减压理论-深停留解惑

X-Mew 译自 

Clearing Up The Confusion About “Deep Stops”。

原文作者: Erik C. Baker 

本翻译作品仅供交流和分享,译者不承担翻译中任何错误,遗漏或表达不当引起的责任。请遵循您所接受的训练进行潜水活动。

“一盎司的预防胜过一磅的治疗”这句格言非常适用于减压病(DCS),对于减压病的首要解决方案是完成充分的减压。一些技术潜水员已经观察到,通过在他们的潜水侧面图中加入“深停留”可以避免许多减压病症状。对减压模型的仔细检查表明,这种做法有助于减少过度的过压梯度。基于此,可以修改模型以提供对梯度的精确控制,并且可以计算“最大可能的减压深度”之内的停留。

注:对于本文讨论的减压概念和术语,读者可以参考作者的另一篇文章 "Understanding M-values," Immersed, Vol. 3, No. 3, Fall 1998.

许多技术潜水员观察到,他们在完成某些类型的减压潜水后会感到疲劳、不适或困倦。“反弹式潜水” 通常会产生这样的症状,它的特点是相对较深,底部时间较短。在这类潜水中,常规的 溶解气体 减压模型 生成的潜水侧面图,第一个停留站的深度往往要比最大深度浅很多。一些潜水员报告说,如果他们在潜水侧面图中添加一些“深停留”,即比传统计算要求的停留深度更深,那么潜水后症状就会显著减少或消除。技术潜水员的困惑和争议问题是这些“深停留”应该有多深以及应该进行多少次。

这种经验之谈导致了五花八门的深停留方法的发展。其中许多方法只是基于个人判断,缺乏在减压的基础。通过分析完整的潜水侧面图表明,这种任意的“深停留”存在潜在的问题。这些包括做得太深的停止和浅层停止减压时间的不充分延长,以补偿深层停止导致的气体负荷增加。这些问题包括 停留过深,以及浅停留时间过短不足以弥补深停留带来的惰性气体负荷。

传统计算

在减压理论和实践中:充裕性(没有减压病症状)和经济性(最小化总时长、气体供应和曝露等)是一对权衡因素。传统的溶解气体算法——诸如Robert D. Workman和Albert A. Bühlmann 开发的算法——它们允许潜水员上升到基于理论组织腔隔上升限制的M值计算最小深度或称为ceiling 来寻求对减压过程的优化。这种做法的经济性是双重的:减压过程中快腔隔的惰性气体清除得到加速,同时减少了慢腔隔惰性气体的吸收。传统实践要求潜水员适时离开底部并及时上升到第一个减压站。

典型的反弹式潜水中,传统算法允许第一个减压站前有一个较长的上升过程。这种情况下,快腔隔的惰性气体在底部接近饱和,而慢腔隔仅部分负载。这意味着快腔隔会控制最初的上升过程,因为它们的惰性气体负载比慢腔隔更接近M值。控制腔隔逼近M值 决定了 第一次停留的到来。

气泡和梯度

Robert D.Workman  1965年首次提出M值的概念,他假设 在超过M值之前,潜水员身体组织中的惰性气体不会形成气泡。这一理论当时有些争议,但人们认识到未来的技术将能够更好的揭示潜水员体内气泡的存在和行为。Workman承认“正在探索体内和体外气泡检测的超声波方法,以更好地定义减压的充分性,但这仍处于早期阶段”。

从那时起,多普勒超声技术得到了发展,并已广泛应用于世界各地的减压研究。这项研究表明,在多次潜水期间和之后,身体循环中存在气泡,包括那些没有DCS症状的气泡。换句话说,潜水员体内不超过M值就已经会产生气泡。这一事实在减压科学中得到了认可,但人体内气泡形成和生长的机制尚不明晰。

物理法则和许多气泡模型预测,预期的气泡的数量和大小会随着过压梯度的增加而增加。在溶解气体模型中,这意味着当腔隔惰性气体负载曲线 远高于压力图上的环境压力线时,预期会有更多的气泡产生。

问题描述

图1

图1 中的压力图显示了通过传统方法计算的完整减压曲线。在这个侧面图中,最快的腔隔在上升初始阶段具有最高的负载,是控制腔隔(或主导腔隔)。这些快腔隔相对于慢腔隔的M值 允许较大的超压梯度。因此,在上升到第一个减压站期间 快速产生了一个大的超压梯度。这与压力图的其他部分是不均衡的,当慢腔隔成为控制腔隔时,允许的超压梯度是较小的。据推测,在上升到第一个减压站的区间,会有很多气泡产生。这里的梯度计算:22.4 meters of seawater (msw) ÷ 73 feet of seawater (fsw) ÷ 2.2 atmospheres.. 我们做一个对比,打开一罐苏打水时,溶解的二氧化碳和空气的压力梯度在3.1至3.4个大气压之间。 

