СПОСОБ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДЕКОМПРЕСИИ Российский патент 1998 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к области водолазного дела и может быть использовано для оценки адекватности (безопасности) процедуры декомпрессии водолазов из условий глубоководных насыщенных погружений.

Достаточно долго единственным способом оценки адекватности режимов декомпрессии водолазов оставался "прямой" метод, предусматривающий проведение серий погружений с регистрацией случаев декомпрессионных заболеваний (ванн Р.Д. Теория и практика декомпрессии. Медицинские проблемы подводных погружений. Под ред. П.Б.Беннетта и Д.Г.Эллиотта. Пер. с англ. М.: Медицина, 1988, с. 457.). Недостатками "прямого" способа являются его низкая эффективность, обусловленная высокой стоимостью организации и проведения требуемого количества испытаний, а также реальная угроза здоровью водолазов вследствие развития у них декомпрессионной болезни (ДБ).

Известно, что избыточный нерастворенный в тканях организма индифферентный газ выделяется в свободную газовую фазу, образуя газовые пузырьки (эмболы), которые являются причиной ДБ и могут быть использованы как окончательные индикаторы адекватности декомпрессии (обзор: Пауэлл М.Р., Спенсер М. П., фон Рамм О. Ультразвуковой контроль за декомпрессией организма. Медицинские проблемы подводных погружений. Под ред. П.Б.Беннетта и Д.Г.Эллиотта. Пер. с англ. М.: Медицина, 1988, с. 499 - 549; Сапов И.А. и др. Исследование возможности ультразвуковой локации газовых пузырьков для контроля за декомпрессией водолазов. Воен. мед. журн. 1976, N 6 с. 65 - 67).

Известны косвенные способы получения информации об адекватности процедуры декомпрессии, основанные на неинвазивной регистрации газовых пузырьков в организме in vivo различными методами - с помощью ультразвуковых приборов, работа которых основана на эффекте Допплера (советов В.И. Применение ультразвука для оценки безопасности режимов декомпрессии водолазов. Медико-биологические проблемы декомпрессии. Мат. I Всесоюзн. совещания, март 1991 г., М., 1991, с. 54 - 57; обзор: Пауэлл и др., 1988, с. 543 - 549); с применением электромагнитных устройств (Spencer M.P., Campbell S.D. et al. Experiments on decompression bubbles in the circulation using ultrasonic and electromagnetic flowmeters. - J. Occup. Med. 1969, vol 11, N 5, p 238 - 244) и др.

Из перечисленных выше аналогов широкое применение получил только способ прекардиальной допплеровской детекции газовых пузырьков (в различных модификациях), так как для реализации остальных указанных методов требуется сложная аппаратура (более габаритная и дорогостоящая в сравнении с допплеровскими устройствами) и особые условия ее эксплуатации, специально подготовленный персонал (обзор: Пауэлл и др., 1988, с. 549; Кисляков Ю.Я., Бреслав И.С. Дыхание, динамика газов и работоспособность при гипербарии. Л.: Наука, 1988, с. 156 - 158).

Прототипом предложения является способ оценки безопасности декомпрессии, включающий прекардиальную детекцию газовых эмболов в кровотоке у водолазов, основанный на принципе Доплера, который заключается в регистрации сдвига частоты сигнала звуковых волн, отраженных от движущихся пузырьков газа (Spencer M. P. , Clarke H.F. Pre-cardial monitoring of pulmonary gas embols and decompression bubbles. - Aerospace Med. 1972, vol. 43, N 7, p. 762 - 767; см. также обзор: Пауэлл и др. 1988, с. 522 - 543).

В соответствии с прототипом, для обнаружения пузырьков газа у водолазов датчик допплеровского детектора располагают с левой стороны от грудины - в области проекции легочной артерии на переднюю грудную стенку. Сигнал, поступающий от прибора, прослушивает и оценивает оператор. Величина сигнала градуируется в баллах по пятибальной шкале Спенсера (см. Пауэлл и др., 1988, с. 537). Декомпрессию расценивают как безопасную при отсутствии сигналов от газовых пузырьков (О-степень газообразования по шкале Спенсера). При осуществлении способа используют соответствующие устройства, имеющие различные конструктивные решения, но работающие по единому принципу.

