この絵画「空気ポンプを使った鳥の実験」 （ジョセフ・ライト・オブ・ダービー 作、1768年）は、ロバート・ボイル が1660年に実際に行った実験を描いたものである。 ダイビング における減圧とは、潜水終了時の浮上中、または高圧環境下での潜水中にダイバーが経験する周囲圧力 の低下を指し、圧力の低下そのものと、この圧力低下中に 組織から溶解した 不活性ガスを 排出するプロセスの両方を意味します。
ダイバーが水柱を潜降すると、周囲の圧力 が上昇します。呼吸ガス は周囲の水と同じ圧力で供給され、このガスの一部はダイバーの血液やその他の組織に溶け込みます。不活性ガスは、ダイバーの体内に溶け込んだガスがダイバーの肺 内の呼吸ガスと平衡状態になるまで（「飽和潜水 」を参照）、またはダイバーが水柱を上昇して呼吸ガスの周囲圧力を下げ、組織に溶け込んだ不活性ガスの濃度が平衡状態よりも高くなり、再び拡散し始めるまで、体内に取り込まれ続けます。窒素 やヘリウムなどの溶存不活性ガスは、ダイバーの体内の溶存ガスの 分圧が 周囲 圧力に比べて高すぎると、ダイバーの血液や組織に気泡を形成することがあります。これらの気泡、および気泡によって引き起こされる損傷生成物は、一般的に減圧症 潜水病 として知られる組織の損傷を引き起こす可能性があります。制御減圧の当面の目標は、ダイバーの組織内に気泡が形成される症状の発現を回避することであり、長期的な目標は、臨床症状を伴わない減圧症による合併症も回避することである。
減圧症の症状は、組織内に不活性ガスの気泡が形成・成長することによる損傷、および気泡形成と組織損傷の結果として生じ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ることが知られています。気泡形成の正確なメカニズムと、それが引き起こす損傷については、長年にわたり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やアルゴリズムが提案、検証、使用されてきましたが、通常はある程度の有用性はあるものの、完全に信頼できるものではないことがわかっています。減圧は依然としてリスクを伴う手順ですが、そのリスクは軽減されており、商業潜水、軍事潜水、レクリエーション潜水といった十分に検証された範囲内の潜水においては、一般的に許容できると考えられています。
減圧に関する最初の実験記録は、ロバート・ボイルによって行われた。彼は原始的な 真空ポンプ を用いて、実験動物を周囲の圧力を下げた状態に置いた。初期の実験では、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が観察された。その後、技術の進歩により、水の浸入を防ぐために鉱山やケーソンを加圧することが可能になると、鉱夫がケーソン病、減圧症、減圧症として知られるようになる症状を示すことが観察された。これらの症状が気泡によって引き起こされ、再加圧によって症状が緩和されることが認識されると、その後の研究により、緩やかな減圧によって症状を回避できることが示され、低リスクの減圧プロファイルや減圧症の治療法を予測するための様々な理論モデルが導き出された。
タイムライン 1942年から1943年にかけて、英国政府は潜水士における酸素中毒に関する広範な試験を実施した。 1889年にモワールが設計したエアロックは 、ニューヨーク市のハドソン川トンネル 建設時に初めて使用された。
初期の減圧理論では、減圧中に組織内で不活性ガス気泡の形成を回避できると一般的に想定されており、減圧表やアルゴリズムの目的は、減圧時間を最小限に抑えながら気泡の形成を防ぐことでした。ほとんどの溶解相モデルは灌流制限型であり、主にコンパートメントの数、半減期の範囲、想定される過飽和許容範囲が異なります。これらのモデルは一般的にハルデーンモデルと呼ばれています。[ 72 ]
ジョン・スコット・ホールデンは、 安全な減圧手順を開発するために英国海軍から依頼を受けた。当時の方法はゆっくりとした直線減圧であったが、ホールデンは、上昇の初期段階で窒素が蓄積されるため、この方法は効果的ではないと懸念していた。[ 73 ]
ホールデンの仮説は、潜水士は過飽和度が臨界過飽和度に達するがそれを超えない深度まで直ちに浮上できるというもので、その深度ではガス放出のための圧力勾配が最大化され、減圧が最も効率的になる。潜水士はこの深度にとどまり、飽和度が十分に低下してさらに10フィート浮上し、新たな臨界過飽和度深度に到達し、そこで潜水士が安全に水面に到達できるまでこのプロセスが繰り返される。ホールデンは、溶解窒素圧力と周囲圧力の臨界比が深度に関係なく一定であると仮定した。[ 73 ]
多数の減圧実験がヤギを用いて行われ、ヤギを想定飽和状態まで3時間圧縮し、表面圧力まで急速に減圧し、減圧症の症状を調べた。絶対圧2.25バール以下まで圧縮されたヤギは、表面まで急速に減圧した後、減圧症の兆候を示さなかった。6バールまで圧縮され、2.6バールまで急速に減圧されたヤギ（圧力比2.3対1）も、減圧症の兆候を示さなかった。ハルデインと彼の同僚は、圧力比2対1での飽和状態からの減圧では症状が生じる可能性は低いと結論付けた。[ 74 ]
これらの知見から定式化された減圧モデルは、以下の仮定に基づいている。[ 11 ]
生体組織は、体の部位によって飽和速度が異なる。飽和時間は数分から数時間まで様々である。 飽和速度は対数曲線に従い、ヤギでは約3時間、ヒトでは約5時間で飽和が完了する。 脱飽和プロセスは、気泡が発生していない限り、飽和と同じ圧力/時間関数（対称）に従います。 気泡形成を防ぐには、遅い組織が最も重要である。 減圧時の圧力比が2対1であれば、減圧症の症状は発生しない。 周囲の大気圧の2倍を超える溶存窒素の過飽和状態は危険である。 高圧からの効率的な減圧は、まず絶対圧力を急速に半分に減らすことから始め、その後、組織内の分圧がどの段階においても周囲圧力の約2倍を超えないように、よりゆっくりと圧力を上げていくべきである。 異なる組織は半減期が異なる組織グループとして指定され、4回の半減期（93.75%）後に飽和状態に達したとみなされた。 5つの組織区画が選択され、半減期は5、10、20、40、75分であった。[ 75 ] 減圧停止には10 フィートの深度間隔が選択された。[ 11 ]