尽管图1的减压曲线未超过M值,但潜水员在这样的潜水后可能会出现疲劳、不适或嗜睡的症状。对此的解释包括体内气泡迁移理论 和 肺毛细血管中气泡积聚引起的延迟放气。在任何情况下,都可以将潜水期间的大超压梯度与潜水后症状之间的因果关系联系起来。诸如疲劳和不适的轻度或模糊症状 通常不需要接受治疗,可归入减压应激反应的范畴,可以视作变种的轻度DCS(减压病)。

解决方案

既然我推测减压侧面图中大而快的过压梯度产生了更多的气泡,从而导致减压应激反应或DCS。显而易见的解决方案是限制过压梯度的大小。在 溶解气体 范畴内我们可以找到解决方案。

首先,“深停留”的深度是有限的。与“减压停留”相关的主导腔隔中惰性气体负载不应低于减压区。通常,如果要有效清除惰性气体,需要一定幅度的过压梯度。同样重要的是最小化 减压期间 慢腔隔对惰性气体的吸收。

在溶解气体模型的背景下,“最深的可能的减压站”可以定义为 压力图上 主导腔隔的气体负载线 穿过环境压力线的交点之上的 下一个标准停留深度(见图1至3)。在减压程序中可以轻松计算出最深的减压站深度,这个深度会随上升速率的变化、混气气体的变化 而改变。

“最深减压站”并不意味着在这里做第一次停留是必要的。该深度表示,当浅于它的时候,至少有一个腔隔开始清除惰性气体。对于许多减压剖面,在“最深减压站”的上方的几个标准停留点做停留,就足以控制过度的过压梯度。然而,“最深减压站”对于潜水员来说是有价值的信息,因为它代表减压区的开始。当从底部上升期间到达该点时,潜水员应将上升缓慢至10 msw/min(30 fsw/min)或更低的减压区速率。这种做法将有助于减少过压梯度的快速变化,进而减少气泡的产生。

接下来要讨论的是引入深停留的问题。潜水员和海洋生物学家Richard L.Pyle发表了一种基于经验推导的深停留的方法。它与具有多层深度功能的桌面减压程序结合使用。使用Richard Pyle的深停留方法的完整减压曲线显示在 图2 中的压力图上。该图表明,与传统方法计算出的潜水侧面图相比,该方法可有效减少过多的过压梯度。然而,这种方法存在潜在的困难。根据所使用的减压程序及其保守度计算方法,由于深停留引起的惰性气体吸收增加,慢腔隔中的气体负载在浅停留时可能更接近M值。该程序会对深停留做补偿,但除非增加保守因子,否则它可能无法在浅停留时 产生 与传统方法一致的安全边界。评估的办法是 计算每个腔隔在每个停留时的最大M值百分比和M值梯度百分比。

图2

图3

图3中的压力图 是使用了梯度因子计算的完整减压侧面图,梯度因子用于控制全程的过压梯度。梯度因子为减压计算中的保守度计算提供了一致的方法。它可用于在减压区内产生深停留来控制过压梯度,并确保整个减压过程处于M值设定的安全范围内。梯度因子 是M值梯度 的  百分比,也可表示为小数的形式(见图4)。

图4

在潜水中添加深停留 通常会增加浅停留所需的时间以及总减压时间。但是,如果结果是真正的“充分减压”,那么“经济性”的概念并受到损害。

压力图是潜水员评估减压曲线的优秀工具。即便只是快速review也可以识别潜在的问题区域,例如过压梯度过大。建议减压建模人员和程序员将此功能包含在他们的程序中。

最后,本文中用于压力图示例的减压曲线是以最低保守度计算的,仅用于比较目的。

Erik C.Baker是宾夕法尼亚州一家建筑/工程公司的电气工程师,他开发了若干计算机程序来提高他的洞穴和trimix潜水的安全性。

参考文献:

Baker EC. 1998. Understanding M- values. Immersed. Vol. 3, No. 3. 

Bennett PB, Elliott DH, eds. 1993. The Physiology and Medicine of Diving. London: WB Saunders. 

Buhlmann, AA. 1984. Decompression- Decompression Sickness. Berlin: Springer-Verlag. 

Buhlmann, AA. 1995. Tauchmedizin. Berlin: Springer-Verlag. 

Hamilton RW, Rogers RE, Powell MR, Vann RD. 1994. Development and validation of no-stop decompression procedures for recreational diving: The DSAT Recreational Dive Planner. Santa Ana, CA: Diving Science and Technology Corp. 

Pyle RL. 1996. The importance of deep safety stops: Rethinking ascent patterns from decompression dives. DeepTech. 5:64; Cave Diving Group Newsletter. 121:2-5. 

Schreiner HR. 1968. Safe ascent after deep dives. Rev. Subaquat.

Physiol. Hyperbar. Med. 1:28-37. 

Schreiner HR, Kelley PL. 1971. A pragmatic view of decompression. In: Lambertsen CJ, ed. Underwater Physiology IV. New York: Academic Press. 

Wienke BR. 1991. Basic decompression theory and application. Flagstaff, AZ: Best. 

Wienke BR. 1994. Basic diving physics and applications. Flagstaff, AZ: Best. 

Workman RD. 1965. Calculation of decompression schedules for nitrogen- oxygen and helium-oxygen dives. Research Report 6-65. Washington: Navy Experimental Diving