Modelo de descompresión de Haldane

Modelo de descompresión desarrollado por John Scott Haldane

John Scott Haldane en 1902

Tablas de descompresión I y II de Haldane

El modelo de descompresión de Haldane es un modelo matemático para la descompresión a la presión atmosférica a nivel del mar de buzos que respiran aire comprimido a presión ambiente que fue propuesto en 1908 por el fisiólogo escocés, John Scott Haldane (2 de mayo de 1860 - 14/15 de marzo de 1936), ^[1] quien también fue famoso por su intrépida autoexperimentación.

Haldane preparó la primera tabla de descompresión reconocida para el Almirantazgo británico en 1908 basándose en experimentos extensos en cabras y otros animales utilizando un punto final clínico de enfermedad por descompresión sintomática . ^{[2] [3]} El modelo, comentado como "una contribución duradera al mundo del buceo", fue publicado en el Journal of Hygiene .

^[4]

Haldane observó que las cabras, saturadas a profundidades de 165 pies (50 m) de agua de mar, no desarrollaban enfermedad por descompresión (EDC) si la descompresión posterior se limitaba a la mitad de la presión ambiental. Haldane construyó programas que limitaban la relación crítica de sobresaturación a "2", en cinco compartimentos hipotéticos de tejido corporal caracterizados por su tiempo medio. El tiempo medio también se denomina vida media cuando se vincula a procesos exponenciales como la desintegración radiactiva . Los cinco compartimentos de Haldane (tiempos medios: 5, 10, 20, 40, 75 minutos) se utilizaron en los cálculos de descompresión y en los procedimientos de descompresión por etapas durante cincuenta años. ^[5]

Las teorías anteriores a Haldane se basaban en la "compresión uniforme", como señaló Paul Bert en 1878 que una descompresión muy lenta podía evitar el síndrome de cajón . Luego, Hermann von Schrötter propuso en 1895 que la tasa segura de "descompresión uniforme" era de "una atmósfera cada 20 minutos". En 1907, Haldane trabajó en la " descompresión por etapas " (descompresión utilizando una velocidad de ascenso relativamente rápida especificada, interrumpida por períodos específicos a una profundidad constante) y demostró que era más segura que la " descompresión uniforme " a las velocidades que se usaban entonces, y elaboró ​​sus tablas de descompresión sobre esa base.

Trabajos previos

Trabajos previos de John Scott Haldane

Pablo Bert

Paul Bert (17 de octubre de 1833 - 11 de noviembre de 1886) fue un fisiólogo francés que se graduó en París como doctor en medicina en 1863 y doctor en ciencias en 1866. Fue nombrado profesor de fisiología sucesivamente en Burdeos (1866) y en la Sorbona (1869). Paul Bert recibió el apodo de "Padre de la medicina aeronáutica" por su trabajo, La Pression barometrique (1878), una investigación exhaustiva sobre los efectos fisiológicos de la presión del aire, que señaló que los síntomas de la enfermedad de los cajones de aire podrían evitarse mediante una descompresión muy lenta. Sin embargo, su trabajo no proporcionó datos sobre tasas de descompresión seguras. ^{[6] [7]}

Schrötter

Anton Hermann Victor Thomas Schrötter (5 de agosto de 1870 - 6 de enero de 1928), un fisiólogo y médico austríaco que era nativo de Viena, fue un pionero de la aviación y la medicina hiperbárica , ^[8] e hizo importantes contribuciones en el estudio de la enfermedad por descompresión . Estudió medicina y ciencias naturales en las universidades de Viena y Estrasburgo , obteniendo su título de médico en 1894, y durante el año siguiente recibió su doctorado en filosofía . Fue activo en muchos campos de la medicina y la fisiología . Su primer interés a partir de 1895 fue la investigación y la lucha contra la enfermedad de cajón, y durante su mandato en Nussdorf estudió las numerosas enfermedades que han ocurrido y estaba buscando formas de tratamiento y prevención.

Su informe publicado en 1900 con el Dr. Richard Heller y el Dr. Wilhelm Mager, sobre la enfermedad por presión atmosférica se considera la obra básica en alemán sobre el buceo y la medicina hiperbárica . Schrötter, Heller y Mager formularon reglas para una descompresión segura y creían que la tasa de descompresión de una atmósfera (atm) cada 20 minutos sería segura. Leonard Erskine Hill y Greenwood se descomprimieron sin síntomas graves después de la exposición a 6 atm (610 kPa).

