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 DCS que solo causa dolor se modela mediante un único tejido que está limitado por la difusión para la absorción de gas y la formación de burbujas durante la descompresión provoca un "equilibrio de fase" 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 la isla del Estrecho de Torres, que utilizaban paradas de descompresión más profundas y un tiempo de descompresión total menor que los programas de descompresión navales actuales. Esta tendencia a 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 involucrados;
2. Un mecanismo y parámetros de control para la aparición de síntomas identificables;
3. Un modelo matemático para el transporte y distribución de gas.

Hills no encontró evidencia de discontinuidad en la incidencia de los síntomas de descompresión para las 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 mejoraba al asumir un rango infinito de tiempos medios en un modelo exponencial convencional. ^[2] Después de un trabajo experimental posterior, 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 programas convencionales (haldanianos) en realidad están tratando una fase gaseosa asintomática en los tejidos y no evitando la separación del gas de la solución. ^[3]

Una descompresión eficiente minimizará el tiempo total de ascenso y limitará la acumulación total de burbujas a un valor crítico aceptable y no sintomático. La física y la fisiología del crecimiento y la eliminación de burbujas indican que es más eficiente eliminar las burbujas cuando son muy pequeñas. Los modelos que incluyen la fase de burbujas han producido perfiles de descompresión con ascensos más lentos y paradas iniciales de descompresión más profundas como una forma de reducir el crecimiento de las burbujas y facilitar la eliminación temprana, en comparación con los modelos que solo consideran el gas en fase disuelta. ^[4]

Según el modelo termodinámico, la condición de fuerza motriz óptima para la desgasificación se cumple cuando la presión ambiental es suficiente para evitar la separación de fases (formación de burbujas). La diferencia fundamental de este enfoque es que la presión ambiental absoluta se equipara con la suma de las tensiones parciales de los gases en el tejido para cada gas después de la descompresión como el punto límite más allá del cual se espera la formación de burbujas. ^[2]

El modelo supone que la insaturación natural de los tejidos debida a la reducción metabólica de la presión parcial de oxígeno proporciona un 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. Es evidente que 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 , vacío de presión parcial e insaturación inherente, aumenta con la profundidad, por lo que es posible que haya una mayor diferencia de presión ambiental a mayor profundidad, y se reduce a medida que el buceador sale a la superficie. Este modelo conduce a velocidades de ascenso más lentas y primeras paradas más profundas, pero paradas superficiales más cortas, ya que hay menos gas en fase de burbuja que eliminar. ^[2]

La insaturación natural también aumenta con el aumento de la presión parcial de oxígeno en el gas respirable. ^[5]

El modelo termodinámico se basa en los siguientes supuestos: ^[6]

• Se considera únicamente un tipo de tejido, que es el primero que presenta síntomas de enfermedad por descompresión. Los demás tejidos asintomáticos se descartan porque no presentan ningún problema.
• La formación de núcleos de burbujas ocurre aleatoriamente dentro de los tejidos y en diversos 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 fase se produce en pocos minutos.
• Una vez que se forman las burbujas, tienden a fusionarse, provocando presión sobre los tejidos y los nervios, lo que eventualmente causará dolor.
• Una vez formadas las burbujas, sólo se eliminan por difusión debido a la insaturación inherente.

El requisito de mantener una presión ambiental lo suficientemente alta 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 supuso un cambio radical con respecto a los modelos tradicionales de fase disuelta. Hills se encontró con un considerable escepticismo y, tras varios años de defender los modelos de dos fases, acabó recurriendo a otros campos de investigación. Finalmente, el trabajo de otros investigadores tuvo el impacto suficiente como para conseguir una aceptación generalizada de los modelos de burbujas y se reconoció el valor de la investigación de Hills. ^[6]

Los modelos de burbujas de descompresión son un desarrollo lógico de este modelo. El criterio del volumen crítico supone que siempre que el volumen total de la fase gaseosa acumulada en los tejidos supere un valor crítico, aparecerán signos o síntomas de DCS. Esta suposición está respaldada por estudios de detección de burbujas 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]

El modelo de permeabilidad variable (VPM) es un algoritmo de descompresión desarrollado por DE Yount y otros para su uso en buceo profesional y recreativo . Fue desarrollado para modelar observaciones de laboratorio de formación y crecimiento de burbujas tanto en sistemas inanimados como in vivo expuestos a presión. ^[9] El VPM presupone que siempre existen núcleos de burbujas microscópicos en el agua y los tejidos que contienen agua. Cualquier núcleo más grande que un tamaño "crítico" específico, que está relacionado con la profundidad máxima de inmersión, crecerá durante la descompresión. El VPM tiene como objetivo minimizar el volumen total de estas burbujas en crecimiento manteniendo la presión externa relativamente alta y las presiones parciales de gas inerte inspirado bajas durante la descompresión.

El modelo de burbuja de gradiente reducido (RGBM) es un algoritmo de descompresión desarrollado por el Dr. Bruce Wienke. Está relacionado con el modelo de permeabilidad variable ^[10] , pero es conceptualmente diferente en el sentido de que rechaza el modelo de burbuja de gel del modelo de permeabilidad variable ^{[11] .}

Se utiliza en varios ordenadores de buceo , en particular los fabricados por Suunto , Aqwary, Mares , HydroSpace Engineering, ^[10] y Underwater Technologies Center. Se caracteriza por los siguientes supuestos: el flujo sanguíneo ( perfusión ) proporciona un límite para la penetración de gas en el tejido por difusión ; siempre está presente una distribución exponencial de tamaños de semillas de burbujas, con muchas más semillas pequeñas que grandes; las burbujas son permeables a la transferencia de gas a través de los límites de la superficie bajo todas las presiones; los compartimentos tisulares haldaneos varían en tiempo medio de 1 a 720 minutos, dependiendo de la mezcla de gases . ^[10]

• Recursos del Repositorio de Investigación Rubicon relacionados con el trabajo de BA Hills ^[usurpado]