減圧表 このモデルは、一連の表を計算するために使用されました。この方法は、深度と時間の曝露を選択し、その曝露の終了時に各組織区画内の窒素分圧を計算することを含みます。[ 11 ]
最初の停止深度は、最も高い分圧を持つ組織区画から求められ、最初の減圧停止深度は、この分圧が臨界圧力比を超えない範囲で最も近い標準停止深度である。[ 11 ] 各停留所での所要時間は、すべての区画の分圧を次の停留所（水深10フィート浅い場所）で安全なレベルまで下げるのに必要な時間です。 [ 11 ] 最初の停止を制御するコンパートメントは通常最も速い組織ですが、これは一般的に上昇中に変化し、より遅い組織が浅い停止時間を制御するようになります。底にとどまる時間が長く、遅い組織の飽和に近づくほど、最終停止を制御する組織は遅くなります。[ 11 ] 1906年にチャンバーテストと2人のダイバーによるオープンウォーターダイビングが行われた。ダイバーはそれぞれの曝露から無事に減圧された。[ 11 ] [ 76 ]
アメリカ海軍の減圧表 米海軍の減圧表は、長年にわたって多くの改良が加えられてきました。それらは主に並列多区画指数モデルに基づいています。区画の数は変化し、浮上中の各区画における許容過飽和度は、実験的研究と減圧症の事例記録に基づいて大きく発展してきました。[ 77 ]
アメリカ海軍向けに最初に作成された減圧表は、1915年に建設修理局によって開発され、C&R表として知られるようになりました。これらはハルデーンモデルから派生したもので、空気による酸素減圧は最大300フィートの深さまで対応しており、300フィート をわずかに超える深さまで使用されました[ 78 ]。
潜水艦脱出訓練により、米海軍の隊員は、ハルデーンの許容過飽和比が速溶組織のものであったとしても不必要に保守的であると考えるようになった。計算値によれば、訓練生の過飽和度はハルデーンの限界を超えていたが、減圧症を発症しなかったからである。ハルデーンの5コンパートメントモデル（コンパートメント半減期は5、10、20、40、70分）の許容過飽和比を導出するために、3年間で多数（2143）の実験潜水が行われた。この実験作業から得られた臨界過飽和度の値は、各組織コンパートメントで異なっていた。遅溶組織（75分と40分）の値はハルデーンの発見に近い値であったが、速溶組織ではかなり高い値が見つかった。これらの値は非常に高かったため、研究者らは5分と10分の組織は減圧症の発症には関係ないと結論付けた。これらの結論に基づいて、5分および10分の組織を除外した一連の表が計算された。[ 15 ]
ヤーボローの1937年の表は、ハルデーン3区画モデルに基づいており、区画の半減期は20分、40分、70分でした。上昇速度は 毎分25フィートに設定されましたが、これは標準服を着たダイバーを引き上げるのに都合の良い速度でした。[ 15 ]
1956年の表 ファン・デル・アウエは1950年代初頭に水面減圧と酸素使用の手順に取り組み、その研究の中で1937年の表に長時間の潜水に関する問題があることを発見した。また、1930年代に削除された高速組織が場合によっては減圧を制御することも発見したため、高速コンパートメントをモデルに再導入し、長時間の潜水をより適切にモデル化するために、さらに低速コンパートメントを追加した。[ 79 ]
1956年モデルの仮定: [ 79 ]
ガスが指数関数的に取り込まれ、排出される6つの並列組織コンパートメントがあり、コンパートメントの半減期は5、10、20、40、80、120分である。[ 79 ] 対称的な取り込みと排出の半減期（各区画における取り込みと排出の半減期が同じ）[ 79 ] 過飽和比は周囲圧力の増加に伴って直線的に減少し（M値）、各区画ごとに異なる。[ 79 ] [ 80 ] 各組織区画は、6回の半減期で完全に飽和/脱飽和すると想定されています。これは、最も遅い（120分）区画の脱飽和に12時間かかることを意味します。したがって、これらの表では、潜水前の12時間の水面休息は反復的とはみなされません。[ 79 ] 上昇速度は、軍事スキューバと水面供給式潜水作戦の実用的要求の妥協点として、毎分60フィートに設定された。[ 81 ]
反復潜水は、最も遅い区画を使用して表面からのガス放出を制御することで、テーブル内で対応されました。[ 82 ]
120分間の区画が反復潜水に対して制御効果を発揮するためには、最低10分間の水面休息が必要であることがわかった。[ 83 ]
米海軍の特殊暴露表 米海軍の1956年の表は、水深100フィート以上で2～4時間以上潜水する場合に問題があることがすぐに判明した。 [ 84 ]
米海軍の異常曝露表は、ワークマンが開発した8コンパートメントのハルデーンモデルを使用しており、半減期は5、10、20、40、80、120、160、240分です。反復潜水用の米海軍航空表の他の部分とは互換性がありませんが、便宜上、標準的な米海軍航空表に添付されています。[ 84 ] [ 85 ]
アメリカ海軍のテーブルに対する初期の変更点のいくつかは、レクリエーションダイビングコミュニティによるレイアウトの変更でした。これらには以下が含まれます。[ 86 ] [ 87 ]
Nu-Way反復潜水テーブル Dacor 「計算不要のダイビングテーブル」NAUIテーブル（オリジナル版）
修正版アメリカ海軍1956年版表 減圧理論は厳密な科学ではありません。減圧モデルは、十分に理解されておらず、かなり複雑な生理学的プロセスを単純な数学モデルで近似し、使用者への傷害リスクを許容できるほど低く抑えた有用な手順を生み出すことを期待しています。新しい情報により、理論やモデルを修正してより信頼性の高い結果を得ることが可能になり、より高速で強力なコンピュータプロセッサが低コストで利用できるようになったことで、より徹底的な数値計算法がより実用的になり、現在では、はるかに複雑なモデルの計算もリアルタイムで十分に可能になっています。[ 88 ]
