減圧（ダイビング）

ダイバーの減圧とは、深度から浮上する際に経験する周囲圧力の低下です。また、ダイバーの体内に溶解した不活性ガスを排出するプロセスでもあります。この不活性ガスは、主に減圧停止と呼ばれる浮上中の一時停止中、および浮上後にガス濃度が平衡に達するまで、浮上中に蓄積されます。周囲圧力のガスを呼吸するダイバーは、圧力への露出と使用する呼吸ガスによって決まる速度で浮上する必要があります。フリーダイビングやシュノーケリングのときにのみ大気圧のガスを呼吸するダイバーは、通常、減圧する必要はありません。大気圧潜水服を使用するダイバーは、高い周囲圧力にさらされることがないため、減圧する必要はありません。

ダイバーが水中に潜ると、静水圧、したがって周囲圧力が上昇します。呼吸ガスは周囲圧力で供給されるため、このガスの一部はダイバーの血液に溶解し、血液によって他の組織に移動します。窒素やヘリウムなどの不活性ガスは、ダイバーの体内に溶解したガスがダイバーの肺の呼吸ガスと平衡状態になるまで吸収され続けます。平衡状態になった時点で、ダイバーはその深度と呼吸混合物に対して飽和状態になるか、深度、したがって圧力が変更されるか、呼吸ガス混合物を変更することでガスの分圧が変更されます。浮上中は周囲圧力が低下し、ある段階で、任意の組織に溶解した不活性ガスの濃度が平衡状態よりも高くなり、再び拡散し始めます。圧力低下が十分であれば、過剰なガスが泡を形成し、減圧症を引き起こす可能性があります。減圧症は、衰弱または生命を脅かす状態になる可能性があります。ダイバーは、過度の気泡形成と減圧症を避けるために減圧を管理することが不可欠です。減圧管理の失敗は、通常、溶解したガスの量を安全に除去できないほど急速に周囲の圧力を下げたことが原因です。これらの気泡は、組織への動脈血の供給を妨げたり、組織を直接損傷したりすることがあります。減圧が効果的であれば、ほとんどのダイビング後に存在する無症状の 静脈微小気泡は、肺胞毛細血管床にあるダイバーの体から除去されます。十分な時間が与えられなかったり、安全に除去できる量よりも多くの気泡が生成されたりすると、気泡のサイズと数が増加し、減圧症の症状や傷害を引き起こします。制御された減圧の当面の目標は、ダイバーの組織で気泡形成の症状が発生しないようにすることであり、長期的な目標は、無症状の減圧症による合併症を回避することです。

気泡形成のメカニズムと気泡が引き起こす損傷は、かなり長い間医学研究の対象となっており、いくつかの仮説が提唱され、検証されてきました。特定の高圧暴露に対する減圧スケジュールの結果を予測する表やアルゴリズムが提案され、テストされ、使用され、多くの場合、置き換えられてきました。常に改良され、一般的に許容できるほど信頼できると考えられていますが、個々のダイバーの実際の結果は、若干予測しにくいままです。減圧にはある程度のリスクが残りますが、これは現在、十分にテストされた通常のレクリエーションおよびプロのダイビングの範囲内でのダイビングでは、一般的に許容できると考えられています。それでも、現在一般的な減圧手順では、アルゴリズムで要求される停止に加えて、通常 3 ～ 6 メートル (10 ～ 20 フィート) で約 3 ～ 5 分間の「安全停止」を推奨しており、それ以外は連続的に停止せずに上昇する場合は 1 回が推奨されています。

減圧は連続的または段階的に行うことができます。段階的減圧浮上は、計算された深度間隔での減圧停止によって中断されますが、実際には浮上全体が減圧の一部であり、浮上速度は不活性ガスを無害に除去するために重要です。無減圧潜水、より正確には無停止減圧の潜水では、浮上速度を制限することで、最も速い組織で過剰な気泡形成を回避します。潜水直後の水面圧力での経過時間も減圧の重要な部分であり、潜水の最後の減圧停止と考えることができます。潜水後、体が不活性ガス飽和度の通常の大気レベルに戻るまでには、最大 24 時間かかることがあります。潜水と潜水の合間に水面で過ごす時間は「水面休息時間」と呼ばれ、次の潜水の減圧要件を計算するときに考慮されます。

