la teoría y las tablas de descompresión [ editar ]

La descompresión es un área en la que descubres que, cuanto más aprendes, más sabes que realmente no sabes lo que está pasando. Porque detrás de la exactitud "en blanco y negro" de las entradas de la tabla, las cuentas regresivas segundo a segundo de las computadoras de buceo, y debajo de la pureza matemática de los modelos de descompresión, se esconde una jungla fisiológica oscura y misteriosa que apenas ha sido explorada.

- Karl E. Huggins, 1992 [110]

Es necesario exponerse a las diversas teorías, modelos, tablas y algoritmos para que el buceador pueda tomar decisiones informadas y con conocimiento sobre sus necesidades personales de descompresión. [111] La teoría básica de la descompresión y el uso de tablas de descompresión es parte del componente teórico de la capacitación para buceadores comerciales, [112] y la planificación del buceo basada en tablas de descompresión, y la práctica y el manejo de campo de la descompresión es una parte importante del trabajo de el supervisor de buceo. [113] [114]Los buzos recreativos están capacitados en la teoría y la práctica de la descompresión en la medida que la agencia certificadora especifique en el estándar de capacitación para cada certificación. Esto puede variar desde una descripción general rudimentaria suficiente para permitir que el buceador evite la obligación de descompresión para los buceadores de nivel de entrada, hasta la competencia en el uso de varios algoritmos de descompresión por medio de computadoras personales de buceo, software de descompresión y tablas para buceadores técnicos avanzados. [72] La comprensión detallada de la teoría de la descompresión generalmente no se requiere de los buzos comerciales o recreativos.

Ver también [ editar ]

  • Descompresión (buceo)  : la reducción de la presión ambiental en los buceadores submarinos después de la exposición hiperbárica y la eliminación de gases disueltos de los tejidos del buceador.
  • Práctica de descompresión  : técnicas y procedimientos para la descompresión segura de buceadores
  • Enfermedad por descompresión  : trastorno causado por gases disueltos en los tejidos que forman burbujas durante la reducción de la presión circundante.
  • Historia de la investigación y el desarrollo de la descompresión  : una lista cronológica de eventos notables en la historia de la descompresión del buceo.

Notas [ editar ]

1. ^ a autóctono: formado o originario del lugar donde se encuentra

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Fuentes [ editar ]

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Lectura adicional [ editar ]

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