El trabajo de Haldane

El Comité del Almirantazgo necesitaba establecer reglas definidas para una descompresión segura en el menor tiempo posible para el buceo profundo y, por lo tanto, Haldane fue comisionado en 1905 por la Marina Real del Reino Unido para este propósito, para diseñar tablas de descompresión para buzos que ascendieran desde aguas profundas.

En 1907, Haldane fabricó una cámara de descompresión para que los buceadores de aguas profundas pudieran trabajar con mayor seguridad y produjo las primeras tablas de descompresión después de realizar experimentos exhaustivos con animales. En 1908, Haldane publicó la primera tabla de descompresión reconocida para el Almirantazgo británico. Sus tablas se siguieron utilizando en la Marina Real hasta 1955.

En 1908, Haldane, Boycott y Damant publicaron "La prevención de enfermedades causadas por el aire comprimido", en la que recomendaban la descompresión por etapas . ^[2] Estas tablas fueron aceptadas para su uso por la Marina Real Británica.

Haldane introdujo el concepto de tiempos medios para modelar la captación y liberación de nitrógeno en la sangre en diferentes tejidos corporales y sugirió cinco compartimentos de tejidos corporales con tiempos medios de 5, 10, 20, 40 y 75 minutos.

En su hipótesis, Haldane predijo que si la velocidad de ascenso no permite que la presión parcial del gas inerte (nitrógeno) en cada uno de los tejidos hipotéticos supere la presión ambiental en más del doble (ratio 2:1), entonces no se formarán burbujas en estos tejidos. Básicamente, esto significa que se podría ascender desde una profundidad de 30 metros (100 pies) -una presión ambiental de 4 bares (60 psi)- hasta 10 metros (33 pies) (2 bares (29 psi)) o desde 10 metros (33 pies) (2 bares (30 psi)) hasta la superficie (1 bar (15 psi)) cuando se está saturado, sin problemas de descompresión. Para garantizar esto, se incorporaron varias paradas de descompresión en las tablas de ascenso.

La velocidad de ascenso y el tejido más rápido del modelo determinan el tiempo y la profundidad de la primera parada. A partir de entonces, los tejidos más lentos determinan cuándo es seguro ascender más.

Describir

Haldane realizó sus experimentos con algunos animales, ilustrando la diferencia entre distintos tipos de animales, como cabras, conejillos de indias, ratones, ratas, gallinas y conejos, pero su trabajo y resultados principales se realizaron con cabras y hombres.

Haldane afirmó en su artículo: "Para evitar el riesgo de que se formen burbujas durante la descompresión, hasta ahora se ha recomendado que la descompresión sea lenta y a un ritmo lo más uniforme posible. Por lo tanto, debemos considerar cuidadosamente el proceso de desaturación del cuerpo durante la descompresión lenta y uniforme", ^[2] de ahí que se indique el esquema de su trabajo: ^[3]

• Cuando se coloca a un ser humano o a un animal en aire comprimido, la sangre que pasa por los pulmones absorbe una cantidad de gas en solución simple. Esta cantidad aumenta en proporción al aumento de la presión parcial de cada gas presente en el aire alveolar.

• En cuanto al oxígeno, la cantidad en solución simple en la sangre arterial aumentará, pero tan pronto como la sangre llegue a los tejidos corporales, el oxígeno disuelto adicional se agotará, de modo que la sangre venosa mostrará un ligero aumento en la presión parcial de oxígeno.
• Respecto al dióxido de carbono, los experimentos de Haldane y Greenwood demostraron que la presión parcial de CO ₂ en el aire alveolar permanece constante con el aumento de la presión atmosférica, por lo tanto, no puede haber aumento de CO ₂ en la sangre durante la exposición al aire comprimido.
• En cuanto al nitrógeno, se deben tener consideraciones sobre la saturación en los tejidos corporales.

• 

  La tasa de saturación de cualquier parte del cuerpo con nitrógeno.

  La tasa de solubilidad del nitrógeno por unidad de masa de tejido varía mucho en diferentes partes del cuerpo, por lo tanto, después de un aumento repentino en la presión del aire, varía correspondientemente.
• Si la presión se reduce rápidamente hasta la normalidad después de la exposición a la saturación en aire comprimido, la sangre venosa desprenderá todo el exceso de nitrógeno disuelto durante su paso a los pulmones. Si se forman burbujas de gas como consecuencia de una descompresión demasiado rápida, aumentarán de tamaño por difusión en ellos y, por lo tanto, provocarán el bloqueo de los vasos pequeños. Para evitar el riesgo de formación de burbujas durante la descompresión, ésta debe ser lenta y la velocidad de circulación sanguínea puede aumentarse considerablemente mediante el esfuerzo muscular.