効率的な減圧には、ダイバーが、症状を引き起こす気泡の発生を誘発することなく、安全に可能な限り多くの組織で高い減圧勾配を確立できるほどの速さで浮上する必要があります。これは、呼吸ガス中の酸素分圧を許容範囲内で最大限に高め、逆拡散気泡の形成や成長を引き起こす可能性のあるガスの変化を回避することで実現します。安全かつ効率的なスケジュールの開発は、さまざまな環境条件や作業負荷に対する個人の反応の違いなど、多数の変数と不確実性によって複雑になっています。

減圧理論は、周囲の圧力の変化にさらされた際に、呼吸ガスの不活性ガス成分が肺のガスからダイバーの組織へ、またその逆へ移動する過程を研究し、モデル化するものである。水中ダイビングや圧縮空気作業の場合、主に周囲の圧力が局所的な表面圧力よりも高いが、宇宙飛行士、高所登山家、非加圧航空機の乗員は、標準海面気圧よりも低い周囲の圧力にさらされる。^{[1] [2]}いずれの場合も、減圧症の症状は周囲の圧力が大幅に低下した後、数時間以内、時には数日以内に発生する。^[3]

液体へのガスの吸収は、特定の液体への特定のガスの溶解度、ガスの濃度（通常は分圧として表される）、および温度に依存する。減圧理論の研究における主な変数は圧力である。^{[4] [5] [6]}

一度溶解すると、溶解したガスの分布は、溶媒のバルクフローがない場合には拡散によって、または溶媒（この場合は血液）がダイバーの体の周りを循環し、ガスがより低濃度の局所領域に拡散できる灌流によって行われます。^[7]呼吸ガスの特定の分圧で十分な時間が与えられると、組織内の濃度は、溶解度、拡散速度、灌流に依存する速度で安定、または飽和します。これらはすべて、体のさまざまな組織で異なります。このプロセスはガス取り込みと呼ばれ、通常は逆指数関数プロセスとしてモデル化されます。^[7]

呼吸ガス中の不活性ガスの濃度がいずれかの組織の濃度よりも低くなると、ガスが組織から呼吸ガスに戻る傾向があります。これはガス放出と呼ばれ、減圧時に周囲の圧力の低下によって肺内の不活性ガスの部分圧が低下するときに発生します。このプロセスはガス泡の形成によって複雑になる可能性があり、モデル化はより複雑で多様です。^[7]

任意の組織におけるガスの総合濃度は、圧力とガス組成の履歴によって決まります。平衡状態では、溶解ガスの総濃度は周囲圧力よりも低くなります。これは、酸素が組織内で代謝され、生成された二酸化炭素がはるかに溶解しやすいためです。ただし、周囲圧力が低下すると、圧力低下の速度が、拡散と灌流によってガスが除去される速度を上回る場合があります。濃度が高くなりすぎると、過飽和組織で気泡形成が発生する段階に達する可能性があります。気泡内のガス圧が、周囲圧力と気泡-液体界面の表面張力の複合外部圧力を超えると、気泡が成長し、この成長によって組織が損傷する可能性があります。^[7]

溶解した不活性ガスが体内の組織内で溶け出して泡を形成すると、減圧症（DCS）と呼ばれる症状を引き起こす可能性があります。これはダイバー病、ベンド病、ケーソン病とも呼ばれます。しかし、すべての泡が症状を引き起こすわけではなく、ドップラー気泡検出では、比較的軽度の高圧曝露を受けた無症状のダイバーのかなりの数に静脈気泡が存在することが示されています。^{[8] [9]}

