Перагляд норм кіслароднай таксічнасці ЦНС пры PO₂ 1,3 АТА

Аўтары: Джозэф Хойт¹, Ф. Грэгары Мёрфі², Ніл У. Полак^3,4, Дон Кернагіс⁵, Нікалас Бёрд¹, Майкл Мендуно², Джон Брайт³, Сайман Дж. Мітчэл^4,5,6

¹ Праграма вадалазных работ NOAA, Нацыянальнае ўпраўленне акіянічных і атмасферных даследаванняў, Сіэтл, Вашынгтон, ЗША
² Эксперыментальнае вадалазнае падраздзяленне ВМС ЗША (NEDU), Панама-Сіці, Фларыда, ЗША
³ Кафедра кінэзіялогіі, Медыцынскі факультэт, Універсітэт Лаваля, Квебек, Канада
⁴ Служба гіпербарычнай медыцыны, Цэнтр вадалазнай медыцыны Квебека, Леві, Квебек, Канада
⁵ DEEP Research Inc., Маямі, Фларыда, ЗША
⁶ Кафедра анестэзіялогіі, Оклендскі ўніверсітэт / Аддзяленне анестэзіі, Гарадская бальніца Окленда, Окленд, Новая Зеландыя

Аўтар для карэспандэнцыі: Прафесар Сайман Дж. Мітчэл (Simon J Mitchell), Кафедра анестэзіялогіі, Оклендскі ўніверсітэт, Прыватны баул 92019, Окленд, Новая Зеландыя. E-mail: sj.mitchell@auckland.ac.nz

Ключавыя словы: Кіслародныя гадзіннікі (Oxygen clock); Рэбрызеры (Rebreathers); Рызыка (Risk); Сударгавасць (Seizures); Тэхнічны дайвінг (Technical diving).

Анатацыя

(Hoyt J, Murphy G, Pollock NW, Kernagis D, Bird N, Menduno M, Bright J, Mitchell SJ. Revised guideline for central nervous system oxygen toxicity exposure limits when using an inspired PO₂ of 1.3 atmospheres. Diving Hyperb Med. 2025;55(3):262–267. doi: 10.28920/dhm55.3.262-267. PMID: 40992383.)

Тэхнічныя і навуковыя дайверы, якія выкарыстоўваюць замкнёныя дыхальныя апараты (рэбрызеры), рэгулярна анураюцца з парцыяльным ціскам кіслароду ў дыхальнай сумесі (PO₂), які падтрымліваецца на ўзроўні 1,3 атмасферы (АТА). Дзеючыя рэкамендацыі Нацыянальнага ўпраўлення акіянічных і атмасферных даследаванняў (NOAA) па гранічнай экспазіцыі пры кіслароднай таксічнасці цэнтральнай нервовай сістэмы (ЦНС) вызначаюць максімальна дапушчальную працягласць адзінкавай экспазіцыі пры PO₂ = 1,3 АТА ў 180 хвілін, з 24-гадзінным лімітам у 210 хвілін. Дадзенае абмежаванне гістарычна экстрапалявана з выпрабаванняў з больш высокімі значэннямі PO₂, без уліку спецыфічных клінічных выпрабаванняў, праведзеных Эксперыментальным вадалазным падраздзяленнем ВМС ЗША (NEDU). У межах дадзеных выпрабаванняў NEDU сотні вадалаза-гадзін былі паспяхова накаплены пры бесперапыннай экспазіцыі PO₂ = 1,3 АТА працягласцю да 240 хвілін з фізічнай нагрузкай, за якой прыходзілася да 240 хвілін дэкампрэсіі ў спакоі на тым жа PO₂ (сумарна да 480 хвілін). Не было зафіксавана ніводнага выпадку сударгаў або цяжкай сімптаматычнай таксічнасці кіслароду.

Экспертная рабочая група пры ўдзеле NOAA, NEDU і экспертаў па барамедыцыне перагледзела бягучую норму. У гэтым кансенсусным кіраўніцтве рэкамендуецца павялічыць гранічную дапушчальную экспазіцыю пры PO₂ = 1,3 АТА да 240 хвілін доннага часу (пры ўмеранай фізічнай нагрузцы) плюс 240 хвілін дэкампрэсіі (у спакоі), пры ўмове строгага кантролю затрымкі вуглякіслага газу (CO₂), працы дыхання і прымянення мер па зніжэнні супутніх рызык.