研究者たちが既存の表を修正し、新しいモデルを開発するようになった背景には、いくつかの要因がある。
ドップラー気泡検出 により、モデルは症状性DCSではなく気泡形成をエンドポイントとして使用できる。[ 89 ] カタリーナ海洋科学センターのアンドリュー・ピルマニス博士は、安全停止の使用によりダイバーの気泡形成が大幅に減少することを示した。[ 89 ] 多くの減圧モデルでは、1956年の米国海軍の表の60 fpm (18 m/分) よりも遅い上昇速度が使用されています (2008年の米国海軍の表では上昇速度が30 fpm (9 m/分) に下げられています)。[ 71 ] [ 89 ] 複数回の反復潜水。米海軍の潜水表は1回の反復潜水用に設計されており、複数回の反復潜水にその使用を拡大することの安全性について懸念があった。この問題に対処するため、一部の潜水表は反復潜水の許容潜水時間を短縮するように修正された。[ 89 ] 窒素保持時間の延長。半減期コンパートメントを長くすることで、より長い期間にわたる残留窒素の蓄積を考慮に入れることができる。[ 89 ]
ジェプセンテーブル ジェプセンは、米国海軍の表に最も簡単な変更を加え、それ以外は変更されていない表に新しい線を引いて無停止制限時間を短縮した。ダイバーは変更された無停止制限時間内に留まることが推奨された。新しい時間制限のいずれかが米国海軍の表に記載されていない場合は、次に短い表のエントリを選択することになっていた。[ 88 ]
バセットテーブル これらの表は、1956年の米国海軍の表とブルース・バセットが推奨した無減圧限界に基づいて作成された。[ 51 ]
テーブルルールと解凍要件にも変更が加えられました。[ 51 ]
上昇速度は 毎分10メートル。 9メートルを超える深さでのダイビングでは、可能な限り水深3～5メートルで3～5分間の安全停止を行うことを推奨します 。 反復グループの計算には、総潜水時間が使用されます。
NAUIテーブル 最初の NAUI テーブルは、再フォーマットされたもののそれ以外は変更されていない米国海軍の 1956 年のテーブルに基づいており、1980 年代初頭に発行されました。[ 87 ] [ 90 ]
次のバージョンは、以下の修正を使用した米国海軍1956年版表のNAUIによる修正版で、[ 51 ]
減圧制限は引き下げられていません。ほとんどの場合、これにより反復群は1文字下にずれますが、50fswでは2文字、40fsw では3文字ずれます。 すべての潜水後には、水深15フィートで3分間の予防的減圧停止（安全停止）を 行うことが推奨されますが、安全停止に費やした時間は、反復グループの計算に使用される時間には含まれません。 連続潜水の間には、少なくとも1時間の水面休息時間を設けることを推奨します。 繰り返し潜水できる深度は100フィート（約30メートル）までです。反復潜水とは、前回の潜水から24時間以内に行われた潜水と定義される（これにより、最も反応の遅い組織が大気圧と平衡状態になる時間を確保できる）。 必要な減圧はすべて、停止深度15 フィート（約4.6メートル）で行われます。 NAUI は 1995 年の DCIEM スポーツテーブルをすべての NAUI コースで使用するために採用し、これらは 2002 年に RGBM ベースのテーブルに置き換えられるまで使用されました。[ 91 ] [ 68 ]
NAUI RGBM TrimixおよびNitroxテーブル（1999年著作権取得）も公開されている。[ 67 ]
パンドラテーブル これらのテーブルはパンドラ号の残骸の発掘に使用するために設計された[ 51 ]
水深30 フィート（海水 ）以上の表の値は1～4分短縮され、ダイバーはより早く高レベルの反復グループに入ることができた。[ 51 ] 反復潜水用の反復グループ選択表が修正された。最初の反復潜水では、米海軍の表と同じ反復グループ選択が使用されるが、その後の潜水では、同じプロファイルに対して海軍の表よりも高い反復グループに潜水者を配置する、より保守的な表が使用される。この傾向は、3回目と4回目の反復潜水でも継続される。[ 51 ] 繰り返し潜水する場合は、3 msw (メートル海水 ) (10 fsw)での安全停止 が必要です。2回目の潜水後は3分、3回目の潜水後は6分、4回目の潜水後は9分が必要です。[ 51 ] 最大上昇速度は10 msw/分（35 fsw/分）と規定された。[ 51 ]
ハギンズモデルと表 1981年、カール・ハギンズは、スペンサーの無減圧限界に従うように導出されたM値を使用して、米国海軍の6区画モデルを修正しました。これらの表は無減圧潜水専用であり、米国海軍の表と同じ形式で提示されています。[ 42 ]
米国海軍の表との大きな違いは、反復グループ指定子がすべての組織の窒素レベルを表しているのに対し、米国海軍の表は120分コンパートメントのみを表している点です。ハギンズの反復グループは、最も飽和した組織のM 0 の割合を示しており、これは表をマルチレベル潜水手順により適用しやすくすることを目的としています。[ 92 ]
ハギンズの表は公式にはテストされていませんが、1956年の米国海軍の表よりも保守的です。これらは、理論的に10～20％の確率で静脈気泡が発生する限界値から計算されています。[ 92 ]
レクリエーションダイビングプランナー（RDP）として知られる表は、レイモンド・ロジャースとDSAT（PADI Inc.の関連会社であるダイビングサイエンスアンドテクノロジー）によって、無停止ダイビング専用に開発およびテストされました。M値はスペンサーの無停止限界から導き出され、反復グループ指定子は60分間の組織コンパートメントに基づいています。この組み合わせにより、最初のダイビングはより保守的になりましたが、反復ダイビングは保守的ではなくなりました。[ 93 ]
