Isobarisk motdiffusion

Inom fysiologi är isobarisk motdiffusion ( ICD ) diffusionen av olika gaser in i och ut ur vävnader under ett konstant omgivande tryck , efter en förändring av gassammansättningen, och de fysiologiska effekterna av detta fenomen. Termen motdiffusion av inert gas används ibland som en synonym, men kan också tillämpas på situationer där det omgivande trycket ändras. Det har relevans inom blandad gasdykning och anestesiologi .

Bakgrund

Isobarisk motdiffusion beskrevs först av Graves, Idicula, Lambertsen och Quinn 1973 hos försökspersoner som andades en gasblandning (där den inerta komponenten var kväve eller neon ) medan de var omgivna av en annan ( heliumbaserad ).

Klinisk relevans

Inom medicin är ICD diffusion av gaser i olika riktningar som kan öka trycket inuti öppna luftutrymmen i kroppen och omgivande utrustning.

Ett exempel på detta skulle vara en patient som andas lustgas i en operationssal (omgiven av luft). Manschetter på endotrakealtuberna måste övervakas eftersom lustgas diffunderar in i det luftfyllda utrymmet och gör att volymen ökar. Vid laparoskopisk kirurgi undviks lustgas eftersom gasen diffunderar in i buk- eller bäckenhålorna och orsakar en ökning av det inre trycket. Vid en tympanoplastik kommer hudfliken inte att lägga sig eftersom lustgasen diffunderar in i mellanörat .

Relevans för dykning

Vid undervattensdykning är ICD diffusionen av en inert gas in i kroppsvävnader medan en annan inert gas diffunderar ut. Även om det inte strikt sett är ett dekompressionsfenomen, är det en komplikation som kan uppstå under dekompression, och som kan resultera i bildning eller tillväxt av bubblor utan förändringar i miljötrycket. Om gasen som diffunderar in i en vävnad gör det med en hastighet som överstiger hastigheten för den andra som lämnar vävnaden, kan den höja den kombinerade gaskoncentrationen i vävnaden till en övermättnad som är tillräcklig för att orsaka bildning eller tillväxt av bubblor, utan förändringar i miljötrycket, och i synnerhet, utan samtidig dekompression . Två former av detta fenomen har beskrivits av Lambertsen:

Ytlig ICD

Ytlig ICD (även känd som Steady State Isobaric Counterdiffusion) uppstår när den inerta gasen som andas av dykaren diffunderar långsammare in i kroppen än den inerta gasen som omger kroppen.

Ett exempel på detta skulle vara att andas luft i en helioxmiljö . Heliumet i heliox diffunderar snabbt in i huden medan kvävet diffunderar långsammare från kapillärerna till huden och ut ur kroppen. Den resulterande effekten genererar övermättnad på vissa platser i de ytliga vävnaderna och bildandet av inerta gasbubblor. Dessa isobariska hudskador (urtikaria) uppstår inte när den omgivande gasen är kväve och andningsgasen är helium.

Djupvävnad ICD

Deep tissue ICD (även känd som Transient Isobaric Counterdiffusion) uppstår när olika inerta gaser andas in av dykaren i följd. Den snabbt diffuserande gasen transporteras in i vävnaden snabbare än den långsammare diffuserande gasen transporteras ut ur vävnaden.

Ett exempel på detta visades i litteraturen av Harvey 1977 då dykare bytte från en kväveblandning till en heliumblandning (heliums diffusivitet är 2,65 gånger snabbare än kväve), de utvecklade snabbt klåda följt av ledvärk. Mättnadsdykare som andades hydreliox bytte till en helioxblandning och utvecklade symtom på tryckfallssjuka under Hydra V. År 2003 beskrev Doolette och Mitchell ICD som grunden för tryckfallssjuka i innerörat och föreslår att "andningsgasbrytare bör schemaläggas djupt eller ytligt för att undvika period av maximal övermättnad till följd av dekompression". Det kan också hända när mättnadsdykare som andas hydreliox byter till en helioxblandning.