Уводзіны

Кіслародная таксічнасць ЦНС уяўляе сабой адну з найменш прадказальных і найбольш небяспечных пагроз для жыцця вадалаза пад вадой. Вострае праяўленне таксічнасці ў выглядзе генералізаваных тоніка-клонічных сударгаў можа прыводзіць да страты дыхальнай трубкі/загубніка, аспірацыі вады і неадкладнага таплення. Гістарычна ліміты часу экспазіцыі для кіравання рызыкамі таксічнасці ЦНС распрацоўваліся Ваенна-марскім флотам ЗША (US Navy) і Нацыянальным ўпраўленнем акіянічных і атмасферных даследаванняў (NOAA), сфармаваўшы канцэпцыю «кіслародных гадзіннікаў» (oxygen clock). Для зніжэння рызыкі ўзнікнення сімптомаў кожнаму ўзроўню PO₂ прысвойвалася абмежаванне па часе на адзіночнае ануранне і на 24-гадзінны перыяд.

Для парцыяльнага ціску кіслароду PO₂ = 1,3 АТА — стандарту ўстаўкі (setpoint) на донным этапе ў многіх сучасных рэбрызерах з замкнёным контурам (CCR) — табліца NOAA усталёўвае абмежаванні:

Максімальная адзінкавая экспазіцыя: 180 хвілін;
Максімальная экспазіцыя за 24 гадзіны: 210 хвілін.

За апошнія тры дзесяцігоддзі працягласць глыбокіх тэхнічных і навуковых ануранняў істотна узрасла. Абмежаванне ў 180 хвілін стала істотным бар'ерам для правядзення працяглых даследаванняў і даследчых экспедыцый. У сувязі з гэтым узнікла неабходнасць навуковага перагляду дадзеных паказчыкаў з апорай на актуальныя эксперыментальныя даныя.

Паходжанне гістарычных абмежаванняў NOAA

Першапачатковыя межы экспазіцыі, апублікаваныя ў Вадалазным кіраўніцтве NOAA (NOAA Diving Manual), распрацоўваліся ў асноўным на аснове даследаванняў, якія праводзіліся з PO₂ у дыяпазоне ад 1,4 да 1,6 АТА і вышэй. Для значэнняў PO₂ ≤ 1,3 АТА прамых сістэматычных даследаванняў на вынослівасць чалавека да з'яўлення сімптомаў таксічнасці ў 1970–1980-х гадах праведзена не было. Ліміты для PO₂ = 1,3 АТА былі атрыманы шляхам экстрапаляцыі крывой «ціск–час» з выкарыстаннем кансерватыўнага запасу бяспекі.

Хаця кансерватыўны падыход апраўданы пры адсутнасці даных, назапашаны вопыт прымянення рэбрызераў паказаў, што рэальная пераноснасць PO₂ = 1,3 АТА чалавечым арганізмам значна вышэйшая, чым прадугледжвалася раней.

Патафізіялагічныя фактары і роля вуглякіслага газу (CO₂)

Асноватворным фактарам, які правакуе праяўленне таксічнасці ЦНС пры адносна нізкіх значэннях PO₂ (такіх як 1,3 АТА), з'яўляецца назапашванне гіперкапніі (затрымка CO₂).

Мазгавы крывацёк: Вуглякіслы газ з'яўляецца наймацнейшым вазадылататарам сасудаў галаўнога мозгу. Пры павышэнні PaCO₂ адбываюцца дылатацыя артэрыёл мозгу і шматразовае павелічэнне яго перфузіі. У выніку ў тканкі мозгу дастаўляецца істотна большая колькасць растворанага пад высокім ціскам кіслароду, што паскарае ўтварэнне актыўных формаў кіслароду (АФК) і вычэрпвае антыаксідантную абарону.
Прычыны затрымкі CO₂ пад вадой:
- Шчыльнасць газу: Пры павелічэнні глыбіні расце шчыльнасць дыхальнай сумесі. Высокая шчыльнасць (больш за 6,0–6,2 г/л) рэзка павышае турбулентнасць патоку і працу дыхання (WOB), выклікаючы гіпавентыляцыю і затрымку CO₂.
- Фізічная нагрузка: Інтэнсіўнае плаванне або цяжкая праца пад вадой выклікаюць высокую выпрацоўку CO₂.
- Эфектыўнасць скрубернага паглынальніка: Частковае вычэрпванне або праскок вуглякіслага газу праз паглынальнік рэбрызера.