• 

  La descompresión debe ser una descompresión por etapas.

  

  Desaturación durante la descompresión uniforme

  Cuando un buceador se sumerge durante un tiempo muy breve, se tiene en cuenta el tiempo empleado en el descenso y el ascenso. Durante el descenso, el buceador se satura con nitrógeno, por lo que debe descender lo más rápido posible. Por otra parte, durante el ascenso, Haldane demostró que al final de la descompresión hay un exceso peligroso de saturación en todas las partes del cuerpo, excepto en aquellas que se saturan a la mitad en menos de siete u ocho minutos. Las cabras utilizadas para los experimentos de descompresión por etapas fueron sometidas a una descompresión uniforme en el mismo tiempo y exposición, y en treinta y seis ensayos de descompresión, una murió, dos quedaron paralizadas, una tuvo síntomas generales indefinidos de carácter severo y se produjeron otros once casos de "curvas" además de dos casos dudosos.
• Periodo de buceo:

• En el caso de períodos de inmersión cortos de menos de siete u ocho minutos sin inmersiones repetidas, los experimentos de Haldane con cabras demostraron que, tras una descompresión repentina en menos de un minuto tras exposiciones de hasta cuatro minutos a 75 psi (5,2 bar), equivalentes a 42 metros (138 pies) de agua de mar, las cabras no presentaban ningún síntoma, incluso cuando las exposiciones se elevaban a seis minutos en algunos casos. Esto coincide con informes de la época procedentes del Mediterráneo sobre buceadores griegos expertos que, al sumergirse a 30 brazas (55 m) de profundidad, cortaban el tubo de aire y la línea y salían volando a la superficie en menos de un minuto si su equipo se enredaba en el fondo. ^[2]
• Con inmersiones que excedieron unos pocos minutos o inmersiones breves y repetitivas: Hill y Greenwood se comprimieron a 91 psi (6,3 bar), equivalente a 53 metros (174 pies) de agua de mar, un experimento de muy alta presión y riesgoso, y tuvieron descompresiones después de la descompresión.

  

  Las curvas de saturación del experimento de Hill y Greenwook para partes del cuerpo

  Las curvas de saturación de su experimento para partes del cuerpo se publicaron en 1908. ^[9]

Una de las cabras encorvadas de Haldane. Nótese la curvatura en la pata delantera izquierda. ^[2]

• Los experimentos continuaron con las cabras y los síntomas observados en ellas se anotaron cada vez según un cronograma apropiado para registrar la presencia de síntomas, no la presencia de burbujas:

• Las curvas son el síntoma más común. En las extremidades, más comúnmente en la pata delantera.
• Parálisis temporal, síntoma de deficiencia general de oxígeno.
• Dolor, balido continuo
• Parálisis permanente, generalmente inmediatamente después de la descompresión.
• Enfermedad, imposible identificar síntomas locales, a veces ceguera.
• Disnea y muerte
• Los síntomas mecánicos no son importantes si la cabra sufrió problemas de oído durante la compresión.

• Los experimentos con cabras incluyeron: ^[2]

• Se realizó una descompresión por etapas con diferentes presiones y diferentes tiempos de descompresión, y se comparó con una descompresión uniforme. Los resultados mostraron que se requiere una cierta presión mínima para que aparezcan síntomas en las cabras y que la duración de la exposición a altas presiones con diferentes tiempos de descompresión también influyó.
• Se compararon experimentos entre diferentes tipos de animales y su susceptibilidad a los síntomas de descompresión, y se comparó la influencia del tamaño entre exposiciones cortas y largas y el tiempo de descompresión.
• Los experimentos sobre la masa y el volumen de la sangre de las cabras aparentemente no mostraron relación con la susceptibilidad.
• Las observaciones patológicas de la apariencia post mortem de las cabras después de la descompresión mostraron una importancia práctica en relación con el tamaño de las burbujas encontradas en la sangre. Se observaron cambios patológicos subyacentes a los síntomas principales, excepto las curvaturas. La causa exacta de las curvaturas no se conocía.