RDPテーブルは無減圧潜水用に開発されたものですが、15 フィート水深で3分間の安全停止を推奨しています。無減圧限界を誤って超えてしまった潜水に対する緊急減圧も規定されています。[ 93 ]
RDPテーブルは2つの形式で利用可能です。
通常のテーブル 電子アプリ形式 円形計算尺型の計算機「ザ・ホイール」は、水深を5 フィート（約1.5メートル）間隔で、時間を1分単位で読み取ることができましたが、現在は販売されていません。その機能は電子フォーマットで利用可能です。 RDPは、1日で複数レベルの潜水と、1日に複数回の潜水を行う複数日間の潜水についてテストされました。テスト中に症状のある減圧症は発生しませんでした。[ 93 ]
チューリッヒ大学医学部高気圧医学研究所のAAビュールマン教授は、1960年代初頭にスイス表（ビュールマン表と呼ばれることが多い）を開発しました。このモデルはハルダニアンモデルで、半減期が2.65分から635分までの16の組織コンパートメントがあり、それぞれ組織と周囲圧力に応じて過飽和限界が直線的に変化します。また、絶対圧力に基づいているため、高地潜水への適用が容易です。[ 47 ]
スイスの標高表一式は、0～700m 、701～1500m 、1501～2500m 、2501～3500mの4つの高度範囲の表で構成されています。上昇速度は1分あたり10m に設定されました。 [ 47 ]
停止制限や減圧スケジュールは、米海軍の空気テーブルよりも保守的な傾向がある。[ 94 ]
スイスの表は、反復潜水計算の制御に80分間の組織コンパートメントを使用しており、この用途では米海軍の表よりも保守的ではない傾向がある。[ 94 ]
スイスのスポーツダイビングテーブル 1986年にビュールマンモデルがレクリエーションダイバー用の潜水表を作成するために使用されました。1つのセットは海抜0～700m（0～2300 フィート）の高度用で、もう1つは701～2,500m （2,300～8,202 フィート） の高度用です。繰り返しグループ指定子は80分コンパートメントに基づいています。[ 42 ]
ドイツの表は、マックス・ハーン博士がビュールマンZH-L 16 モデルの派生版を使用し、2.65分から635分までの半減期を用いて開発しました。高度範囲0～ 200m、201～700m 、701～1,200mの3つのセットが発表されました 。繰り返しグループの指定子は80分間隔に基づいています。[ 42 ]
水深計の誤差を考慮するため、表の水深には安全係数が加算された。計算に使用された水深は、2 つの低高度表に記載されている水深より 2.4% 高く、 最高高度表に記載されている水深より 3% + 1 msw 高い。[ 42 ]
MN 90 表の作成に使用された数学モデルはハルダニアンであり、GERS (Groupe d'Etudes et Recherches Sous-marines) 1965 表にも使用されました。[ 5 ]
ホールデンが提唱した、上昇を制限する要因に関する仮定は以下のとおりである。
減圧時のガス交換は圧縮時と対称的である 血液と組織の交換の変化における気泡の役割は無視されている。 通常の減圧では気泡は発生しません。DCSは気泡が発生するときに起こります。 気泡は、溶解ガス圧と周囲の静水圧の比率が臨界値に達した区画に発生し、その区画が最大許容圧力区画の特徴を示す。 MN90モデルと表の使用に関する具体的な仮定と条件は次のとおりです。[ 5 ]
海面で空気を呼吸ガスとして使用するスキューバダイビングでは、ダイバーは最初に大気圧で飽和状態になります。 半減期が5分から120分までの12個の平行な組織区画があり、それぞれに独自の臨界比がある。 上昇速度は、最初の停止地点までは毎分15～17メートルで、これはGERS 1965の表で使用されているものと同じです。最初の停止地点から地表までは、 毎分6メートルに減速されます。 生理学的観点からの参照集団は、1988年のフランス海軍に所属する医学的に適格なダイバー1095名に基づいている。 体重74kg ± 8kg 身長175.9± 5.7cm 年齢は32.3歳±6.1歳。 反復潜水における残留窒素量の計算には、120分潜水時の組織データのみが使用されます。120分潜水時の組織データの残留ガス含有量は、文字グループで示されます。文字グループは、水面休息時間に応じて変更されます。残留窒素時間は、反復潜水時のグループと深度から求められ、計画潜水時間に加算されます。 減圧停止は3 メートル間隔で行われます。 これらの表は実験的な潜水によって検証され、必要に応じて修正されています。 空気の使用が許可される最大深度は60mです。万が一、60mの深度制限を誤って超えてしまった場合に備え、62mと65m の減圧深度に関するデータも表に記載されています。 複数回の反復潜水に関する検証データがないため、反復潜水は1回のみ許可されます。 高度補正が利用可能です これらの表は、等価空気深度を計算することでナイトロックスにも使用できます。 酸素は、水深6メートル以下の水中での減圧を促進するために使用できる。これらの表の珍しい特徴は、潜水と潜水の合間に水面で純酸素を呼吸することによって残留窒素を低減するための表があることである。
非ハルデーン型溶解相モデル
英国海軍生理学研究所モデル 1950年代初頭、ヘンプルマンは毛細血管から組織へのガス移動の拡散律速モデルを開発した（ハルダニアンモデルは灌流モデルである）。このモデルの基礎は毛細血管から周囲の組織への放射状拡散であるが、毛細血管が平面内に密に詰まっていると仮定することで、中心面から組織への2方向への1次元線形バルク拡散に相当する「組織スラブ」モデルへと発展した。[ 56 ]
1972年のRNPL表は、修正されたヘンプルマン組織スラブモデルに基づいており、米国海軍の表よりも保守的である。[ 56 ]
