Nutec NORSK UNDERVANNSTEKNOLOGISK SENTER A.S. Rapport nr: Dato : Prosjekt nr:l1110 revidert

Transkript

1 Nutec NORSK UNDERVANNSTEKNOLOGISK SENTER A.S Postboks 6, 5034 Ytre Laksevåg. Telefon (05) Telex nutec n. Telefax: (05) Rapport nr: Dato : Prosjekt nr:l1110 revidert Rapportens tittel: Kontrollert av:./, - Lungefunksjon og venøse gassembolier ved ordinære Karin Jakobsen z4 1q,/4Z8k2blt_ luftdykk til 20 meter Godkjent av: Tore Syversen, Klienr/oppdragsgiver: FUDT (Norsk Hydro AJS, Oljedirektoratet, Saga Petroleum AJS, Statoil),.J Klients/kontaktpersons referse: C.Hordnes J. Smith-Sivertsen J.A. Ask Arbeidet utført av : Rapportskrivers sjnatur: Einar Thorsen, Kåre Segadal, E.Helen Padbury, Einar Thorsen John Hjelle / Sammendrag Dannelse av venøse gassbobler er vanlig ved alle former for dykking. Gassboblene flitreres i lungekretsiøpet hvor de forårsaker gassutvekslingsendringer og hvor de kan indusere en betennelsesprosess i tilstøtende lungevev. En signifilcant reduksjon i lungenes diffusjonskapasitet og gassutvekslingsfunksjon er påvist etter metningsdykk hvor disse forandringene korrelerte med akkumulert boblemengde fikrert i lungene. I et forsøk på å bruke ordinære luftdykk som en modell for studier av gassembolienes effekt på lungefunksjon, er planlagt en luftdykksene til 20, 30 og 40 meter med målinger av lungefunksjon og registrering av venøse gassembolier ved Doppler ultralyd teknikk. Resultatene fra den første serien med dykk til 20 meter som ble gjennomført i 1991 rapporteres. Det ble ikke funnet lungefunksjonsendringer og heller ikke venøse gassembolier bortsett fra boblegrad 1 ved en registrering hos en dykker i denne forsøksserien. Ettersom det ikke ble funnet endringer ble ikke kontrolleksponering til tilsvarende forhøyet partialtrykk av oksygen ved en atmosfære funnet begrunnet. Forsøk knyttet til dypere dykk må gjennomføres. Emneord på engelsk: air diving lung function venous gas microembolism Emneord på norsk: luftdykking lungefunksjon venøse gassembolier C ERKLÆRING VED FORDELING: Fortsolig Graderingen gjelder til _ISBN: X x Fri Distribusjon Anul Sider: 12

2 INNHOLD 1. INNLEDNING 3 Side 2. METODER 4 3. RESULTATER 5 4. DISKUSJON/KONKLUSJON REFERANSER 11

3 3 INNLEDNING Dannelse av venøse gassbobler er vanlig i dekompresjonsfasen ved både metningsdyk king (1) og overfiatebasert luftdykking (2). Også ved dekompresjoner til store høyder er dannelse av venøse gassbobler vanlig (2). Bobledannelse forekommer selv om man holder seg til utprøvde aksepterte dekompresjonsprosedyrer og det er vanligvis dårlig korrelasjon mellom graden av bobledannelse og forekomsten av dekompresjonssyk dom. Venøse gassbobler flitreres i lungekretsiøpet og bare under spesielle betingelser kan gassboblene passere det lille kretsiøpet og forårsake emboli i det systemiske kretsiøpet. Signifikante endringer i lungenes diffusjonskapasitet og gassutvekslingsfunksjon er påvist etter metningsdykk til trykk tilsvarende dybder på meter sjøvann ( MPa). Ved OTS dykkene som ble gjennomført ved NUTEC i 1986 ble det funnet venøse gass bobler hos alle de 18 dykkerne som deltok, men mengden av bobler og tidspunktet i dekompresjonsfasen hvor bobledannelse begynte varierte betydelig mellom dykkerne (1). Reduksjonen i maksimalt oksygenopptak etter OTS dykkene korrelerte med akkumulert boblescore, og reduksjonen i lungenes diffusjonskapasitet korrelerte med reduksjonen i maksimak oksygenopptak. Studier i dyremodeller har vist at gass embolier i lungesirkulasjonen har akutte hemodynamiske effekter og gassutvekslingseffekter (3). Dessuten induserer gassemboliene en betennelsesprosess i tilstøtende lungevev (4). Det er derfor rimelig å anta at gassembolier bidrar til forandringene i lungefunksjon etter metningsdykk. Andre faktorer, spesielt forhøyet partialtrykk av oksygen kan også bidra til disse forandringene. I samarbeid med Universitetet i Newcastle har vi tidligere i prosjektet etablert en indirekte ikke-invasiv metode for måling av lungenes ventilasjons/perfusjons fordeling. Denne metoden er i detalj beskrevet i tidligere NUTEC rapport (5). Gassbobler som filtreres i lungekretsløpet vil resultere i lungeavsnitt som har mistet sin blodgjennom strømning, men som har opprettholdt sin ventilasjon. Dette vil resultere i endringer