Det finns en annan effekt som kan visa sig som ett resultat av skillnaden i löslighet mellan inerta andningsgasutspädningsmedel, som uppstår i isobariska gasväxlar nära dekompressionstaket mellan en låglöslig gas (typiskt helium och en gas med högre löslighet, vanligtvis kväve)

En dekompressionsmodell för innerörat av Doolette och Mitchell tyder på att en övergående ökning av gasspänningen efter en övergång från helium till kväve i andningsgas kan bero på skillnaden i gasöverföring mellan avdelningarna. Om transporten av kväve in i det vaskulära utrymmet genom perfusion överstiger avlägsnandet av helium genom perfusion, medan överföringen av helium till kärlrummet genom diffusion från perilymfa och endolymf överstiger motdiffusionen av kväve, kan detta resultera i en tillfällig ökning av total gasspänning , eftersom tillförseln av kväve överstiger avlägsnandet av helium, vilket kan resultera i bubbelbildning och tillväxt. Denna modell antyder att diffusion av gaser från mellanörat över det runda fönstret är försumbar. Modellen är inte nödvändigtvis tillämplig på alla vävnadstyper.

ICD-prevention

Lambertsen kom med förslag för att undvika ICD under dykning. Om dykaren är omgiven av eller mättad med kväve bör de inte andas heliumrika gaser. Lambertson föreslog också att gasväxlingar som innebär att gå från heliumrika blandningar till kväverika blandningar skulle vara acceptabla, men förändringar från kväve till helium bör inkludera rekompression. Men Doolette och Mitchells nyare studie av tryckfallssjuka i innerörat (IEDCS) visar nu att innerörat kanske inte är välmodellerat av vanliga (t.ex. Bühlmann ) algoritmer. Doolette och Mitchell föreslår att ett byte från en heliumrik blandning till en kväverik blandning, vilket är vanligt vid teknisk dykning när man byter från trimix till nitrox vid uppstigning, kan orsaka en övergående övermättnad av inert gas i innerörat och resultera i IEDCS. En liknande hypotes för att förklara förekomsten av IEDCS vid byte från trimix till nitrox föreslogs av Steve Burton, som ansåg effekten av den mycket större lösligheten av kväve än helium för att producera övergående ökningar av det totala inertgastrycket, vilket kan leda till DCS under isobariska förhållanden. Återkompression med syre är effektivt för att lindra symtom från ICD. Burtons modell för IEDCS stämmer dock inte överens med Doolette och Mitchells modell av innerörat. Doolette och Mitchell modellerar innerörat med hjälp av löslighetskoefficienter nära vatten. De föreslår att andningsgasbyten från heliumrika till kväverika blandningar bör planeras noggrant antingen djupt (med vederbörlig hänsyn till kvävenarkos) eller ytligt för att undvika perioden med maximal övermättnad som ett resultat av dekompressionen. Omkopplare bör också göras under andning av det största inandade syrepartialtrycket som säkert kan tolereras med vederbörlig hänsyn till syretoxicitet.

En liknande hypotes för att förklara förekomsten av IEDCS vid byte från trimix till nitrox föreslogs av Steve Burton, som ansåg effekten av den mycket större lösligheten av kväve än helium för att producera övergående ökningar av det totala inertgastrycket, vilket kan leda till DCS under isobariska förhållanden.

Burton hävdar att effekten av att byta till Nitrox från Trimix med en stor ökning av kvävefraktionen vid konstant tryck har effekten av att öka den totala gasbelastningen i särskilt de snabbare vävnaderna, eftersom förlusten av helium mer än kompenseras av ökningen av kväve. Detta kan orsaka omedelbar bubbelbildning och tillväxt i de snabba vävnaderna. En enkel regel för att undvika ICD vid gasväxling vid ett dekompressionstak föreslås:

• Eventuell ökning av gasfraktionen av kväve i dekompressionsgasen bör begränsas till 1/5 av minskningen av gasfraktionen av helium.

Denna regel har visat sig framgångsrikt undvika ICD på hundratals djupa trimix-dyk.

Ett program för dekompressionsplanering som heter Ultimate Planner försöker förutsäga ICD genom att modellera innerörat som antingen vattenhaltig (Mitchell och Doolettes metod) eller lipidvävnad (Burtons metod).

Se även

• Tryckfallssjuka – Störning orsakad av lösta gaser som kommer ut från lösningen
• Dekompressionsteori – Teoretisk modellering av dekompressionsfysiologi
• Innerörats tryckfallssjuka – Medicinskt tillstånd orsakat av inerta gasbubblor som bildas ur lösningen