RNPL表のバージョンは、1988年にBSAC'88表が作成されるまで、英国水中クラブ（BSAC）によって使用されていました。 [ 56 ]
DCIEMモデルと表 1960年代半ば、カナダ国防民間環境医学研究所はキッド/スタッブス直列減圧モデルを開発した。これは、並列モデルであり、すべての区画が周囲の分圧にさらされ、区画間でガスの交換は起こらないと仮定するハルダニアンモデルとは異なる。直列モデルは、拡散が一連の区画を通して起こり、そのうちの1つだけが周囲の分圧にさらされると仮定しており、実質的にはヘンペルマンのバルク拡散スラブモデルの区画化バージョンである。[ 48 ]
Kidd/Stubbsモデルには4つの直列コンパートメントがあり、[ 95 ]
DCIEM は長年にわたりモデルを継続的に評価し、修正してきました。1984 年に、数千回のドップラー評価潜水に基づいて改訂された表がリリースされました。[ 48 ] [ 95 ]
熱力学モデル ルメシュリエとヒルズは1965年に、トーレス海峡潜水技術の研究から生まれた熱力学的アプローチ に関する論文を発表し、従来のモデルによる減圧では気泡が形成され、減圧停止時に再溶解によって除去されるが、これは溶液中に除去されるよりも遅いため、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が重要であることを示唆している。[ 27 ] [ 28 ]
フランス初の公式（民間）空気減圧表は1974年に労働省によって発行された [ 38 ] [ 96 ]。
1982年、フランス政府は、MT74表が深刻な曝露に対して限界があることを示した潜水報告データベースのコンピュータ分析を使用してMT74表を評価する研究プロジェクトに資金を提供しました。[ 97 ] [ 98 ] 6m（水面供給）、12m （ウェットベル）、水面減圧、スプリットレベル潜水、反復潜水などのオプションを備えた完全な空気表セットが 1983年に開発されました。この初期モデルはすでに連続コンパートメント半減期の概念を実装していました。安全な浮上基準については、動脈気泡モデルは数学的に導出されず、Comexデータベースから選択された曝露に数式を当てはめることで経験的に近似が定義されました。当時、最も適合したのは、現在ABモデル-1と呼ばれる式で、これは選択されたComex作業現場で評価された一連の減圧表を計算するために使用されました。 1986年、若干の修正を経て、これらの表はComexの潜水マニュアルに組み込まれ、標準手順として使用されました。1992年には、これらの表は新しいフランスの潜水規則にTables du Ministère du Travail 1992、略してMT92表として組み込まれました。[ 66 ]
動脈気泡減圧モデル 動脈気泡モデルの基本的な仮定は、肺の濾過能力には赤血球サイズの閾値半径があり、特に上昇の最初の段階では十分に小さな減圧気泡が動脈側に通過できるというものである。上昇が進むにつれて気泡は大きくなり、肺毛細血管に捕捉される。これが、従来のドップラー測定で動脈循環に気泡が検出されなかった理由を説明できるかもしれない。[ 38 ]
動脈気泡の仮定は、肺機能によって減圧結果にばらつきを生じさせる可能性がある。最初の変数は個人の感受性である。肺の濾過能力は個人によって、また同じ個人でも日によって変動すると考えられるため、DCS感受性で観察されている、同じプロファイルのダイバー間、および同じダイバーの異なる機会間のばらつきを説明できる可能性がある。[ 99 ]
2 番目の変数は潜水条件に関連しており、CO 2 が肺フィルターに及ぼす影響を推測しています。 CO 2 のレベルが上昇すると、肺の濾過能力が低下し、気泡が循環の動脈側に通過する可能性があります。2 の保持と高炭酸ガス血症に関連する潜水状況は、タイプ II DCS のリスクが高いことと関連していると考えられます。これは、すべて高レベルの CO 2 に関連する以下の状況がDCS の要因として特定されている理由を説明できる可能性があります。[ 38 ]
不安とストレス、 激しい運動による疲労または過呼吸、 寒い、 呼吸が大変だ。 動脈気泡モデルは、動脈気泡の予期せぬ発生も説明できる。可能性の一つとして、心臓または肺のシャントによって気泡が静脈側から動脈側に通過するということが考えられる。卵円孔開存 （PFO）は、特定の条件下でのみ開くと考えられている。[ 100 ] [ 101 ]
2つ目の状況は、減圧中に圧力が上昇し、通常の減圧過程で肺に閉じ込められていた気泡の直径が十分に小さくなり、突然毛細血管を通過して、タイプII DCSの症状を引き起こす可能性があるというものです。これは、水中減圧と水面減圧の結果の違いを説明できるかもしれません。[ 102 ]
動脈気泡仮説は、上昇初期段階の重要な影響についても説明を与えている。症状を引き起こす気泡は、必ずしも症状の部位で発生するとは限らない。上昇開始時には気泡が成長する過程があり、気泡が臨界サイズに達するまで数サイクルにわたって続く可能性がある。臨界サイズに達すると、気泡は肺で濾過されるか、組織内で停止する。上昇開始後数分間に多数の小さな動脈気泡が発生することが、減圧症の症状の前兆であると考えられている。
このシナリオを減圧モデルに変換する試みが行われた。
動脈バブルモデルの仮定 [ 38 ] [ 99 ]
