窒素中毒

不活性ガス中毒 [窒素中毒]
ダイバーは、麻酔の影響を避けるために、深海潜水時に酸素、ヘリウム、窒素の混合ガスを呼吸します。シリンダーのラベルには、最大作動深度と混合ガス（酸素/ヘリウム）が表示されています。
専門	医療毒物学

潜水中の麻酔（窒素麻酔、不活性ガス麻酔、深海の恍惚、マティーニ効果とも呼ばれる）は、深いところで潜っているときに起こる意識の可逆的な変化である。これは、高分圧の特定のガスの麻酔効果によって引き起こされる。ギリシャ語のνάρκωσις（narkōsis）「麻痺させる行為」は、ホメロスとヒポクラテスが使用した用語νάρκη （narkē）「麻痺、無気力」に由来している。^{[1]麻酔は、}酩酊状態（アルコール中毒）や亜酸化窒素吸入に似た状態を引き起こす。浅い潜水中に起こることがあるが、通常、深さ30メートル（98フィート）未満では顕著にならない。

ヘリウムとおそらくネオンを除いて、呼吸できるガスはすべて麻酔作用があるが、その程度は大きく異なる。^{[2] [3]}脂溶性 が高いガスの方が一貫して効果が大きく、この現象のメカニズムはまだ完全には解明されていないものの、2つの特性が機構的に関連しているという十分な証拠がある。^[2]深度が増すにつれて、精神障害が危険になる可能性がある。ダイバーは麻酔の影響の一部に対処することを学ぶことはできるが、耐性をつけることは不可能である。麻酔はすべての常圧ダイバーに影響を与える可能性があるが、感受性は個人差が大きく、またダイビングごとに大きく異なる。その予防と管理を行う水中ダイビングの主な方法は、スキューバダイビングと、水深30メートル（98フィート）を超える 水面供給ダイビングである。

麻酔は、浅い水深に浮上することで数分で完全に回復し、長期的な影響はありません。したがって、ダイバーが症状に気付いていて、浮上して対処できる限り、オープンウォーターでのダイビング中の麻酔は深刻な問題になることはめったにありません。40 m (130 フィート) よりはるかに深い水深へのダイビングは、一般的にレクリエーション ダイビングの範囲外と見なされます。より深い水深へのダイビングでは、麻酔と酸素毒性が重大なリスク要因となるため、トリミックスやヘリオックスなどの混合ガスが使用されます。これらの混合ガスは、呼吸ガスの不活性部分の一部またはすべてを非麻薬性ヘリウムに置き換えることで、麻酔を防止または軽減します。二酸化炭素の毒性と不活性ガスの麻酔の間には相乗効果があり、これは認識されていますが、完全には理解されていません。ガス密度による呼吸作業量の増加が発生する状況では、この影響が悪化する傾向があります。^[4]

麻酔は高圧のガスを吸入することで起こり、関与する主なガスによって分類できる。ヘリウムとおそらくネオンを除く希ガス^{[2] 、}窒素、酸素、水素は精神機能の低下を引き起こすが、精神運動機能（感覚または認知プロセスと運動活動の調整に影響を与えるプロセス）への影響は大きく異なる。二酸化炭素の影響は、精神機能と精神運動機能を一貫して低下させることである。^[5]希ガスのアルゴン、クリプトン、キセノンは、所定の圧力では窒素よりも麻酔作用が強く、キセノンは麻酔作用が非常に強いため、80%の濃度で通常の大気圧で麻酔薬として使用できる。キセノンは歴史的に高価すぎて実際にはあまり使用されなかったが、外科手術には効果的に使用されており、キセノン麻酔システムは現在でも提案および設計されている。^[6]

知覚を変える作用があるため、麻酔の発症に気づきにくいことがある。^{[7] [8]}最も無害な場合、麻酔は不安の軽減、つまり平穏な気持ちと環境の支配感をもたらす。これらの作用は、様々な濃度の亜酸化窒素と本質的に同一である。また、アルコールやジアゼパムやアルプラゾラムなどのよく知られたベンゾジアゼピン系薬剤の作用にも似ている（ただし、それほど近いわけではない） 。^[9]このような作用は、何らかの差し迫った危険が認識されず対処されない場合を除いて、有害ではない。いったん安定すると、作用は一般的に特定の深度で同じままであり、ダイバーがより深く潜ると悪化するのみである。^[10]

