Зміна газу, що може зашкодити: ізобарична контрдифузія на практиці

У зануренні з гелієм є момент, що виглядає цілком звичайно: зупинка, перевірка глибини, напарник підтверджує балон, ти вмикаєш регулятор зі стейдж-балона і дихаєш новим газом. Те саме ти тренуєш від першого декомпресійного курсу. І все ж саме в цей момент може початися проблема, якої не показує жоден комп’ютер: ізобарична контрдифузія, скорочено ICD (від англ. isobaric counterdiffusion).

Тема нерідко вважається академічною, і різні навчальні програми ставляться до неї дуже по-різному. Reilly Fogarty з DAN (Divers Alert Network, організації з безпеки та дайвінгової медицини) описав її в журналі InDEPTH у тексті, який був одним із найчитаніших матеріалів цього журналу 2020 року. Нижче ми переказуємо найважливіші висновки по-своєму і додаємо приклади з числами.

Що це власне таке?

Спершу два поняття. Інертний газ це та частина дихальної суміші, яку організм не споживає: азот і гелій. Саме вони розчиняються в тканинах під тиском, і саме вони відповідають за декомпресію. Трімікс це суміш кисню, гелію й азоту, а найтрокс (EAN) це суміш кисню й азоту з більшою кількістю кисню, ніж у повітрі.

«Ізобарична» означає «за того самого тиску». «Контрдифузія» це проникнення двох газів у протилежних напрямках. Отже: глибина не змінюється, але один інертний газ входить у тканини, а другий з них виходить. Так відбувається щоразу, коли ти змінюєш суміш з великою кількістю гелію на суміш з великою кількістю азоту (або навпаки).

Клопіт у тому, що ці гази рухаються з різною швидкістю. Гелій проникає крізь тканини приблизно в 2,65 раза швидше за азот. Якщо в якійсь тканині азот на мить входить швидше, ніж гелій встигає її покинути, сума розчинених інертних газів зростає, хоча глибину ти не змінюєш. Тканина може тимчасово опинитися в стані перенасичення, тобто мати в собі більше газу, ніж «має» за даного тиску. А з перенасичення беруться бульбашки.

Два види ICD

Поверхнева (шкірна) ICD. Стосується газу, що оточує тіло, а не того, яким ти дихаєш. Класично її описували в насичених дайверів, які дихали повітрям або сумішшю з малою кількістю гелію в камері, заповненій геліоксом (кисень з гелієм). Гелій з довкілля швидко проникав крізь шкіру, азот виходив повільно, а наслідком бували болючі, почервонілі зміни шкіри. У рекреаційному й технічному дайвінгу це радше теорія, але саме тому не радять наповнювати сухий гідрокостюм гелієм. Гелій до того ж погано ізолює, тож тобі й так було б холодно. Аргон, який частина дайверів використовує в сухому костюмі для кращої ізоляції, проникає повільніше, тож це не той сценарій, що описаний тут (джерело його не розглядає).

Глибока ICD. Це та, з якою реально стикається технічний дайвер. Виникає при зміні дихального газу на суміш з іншою «швидкістю» інертного газу: з транзитного найтроксу на донний трімікс на шляху вниз або з донного тріміксу на декомпресійний найтрокс на шляху вгору. Бульбашки, що виникли таким чином, можуть давати свербіж шкіри, потім біль у суглобах, а в останні роки їх пов’язують насамперед із декомпресійною хворобою внутрішнього вуха (IEDCS, від англ. inner ear decompression sickness).

Чому саме вухо?

Внутрішнє вухо це маленький орган, заповнений рідиною, що відповідає за слух і рівновагу. Модель Doolette та Mitchell 2003 року показує, що газ тут обмінюється незвичним способом: крізь рідини вуха та обмежений кровотік, а крізь кругле віконце (мембрану, що відокремлює внутрішнє вухо від середнього) майже ніяк. Після переходу з газу, багатого на гелій, на газ з великою кількістю азоту надходження азоту може на мить перевищувати виведення гелію. Навіть короткого перенасичення досить, щоб бульбашки виникли й виросли. Цей механізм добре пояснює випадки DCS внутрішнього вуха, які описують після змін газу в технічних зануреннях.

Симптоми, на які варто зважати після зміни газу і після занурення, це передусім запаморочення (відчуття обертання), нудота і блювання, шум у вухах, погіршення слуху та проблеми з рівновагою. Такі симптоми не можна «перечікувати»: кисень, контакт з DAN і центром гіпербаричної медицини.

Що кажуть дослідження?

Виокремити ICD як єдину причину DCS важко, бо в кожному зануренні діє багато чинників одночасно. Попри це, кілька досліджень дають послідовну картину. У праці 1977 року на козах, насичених під тиском 5 атмосфер, заміна азоту на гелій за того самого тиску збільшила кількість бульбашок, що наводить на думку, що явище може виникати вже на глибинах, відомих із рекреаційного дайвінгу. Під час французької насичувальної місії Hydra V дайвери отримали DCS після переходу із суміші водню, гелію й кисню на швидше дифундуючий геліокс. Інші моделі відрізняються деталями, але поєднує їх одне: проблему створює тимчасове перенасичення тканин одразу після зміни газу.