気泡は体のどの部分でも形成または移動する可能性があるため、DCS は多くの症状を引き起こす可能性があり、その影響は関節痛や発疹から麻痺や死亡まで多岐にわたります。個人の感受性は日によって異なり、同じ状況下でも個人によって影響の度合いが異なり、またはまったく影響がない場合があります。DCS の症状によるタイプの分類は、最初の記述以来進化しています。^[8]

ダイビング後の減圧症のリスクは、効果的な減圧手順によって管理することができ、ある程度予測不可能ではあるものの、現在では減圧症にかかることはまれである。その潜在的な重症度から、減圧症を予防するための研究が盛んに行われており、ダイバーはほぼ例外なく減圧テーブルやダイブコンピュータを使用して、曝露を制限または監視し、浮上速度と減圧手順を制御している。減圧症にかかった場合、通常は再圧チャンバーでの高圧酸素療法で治療する。早期に治療すれば、回復する可能性が大幅に高まる。^{[8] [9]}

フリーダイビングやシュノーケリングのときに大気圧下でのみガスを呼吸するダイバーは、通常、減圧する必要はありませんが、短い水面休息を挟んで深いフリーダイビングを繰り返すと、減圧症、またはタラバナになる可能性があります。^[10]

実際の拡散速度と灌流速度、および特定の生理組織におけるガスの溶解度は一般には知られておらず、かなり異なります。しかし、実際の状況を多かれ少なかれ近似する数学モデルが提案されています。これらのモデルは、特定のダイビングプロファイルで症状のある気泡形成が発生する可能性があるかどうかを予測します。これらのモデルに基づくアルゴリズムは、減圧表を作成します。^[7]個人用ダイブコンピューターでは、減圧状態のリアルタイム推定値が生成され、ダイバーに推奨される浮上プロファイルが表示されます。これには減圧停止が含まれる場合があります。^[11]

減圧モデル化には2つの異なる概念が用いられてきた。1つ目は、溶解ガスは溶解相で除去され、無症候性減圧中には気泡は形成されないと仮定するものである。2つ目は、実験的観察によって裏付けられており、ほとんどの無症候性減圧中に気泡が形成され、ガス除去には溶解相と気泡相の両方を考慮する必要があると仮定するものである。^[12]

初期の減圧モデルでは溶解相モデルが使用される傾向があり、症状のある気泡形成のリスクを減らすために実験観察から得られた係数によって調整されていました。^[7]

溶解相モデルには主に2つのグループがあります。並列コンパートメントモデルでは、ガス吸収速度（半減期）が異なる複数のコンパートメントが互いに独立して存在すると考えられ、限界条件は特定の曝露プロファイルの最悪のケースを示すコンパートメントによって制御されます。これらのコンパートメントは概念的な組織を表しており、特定の有機組織を表すものではありません。これらは単に有機組織の可能性の範囲を表しています。2番目のグループは直列コンパートメントを使用し、ガスが次のコンパートメントに到達する前に1つのコンパートメントを拡散すると想定しています。^[7]

最近のモデルでは、表の計算を容易にし、後にはダイビング中にリアルタイムの予測を可能にするために、これも通常は単純化されたモデルによって気泡のダイナミクスをモデル化しようとしています。気泡のダイナミクスを近似するモデルは多様です。溶解相モデルよりもそれほど複雑ではないものから、かなり大きな計算能力を必要とするものまであります。 ^[12]気泡モデルは、底部プロファイルと総浮上時間が溶解ガスモデルと同じダイビングでは、より効率的であることも、減圧症のリスクを軽減することも実験的に示されていません。限られた実験作業から、一部のダイビングプロファイルでは、より深い停止によるガスの吸入の増加により、より遅い組織でより大きな減圧ストレスが発生し、ダイビング後の静脈の気泡負荷が大きくなる可能性があることが示唆されています。^[13]

