Modelo termodinámico de descompresión

El modelo termodinámico fue uno de los primeros modelos de descompresión en el que la descompresión se controla mediante el volumen de burbujas de gas que salen de la solución. En este modelo, la enfermedad por descompresión (EDC) se modela mediante un único tejido cuya absorción de gas está limitada por la difusión, y la formación de burbujas durante la descompresión provoca un "equilibrio de fases" de las presiones parciales entre los gases disueltos y libres. El mecanismo impulsor de la eliminación de gas en este tejido es la insaturación inherente, también llamada vacancia de presión parcial o ventana de oxígeno, donde el oxígeno metabolizado es reemplazado por dióxido de carbono más soluble. Este modelo se utilizó para explicar la eficacia de los programas de descompresión desarrollados empíricamente por los buceadores de perlas de las Islas del Estrecho de Torres, que utilizaban paradas de descompresión más profundas y un tiempo total de descompresión menor que los programas de descompresión navales actuales. Esta tendencia hacia paradas de descompresión más profundas se ha convertido en una característica de los modelos de descompresión más recientes. ^{[ 1 ]}

Brian A. Hills analizó las hipótesis de descompresión existentes a las que se hacía referencia con frecuencia en la literatura de la época, e identificó tres características básicas de los enfoques teóricos integrales para modelar la descompresión: ^{[ 2 ]}

1. El número y la composición de los tejidos implicados;
2. Un mecanismo y parámetros de control para la aparición de síntomas identificables;
3. Un modelo matemático para el transporte y la distribución de gas.

Hills no encontró evidencia de discontinuidad en la incidencia de síntomas de descompresión para variaciones de exposición/profundidad, lo que interpretó como una sugerencia de que está involucrado un solo tejido crítico o un rango continuo de tejidos, y que la correlación no mejoró al asumir un rango infinito de tiempos medios en un modelo exponencial convencional. ^{[ 2 ]} Después de trabajos experimentales posteriores, concluyó que la inminencia de la enfermedad por descompresión es más probable que esté indicada por la cantidad de gas que se separa de la solución (la hipótesis del volumen crítico) que por su mera presencia (determinada por un límite crítico de sobresaturación) y sugirió que esto implica que los esquemas convencionales (de Haldan) en realidad están tratando una fase gaseosa asintomática en los tejidos y no impidiendo la separación del gas de la solución. ^{[ 3 ]}

Una descompresión eficiente minimizará el tiempo total de ascenso, limitando la acumulación total de burbujas a un valor crítico aceptable y asintomático. La física y la fisiología del crecimiento y la eliminación de burbujas indican que es más eficiente eliminarlas cuando son muy pequeñas. Los modelos que incluyen la fase de burbujas han generado perfiles de descompresión con ascensos más lentos y paradas de descompresión iniciales más profundas, como una forma de limitar el crecimiento de burbujas y facilitar su eliminación temprana, en comparación con los modelos que solo consideran el gas en fase disuelta. ^{[ 4 ]}

Según el modelo termodinámico, la condición de fuerza impulsora óptima para la desgasificación se cumple cuando la presión ambiente es suficiente para evitar la separación de fases (formación de burbujas). La diferencia fundamental de este enfoque radica en igualar la presión ambiente absoluta con la suma de las tensiones parciales de los gases en el tejido para cada gas después de la descompresión, como punto límite a partir del cual se espera la formación de burbujas. ^{[ 2 ]}

El modelo asume que la insaturación natural en los tejidos, debida a la reducción metabólica de la presión parcial de oxígeno, actúa como amortiguador contra la formación de burbujas, y que el tejido puede descomprimirse de forma segura siempre que la reducción de la presión ambiental no supere este valor de insaturación. Evidentemente, cualquier método que aumente la insaturación permitiría una descompresión más rápida, ya que el gradiente de concentración sería mayor sin riesgo de formación de burbujas. ^{[ 2 ]}

La insaturación natural, un efecto conocido como ventana de oxígeno , vacancia de presión parcial e insaturación inherente, aumenta con la profundidad, por lo que es posible un mayor diferencial de presión ambiental a mayor profundidad, y disminuye a medida que el buceador asciende. Este modelo conlleva velocidades de ascenso más lentas y primeras paradas más profundas, pero paradas superficiales más cortas, ya que hay menos gas en fase de burbujas que eliminar. ^{[ 2 ]}

La insaturación natural también aumenta con el incremento de la presión parcial de oxígeno en el gas respiratorio. ^{[ 5 ]}

El modelo termodinámico se basa en las siguientes suposiciones: ^{[ 6 ]}

• Solo se considera un tipo de tejido, que es el primero en presentar síntomas de la enfermedad por descompresión. Los demás tejidos, que no presentan síntomas, se descartan, ya que no representan un problema.
• La formación de núcleos de burbujas se produce de forma aleatoria dentro de los tejidos y a distintos niveles de sobresaturación.
• Una vez que se ha formado un núcleo de burbuja dentro de un tejido sobresaturado, el gas disuelto en el tejido se difundirá a través de la superficie de la burbuja hasta que se alcance el equilibrio entre la presión en la burbuja y la concentración en el tejido adyacente.
• El equilibrio de fases se alcanza en pocos minutos.
• Una vez formadas, las burbujas tienden a unirse, ejerciendo presión sobre los tejidos y los nervios, lo que finalmente provocará dolor.
• Una vez formadas las burbujas, solo se eliminan por difusión debido a la insaturación inherente.

El requisito de mantener una presión ambiente lo suficientemente alta como para evitar el crecimiento de burbujas conduce a una primera parada significativamente más profunda que los modelos de fase disuelta que suponen que no se forman burbujas durante la descompresión asintomática. ^{[ 6 ]}

Este modelo representó un cambio radical respecto a los modelos tradicionales de fase disuelta. Hills se enfrentó a un considerable escepticismo y, tras varios años defendiendo modelos de dos fases, finalmente se volcó en otros campos de investigación. Con el tiempo, el trabajo de otros investigadores tuvo el impacto suficiente para lograr una amplia aceptación de los modelos de burbujas, y se reconoció el valor de la investigación de Hills. ^{[ 6 ]}

Los modelos de burbujas de descompresión constituyen un desarrollo lógico de este modelo. El criterio del volumen crítico presupone que, siempre que el volumen total de fase gaseosa acumulado en los tejidos supere un valor crítico, aparecerán signos o síntomas de enfermedad por descompresión (EDC). Esta suposición está respaldada por estudios de detección de burbujas mediante Doppler. Las consecuencias de este enfoque dependen en gran medida del modelo de formación y crecimiento de burbujas utilizado, principalmente de si la formación de burbujas es prácticamente evitable durante la descompresión. ^{[ 7 ]}

Este enfoque se utiliza en modelos de descompresión que suponen que durante los perfiles de descompresión prácticos, habrá crecimiento de núcleos de burbujas microscópicas estables que siempre existen en medios acuosos, incluidos los tejidos vivos. ^{[ 8 ]}