Principales resultados del trabajo de Haldane

Este trabajo se publicó en el libro "The Prevention of Compressed-air Illness". Los resultados se publicaron en el mismo libro en el apartado "Resumen" de las páginas 424 y 425. Las principales conclusiones de su modelo de descompresión son: ^[2]

• En la página 354, Haldane concluyó: "Es evidente que la tasa de desaturación podría acelerarse (1) aumentando la diferencia de presión de nitrógeno entre la sangre venosa y el aire en los pulmones, o (2) aumentando la tasa de circulación sanguínea". Por lo tanto, para lograr una desaturación más rápida, Haldane concluyó que el esfuerzo muscular puede aumentar considerablemente la tasa de circulación sanguínea y, por lo tanto, "también debería haber esfuerzo muscular durante la descompresión".
• En resumen, en la página 424, la quinta conclusión de Haldane es: "La descompresión no es segura si la presión del nitrógeno dentro del cuerpo es mucho mayor que el doble de la del nitrógeno atmosférico". Haldane había colocado cabras en cámaras de compresión bajo presión durante largas horas, para asegurar que sus tejidos estuvieran completamente saturados de nitrógeno, y luego de estos experimentos concluyó que "si la presión absoluta se reduce en un 50% no provocará ED".
• Haldane publicó sus "Tablas de descompresión", Tabla I y Tabla II, en las páginas 442 y 443. Para facilitar su uso, convierta los pies a metros multiplicando por 0,3048, y de psi a bar multiplicando por 0,0689475729. Estas tablas permiten a los buceadores ascender a la mitad de su presión absoluta ambiental y permanecer allí durante un tiempo de descompresión calculado antes de ascender aún más a la mitad de la presión absoluta de la última etapa. Haldane dividió sus programas en la Tabla I para "exposiciones ordinarias" y la Tabla II para "retraso más allá de los límites ordinarios de tiempo". Actualmente, cuando se evalúan, los tiempos de descompresión de la Tabla II se asocian con un gran riesgo de enfermedad por descompresión.
• Haldane dividió los tejidos corporales en diferentes categorías y midió la desaturación de nitrógeno en cada una. Esto condujo al concepto de tejidos rápidos y tejidos lentos, donde algunos tejidos se llenan de gas y lo vacían rápidamente; estos son los tejidos rápidos. Por otro lado, los tejidos lentos son los que se llenan y vacían lentamente. Haldane representó la tendencia logarítmica de estos tejidos a llenarse y vaciarse.

Desarrollos posteriores de los principios de Haldane

La relación 2:1 propuesta por Haldane resultó ser demasiado conservadora para tejidos rápidos (inmersiones cortas) y no lo suficientemente conservadora para tejidos lentos (inmersiones largas). La relación también parecía variar con la profundidad. Las velocidades de ascenso utilizadas en las tablas más antiguas eran de 18 metros por minuto (59 pies/min), pero las tablas más nuevas ahora utilizan 9 metros por minuto (30 pies/min). ^{[10] [11]}

• Haldane introdujo tablas de descompresión basadas en cinco compartimentos de tejido con tiempos medios de 5, 10, 20, 40 y 75 minutos.
• La Marina de los Estados Unidos perfeccionó las tablas de Haldane e introdujo un modelo con nueve pañuelos. También introdujo cálculos para los descansos a partir de los 5 minutos y hasta los 240 minutos.
• El profesor Albert Bühlmann estableció tablas de descompresión para el buceo a gran altitud en lagos de montaña. Su modelo se basa en los principios de Haldan, pero sus tablas ZHL-16 consideraron 16 tejidos con tiempos medios de hasta 635 minutos e introdujeron factores que intentaron modelar la variación del límite de sobresaturación con la profundidad.

Trabajo e investigación relacionados con Haldane

John Scott Haldane

Haldane realizó muchas otras investigaciones relacionadas:

• Se creó la Revista de Higiene ^[12]
• Fabricó un dispositivo de descompresión para facilitar la asistencia a los buceadores profundos ^[13]
• Estableció procedimientos de descompresión para buceo con aire a 200 pies o 65 metros para la Marina Real en 1907, después de muchos experimentos con animales.
• Se describe el efecto Haldane , una propiedad de la hemoglobina ^{[4] [14]}
• Propuso una fórmula para determinar los coeficientes de saturación de diferentes tejidos del cuerpo, su ecuación se basa en la ley de Henry :