Эксперыментальная база ВМС ЗША (Даследаванні NEDU)

У працэсе распрацоўкі і валідацыі алгарытмаў дэкампрэсіі Thalmann (XVAL) для геліоксных і нітроксных сістэм з замкнёным контурам (у прыватнасці, дыхальнага апарата ВМС ЗША MK 16 MOD 1 UBA, які мае пастаянную ўстаўку PO₂ = 1,3 АТА) Эксперыментальнае вадалазнае падраздзяленне ВМС ЗША (NEDU) правяло маштабны комплекс эксперыментальных ануранняў (Gerth & Johnson, 2002; Doolette et al., 2019).

Параметры пратаколаў NEDU:

Даследваныя: Вадалазы ВМС ЗША, якія выконвалі ануранні ў гідрабаракамерах і басейнах.
Донная фаза: Выкананне цыклічнай фізічнай працы на падводным эргаметры пры PO₂ = 1,3 АТА працягласцю да 240 хвілін.
Дэкампрэсійная фаза: Выкананне дэкампрэсійных прыпынкаў у стане спакою пры PO₂ = 1,3 АТА працягласцю да 240 хвілін.
Сумарная экспазіцыя: Да 480 хвілін (8 гадзін) бесперапыннай падачы сумесі з PO₂ = 1,3 АТА ў межах аднаго анурання.

Вынікі:

Кіслародная таксічнасць ЦНС: У ходзе сотняў праведзеных выпрабаванняў пры дадзеным рэжыме не было зарэгістравана ніводнага выпадку сударгаў або чэтка выражаных прадрамальных сімптомаў таксічнасці ЦНС.
Лёгачная таксічнасць кіслароду: Нягледзячы на высокую сумарную дозу кіслароду (да 480 хвілін пры 1,3 АТА), клінічна значнага або небяспечнага для жыцця зніжэння жыццёвай ёмістасці лёгкіх (ЖЁЛ) пры адзіночных анураннях выяўлена не было (Shykoff, 2011).

Стратэгіі зніжэння рызыкі (Risk Mitigation)

Кансенсусная група падкрэслівае, што павелічэнне дапушчальнага часу экспазіцыі да 240 хвілін рабочай фазы і 240 хвілін дэкампрэсіі бяспечна толькі пры выкананні наступных фактараў зніжэння рызык:

1. Кантроль шчыльнасці газу і працы дыхання (WOB)

Шчыльнасць дыхальнай сумесі не павінна перавышаць 5,2 г/л у пазбяганне росту працы дыхання. Значэнне 6,2 г/л прызнана гранічна дапушчальным максімумам (hard limit), перавышэнне якога істотна павышае рызыку затрымкі CO₂.

2. Мінімізацыя фізічнай нагрузкі

Прымяненне падводных буксіроўшчыкаў (DPV) або сродкаў транспартавання вадалаза на донным этапе выключае выпрацоўку лішняга CO₂ пры цяжкай мускульнай працы.

3. Сродкі абароны дыхальных шляхоў пры страце прытомнасці

Прымяненне спецыяльных рамнёў-фіксатараў загубніка (mouthpiece retaining devices / retainers), поўнааблічальных масак (FFM) або выкарыстанне клапанаў пераключэння на адкрыты цыкл (BOV) дазваляе абараніць дыхальныя шляхі ад аспірацыі вады ў выпадку ўзнікнення непадвольнага сударгавага прыступу. Строгае выкананне правіла напарніка (buddy system) неабходна для забеспячэння неадкладнай эвакуацыі вадалаза на паверхню.

4. Перарывістасць экспазіцыі («Паветраныя паўзы» / Air Breaks)

У гіпербарычнай медыцыне вядома, што кароткачасовыя перапынкі ў падачы высокага PO₂ (пераключэнне на сумесь з больш нізкім зместам кіслароду, напрыклад, на паветра на 5 хвілін кожныя 60–75 хвілін) зніжаюць верагоднасць сударгаў больш чым на 50%. У кантэксце вадалазных ануранняў зніжэнне PO₂ на дэкампрэсійных прыпынках або кароткія пераключэнні забяспечваюць дадатковы запас бяспекі.

5. Выкарыстанне сухіх дэкампрэсійных прытулкаў (Habitats)

Правядзенне працяглых фаз дэкампрэсіі ў сухіх падводных габітатах або баракамерах цалкам ізалюе вадалаза ад рызыкі таплення пры ўзнікненні ўскладненняў.

Новае кансенсуснае кіраўніцтва (Абноўленыя нормы)

На аснове аналізу даных NEDU і кансенсусу экспертаў прыняты новыя нормы гранічнай экспазіцыі для парциальнага ціску PO₂ = 1,3 АТА.