ダイバーは、加圧中に体組織に溶解する不活性ガスを含む圧縮ガス混合物を呼吸する。浮上が開始されると、適切な圧力勾配が生じた時点で不活性ガスは排出される。 気泡は通常、血管床で発生し、全身の静脈循環によって心臓へ運ばれ、その後肺へと運ばれる。 肺の血管系はフィルターとして機能し、直径の小さい毛細血管に気泡を捕捉する。そして、すぐ隣にある肺胞とのガス交換によって気泡は除去される。 制限要因は、肺血管系の濾過能力である。十分に小さな気泡であれば、肺を通過して全身循環に入ることができる。 大動脈弓を通過する血液中に気泡が含まれている場合、脳や脊髄などの神経組織に気泡が拡散する可能性が高い。 脳は飽和しやすい組織であり、減圧の初期段階で過飽和状態になる可能性がある。脳はガス貯蔵庫として機能し、局所的な気泡にガスを供給することで気泡の成長を促す。気泡は毛細血管を通って静脈側へ移動し、次のサイクルに進む場合もあるが、閉じ込められてその場で成長し、局所的な血流制限と虚血を引き起こす可能性がある。これが中枢神経症状へと発展する可能性がある。 同様に、動脈気泡が脊髄に到達し、局所的なガス濃度が高いためにその場で成長し、脊髄神経症状を引き起こす可能性がある。 減圧の過程で、気泡が大きくなり、特に靭帯や腱などの硬い組織において局所的な変形を引き起こし、痛みが生じる場合がある。 動脈気泡モデルの導出
減圧表の計算には、動脈気泡モデルの仮定に基づくモデル（動脈気泡モデルバージョン2、またはABモデル2）が開発されました。この気相モデルは、コンパートメント時定数の値が小さい場合に許容勾配を低減する補正係数に関連付けられた、古典的な「M値」と比較できる方程式を使用します。
その結果、従来の溶解相減圧モデルよりも深い停止状態が導入されることになる。
動脈気泡仮説の説明では、2つの状況を考慮しています。[ 103 ]
減圧開始時、酸素飽和度低下中に動脈気泡が神経組織に到達することが、重要な事象であると考えられている。気泡、血液、および周囲組織の間でガス交換が行われる。気泡の半径が臨界サイズを超えなければ、その場で成長せず、最終的にはその部位から消失する。臨界サイズを超える気泡は、その部位の循環を遮断し、影響を受けた組織に虚血を引き起こす。臨界気泡半径の基準は、ガス交換のバランスを制御することでII型神経症状を回避するための、安全な浮上速度の戦略を策定するために用いられる。 減圧の後期段階では、関節内の隣接組織から大量の溶解ガスを取り込んだ気泡が、I型減圧損傷の重大な原因と考えられています。気泡が臨界体積に達すると、近傍の神経終末に機械的な影響を与え、腱に局所的な痛みを引き起こすと想定されています。この臨界気泡体積の基準は、気泡体積の増大を制限することで、減圧のこの段階における安全な浮上戦略を制御するために用いられます。 臨界体積の概念は、ヘネシーとヘンプルマンによって開発され、上昇中の溶存ガス濃度と安全な周囲圧力を関連付ける単純な数学的条件が考案された。
P組織 ≤ a×P環境 + b ここで、P tissue は溶存ガス張力、P ambient は 周囲圧力、a と b は 2 つの係数です。これは溶存ガスと周囲圧力の間の単純な線形関係であり、M 値と同じ数学形式を持ち、係数の値は実験的に決定されます。このことから、M 値を使用するすべてのハルデーンモデル (EL モデルに基づく以前の米国海軍の表、Bühlmann の表、およびすべてのフランス海軍の表を含む) は、著者が他の解釈を主張したとしても、臨界体積基準の表現とみなすことができると考えられます。[ 103 ]
米海軍ELアルゴリズムと2008年の表 圧力の段階的な増加と減少に対する組織コンパートメントの応答は、指数関数的-指数関数的応答と、線形-指数関数的取り込みおよび洗い出しの2つの可能性を示している。 単純な対称指数関数的ガス動態モデルの使用により、より遅い組織からの排出をもたらすモデルの必要性が明らかになった。[ 104 ] [ 104 ]
このモデルは元々、定酸素分圧閉回路リブリーザーの減圧コンピュータをプログラミングするために開発されました。[ 105 ] [ 106 ] [ 107 ]
線形成分は、組織圧が組織区画に固有の一定量だけ周囲圧を超えるときにアクティブになります。組織圧がこのクロスオーバー基準を下回ると、組織は指数関数的動力学でモデル化されます。ガスの取り込み中は、組織圧が周囲圧を超えることはないため、常に指数関数的動力学でモデル化されます。これにより、取り込みよりも排出が遅いという望ましい非対称特性を持つモデルが得られます。[ 108 ]
これらのアルゴリズムと表の開発中に、成功したアルゴリズムを使用すれば、現在米国海軍潜水マニュアルにあるさまざまな空気およびナイトロックス潜水モードの既存の互換性のない表のコレクションを、2007年にGerthとDooletteによって提案された単一のモデルに基づく相互に互換性のある減圧表のセットに置き換えることができると認識されました。これは、2008年に発行された米国海軍潜水マニュアルの改訂6で行われましたが、いくつかの変更が加えられました。
EL-リアルタイムアルゴリズムの独立した実装は、ED Thalmannの指導の下、ダイバーが携行する海軍ダイブコンピュータ用にCochran Consulting, Inc.によって開発された。
生理学的解釈 Ball、Himm、Homer、Thalmannらが報告した理論的な気泡成長モデルのコンピュータテストにより、確率的LEモデルで使用される3つのコンパートメント（高速（1.5 分）、中間（51 分）、低速（488 分）の時定数を持つ）の解釈につながる結果が得られた。このうち、減圧中に線形運動学的修正を使用するのは中間コンパートメントのみであり、これらは解剖学的に識別可能な異なる組織を表しているのではなく、DCSリスクの異なる要素に関連する3つの異なる運動学的プロセスを表している可能性がある。
彼らは、気泡の進化だけではDCSリスクのすべての側面を説明するには不十分であり、気相ダイナミクスと組織損傷の関係についてはさらなる調査が必要であると結論付けている。
BSAC '88 テーブルは、海面から高度 3000 メートルまでの計算不要の反復潜水ソリューションを提供する 4 つのテーブル セットの小冊子の形で発行されています。[ 112 ]
これらの表は、クラブがダイブコンピューターの汎用性に匹敵する表を求めていた際に、RNPL/BSACの表に代わるものとしてトム・ヘネシーによって開発されました。[ 113 ]