ダイバーによる減圧の実践は、選択された減圧モデルのアルゴリズムまたは表によって示されるプロファイルの計画と監視、ダイビングの状況に適した利用可能な機器、および使用する機器とプロファイルに許可された手順で構成されます。これらすべての側面において、幅広い選択肢があります。多くの場合、減圧の実践は、ダイバーの行動に追加の制約を課すフレームワークまたは「減圧システム」内で行われます。このような制約には、浮上速度の制限、減圧停止に加えて浮上中の停止、1 日に実施するダイビング回数の制限、1 週間内のダイビング日数の制限、多数の浮上と潜水を含むダイビング プロファイルの回避、ダイビング直後の重労働の回避、飛行前または高度上昇前のダイビングの禁止、^[14]および組織要件が含まれます。

減圧は連続的または段階的に行うことができ、段階的に行う場合は一定の深度間隔で停止して浮上を中断しますが、浮上全体が減圧の一部であり、浮上速度は不活性ガスを無害に除去するために重要です。^[15]一般に無減圧潜水、より正確には無停止減圧として知られているものは、過度の気泡形成を避けるために浮上速度を制限することに依存しています。^[16]

減圧に使用される手順は、ダイビングのモード、使用可能な機器、場所と環境、および実際のダイビングプロファイルによって異なります。適切な状況で許容できるレベルのリスクを提供する標準化された手順が開発されています。商業、軍事、科学、レクリエーションのダイバーによって異なる手順セットが使用されますが、同様の機器が使用されている場合はかなりの重複があり、すべての減圧手順に共通する概念もあります。

通常のダイビングの減圧手順は、無停止ダイビングのための連続浮上（浮上中に必要な減圧が発生し、そのために制御された速度に保たれる）から、^[16]オープンウォーターまたはベル内での段階的減圧、^{[17] [18]}または減圧シーリング後の減圧、飽和からの減圧（通常は飽和システムの一部である減圧チャンバー内で発生する）まで多岐にわたる。^{[19]減圧は、呼吸ガスの使用によって加速される場合がある。呼吸ガスは、}不活性ガスの逆拡散によって引き起こされる問題を回避しながら、許容される酸素含有量を最大化することで、呼吸混合物の不活性ガス成分の濃度差を増加させる。^[20]

治療的再圧は減圧症の治療のための医療処置であり、通常は比較的保守的なスケジュールに従って減圧が行われます。^[21]

減圧に直接関連する機器には以下のものがあります。

• 潜水計画に使用された減圧表またはソフトウェア、^[22]
• 深度と潜水時間を制御および監視するために使用される機器。
  • 個人用ダイビングコンピューター、深度計、タイマー、^[23]
  • ショットライン、表面マーカーブイ（SMB）、減圧ブイ（DSMB）、減圧トラピーズ^[23]
  • ダイビングステージ（バスケット）、ウェットベルとドライベル、
  • デッキと飽和減圧室^{[壊れたアンカー]}、^[24]と
  • 高圧治療室[ ^25]
• 減圧ガスの供給。減圧ガスには次のようなものがあります。
  • ダイバーが運んだもの^[23]
  • ダイバーの臍帯またはベル臍帯を介して水面から供給される^[24] 、または
  • 地上のチャンバー内に供給される。 ^[25]

減圧症の症状は、組織内での不活性ガスの気泡の形成と成長による損傷、および気泡形成と組織損傷に起因するガス気泡やその他の塞栓による組織への動脈血供給の遮断によって引き起こされます。 ^{[26] [27]}

気泡形成の正確なメカニズム^[28]とそれが引き起こす損傷は、かなり長い間医学研究の対象となっており、いくつかの仮説が提唱され、検証されてきた。特定の高圧曝露に対する減圧スケジュールの結果を予測するための表とアルゴリズムが提案され、テストされ、使用されてきたが、通常はある程度有用であるものの、完全に信頼できるわけではないことがわかった。減圧は依然としてある程度のリスクを伴う手順であるが、リスクは軽減されており、十分にテストされた商業、軍事、レクリエーションダイビングの範囲内でのダイビングでは一般的に許容できると考えられている。^[7]