В прототипе и аналогах периодичность контроля за декомпрессией специально не оговаривается, и на практике исследования внутрисосудистого газообразования в ходе декомпрессии проводят, как правило, 1 - 2 раза в сутки в одни и те же часы на глубинах остановок либо при появлении специфических жалоб.

Недостатком прототипа, в первую очередь, является субъективность восприятия и оценки сигнала "на слух". При визуальной регистрации (с выводом на экран монитора) сигнал сложно отделить от помех, одной из причин которых являются индивидуальные анатомические особенности организма человека. Кроме того, в условиях гипербарии возникают приспособительные реакции со стороны основных органов и систем и ответ на продолжительное воздействие высокого давления и плотности искусственной газовой среды - так, например, происходит перерастяжение легочной ткани с увеличением общего объема легких, возрастает нагрузка на малый круг кровообращения, что вызывает смещение сердца, затрудняя правильное наложение датчика и создавая дополнительные помехи от работы митрального клапана (Ласточкина Г.И. и др. Особенности изменений кровообращения и физической работоспособности у акванавтов. Мат. науч. - практ. конф. "Методико-физиологические аспекты реабилитации плавсостава". Рига, 1990, с. 60 - 63; Оценка состояния основных систем организма человека. Отчет о НИР по разд. 1 подпрогр. 11.02 задание HI Общегосударственной комплексной программы "Мировой океан". в. ч. 20914. 1990 и др.).

Кроме того, при использовании допплеровский устройств возможна локация газовых пузырьков размерами не менее 50 мкм (Волков Л.К. Дисс. канд. мед. наук. Л. : Воен. -мед. акад. им. С.М.Кирова, 1975. - 160 с.; Spencer V.P., Clarke H. F., 1972 и др.), хотя установлена возможность развития ДБ при наличии бессимптомных ("немых") пузырьков газа меньшего диаметра (Hills B.A., Butler B. D. Size distribution of intravenous gas emboli produced by decompression. Undersea Biomed. Res. 1981, vol. 8, N 3, p. 163 - 170; Gersh J. Bubbles in bone and associated structures lung and splean of guinea pigs decompressed rapidly from high pressure atmospheres. J. Cell. Comp. Physiol. 1945, vol. 46, p. 101 - 117). Помимо того, ряд исследователей отмечают низкую корреляцию между балльностью сигнала и степенью тяжести клинической картины ДБ (Daniels S. Ultrasonic monitoring of decompression procedure. Undersea Biomed. Res. 1984, vol. 11, N 4, p. 437 - 438; Пауэлл и др., 1988, с. 540).

Указанные недостатки прототипа отрицательно сказываются на его эффективности, снижая точность и информативность оценки, в особенности при контроле за декомпрессией из условий глубоководных насыщенных погружений.

Предлагаемый способ оценки безопасности декомпрессии включает прекардиальную допплеровскую детекцию газовых пузырьков и отличается от прототипа тем, что у водолазов при глубоководных насыщенных погружениях дополнительно регистрируют артериальное давление и частоту сердечных сокращений в покое, определяют вегетативный индекс (ВИК, усл. ед.) как соотношение
ВИК = (1 - АДД/ЧСС) • 100 (1)
где АДД - артериальное давление диастолическое (минимальное), мм рт. ст;
ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин, и расценивают режим декомпрессии или его участок как безопасный, если вегетативный индекс повышается по мере уменьшения глубины, а после окончания декомпрессии газовые пузырьки в кровотоке не обнаружены.

Принципиальным отличием предложения от прототипа является дополнительно введенная регистрация артериального давления (АД) и ЧСС (в прототипе и других аналогах регистрируют только газовые пузырьки). Другое отличие состоит в разных критериях безопасности декомпрессии: в прототипе - уровень внутрисосудистого газообразования, в предложении - изменение ВИК.

