Хотите проверить уровень своего технического инструктора - спросите его, что такое изобарическая контрдиффузия и когда её стоит опасаться.
Сегодня мы с вами попробуем осветить ещё один тёмный уголок в процессе планирования технических погружений и поговорим про изобарическую контрдиффузию инертных газов.
Не стоит пугаться заумной терминологии, разберёмся по порядку:
Изобарическая - значит при неизменном давлении.
Контрдиффузия - встречная диффузия газов в одной среде (жидкости).
Инертные газы (применительно к дайвингу) - гелий и азот.
Итак, зная что ткани тела по сути своей - жидкость, мы опишем ИКД как:
Движение двух инертных газов через ткани тела дайвера при неизменном давлении окружающей среды.
Как видно из определения, ИКД это процесс, постояннно протекающий в организме дайвера, дышащего смесями, в составе которых присутствует гелий.
Согласно законам физики, более легкий газ имеет более высокую скорость диффузии в жидкости, чем более тяжёлый. В нашем случае гелий, будучи в 7 раз легче азота, имеет скорость диффузии в 2,65 раза больше.
Значит, в одну единицу времени при неизменном давлении, через жидкость (ткань тела) будет диффундировать в 2,65 раза больше гелия, чем азота.
Главное что стоит отметить - слово ИЗОБАРИЧЕСКАЯ стоит в этом термине не просто так. Все описываемые процессы протекают ПРИ НЕИЗМЕННОМ ДАВЛЕНИИ, поэтому актуальны не только во время всплытия, но и на протяжении всего погружения. Однако очевидно, что во время всплытия возникает градиент давления, который усугубляет возникающую суперсатурацию и может привести к образованию пузырька.
В ситуации, когда ткани дайвера насыщены азотом, а кровь насыщена гелием (получаемым при дыхании), гелий будет диффундировать в ткани из крови быстрее, чем азот будет из них выводиться, что приведет к увеличению суммарной напряженности инертного газа в ткани и может спровоцировать появление пузырьков.
И наоборот, если у дайвера имеются насыщенные гелием ткани, а кровь насыщена азотом (от дыхания найтроксом, например), это приведет к обратному эффекту: гелий из ткани будет выделяться в кровь быстрее, чем азот будет успевать насытить ткань, и общее напряжение инертных газов в ткани будет снижаться. Это пример "хорошей" ИКД, которую мы неосознанно используем, переходя на 50-й найтрокс при декомпрессии после погружений на тримиксе.
Итак, общее правило напрашивается такое: Переход с более легкой смеси на более тяжелую это "хорошо", а обратный процесс - "не хорошо". Есть, правда, одна оговорка, касающаяся органа внутреннего уха, но об этом ниже.
На практике
Стоит отметить, что вопросом ИКД стоит озаботиться только при соблюдении двух условий:
1. Погружения на смесях, содержащих гелий.
2. Погружения на оборудовании открытого цикла (и при планировании ОЦ-бейлаута).
В контуре ребризера дилюэнт всегда один и тот же и скачок парциальных давлений гелий/азот возможен только при переходе на бейлаут.
Чем может быть опасна ИКД для дайвера.
Самым часто описываемым эффектом ИКД является "кожная форма" ДКБ при использовании тримикса для поддува сухого костюма.
Предполагается, что ткани дайвера насыщены азотом и в случае, если под костюм для поддува подаётся гелий, на границе раздела сред возникает локальная суперсатурация инертными газами. Результат - зуд и покраснение кожи. Хотя, поддув сухого костюма тримиксом редкое явление, т.к. это просто неудобно. У гелия высокая теплопроводность, что приводит к быстрому замерзанию.
Недавно, однако, было описано более опасное состояние, в основе которого лежит ИКД.
До этого момента мы смотрели на ИКД как на двусторонний процесс и предположили, что переход с более легкой смеси (тримикс) на более тяжелую (найтрокс) - это пример "хорошей" ИКД, которая снижает риск ДКБ. И, наоборот, переход с найтрокса на тримикс, зачем бы он ни был нужен - опасная практика.
Однако, как известно, не все йогурты одинаково полезны.
На примере внутреннего уха человека Doolette и Mitchell из известного нам NEDU описали отдельную форму ДКБ внутреннего уха (IEDCS), причиной которой, как они полагают, является как раз ИКД.
В описанном исследовании переключение с "легкой" смеси (тримикс) на более "тяжелую" (найтрокс) может привести к локальному пересыщению эндолимфы внутреннего уха и симптомам ДКБ (головокружение и тошнота).
И хотя ДКБ внутреннего уха отдельно описать удается крайне редко, т.к. оно чаще всего входит в состав тяжелых форм ДКБ ЦНС, всё же несколько случаев описаны, и на их основе была составлена модель, показавшая, что компартмент внутреннего уха Бульман описал недостаточно точно.
Причина в том, что внутреннее ухо устроено достаточно сложно и имеет несколько отделов, наполненных жидкостью (эндолимфой и перилимфой) с разной скоростью кровотока и возможностью диффузии газа между отсеками. Это приводит к тому, что есть несколько "границ раздела" внутри органа, где могут образовываться участки локальной суперсатурации.
Описывая несколько случаев ДКБ внутреннего уха, физиологи рекомендуют проводить переключение с тримикса на найтрокс или максимально глубоко (не забывая принять в расчет токсичность кислорода), или максимально мелко, т.е. на глубинах с минимальной суперсатурацией и при максимально допустимых фракциях кислорода в крови.
Мировая практика
Несмотря на очевидность самого физического процесса, необходимость учитывать ИКД при планировании технических погружений остается спорной.
Ниже приведены некоторые существующие практические рекомендации по минимизации эффектов ИКД.
1) Избегать поддува сухого гидрокостюма тримиксом.
2) Рекомендация BSAC поддерживать разницу парциальных давлений АЗОТА (PN2) в процессе декомпрессии не более 0,5-0,7 АТА
3) Рекоменация NAUITec - вообще исключить найтрокс из декомпрессионных планов. Во время всплытия использовать донный тримикс до глубины в 6м, где переключаться на чистый кислород (ZERO order rule). Для сокращения времени обязательств допускают использовать переход с донной смеси на хелитрокс.
4) Doolette и Mitchell предположили, что компартмент, описывающий внутреннее ухо описан в модели Бульмана недостаточно корректно, а это значит, что переключение с гелиевой смеси на найтрокс, так популярное в декомпрессионных погружениях, может приводить к появлению ДКБ внутреннего уха. Скорее всего в ближайшем будущем это приведет к внесению правок в алгоритм ZHL-16.
5) GUE признает наличие такого явления как ИКД, но использует переключение напрямую на EAN50% при всплытии с донных смесей вплоть до Tx15/55 (MOD 72m). Для более глубоких дайвов используются промежуточные смеси, содержащие гелий.
6) Переключение в богатую гелием смесь при газ-брейках происходят на малой глубине и не учитываются никем. Полное исключение азота из декомпрессионных смесей планируется для малой доли для очень глубоких погружений.
Источники:
http://www.advanceddivermagazine.com/articles/icd/icd.html
https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/japplphysiol.01090.2002
https://gue.com/blog/how-two-tech-agencies-address-isobaric-counterdiffusion/
https://gue.com/blog/isobaric-counterdiffusion-in-the-real-world/