減圧に関する最初の記録された実験はロバート・ボイルによって行われたもので、彼は原始的な真空ポンプを使用して実験動物を減圧状態に置いた。最初の実験では被験者は窒息死したが、後の実験では後に減圧症として知られるようになる症状の兆候が観察された。^[29]

その後、技術の進歩により、鉱山やケーソンを加圧して水の浸入を防ぐことが可能になると、ケーソン病、圧縮空気病、 ^{[30] [31] 、減圧症、 [29]}として知られるようになる症状^[29]を鉱夫たちが示すことが観察されました。

症状がガス泡によって引き起こされること、^[30]と再加圧によって症状が緩和されることが認識されると、^{[29] [32]} ポール・バートは1878年に減圧症は減圧中または減圧後に組織や血液から放出される窒素泡によって引き起こされることを示し、減圧症を発症した後に酸素を吸入することの利点を示しました。^[33]

その後の研究で、ゆっくりと減圧することで症状を回避できることが示され、^[30]その後、安全な減圧プロファイルと減圧症の治療法を予測するためのさまざまな理論モデルが導き出されました。^[34]

1908年、ジョン・スコット・ハルデーンは、症状のあるDCSのエンドポイントを使用したヤギの広範な実験に基づいて、英国海軍本部のために初めて公認された減圧表を作成しました。^{[18] [29]}

アメリカ海軍のジョージ・D・スティルソンは1912年にハルデーンの表をテストし改良し、^{[35]この研究は}アメリカ海軍潜水マニュアルの最初の出版とロードアイランド州ニューポートの海軍潜水学校の設立につながった。ほぼ同じ時期にレナード・アースキン・ヒルは連続均一減圧システムの開発に取り組んでいた^{[29] [32] 。}

1927年、ワシントン海軍工廠に海軍潜水・救助学校が再設立され、海軍実験潜水部隊（NEDU）が同じ場所に移転した。その後数年間、実験潜水部隊は米国海軍の空気減圧表を開発し、これが圧縮空気を使った潜水の世界標準となった。^[36]

1930年代には、ホーキンス、シリング、ハンセンがハルダネアンモデルのさまざまな組織コンパートメントの許容過飽和比を決定するために大規模な実験潜水を実施し、^[37] アルバート・R・ベンケらは再圧療法のための酸素の実験を行い、^[29]米海軍の1937年の表が出版されました。^[37]

1941年、高気圧減圧症は初めて高圧酸素療法で治療されました。^[38]改訂された米国海軍減圧表は1956年に出版されました。

1965年にルメスリエとヒルズは「トレス海峡の潜水技術に関する研究から生まれた熱力学的アプローチ」を発表し、従来のモデルによる減圧により気泡が形成され、減圧停止時に再溶解して除去されることを示唆した。これは、溶解したままの除去よりも遅い。これは、効率的なガス除去のために気泡相を最小限に抑えることの重要性を示している。 ^{[39] [40]} Groupe d'Etudes et Recherches Sous-marinesはフランス海軍MN65減圧表を発表し、グッドマンとワークマンは不活性ガスの除去を加速するために酸素を使用する再圧表を紹介した。^{[41] [42]}

王立海軍生理学研究所は1972年にヘンプルマンの組織スラブ拡散モデルに基づく表を出版し、^[43]ある不活性ガス混合物を吸入しながら別の不活性ガス混合物に囲まれた被験者の等圧逆拡散は1973年にグレイブス、イディキュラ、ランバートセン、クインによって初めて記述され、^{[44] [45]}フランス政府は1974年にMT74労働省の表を出版した。

1976年からは、減圧症の症状が現れる前に移動性静脈気泡を検出できる超音波検査によって減圧症検査の感度が向上しました。^[46]

ポール・K・ウェザースビー、ルイス・D・ホーマー、エドワード・T・フリンらは1982年に減圧症の研究に生存分析を導入した。 ^[47]