ナルコーシスの最も危険な側面は、判断力、マルチタスク、協調性の低下、意思決定能力と集中力の喪失です。その他の影響としては、めまい、視覚または聴覚障害などがあります。この症候群は、ダイバー個人や病歴、個人歴に応じて、高揚感、めまい、極度の不安、抑うつ、または妄想を引き起こす可能性があります。より深刻な場合、ダイバーは自信過剰になり、通常の安全なダイビングの実践を無視することがあります。 ^[11]反応時間の増加や認知機能のエラーの増加によって示される精神活動の低下は、ダイバーが事故に対処し損ねるリスクを高める影響です。^[12]ナルコーシスは、寒さの不快感と震えの両方の知覚を低下させ、それによって体温の生成に影響を与え、その結果、冷たい水中で体幹温度がより速く低下し、問題が進行していることへの意識が低下します。^{[12] [13] [14]}

深度と麻酔の関係は、非公式に「マティーニの法則」と呼ばれることもあります。これは、20メートル（66フィート）以下の深度では、10メートル（33フィート）ごとにマティーニを1杯飲んだような感覚になるという考え方です。これは、初心者ダイバーに、より馴染みのある状況と比較するための大まかなガイドです。^[15]

報告された兆候と症状は、リップマンとミッチェルの「Deeper into Diving」から引用した以下の表に、海水の典型的な深さ（メートルとフィート）に対してまとめられている。^[11]

麻酔の原因は、深度での圧力上昇の結果として、体組織におけるガスの溶解度が増加することと関係している（ヘンリーの法則）。^[17]細胞膜の脂質二重層に溶解する不活性ガスが麻酔を引き起こすことが示唆されている。^{[18]最近では、研究者は神経伝達}物質受容体タンパク質のメカニズムを麻酔の原因として検討している。 ^[19]ダイバーの肺に入る呼吸ガス混合物は、周囲の水と同じ圧力、つまり周囲圧を持つ。深度が変化すると、脳を通過する血液中の不活性ガスの部分圧は1〜2分以内に周囲圧に追いつき、その結果、新しい深度に潜った後の麻酔効果の変化が遅れる。^{[7] [20]急速な圧縮は}二酸化炭素の保持により麻酔を増強する。^{[21] [22]}

ダイバーの認知機能は10メートル（33フィート）程度の浅い潜水でも影響を受ける可能性がありますが、その変化は通常は目立ちません。^[23]麻酔が顕著になる深度や、個々のダイバーへの影響の重症度を予測する信頼できる方法はなく、同じ日でもダイビングごとに異なる可能性があります。^{[7] [22]}

約30メートル（100フィート）の深さ、つまり約4バール（400 kPa）の周囲圧力の下では、麻酔による重大な障害のリスクが増大します 。 ^[7]ほとんどのスポーツスキューバトレーニング組織は、麻酔のリスクがあるため、40メートル（130フィート）以下の深さを推奨しています。^[15]約10バール（1,000 kPa）の周囲圧力に相当する深さ90メートル（300フィート）で空気を呼吸すると、ほとんどのダイバーは麻酔にかかり、幻覚、記憶喪失、意識不明に陥ります。^{[21] [24]} 120メートル（400フィート）未満の空気深度記録を樹立しようとして死亡したダイバーが数人います。これらの事故のため、ギネス世界記録はこの数字を報告しなくなりました。^[25]

ナルコーシスは、発症の多様性（症状は異なる）に関して高山病と比較されてきました。その影響は多くの要因に依存し、個人差があります。体温による寒さ、ストレス、重労働、疲労、二酸化炭素の滞留はすべて、ナルコーシスのリスクと重症度を高めます。^{[5] [7]}二酸化炭素は高い麻酔作用があり、脳への血流増加を引き起こし、他のガスの影響を増大させます。^{[26]激しい運動、浅い呼吸または}呼吸の中断、呼吸の激しさ、または肺でのガス交換不良により、二酸化炭素の滞留量が増えると、ナルコーシスのリスクが高まります。 ^{[27] [4]}

麻酔は、たとえ少量のアルコール中毒であっても、追加的に起こることが知られています。^{[28] [29]}アヘン性麻薬やベンゾジアゼピンなどの他の鎮静剤や鎮痛剤も、麻酔を悪化させます。^[28]

正確なメカニズムはよくわかっていないが、ガスが神経膜に溶解し、神経伝達を一時的に中断させる直接的な影響であると思われる。この影響は最初に空気で観察されたが、アルゴン、クリプトン、水素などの他のガスも大気圧より高い圧力で非常によく似た影響を引き起こす。^{[30]これらの影響の一部は、} NMDA受容体に対する拮抗作用とGABA _A受容体の増強によるものである可能性があり、^[31]ジエチルエーテルやエチレンなどの非極性麻酔薬のメカニズムに似ている。^[32]しかし、化学的に非常に不活性なガスであるアルゴンによってこれらの影響が再現されるため、通常の意味での受容体への化学結合である可能性は低い。したがって、神経細胞のリガンド依存性イオンチャネルに影響を与えるには、膜容積の変化などの間接的な物理的影響が必要になる。 ^[33] Trudellらは、タンパク質と不活性ガス間のファンデルワールス力による非化学結合を示唆している。^[34]