Предложение разработано на основании экспериментально установленных особенностей функционирования сердечно-сосудистой системы человека под повышенным давлением и при декомпрессии из условий глубоководных насыщенных погружений. При неадекватности режима декомпрессии - несоответствии его скоростей реальным процессам рассыщения тканей от индифферентного газа - сначала образуются "немые" газовые пузырьки, размер и количество которых исключают возможность их раннего обнаружения методом ультразвуковой локации, в то время как пузырьки радиусом 5 - 10 мкм уже вызывают стаз в капиллярах тканей задолго до появления первых признаков ДБ (Buckles R.G. The physics of bubble formation and growth. Aerospace Med. 1968, vol. 39, N 10, p. 1062 - 1069; Ласточкин и др., 1990, с. 60 - 63 и др.). Сердечно-сосудистая система наиболее "чувствительна" к наличию газовых пузырьков. "Немые" газовые пузырьки вызывают определенные изменения ряда показателей ее функционального состояния, которые можно выявить при мониторинге с применением стандартных приемов регистрации физиологических показателей.

В отличие от прототипа и других аналогов, и предложении предусматривается регистрация не только газовых пузырьков, лоцируемых с помощью ультразвука, но и эффекта присутствия газовых эмболов. Поскольку пузырьки газа образуются в кровотоке, их наличие закономерно отражается на физиологических показателях, характеризующих состояние сосудистой система и деятельность сердца.

Присутствие газовых пузырьков вызывает снижение тонуса кровеносных сосудов и соответствующие нарушения в системе микроциркуляции, что проявляется в существенном расширении просвета сосудов и замедлении кровотока. При неадекватной декомпрессии имеют место выраженная агрегация эритроцитов, кровоизлияния и явления стаза вплоть до образования микротромбов (Сапов И.А. и др. Физиология и патология подводных погружений и меры безопасности на воде. Учеб. пособие. М.: изд-во ДОСААФ СССР, 1986, с. 26 - 37 и др.). Компенсаторной реакцией на эти изменения является повышение степени напряжения регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы и, в первую очередь, изменение АД и ЧСС.

Целесообразность выбора регистрируемых показателей (АДД и ЧСС) обусловлена тем, что в своей совокупности в форме вегетативного индекса (индекса Кердо как интегрального индикатора изменения сосудистого тонуса и деятельности сердца) они достаточно полно и объективно характеризую регуляцию деятельности сердечно-сосудистой системы (Вейн А.М., Соловьева А.Л., Колосова О.А. Вегетососудистая дистония. М.: Медицина, 1981; Загрядский В.П., Сулимо-Самуйлло З. К. Методы исследования в физиологии труда. Л.: Наука, 1976), в том числе при экстремальных воздействиях (Солодков А.С. Функции сердечно-сосудистой системы в условиях повышенного атмосферного давления. Обеспечение безопасности и повышение эффективности водолазных работ. Тез. докл. науч. конф. 27-28 марта 1973 г., Л.: Воен. - мед. акад. им. С.М.Кирова, 1973, с. 102 - 103).

Для расчета ВИК как критерия безопасности декомпрессии использовано известное соотношение (1) (Заболевания вегетативной нервной системы. Руководство для врачей. Под ред. проф. А.М.Вейна. М.: Медицина, 1991, с. 51). В идеальном случае - при полном вегетативном равновесии в сердечно-сосудистой системе ВИК равен нулю. Пределы нормальных изменений ВИК в покое составляют от -10 до +10 усл. ед. (Сапов И.А., Солодков А.С. Состояние функции организма и работоспособность моряков. Л.: Медицина 1980, с. 65).

Особенностью регуляции сердечной деятельности профессиональных водолазов является повышенный парасимпатический тонус, и нормальной является смещение нижней границы ВИК в область отрицательных значений - в среднем до минус двадцати усл. ед. (Солодков, 1973, с. 102 - 103 и др.). В межспусковый период у водолазов сохраняются профессионально обусловленные брадикардия и гипотония, что объясняет характерные для них отрицательные значения ВИК.

