Авторы: Джозеф Хойт¹, Ф. Грегори Мерфи², Нил У. Поллок^3,4, Дон Кернагис⁵, Николас Бёрд¹, Майкл Мендуно², Джон Брайт³, Саймон Дж. Митчелл^4,5,6

• ¹ Программа водолазных работ NOAA, Национальное управление океанических и атмосферных исследований, Сиэтл, Вашингтон, США
• ² Экспериментальное водолазное подразделение ВМС США (NEDU), Панама-Сити, Флорида, США
• ³ Кафедра кинезиологии, Медицинский факультет, Университет Лаваля, Квебек, Канада
• ⁴ Служба гипербарической медицины, Центр водолазной медицины Квебека, Леви, Квебек, Канада
• ⁵ DEEP Research Inc., Майами, Флорида, США
• ⁶ Кафедра анестезиологии, Оклендский университет / Отделение анестезии, Городская больница Окленда, Окленд, Новая Зеландия

Автор для корреспонденции: Профессор Саймон Дж. Митчелл (Simon J Mitchell), Кафедра анестезиологии, Оклендский университет, Частный баул 92019, Окленд, Новая Зеландия. E-mail: sj.mitchell@auckland.ac.nz

Ключевые слова: Кислородные часы (Oxygen clock); Ребризеры (Rebreathers); Риск (Risk); Судороги (Seizures); Технический дайвинг (Technical diving).

Аннотация

(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.)

Технические и научные дайверы, использующие замкнутые дыхательные аппараты (ребризеры), регулярно погружаются с парциальным давлением кислорода в дыхательной смеси (PO₂), поддерживаемым на уровне 1,3 атмосферы (АТА). Действующие рекомендации Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) по предельной экспозиции при кислородной токсичности центральной нервной системы (ЦНС) определяют максимально допустимую продолжительность единичной экспозиции при PO₂ = 1,3 АТА в 180 минут, с 24-часовым лимитом в 210 минут. Данное ограничение исторически экстраполировано из испытаний с более высокими значениями PO₂, без учета специфических клинических испытаний, проведенных Экспериментальным водолазным подразделением ВМС США (NEDU). В рамках данных испытаний NEDU сотни водолазо-часов были успешно накоплены при непрерывной экспозиции PO₂ = 1,3 АТА продолжительностью до 240 минут с физической нагрузкой, за которой следовали до 240 минут декомпрессии в покое на том же PO₂ (суммарно до 480 минут). Не было зафиксировано ни одного случая судорог или тяжелой симптоматической токсичности кислорода.

Экспертная рабочая группа при участии NOAA, NEDU и экспертов по баромедицине пересмотрела текущую норму. В настоящем консенсусном руководстве рекомендуется увеличить предельную допустимую экспозицию при PO₂ = 1,3 АТА до 240 минут донного времени (при умеренной физической нагрузке) плюс 240 минут декомпрессии (в покое), при условии строгого контроля задержки углекислого газа (CO₂), работы дыхания и применения мер по снижению сопутствующих рисков.

Введение

Кислородная токсичность ЦНС представляет собой одну из наименее предсказуемых и наиболее опасных угроз для жизни водолаза под водой. Острое проявление токсичности в виде генерализованных тонико-клонических судорог может приводить к потере дыхательной трубки/загубника, аспирации воды и немедленному утоплению. Исторически лимиты времени экспозиции для управления рисками токсичности ЦНС разрабатывались Военно-морским флотом США (US Navy) и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA), сформировав концепцию «кислородных часов» (oxygen clock). Для снижения риска возникновения симптомов каждому уровню PO₂ присваивалось ограничение по времени на одиночное погружение и на 24-часовой период.

Для парциального давления кислорода PO₂ = 1,3 АТА — стандарта уставки (setpoint) на донном этапе во многих современных ребризерах с замкнутым контуром (CCR) — таблица NOAA устанавливает ограничения:

• Максимальная единичная экспозиция: 180 минут;
• Максимальная экспозиция за 24 часа: 210 минут.

За последние три десятилетия продолжительность глубоких технических и научных погружений существенно возросла. Ограничение в 180 минут стало существенным барьером для проведения длительных исследований и исследовательских экспедиций. В связи с этим возникла необходимость научного пересмотра данного показателя с опорой на актуальные экспериментальные данные.

Происхождение исторических ограничений NOAA

Первоначальные пределы экспозиции, опубликованные в Водолазном руководстве NOAA (NOAA Diving Manual), разрабатывались в основном на основе исследований, проводившихся с PO₂ в диапазоне от 1,4 до 1,6 АТА и выше. Для значений PO₂ ≤ 1,3 АТА прямых систематических исследований на выносливость человека до появления симптомов токсичности в 1970–1980-х годах проведено не было. Лимиты для PO₂ = 1,3 АТА были получены путем экстраполяции кривой «давление–время» с использованием консервативного запаса безопасности.

Хотя консервативный подход оправдан при отсутствии данных, накапливающийся опыт применения ребризеров показал, что реальная переносимость PO₂ = 1,3 АТА человеческим организмом значительно выше, чем предполагалось ранее.