Як планувати зміни газів

Fogarty наголошує, що конкретні механізми частково теоретичні, але обережне планування коштує небагато: інколи трохи довшу декомпресію. На практиці:

• Плануй зміни газу так, щоб обмежувати перенасичення. Одні дослідники пропонували вважати прийнятною зміну з гелію на азот, а зворотну робити лише з рекомпресією, що на човні радше нездійсненно. Doolette та Mitchell пропонували обмежувати переходи з тріміксу на найтрокс під час виринання або планувати їх на такій глибині, щоб перенасичення було якомога меншим.
• Обмежуй переходи з газу, багатого на гелій, на газ із малою кількістю гелію, наскільки дозволяє прийнятний для тебе рівень ризику.
• Збільшуй запас разом з глибиною і донним часом, бо тканини тоді більш насичені.
• Обирай обережніший варіант, коли він не додає нового ризику.

Єдине конкретне число в статті це рекомендація британської федерації BSAC: зростання парціального тиску азоту (PN₂) у момент зміни газу не більше 0,5 бара. Парціальний тиск це «частка» даного газу в тиску довкілля: фракція газу, помножена на абсолютний тиск. Mike Rowley, колишній керівник технічної секції BSAC, зазначає, що це орієнтовне значення, а 0,7 бара не означає катастрофи. Існують і інші правила, наприклад так зване правило п’ятих (зазвичай описується так, що зростання фракції азоту не повинно перевищувати п’ятої частини зменшення фракції гелію) або розрахунок окремих тканинних відсіків для гелію й азоту. За Fogarty, проте, бракує доказів, що котресь із них справді запобігає нещасним випадкам.

Ми порахували кілька типових змін (тиск довкілля: 1 бар + 1 бар на кожні 10 м):

Перехід із тріміксу 15/55 (15% кисню, 55% гелію, 30% азоту) одразу на EAN50 на 21 м піднімає PN₂ з 0,93 до 1,55 бара, тобто на 0,62 бара. З тріміксу 10/70 стрибок сягає 0,93 бара. Донний трімікс із меншою кількістю гелію (18/45) або проміжний газ з гелієм, наприклад трімікс 35/25 на 27 м, а щойно потім EAN50, розкладає той самий «стрибок» на менші кроки. Зверни також увагу, що ΔPN₂ залежить від глибини: та сама різниця фракцій мілкіше дає менше зростання. Це приклади для розуміння принципу, а не готовий план: конфігурацію газів завжди добирай разом з інструктором і програмою планування.

Словничок

• ICD (ізобарична контрдифузія): проникнення двох інертних газів у протилежних напрямках за сталого тиску, наприклад після зміни газу.
• Інертний газ: азот або гелій у дихальній суміші; розчиняється в тканинах і визначає декомпресію.
• Трімікс X/Y: суміш з X% кисню та Y% гелію; решта це азот.
• EAN50: найтрокс із 50% кисню, типовий декомпресійний газ.
• Парціальний тиск (PN₂): частина тиску довкілля, що припадає на даний газ (фракція × абсолютний тиск).
• Перенасичення: стан, у якому в тканині більше розчиненого газу, ніж відповідає тиску довкілля; сприяє бульбашкам.
• IEDCS: декомпресійна хвороба внутрішнього вуха (запаморочення, шум, втрата слуху, порушення рівноваги).
• Геліокс: суміш кисню та гелію.

Хочеш тренувати зміни газів під наглядом інструктора?

Планування сумішей, зміни газів і декомпресія з гелієм це суть курсів технічного дайвінгу. У Long Deco ми вчимо цього крок за кроком:

• PADI Tec 40: вхід у декомпресійний дайвінг,
• PADI Tec 45 і Tec 50: глибші занурення і кілька декомпресійних газів,
• PADI Tec Trimix 65: перші занурення з тріміксом і планування змін газів,
• PADI Tec Trimix Diver: повний трімікс і занурення глибше 65 м.

Більше про те, що впливає на ризик декомпресійної хвороби, прочитаєш у дописі Декомпресія без таємниць. Напиши нам, допоможемо підібрати курс до твого досвіду.

Джерело: Reilly Fogarty (DAN), Isobaric Counterdiffusion in the Real World, InDEPTH, 6 травня 2020, Стаття на сайті InDEPTH. Праці, цитовані в статті: Lambertsen 1989; D’Aoust та ін. 1977; Rostain та ін. 1987; Doolette та Mitchell, J Appl Physiol 2003; 94(6): 2145-50; Burton 2004.

Графіки й розрахунки: Long Deco. Текст має освітній характер і не замінює навчання чи поради лікаря дайвінгової медицини.