Albert A. Bühlmann は1984 年にDecompression-Decompression sickness を発表しました^。[17] Bühlmann は高所潜水に関連する問題を認識し、Haldane の許容過飽和度比が深度とともに直線的に増加するように修正することにより、特定の周囲圧力で組織に最大窒素負荷を計算する方法を提案しました。^[48] 1984 年に DCIEM (カナダの防衛民間環境医学研究所) は Kidd/Stubbs シリアル コンパートメント モデルと広範な超音波テストに基づいた非減圧表と減圧表を発表しました。^[49]またEdward D. Thalmann はUSN EL アルゴリズムと定常 PO _{2ナイトロックス閉回路リブリーザー アプリケーション用の表を発表し、1985 年に EL モデルを定常 PO 2}ヘリオックス CCRにまで拡張して使用しました。EL モデルはバブル モデルとして解釈できます。 1986年のスイスのスポーツダイビングテーブルはハルダニアンのビュールマンモデルに基づいており、^[50]英国の1987年のSAAビュールマンテーブルも同様でした。^[48]

DE YountとDC Hoffmanは1986年にバブルモデルを提案し、BSAC'88の表はヘネシーのバブルモデルに基づいていました。^[51]

1990年のDCIEMスポーツダイビング表は、生理学的モデルではなく実験データのフィッティングに基づいており、^[49] 1990年のフランス海軍海洋国家90（MN90）減圧表は、MN65表の以前のハルダネモデルを発展させたものでした。^[52]

1991年にDE Yountは、彼の以前のバブルモデルである可変浸透率モデルの発展について説明し、1992年のフランス民間労働省表（MT92）にもバブルモデルの解釈が記載されています。^[53]

NAUIは1999年にヴィーンケ縮小勾配気泡モデル（RGBM）に基づくトライミックスおよびナイトロックス表を発表し、 ^[54]続いて2001年にはRGBMモデルに基づくレクリエーション用空気表を発表しました^。[55]

2007年、ウェイン・ガースとデビッド・ドゥーレットは、タルマンELアルゴリズムに基づくテーブルとプログラムのVVal 18とVVal 18Mパラメータセットを公開し、水中の空気/酸素減圧と酸素での表面減圧を含む、空気とナイトロックスのオープンサーキットとCCR用の内部互換性のある減圧テーブルセットを作成しました。^[56] 2008年、米国海軍潜水マニュアル改訂第6版には、ガースとドゥーレットが開発した2007年版のテーブルが含まれていました。

• 減圧実習 - ダイバーの安全な減圧のための技術と手順
• 減圧症 – 溶解したガスが組織内で泡を形成することで起こる障害
• 減圧理論 – 減圧生理学の理論的モデル化
• 等価空気深度 - 空気と特定のナイトロックス混合物の減圧要件を比較する方法
• 等価麻酔深度 – 混合潜水ガスの麻酔効果を空気と比較する方法
• 減圧研究と開発の歴史 - ダイビングの減圧の歴史における注目すべき出来事の時系列リスト。
• 高圧治療スケジュール – 医療処置として指定された呼吸ガスを使用した高圧曝露の計画
• 酸素ウィンドウ – 静脈血中の総溶解ガス濃度に対する酸素代謝の生理学的影響
• 減圧の生理学 – 減圧理論と実践の生理学的基礎
• 減圧モデル:
  • ビュールマン減圧アルゴリズム – 圧力変化による組織不活性ガスの吸収と放出の数学的モデル
  • ハルデーンの減圧モデル – ジョン・スコット・ハルデーンが開発した減圧モデル
  • 低減勾配バブルモデル – 減圧アルゴリズム
  • タルマンアルゴリズム – ダイバーの減圧のための数学モデル
  • 減圧の熱力学モデル – 組織内で形成される気泡の体積によって減圧が制御される初期のモデル
  • 可変浸透率モデル – 気泡物理学に基づく減圧モデルとアルゴリズム

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ウィキメディア・コモンズには、減圧 (ダイビング)に関連するメディアがあります。

• NOAA のダイビングテーブル
• ドイツのBGV C 23表、減圧計画の簡略化された手順を許可