エタノールの効果のメカニズムと同様に、神経細胞膜に溶解したガスの増加は、神経細胞の脂質二重層のイオン透過特性の変化を引き起こす可能性があります。測定された程度の障害を引き起こすために必要なガスの部分圧は、ガスの脂溶性とよく相関しています。溶解度が高いほど、必要な部分圧は少なくなります。^[33]

初期の理論であるマイヤー・オーバートン仮説では、ガスが脳の神経細胞の脂質に浸透し、神経細胞間の信号伝達が直接機械的に妨害されることで麻酔が起こると示唆されていた。^{[17] [18] [22]}最近では、神経細胞内の特定の種類の化学的にゲートされた受容体が麻酔と麻酔に関係していることが特定されている。しかし、神経細胞の脂肪膜に溶解したガス分子の結果として、脳の多くの拡散領域で神経伝達が変化するという、基本的で最も一般的な根底にある考えは、ほとんど異論がないままである。^{[19] [35]}

ナルコーシスの症状は、ダイビング中の他の要因によって引き起こされることもあります。耳の問題による方向感覚の喪失や吐き気^[36]、酸素中毒の初期兆候による視覚障害^[37]、リブリーザースクラバーの故障、過度の呼吸努力、不適切な呼吸パターンによる二酸化炭素中毒、または急速な呼吸と震えを引き起こす低体温^[38]などです。それでも、これらの症状のいずれかが存在する場合は、ナルコーシスを示唆している可能性があります。浅い深さまで浮上して症状が軽減すれば、診断が確定します。状況を考えると、他の可能性のある状態は可逆的な影響を及ぼしません。別の状態が症状を引き起こしているという誤診があった場合でも、初期の管理（浅い深さまで浮上すること）はほとんどの場合に依然として有益です。これは、症状のその他の原因のほとんどに対しても適切な対応だからです。^[8]

不活性ガスによる麻酔の対処法は、通常、浅い深度まで浮上するだけで、その影響は数分以内にほとんど消えます。^[39]複数の混合ガスを携行しているダイバーは、潜降中に著しい麻酔が現れる前であれば、通常、ヘリウムを多く含む混合ガスに切り替えます。合併症やその他の症状がある場合、減圧義務に違反しない限り、浮上することが正しい初期対応です。問題が続く場合は、ダイビングを中止する必要があるかもしれません。他の症状で緊急援助が必要でない限り、減圧スケジュールは従うことができますし、従うべきです。^[40]

浮上中に窒素分率の高い減圧ガスに切り替えた後に不活性ガスによる麻酔が起こることがある。これは減圧症の症状と混同される可能性があり、すぐに浮上することが望ましくない状況のまれな例である。これが問題であると疑われる場合は、可能であれば麻酔性の低いガスに切り替え、減圧スケジュールを調整するのがよい。この問題は不活性ガスの逆拡散によって悪化する可能性があり、これは内耳に影響を与える可能性が最も高いが、通常はガス混合物と切り替え深度を適切に選択することで回避できる。^[41]

窒素中毒を避ける最も簡単な方法は、ダイバーが潜水深度を制限することです。もう 1 つの主な予防策は、検討中の特定のダイビングで使用するガスを適切な情報に基づいて選択することです。

ナルコーシスは深度が増すほど重症になるため、ダイバーは浅い深度に留まることで重度のナルコーシスを回避できます。レクリエーション トレーニング機関のほとんどは、入門レベルのダイバーに 18 ～ 20 メートル (60 ～ 70 フィート) の深度までの認定のみを発行しており、この深度ではナルコーシスによる重大なリスクはありません。通常、空中で 30 メートル (100 フィート) までの認定を受けるには追加のトレーニングが必要であり、このトレーニングには、ナルコーシス、その影響、および管理に関する説明を含める必要があります。ダイバー トレーニング機関の中には、レクリエーション ダイバーが 40 メートル (130 フィート) の深度まで潜れるようにするための特別なトレーニングを提供しているところもあり、多くの場合、より詳しい理論と厳重な監督下での深海ダイビングの練習が含まれます。^{[42] [脚注 2]}レクリエーション深度を超えるダイビングのトレーニングを行うスキューバダイビング組織は、^{[脚注 3]}平均的なダイバーに深度で過度の麻酔を引き起こすガス（ほとんどのレクリエーションダイビングで使用される一般的な広く使用されているナイトロックス混合物など）を使用したダイビングを排除し、空気中の窒素の一部または全部の代わりにヘリウムを含む他の呼吸ガス混合物（トリミックスやヘリオックスなど ）の使用を強く推奨する場合があります。ヘリウムには麻酔効果がないためです。^{[2] [43]}これらのガスの使用はテクニカルダイビングとみなされ、追加のトレーニングと認定が必要です。^[15]