4 0 i lungenes ventilasjons/perfusjonsfordeling. Denne metoden er her brukt for å studere effektene av grunne luftdykk til 20 meter på lungefunksjon, som er første fase i en planlagt serie luftdykk til meter. 2. METODER Seks dykkere gjennomførte hver ett dykk til 20 meter på luft i NUTEC s kammer system. Kompresjonstiden og bunntiden var tilsammen i gjenomsnitt 37 minutter og dekompresjonstiden var 4 minutter, hvilket er i henhold til Norske Dykke- og Behandlingstabeller (6). For å påskynde inertgass utveksling gjorde dykkerne moderat fysisk arbeidsbelastning på ergometersykkel i bunnfasen. To økter med arbeidsbelast ning på 100 Watt hver av varighet 6 minutter og med 6 minutters mellomrom ble utført. Alle seks forsøkspersonene var profesjonelle dykkere med godkjent sertifisering fra Direktoratet for Arbeidstilsynet. Median alder var 32 år (25-48), median høyde 181 cm (176 - røyker og en røyker. 188) og median vekt 82 kg (69-93). Fire var aldri-røykere, en tidligere Lungefunksjonsundersøkelser ble gjort over en 30 minutters periode umiddelbart før dykket og over en 30 minutters periode minutter etter avsluttet dykk. Monitorering for venøse gassbobler med Doppler ultralyd undersøkelse ble gjort over den første 45 minuttersperioden etter avsluttet dekompresjon. Forsert vitalkapasitet (FVC), forsert ekspirert volum i ett sekund (FEV 1) og maksimale ekspiratoriske luftstrømshastigheter ble målt ved minst tre tilfredsstillende maksimale ekspiratoriske manøvre i henhold til The European Community for Coal and Steel - Standardized Lung Function Testing (7). Maksimal ekspiratorisk luftstrømshastighet (PEF), FVC og FEV 1 ble angitt som beste oppnådde verdier. Gjennomsnittlig maksimal luftstrømshastighet mellom % og 75-75% og FEF (FEF ekspirert (FEF % av FVC ekspirert %) og maksimal luftstrømshastighet ved 50 og 75 % av FVC 75 50% og FEF %) ble tatt som beste verdier fra flow-volum kurver med