${\displaystyle T_{N_{2}}=T_{0}+(T_{f}-T_{0})\left(1-(1/2)^{t/t_{0}}\right)}$

dónde,

T : tensión (presión) del gas en los tejidos

T ₀ : tensión inicial

T _{N 2} : tensión actual de nitrógeno

T _f : tensión final

t ₀ : medio tiempo del compartimento

t : hora actual

Trabajo contradictorio

Aunque el modelo de Haldane sigue siendo la base de las tablas de descompresión modernas , las primeras tablas de descompresión de Haldane demostraron estar lejos de ser ideales. ^[4] La ecuación de Haldane se utiliza en muchas tablas de buceo y computadoras de buceo en la actualidad, aunque un número creciente de modelos de descompresión contradicen sus supuestos, como el

• Asimetría de los fenómenos de saturación de gases inertes (captación y eliminación), ^{[3] [15]}
• Desaturación según el memorando de Hempleman y los de Thalmann, teniendo en cuenta burbujas circulantes, VPM, Modelo de burbuja de gradiente reducido . ^{[16] [15] [17]}

Figuras y tablas de "La prevención de enfermedades causadas por el aire comprimido"

• 
  página 347, Figura 1, Saturación de nitrógeno
• 
  página 363, Figura 4, Desaturación de nitrógeno con diferentes partes del cuerpo con media saturación en 5-10-20-40-75 minutos
• 
  página 365, Figura 5, Desaturación de nitrógeno en diferentes tejidos corporales
• 
  página 367, Figura 6, Saturación de nitrógeno para diferentes tejidos corporales
• 
  página 442, Tabla de descompresión-I en pies y psi. " Paradas durante el ascenso de un buzo después de los límites ordinarios de tiempo desde la superficie ".
• 
  página 443, Tabla de descompresión II en pies y psi. " Paradas durante el ascenso de un buzo después de una demora que exceda los límites ordinarios de tiempo desde la superficie ".

Referencias

1. "La Unidad de Buceo Experimental de la Armada de los Estados Unidos"
2. Boycott, AE; Damant, GC; Haldane, JS (junio de 1908). "La prevención de enfermedades causadas por el aire comprimido". The Journal of Hygiene . 8 (3): 342–443. doi :10.1017/S0022172400003399. PMC  2167126 . PMID  20474365. Archivado desde el original el 24 de marzo de 2011 . Consultado el 12 de mayo de 2015 .{{cite journal}}: CS1 maint: URL no apta ( enlace )
3. von Lünen, Alexander (2006). "Cabras y gases: "La prevención de enfermedades causadas por aire comprimido" por Haldane et al. - Un comentario". Medicina ambiental y de la naturaleza . 17 (3): 195–196. doi :10.1580/06-weme-lh-028. ISSN  1080-6032. PMID  17078317.
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5. Wienke, BR (1989). "Transferencia de N2 y presiones críticas en compartimentos tisulares". Modelado matemático y computacional . 12 (1): 1–15. doi :10.1016/0895-7177(89)90442-1.
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7. Kellogg, R.H. (1978). ""La Pression barométrique": la teoría de la hipoxia de Paul Bert y sus críticos". Respir Physiol . 34 (1): 1–28. doi :10.1016/0034-5687(78)90046-4. PMID  360338.
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11. Carturan, D.; Boussuges, A.; Molenat, F.; Burnet, H.; Fondarai, J.; Gardette, B. (2000). "Velocidad de ascenso y burbujas venosas circulantes en el buceo recreativo". Revista internacional de medicina deportiva . 21 (7): 459–462. doi :10.1055/s-2000-7411. ISSN  0172-4622. PMID  11071045.
12. "Archivo de "La Revista de Higiene"".
13. Sekhar, KC; Rao, SSC Chakra (2014). "John Scott Haldane: El padre de la terapia con oxígeno". Revista India de Anestesia . 58 (3): 350–352. doi : 10.4103/0019-5049.135087 . ISSN  0019-5049. PMC 4091013 . PMID  25024490. 
14. Sekhar, KC; Rao, SSC Chakra (2014). "John Scott Haldane: El padre de la terapia con oxígeno". Revista India de Anestesia . 58 (3): 350–352. doi : 10.4103/0019-5049.135087 . ISSN  0019-5049. PMC 4091013 . PMID  25024490. 
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16. Hugon, J. (2014). "Modelos de descompresión: revisión, relevancia y capacidades de validación". Medicina submarina e hiperbárica . 41 (6): 531–556. ISSN  1066-2936. PMID  25562945.
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