Исследованиями, проведенными в войсковой части 20914, установлено, что при глубоководных насыщенных погружениях ВИК у водолазов однонаправленно снижен до минус 40 - минус 100 усл. ед., причем преобладание парасимпатической регуляции системы кровообращения наиболее "экономично" в этих условиях (Оценка о НИР по разд. I подпрогр. 11.02 задание HI Общегосударственной комплексной программы "Мировой океан", в. ч. 20914. 1990 и др.).

О предпосылках для развития внутрисосудистого газообразования при неадекватной декомпрессии судят по динамике ВИК. Отсутствие изменений ВИК (либо дальнейшее его снижение с выходом за те значения, которые были определены как исходные перед началом декомпрессии), свидетельствуют о неадекватности режима снижения давления, указывая на наличие газовых пузырьков. Аналогичным образом можно судить с неадекватности участка режима декомпрессии, сравнивая ВИК с результатом каждого предшествующего исследования по мере уменьшения глубины: неблагоприятным прогностическим признаком также является снижение ВИК.

При безопасной (адекватной) декомпрессии по мере уменьшения глубины ВИК повышается, в целом имея тенденцию к нормализации - в сторону фоновых значений, зарегистрированных перед началом водолазного погружения.

Согласно предложенному способу, по окончании декомпрессии оценка производится по наличию/отсутствию внутрисосудистого газообразования методом ультразвуковой локации. Это связано с тем, что ВИК, определяемый непосредственно после выхода водолазов на поверхность, как и большинство других физиологических показателей отражают по преимуществу особенности так называемой "реакции выхода", связанной с изменением условий жизнедеятельности и совокупности внешних факторов: заменой газовой среды с изменением ее состава и плотности, изменением внешней афферентации после продолжительной сенсорной изоляции и т. п. По этой причине значения ВИК после завершения периода герметизации, как правило, существенно отличаются от фоновых и тех значений, который были определены на глубине последней остановки, но это не может свидетельствует о неадекватности последнего перехода.

Преимущество предложения в сравнении с прототипом состоит в более раннем выявлении первых доклинических признаков ДБ - до появления лоцируемых ультразвуком газовых эмболов, так как в более ранние сроки достигается получение информации о неадекватности декомпрессии, что позволяет своевременно провести необходимые лечебно-профилактические мероприятия. Кроме того, регистрация АД и ЧСС позволяет оперативно оценивать функциональное состояние сердечно-сосудистой системы.

Изобретение апробировано при проведении серии экспериментальных погружений с испытаниями новых режимов декомпрессии на гидробарокомплексе ГБК-50 в. ч. 20914.

В насыщенном погружении А при испытании декомпрессии модели 1 на глубине 308 м у трех водолазов из шести появились мышечно-суставные боли, уровень внутрисосудистого газообразования составил до 1 - 2 баллов. Развитию указанных признаков ДБ предшествовало отсутствие динамики ВИК (на участке режима до 390 м ВИК соответствовал исходному, составляя минус 46,3 усл. ед.) и последующее прогрессивное его снижение. После процедуры лечебной рекомпрессии была продолжена декопрессия по рабочему режиму. При этом на участке 290 - 210 м ВИК повысился с минус 47 до минус 35 усл. ед. На глубине 110 м ВИК составил 37,5 усл ед., то есть вновь появилась тенденция к его снижению еще при отсутствии внутрисосудистого газообразования. Рабочий режим декомпрессии был оперативно подвергнут корректировке, подразумевавшей увеличение продолжительности остановок, что позволило профилактировать рецидив ДБ у Испытателей при последующем снижении давления и после окончания декомпрессии. Фактическое время декомпрессии составило 433 ч., превысив на 34 ч. расчетную продолжительность режима. По результатам испытаний режим, разработанный по модели 1, признан неадекватным.