5 25-75 stigningskoeffisienten for fase III og begynnelsespunktet for fase IV på nitrogen C FVC mindre enn 5% lavere enn maksimale FVC. Diffusjonskapasitet ble målt som urvaskningskurven, etter Standardised procedures for ciosing volume determinations (nitrogen method) - Heart and Lung Institute (8). National transfer factor for carbon monoxide testing. Lungenes ventilasjonsdistribusjon (A-N 2) og lukningsvolum (CV) ble målt som t (TL 0) etter samme standard for lungefunksjons 3. RESULTATER Ingen subjektive lungesymptomer ble rapportert etter dykkene. kontinuerlig oksygen og karbondioksyd innholdet i ekspirasjonsgassen. Forholdet Doppler ultralyd teknikk som tidligere beskrevet i forbindelse med metningsdykk ble med forskjellig R tømmes sekvensielt gjennom en langsom ekspirasjonsmanøver slik fusjonsfordelingen i lungene. Vi har angitt stigningskoeffisienten for R over området lungeenhet refiekterer denne enhetens ventilasjons/perfusjons kvotient. Lungeavsnitt knebøyninger. Monitorering for venøse gassembolier ble gjort umiddelbart etter dykket og ved mellom oksygeninnholdet og karbondioksydinnholdet (R) i gass fra en funksjonell test. Gjennom en langsom ekspirasjon fra total lungekapasitet til restvolum måles Lungenes ventilasjons/perfusjons fordeling ble målt ved den såkalte intra-breath R hjerteventrikkel. Registreringer ble gjort både med forsøkspersonen i ro og etter gjentatte registreringer gjennom de første 45 minuttene etter avsluttet dekompresjon. testet ved ensidig Student s t-test. benyttet (1,9). Registreringer ble gjort over lårvene, armhulevene og over høyre to tester med fem minutters mellomrom før og etter dykket. at stigningskoeffisienten for R relatert til ekspirert volum refiekterer ventilasjons/per Endringer i lungefunksjonsvariablene mellom registreringene før og etter dykket ble Dykkene ble gjennomført komplikasjonsfritt uten tilfeller av dekompresjonssykdom. prosent av ekspirert vitalkapasitet (VC). Det ble på hver forsøksperson gjort

6 (%) 1.05± ±0.36 CV (%VC) * 13.80± ±2.51 FEF FEF FEF. FEV forsøkspersonene etter dykkene, Tabell 1. TABELL 1. Resultater fra lungefunksjonstestene før og etter dykkene. VA (1) 7.64± ±0.56 * n=5, lukningsvolum var ikke detekterbart hos en forsøksperson Ventilasjonsdistribusjon Diffusjonskapasitet: 7 (1s Dynamiske lungevoluin: C 6 75% (1s ) 4.40± ±1.48 FVC (1) 5.40± ±0.54 7% (1) 1.37± ± (1) 4.42± ±0.71 ÆF (1s ) 5.08± ±1.72 K (mmoltnin Kpa ) 1.57± ±0.17 1) 1.98± ±0.81 Det ble ikke påvist signifikante endringer i dynamiske lungevolurn eller maksimale PEF (1s ) 12.01± ±0.81 ekspiratoriske strømningshastigheter, diffusjonskapasitet eller ventilasjonsdistribusjon TI (mmolinin.kpa ) 12.01± ±1.48 etter Kisman-Masurel skala ble påvist ved registrering fra armhulevenen hos en av Venøse gassbobler ble ikke påvist bortsett fra ved en registrering hvor boblegrad i Predive (n=6) Postdive (n=6)

7 7 Det ble ikke funnet indikasjoner på endringer i lungenes ventilasjons/perfusjons forhold etter dykket. Figur i og 2 viser eksempler på hvordan R forandres gjennom en langsom ekspirasjon og hvordan stigningskoeffisienten over området % av VC ekspirert beregnes ved lineær regresjon. Oscfflasjonene i R er såkalte cardiogene oscillasjoner som finnes også ved den mer tradisjonelle nitrogenutvaskningstesten. Stigningskoeffisientene for R for de seks dykkerne var 6.44 ± 1.34 før dykket og 5.87 ± 1.37 etter dykket og skjæringspunktet med y - aksen var 1.31 ± 0.06 og 1.29 ± 0.05 (ikke signifikante forskjeller).

8 I u i ts 8 FIGUR 1. Intra breath R-test hos forsøksperson i før og etter dykket. 0.0 ni 42 I 11 I RP IS S rirv.r VcùT.. r I RP is S rurcat 2

9 ts As1asru1a 9 u o \ÅA. \fl 2 v 0.s 0.0 VdLIT ni t5 AS is S ruy 4 i 8 0.S 0.0 vtri.. ni 50a43 FIGUR 2. Intra breath R-test hos forsøksperson 2 før og etter dykket.