BSAC 1988 テーブルの理論モデルとアルゴリズムに関する情報はほとんど入手できないようです。分かっているのは、このテーブルはトム・ヘネシー博士によって英国水中クラブのレクリエーションダイビング用に特別に開発され、1988 年に公開されたということです。[ 112 ]
また、1988年には、TR Hennessyによる「圧力変化環境への人体曝露のモデリング」 というタイトルの章がEnvironmental Ergonomics誌 に掲載され[ 114 ]
ヘネシーは、組織の未溶解ガスと溶解ガスの含有量を直接的または間接的に独立して測定できない場合、減圧試験を通じて周囲圧力に対する安全な最大限界を正確に決定することはできず、ガス交換の包括的な生物物理モデルを体系的に開発することは不可能であると結論付けている。彼は、入手可能なデータと一致する最も単純なモデルとして、溶解ガスには最適な二重コンパートメントモデル、未溶解ガスには単一コンパートメントモデルを提案している。[ 113 ]
これらの表の設計に使用されたパラメータには以下が含まれます。[ 113 ]
減圧のたびに気泡が発生すると考えられている。 これらの気泡は、繰り返し潜水する際のガスの吸収と放出に影響を与え、気泡からの再溶解窒素、残留溶解窒素、および繰り返し曝露による窒素吸収の組み合わせにより、繰り返し潜水する際の飽和がより速くなる。 気泡は再加圧時にすぐには溶解せず、ガスの吸収速度は最初の潜水と繰り返し潜水で変化するため、安全な減圧を予測するための数理モデルでは、繰り返し潜水は異なる方法で処理する必要がある。 ガス排出速度はガス吸収速度とは非対称であると考えられており、潜水回数、深度、潜水時間が増加するにつれて、モデルはより保守的なものとなる。 BSAC'88テーブルは、連続潜水時に想定される吸気および脱気率の変動を考慮するために、AからGまでのラベルが付いた7つのテーブルを使用しています。 深度は3 メートル刻みで計測される。 従来の慣例とは大きく異なり、この表は水面を離れてから海底を離れるまでの時間として定義される海底滞在時間ではなく、 上昇中に水深6mに到達するまでの時間に基づいて作成されている。 6メートルまでの上昇速度は 、最大で 毎分15メートルに制限されています。 6 メートルの高さから地表までの上昇時間は1分でなければならない。 減圧停止は水深9mと6m 、そして水面で行われる。水面休息時間は減圧期間とみなされる。 波の中で一定の水深を維持するのが困難すぎるため、水深3メートル地点での停止は予定されていません。最初の潜水では表Aを使用し、潜水深度と潜水時間に基づいて潜水士に浮上コードが割り当てられます。少なくとも15分間の水面休息の後、潜水士は残留窒素負荷をモデル化した新しい現在の組織コードを選択でき、このコードを使用して反復潜水テーブルを選択します。[ 113 ]
BSAC'88の表は、ユーザーによる計算を必要としない形式で提示されています。[ 112 ]
透過率変動モデル この減圧モデルは、ハワイ大学のDE Yountらが、圧力変動にさらされた無生物系と生体
特定の「臨界」サイズよりも大きい核は、減圧中に成長します。[ 116 ]
気泡の大きさや数の増加は、気泡内の圧力バランス、気泡の「外皮」の物理的特性、および周囲の環境を表す要因に基づいて計算されます。気泡内のガスの総量が「臨界体積」未満であると予測される場合、ダイバーはモデルの安全限界内にいるとみなされます。
気泡モデルは、複数の並列組織コンパートメントモデルに重ね合わされています。ガスの吸入は、古典的なハルデーンモデルに従うと想定されています。
気泡核生成 半径が 1 ミクロンを超える気泡は静止した液体の表面に浮上するはずであるが、それより小さい気泡は表面張力によって急速に溶解するはずである。タイニー バブル グループは、安定な気体核の新しいモデルを開発し、実験的に検証することによって、この明らかな矛盾を解決することができた。
透過率変化モデルによれば、気泡核は単に安定した微小気泡である。これらの微小気泡の安定性は、界面活性分子からなる弾性スキンまたは膜によるものである。これらのスキンは通常ガスを透過し、圧縮強度によって崩壊が防止される。これらのスキンは、通常8気圧を超える大きな圧縮を受けると硬くなり、実質的にガスを透過しなくなる。 この段階では、ボイルの法則で予測されるように、さらなる圧縮中に内部圧力が上昇する。
基本的に、VPモデルには、皮膚の圧縮強度、初期半径、および不透過性の開始圧力という3つのパラメータがあります。
順序付け仮説 秩序仮説は、圧力スケジュールによって原子核が生成も破壊もされず、サイズによる初期の秩序が維持されると述べている。
順序付け仮説から、各気泡数は、気泡形成閾値にある「臨界」核の特性と挙動によって決定されることがわかる。臨界核よりも大きい核はすべて気泡を形成し、小さい核はすべて気泡を形成しない。さらに、同じ気泡数 N をもたらす圧力スケジュールのファミリーは、同じ臨界核、したがって同じ臨界半径、同じ崩壊圧縮、および同じ不透過性の開始によって特徴付けられる。
減圧モデルの開発 当初の仮定は、気泡の数は減圧応力に正比例するというものでした。このアプローチは長時間の露光にはうまく機能しましたが、露光時間が大きく変動する場合にはうまくいきませんでした。
短い潜水では長い潜水よりも多くの気泡が形成されるようにすることで、より良いモデルが得られました。一定の気泡数の仮定は、「動的臨界体積仮説」に置き換えられました。臨界体積基準の以前の適用と同様に、[ 120 ]
この仮説の「動的」な側面は、ガスが気相に出入りを続けていることである。[ 53 ]
蓄積された体積は、気泡数と過飽和度の積を積分し、肺によって継続的に散逸される自由ガスを差し引くことによって、時間の関数として計算されます。
ガスの吸収と排出は、従来のハルデーンモデルと同様に指数関数的であると仮定される。[ 53 ]