個々のダイバーは、特定の日にどの深さでナルコーシスが始まるかを正確に予測することはできませんが、特定のダイバーのナルコーシスの最初の症状は、より予測可能で個人的なものであることが多いです。たとえば、あるダイバーは目の焦点が合わなくなることがあります（中年のダイバーの場合は近距離調節）、別のダイバーは多幸感を経験するかもしれません。また、別のダイバーは閉所恐怖症を感じるかもしれません。ダイバーの中には、聴覚が変化し、吐き出す泡の音が変わると報告する人もいます。専門的なトレーニングを受けると、ダイバーはこれらの個人的な発症の兆候を識別できるようになります。その後、ナルコーシスを避けるために浮上するための合図として使用できますが、重度のナルコーシスは予防措置を取るために必要な判断を妨げる可能性があります。^[39]

深い潜水は、反応に注意しながら、徐々に深度を増していくことに対する個々のダイバーの感受性をテストした後にのみ行うべきである。科学的証拠は、ダイバーが特定の深度で麻酔の影響に対する抵抗力を発達させたり、麻酔に耐性を持つようになる可能性があることを示していない。^[44]

等価麻酔深度（END）は、さまざまな呼吸用ガスの麻酔効果を表す一般的な方法です。^[45]現在、米国海洋大気庁（NOAA）のダイビングマニュアルでは、酸素と窒素は同等に麻酔性があるとみなすべきであるとされています。^[46]相対的な脂溶性に基づく標準表には、他のガスの麻酔効果の変換係数が記載されています。^[47]たとえば、所定の圧力での水素は、その圧力の0.55倍の窒素と同等の麻酔効果があるため、原則として2倍以上の深さで使用できるはずです。ただし、アルゴンは窒素の2.33倍の麻酔効果があり、ダイビングの呼吸用ガスとしては適していません（熱伝導率が低いため、ドライスーツの膨張ガスとして使用されます）。一部のガスは、圧力をかけて呼吸すると他の危険な効果をもたらします。たとえば、高圧酸素は酸素中毒を引き起こす可能性があります。ヘリウムは呼吸用ガスの中で最も毒性が低いが、より深いところでは高圧神経症候群を引き起こす可能性がある。これはいまだに謎に包まれているが、明らかに無関係な現象である。^{[48]不活性ガスによる麻酔は、混合ガスの選択に影響を与える要因の1つに過ぎない。}減圧症や酸素中毒のリスク、呼吸運動、コスト、その他の要因も重要である。^[49]

類似した相加効果のため、ダイバーはダイビング前に大麻やアルコールなどの鎮静剤や薬物を避けるべきです。二日酔いとそれに伴う身体能力の低下が相まって窒素中毒の可能性が高まります。^[28]専門家はダイビングの少なくとも12時間前からアルコールを完全に断ち、他の薬物の場合はさらに長い時間断つことを推奨しています。^[50]

麻酔は、水深約30メートル（100フィート）以下のスキューバダイバーに影響を及ぼす最も危険な症状の1つです。深海での出来事が時折記憶喪失になることを除けば、麻酔の影響は浮上時に完全に解消されるため、繰り返し、慢性的または急性の曝露があっても、それ自体に問題は生じません。^{[7] [22]}しかし、麻酔の重症度は予測不可能であり、危険な環境での不適切な行動の結果として、ダイビング中に致命的となる可能性があります。^[22]

検査の結果、すべてのダイバーが窒素中毒の影響を受けることがわかっていますが、一部のダイバーは他のダイバーよりも影響が軽いと感じています。主観的な障害に対処する方法を学んだため、一部のダイバーは他のダイバーよりもうまく対処できる可能性がありますが、根本的な行動の影響は残ります。^{[32] [51] [52]}これらの影響は、ダイバーが窒素中毒を経験していないと感じていても、依然として影響を受けている可能性があるため、特に危険です。^[7]