В последующих погружениях испытывались режимы декомпрессии модели 2. В эксперименте B на участке до 450 м ВИК у водолазов повысился с минус 55,2 до минус 48,8 усл. ед. и сохранялся на достигнутом уровне. На глубине 360 м у двоих испытателей из шести появились мышечные боли при внутрисосудистом газообразовании до 1 балла, а ВИК составлял минус 50,6 усл. ед. После использования лечебно-профилактических мероприятий декомпрессию продолжали по рабочему режиму, при этом ВИК прогрессивно повышался, составляя минус 33,6 усл. ед. на глубине 160 м, минус 13,3 усл. ед. на глубине 10 м и т. д., приближаясь к фоновому уровню (-10,5 усл. ед.), определенному перед началом погружения B. Участок режима 450 - 360 м признан неадекватным, что потребовало корректировки отдельных параметров модели 2.

В погружении C использован режим, разработанный по откорректированной модели 2. На всем протяжении декомпрессии имело место прогрессивное повышение ВИК, составлявшего, например, минус 56,6 усл. ед. на глубине 360 м, минус 36 усл. ед. на остановке 170 м, минус 26,1 усл. ед. на глубине 46 м и т. д. У всех шести водолазов отсутствовали внутрисосудистое газообразование и субъективные жалобы на ДБ. Испытанный режим декомпрессии признан безопасным, а использованная модель и соответствующие ей режимы успешно применены в пяти последующих глубоководных погружениях.

Приведенные результаты свидетельствуют о целесообразности использования ВИК в качестве критерия безопасности декомпрессии, так как отсутствие динамики ВИК или его снижение предшествовало появлению лоцируемого ультразвуком внутрисосудистого газообразования, позволив в ранние сроки выявить предпосылки для развития ДБ и оперативно провести лечебно-профилактические мероприятия. Важно подчеркнуть, что при оценке существенным является именно изменение ВИК, а не конкретные численные его значения, так как собственно величина ВИК имеет строго индивидуальный характер, который сохраняется на всех этапах водолазного погружения. Величина ВИК при декомпрессии определяется исходным его значением, зарегистрированным к концу пребывания на рабочей глубине.

Преимущество предложения в сравнении с прототипом состоит в более раннем появлении первых доклинических признаков ДБ - до появления лоцируемых ультразвуком газовых эмболов.

При апробации предложенного способа использованы стандартные для водолазных барокомплексов устройства (штатные медицинские приборы, разработанные по заказу ВМФ СКТБ "Биофизприбор", г. С. - Петербург) и общепринятые методы регистрации физиологических показателей (АД и ЧСС). В указанной аппаратуре мониторинга реализовано применение пьезоэлектрических датчиков и тахоосциллографический метод измерения артериального давления по Савицкому (Савицкий Н.Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики. 3-е изд. Л.: Медицина, 1974). Инструментальные методы регистрации АД и ЧСС, как наиболее точные, обеспечивающие достоверность результатов измерения. (Данилов Н.В. Очерки по физиологии кровообращения. Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та, 1974: Structure and function of circulation Eds. C. J. Schwarts, N. T. Werthessen. S. Wolf. - New York: London: Plenum Press, 1980, vol. 1).

Изобретение относится к медицине, физиологии и может быть использовано для получения информации о адекватности декомпресии при глубоководных водолазных погружениях. Регистрируют артериальное давление и частоту сердечных сокращений в покое, по которым вычисляют вегетативный индекс (ВИК) по формуле: ВИК = (1 - АДД/ЧСС) • 100, где АДД - диастолическое артериальное давление, ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин. Безопасным считают режим декомпрессии, если ВИК повышается по мере уменьшения глубины, а по окончании декомпрессии газовые пузырьки в кровотоке не обнаружены.

Способ оценки безопасности декомпрессии, включающий прекардианальную доплеровскую детекцию газовых пузырьков, отличающийся тем, что при глубоководных насыщенных погружениях у водолазов дополнительно регистрируют артериальное давление и частоту сердечных сокращений в покое, определяют ветегативный индекс (ВИК, усл.ед.) как соотношение
ВИК = (1 - АДД / ЧСС) х 100,
где АДД - артериальное давление диастолическое (минимальное), мм рт.ст.;
ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин,
и расценивают режим декомпрессии или его участок как безопасный, если вегетативный индекс повышается по мере уменьшения глубины, а после окончания декомпрессии газовые пузырьки в кровотоке не обнаружены.