第一近似として、不活性ガスのみを考慮します。酸素分圧が 2.4 bar を超えると、動脈血に溶解している酸素の量が身体が使用できる量を超え、静脈と動脈の両方でヘモグロビンが酸素で飽和します。さらに酸素を加えると、静脈血中の酸素分圧が上昇します。[ 123 ]
VPMプロファイルと他のモデルとの比較 VPMプロファイルと極限曝露潜水におけるUSN減圧スケジュールとの比較では、総浮上時間は一貫して類似しているが、最初の減圧停止は著しく深くなる。
勾配低減バブルモデル ロスアラモス国立研究所のブルース・ウィンケ博士によって開発されたRGBMは、ハルダニアンモデルを改良し、減圧中の気相生成をモデル化するために気泡の力学を考慮に入れる係数を加えたハイブリッドモデルです。気泡係数はハルダニアンモデルのM値を修正し、より保守的なものにします。[ 124 ]
修正係数ξの特徴は次のとおりです。[ 124 ]
ξは、繰り返し系列の最初のダイブで最大値1から始まるため、モデルはより保守的になるか、変化しなくなります。 ξは繰り返し潜水すると減少する。 露光時間が増加するにつれて、ξは減少する。 ξは表面間隔の増加とともに増加する。 ξは、遅いコンパートメントよりも速いコンパートメントに大きな影響を与える。 ξは潜水区間の深度とともに減少する ξは、一連の潜水の中で前回よりも深い場所での反復潜水において、より大きな影響を与える。 その効果は、以下のカテゴリーにおいて、無減圧潜水時間を短縮するか、反復潜水における減圧要求量を増加させることである。
短い水面休息の後。 長時間の潜水後。 徹底的な調査の結果。 それらは、以前の潜水よりも深い場所にある。 このモデルは、Suuntoのダイブコンピューター[ 125 ] [ 126 ]
完全なRGBMは、結合した灌流拡散輸送を2段階のプロセスとして扱い、灌流は拡散による組織へのガス浸透の境界条件を提供する。どちらのプロセスも、時間と速度係数に応じて交換を支配する可能性がある。[ 127 ]
計算能力をあまり必要としない簡略化された実装が、個人用減圧コンピュータで使用できる。これらは灌流が支配的である。組織の固有の生物学的不飽和が計算で考慮される。[ 127 ]
このモデルでは、気泡核は常に特定のサイズ分布で存在し、圧縮と減圧によって一定数の気泡核が成長するように誘導されると仮定しています。上昇をモデル化するために反復計算を使用して、気相の合計体積を制限します。ヘリウム、窒素、酸素の混合ガスには、異なるサイズの気泡分布が含まれていますが、同じ相体積制限が使用されます。[ 128 ]
このモデルは、状態方程式によって定量化される数とサイズの分布で、水性および/または脂質のスキン構造を持つ気泡核を仮定しています。VPMと同様に、RGBMはサイズ分布が指数関数的に減少すると仮定しています。可変透過性モデルとは異なり、気泡シードはすべての圧力下でスキン境界を介したガス移動に対して透過性があると仮定されています。[ 128 ]
減圧中に成長する核の大きさは、過飽和勾配に反比例する。[ 128 ]
高圧下では、気泡核の表面張力によりガス拡散速度が低下します。このモデルでは、気泡表面は計算可能な時間スケールで界面活性剤によって安定化され、その結果、組織内での気泡核の持続時間が変化すると仮定しています。[ 128 ]
窒素以外の希釈ガスに対するモデルおよびアルゴリズムの変更 窒素と酸素の二成分混合物用に開発された減圧モデルとアルゴリズムは、他の希釈ガスを相当量含むガスには、代替または添加された希釈ガスの溶解度と拡散定数の違いを考慮するように修正しない限り使用できません。また、そのような修正をテストして、それによって作成されたスケジュールが許容できる安全性であることを確認することも非常に望ましいです。[ 129 ] [ 130 ]
代替希釈剤や複数の希釈剤を含めるように改良された減圧モデル
業務用ダイビングテーブル 商業的な海上潜水では、 Comex 、Oceaneering International (OI) Alpha テーブル、American Oilfield Diving (AOD) Company ガス テーブルなど、主要な商業潜水会社によって開発されたヘリオックス テーブルが大部分使用されていますが、米国海軍の部分圧力テーブルの修正版も使用されています。 [ 133 ] [ 133 ]
「Cx70」ヘリオックステーブルは、1970年から1982年にかけてComexによって開発され使用されました。これらのテーブルの1つのバージョンは、75mまでの水面供給潜水に使用され 、底ガスとしてヘリオックスを使用し、6m 停止時に加速減圧のために100%酸素を使用しました。もう1つは、最大120分間の閉鎖ベルバウンス潜水、および最大120mの深度で使用されました 。ダイバーは水中およびベル内でヘリオックスを呼吸し、デッキ減圧チャンバーに移送された後は空気を呼吸し、最後に12mから水面まで内蔵呼吸システム（BIBS）で酸素を呼吸しました 。これらのテーブルは、比較的高い減圧症の発生率をもたらしました。[ 103 ]
フランスのTables du Ministère du Travail 1974 (MT74) およびTables du Ministère du Travail 1992 (MT92) は、商業ダイビング用に特別に開発されました。
ノルウェーの潜水および治療に関する表 、ISBN 82-992411-0-3 NORSOK規格U100 2.24（有人水中作業用）で参照されているこれらの資料は、ノルウェー語、デンマーク語、英語のテキストで入手可能であり、商業潜水用に承認されています。[ 134 ] [ 135 ]
2016年のブラジルの飽和潜水手順は 北海の基準とコメックスの 経験に基づいており、水深350mswまでの減圧手順を規定している[ 41 ]。 [ 136 ] 。
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