Патофизиологические факторы и роль углекислого газа (CO₂)

Основополагающим фактором, провоцирующим проявление токсичности ЦНС при относительно низких значениях PO₂ (таких как 1,3 АТА), является накопление гиперкапнии (задержка CO₂).

1. Мозговой кровоток: Углекислый газ является сильнейшим вазодилататором сосудов головного мозга. При повышении PaCO₂ происходят дилатация артериол мозга и многократное увеличение его перфузии. В результате в ткани мозга доставляется существенно большее количество растворенного под высоким давлением кислорода, что ускоряет образование активных форм кислорода (АФК) и истощает антиоксидантную защиту.
2. Причины задержки CO₂ под водой:
   • Плотность газа: При увеличении глубины растет плотность дыхательной смеси. Высокая плотность (более 6,0–6,2 г/л) резко повышает турбулентность потока и работу дыхания (WOB), вызывая гиповентиляцию и задержку CO₂.
   • Физическая нагрузка: Интенсивное плавание или тяжелая работа под водой вызывают высокую выработку CO₂.
   • Эффективность скрубберного поглотителя: Частичное истощение или проскок углекислого газа через поглотитель ребризера.

Экспериментальная база ВМС США (Исследования NEDU)

В процессе разработки и валидации алгоритмов декомпрессии Thalmann (XVAL) для гелиоксных и нитроксных систем с замкнутым контуром (в частности, дыхательного аппарата ВМС США MK 16 MOD 1 UBA, имеющего постоянную уставку PO₂ = 1,3 АТА) Экспериментальное водолазное подразделение ВМС США (NEDU) провело масштабный комплекс экспериментальных погружений (Gerth & Johnson, 2002; Doolette et al., 2019).

Параметры протоколов NEDU:

• Испытуемые: Водолазы ВМС США, выполнявшие погружения в гидробарокамерах и бассейнах.
• Донная фаза: Выполнение циклической физической работы на подводном эргометре при PO₂ = 1,3 АТА продолжительностью до 240 минут.
• Декомпрессионная фаза: Выполнение декомпрессионных остановок в состоянии покоя при PO₂ = 1,3 АТА продолжительностью до 240 минут.
• Суммарная экспозиция: До 480 минут (8 часов) непрерывной подачи смеси с PO₂ = 1,3 АТА в рамках одного погружения.

Результаты:

• Кислородная токсичность ЦНС: В ходе сотен проведенных испытаний при данном режиме не было зарегистрировано ни одного случая судорог или четко выраженных продромальных симптомов токсичности ЦНС.
• Легочная токсичность кислорода: Несмотря на высокую суммарную дозу кислорода (до 480 минут при 1,3 АТА), клинически значимого или опасного для жизни снижения жизненной емкости легких (ЖЕЛ) при одиночных погружениях выявлено не было (Shykoff, 2011).

Стратегии снижения риска (Risk Mitigation)

Консенсусная группа подчеркивает, что увеличение допустимого времени экспозиции до 240 минут рабочей фазы и 240 минут декомпрессии безопасно только при соблюдении следующих факторов снижения рисков:

1. Контроль плотности газа и работы дыхания (WOB)

Плотность дыхательной смеси не должна превышать 5,2 г/л во избежание роста работы дыхания. Значение 6,2 г/л признано предельно допустимым максимумом (hard limit), превышение которого существенно повышает риск задержки CO₂.

2. Минимизация физической нагрузки

Применение подводных буксировщиков (DPV) или средств транспортировки водолаза на донном этапе исключает выработку избыточного CO₂ при тяжелой мышечной работе.

3. Средства защиты дыхательных путей при потере сознания

Применение специальных ремней-фиксаторов загубника (mouthpiece retaining devices / retainers), полнолицевых масок (FFM) или использование клапанов переключения на открытый цикл (BOV) позволяет защитить дыхательные пути от аспирации воды в случае возникновения непроизвольного судорожного приступа. Строгое соблюдение правила напарника (buddy system) необходимо для обеспечения немедленной эвакуации водолаза на поверхность.

4. Прерывистость экспозиции («Воздушные паузы» / Air Breaks)

В гипербарической медицине известно, что кратковременные перерывы в подаче высокого PO₂ (переключение на смесь с более низким содержанием кислорода, например, на воздух на 5 минут каждые 60–75 минут) снижают вероятность судорог более чем на 50%. В контексте водолазных погружений снижение PO₂ на декомпрессионных остановках или короткие переключения обеспечивают дополнительный запас безопасности.

5. Использование сухих декомпрессионных убежищ (Habitats)

Проведение длительных фаз декомпрессии в сухих подводных габитатах или барокамерах полностью изолирует водолаза от риска утопления при возникновении осложнений.

Новое консенсусное руководство (Обновленные нормы)

На основе анализа данных NEDU и консенсуса экспертов приняты новые нормы предельной экспозиции для парциального давления PO₂ = 1,3 АТА.