フランスの研究者ヴィクトル・T・ジュノーは1834年に初めて麻酔の症状を記述し、「脳の機能が活性化し、想像力が活発になり、思考に独特の魅力が生まれ、人によっては酩酊症状が現れる」と述べています。^{[53] [54]}ジュノーは、麻酔は圧力によって血流が増加し、神経中枢が刺激されるために起こると示唆しました。^[55] 著名なビクトリア朝時代の医師、ウォルター・モクソン（1836–1886）は1881年に、圧力によって血液が体の届きにくい部分に流れ込み、滞った血液が感情の変化を引き起こすという仮説を立てました。 ^[56]麻酔の効力が脂溶性と関連しているという最初の報告は、1899年にハンス・H・マイヤーによって「アルコール麻酔の理論」と題して発表されました。^[57]マイヤー・オーバートン仮説として知られるようになったものは、麻薬の効力と油への溶解度を比較したグラフで説明することができます。

1939年、アルバート・R・ベンケとOD・ヤーボローは、窒素以外のガスも麻酔を引き起こす可能性があることを実証した。^[58]不活性ガスの場合、麻酔の効力はその脂溶性に比例することがわかった。水素の溶解度は窒素の0.55しかないため、1943年から1945年にかけて、アルネ・ゼッターストロームはハイドロックスを使用した深海潜水実験を行った。 ^[59]ジャック・イヴ・クストーは1953年にこれを「l'ivresse des grandes profondeurs」または「深海の歓喜」と表現したことで有名である。^[60]

麻酔作用による麻酔のメカニズムをさらに研究した結果、1965年に「最小肺胞濃度」という概念が生まれました。これは、刺激に対する被験者の50%の運動反応を防ぐために必要なさまざまなガスの相対濃度を測定するもので、麻酔効力に関して脂溶性の測定と同様の結果を示しています。^[61]クリスチャン・J・ランバーセンらによる1977年と1978年の研究を受けて、NOAAのダイビングマニュアルは改訂され、酸素を窒素と同程度の麻酔性があるものとして扱うことを推奨しましたが、^[62]この仮説は最近の研究によって疑問視されています。^{[63] [64] [65]}

2016年にラフェールらが発表した不活性ガス麻酔に対する環境の影響に関する研究では、圧力とガスの組成が不活性ガス麻酔に影響を与える唯一の重要な外的要因である可能性があると結論付けられました。また、麻酔の発症は潜降中の短時間の覚醒状態の後に起こり、その影響の一部は潜水後少なくとも30分間持続することがわかりました。^{[66] [67]} 2020年頃の時点で、臨界フリッカー融合周波数（CFFF）とEEG機能的結合を使用した研究では、実験室試験で窒素麻酔に対する感受性が示されていますが、ヘリウム分圧に対する感受性は示されていません。^{[65] [63] [64]}

• 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
• 水素中毒 – 高分圧の水素を吸入することで誘発される向精神状態
• 高炭酸ガス血症 – 組織内の二酸化炭素濃度が異常に高い
• 酸素毒性 – 高分圧の酸素を吸入すると毒性が現れる
• 物質誘発性精神病 – 物質中毒に起因する精神状態

• ピーター・ベネット、ジャン・クロード・ロステイン (2003)。「不活性ガス中毒」。アルフ・O・ブルバック、トム・S・ニューマン (編)。ベネットとエリオットのダイビングの生理学と医学(第 5 版)。米国: サンダース。ISBN 0-7020-2571-2. OCLC  51607923.
• リップマン、ジョン、ミッチェル、サイモン J. (2005)。「窒素中毒」。『Deeper into Diving 』 (第 2 版)。オーストラリア、ビクトリア州: JL Publications。pp. 103–8。ISBN 0-9752290-1-X. OCLC  66524750.
• 米海軍潜水監督官（2008年）。米海軍潜水マニュアル（PDF）。SS521-AG-PRO-010、改訂6版。米海軍海上システム司令部。2014年12月10日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年1月21日閲覧。

• 水中および高圧医療協会の科学団体、窒素中毒に関する出版物。
• ダイビング疾患研究センター (DDRC) は、ダイビング疾患の治療に特化した英国の慈善団体です。
• Campbell, Ernest S. (2009-06-25). 「マリファナ使用中のダイビング」2009-08-25閲覧。ScubaDoc によるマリファナとダイビングの概要。
• Campbell, Ernest S. (2009-05-03). 「アルコールとダイビング」。2007-04-30 にオリジナルからアーカイブ。2009-08-25に閲覧。ScubaDoc によるアルコールとダイビングの概要。
• Campbell, George D. (2009-02-01) 「窒素中毒」。Deep -Six でのダイビング。2009年 8 月 25 日閲覧。