10 10 4. DISKUSJON/KONKLUSJON Det ble ved denne dykkserien ikke påvist endringer i lungefunksjon etter dykkene. VenØse gassbobler ble påvist hos en dykker, men resultatene fra lungefunksjonstestene hos denne dykkeren viste ikke systematiske endringer som var forskjellige fra de øvrige fem dykkeme. Studier fra tilsvarende dykk ved Universitetet i Newcastle gjennomført i 1991 viste hos tre av seks forsøkspersoner en økning i stigningskoeffisi enten for R etter dykket med maksimal forandring en time etter dykket, og normalisering to timer etter dykket. Så raskt forbigående endringer i ventilasjons/per fusjons fordelingen i lungene er forenlig med en gassemboi effekt. Monitorering med tanke på venøse gassembolier ble imidlertid ikke gjort ved disse dykkene. Effekten av gassembolier på gassutvekslingen i lungene er at affiserte lungeavsnitt mister sin blodgjennomstrømning mens ventilasjonen opprettholdes. Dette gir flere lungeavsnitt med en høy ventilasjons/perfusjons kvotient og derved en høy R, slik at man vil forvente en økning av stigningskoeffisienten for R. En slik mekanisme vil man også forvente ville affisere lungenes diffusjonskapasitet fordi den kapillære overflaten som er tilgjengelig for gassutveksling vil bli redusert. Vi så ingen endringer i diffusjonskapasitet etter denne dykk serien. I en nylig rapportert studie fra den Jugoslaviske Marines Forskningssenter ble gassemboliregistreringer og diffusjons kapasitet målt i forbindelse med dypere luftdykk ned til 60 meter og det ble funnet en korrelasjon mellom boblegrad og redusert diffusjonskapasitet (10). Ved dypere dykk enn i vår forsøksserie til 20 meter kan effekter av hyperoksi også gi forandringer i diffusjonskapasitet på grunn av sirkulasjonsendringer. Det kan også tenkes at de sirkulasjonsendringene hyperoksi gir i perifert vev med derav endringer i inertgassutvekslingen, kan influere på bobledannelse. I denne forsøksserien er det planlagt å gjennomføre tre dykkserier til 20, 30 og 40 meter med kontrollstudie på effektene av oksygeneksponering med oksygen partialtrykk på 60, 80 og 100 kpa ved en atmosfæres omgivelsestrykk. Dette er oksygenpartiakrykk som tilsvarer oksygenpartialtrykkene ved disse dykkedybdene. I

11 1983; 19(suppl 5). 5. REFERANSER dykkserien, ble oksygeneksponermgskontroll ikke funnet begrunnet. Planen for 1991 Med tanke på de nylig rapporterte funnene fra andre forskningsinstitusjoner på og med at det ikke ble funnet noen tegn til endringer i lungefunksjon etter denne studien så langt blitt gjennomført uten metodologiske problemer. 11 decompression sickness. Aerosp Med 1972; 43: exchange after deep saturation dives. 3 Appi Physiol 1990; 68: Flick MR, Perel A, Staub NC. Leucocytes are required for increased lung microvas cular permeability after microembolization in sheep. Circ Res 1981; 48: var å gjennomføre den første dykkeserien til 20 meter, med videre oppfølging i korrelasjonen mellom bobledannelse og redusert diffusjonskapasitet synes det 2. Spencer MP, Ciark HF. Precordial monitoring of pulmonary gas embolism and fysiologi - FUDT,1990. NUTEC rapport velbegrunnet å følge dette videre opp. Operasjonelt og eksperimentek har denne 3. Hiastala MP, Robertson HT, Ross BK. Gas exchange abnormalities produced by 5. Thorsen E, Segadal K, Kambestad BK, Sundland H, Nyborg P3. Respirasjons venous gas emboli. Respir Physiol 1979; 36: Quanjer PH, ed. Standardised lung function testing. Bull Europ Physiopathol Respir 6. Amtzen AJ, Eidsvik S. Norske Dykke- og Behandlings- Tabeller Thorsen E, Hjelle J, Segadal K, Gulsvik A. Exercise tolerance and pulmonary gas 351.

12 12 8. National Heart and Lung Institute. Suggested standardised procedures for ciosing volume determinations (nitrogen method). Bethesda: Divisjon of Lung Diseases, National Heart and Lung Institute, Dujic Z, Denoble P, Krstatic G, Tocilj I, Gosovic S. Diffusing lung capacity changes after single air dive in professional divers. Eur Resp ; 4(suppl 14): 604s. 10. Brubakk AO, Peterson R, Grip A, Holand B, Onarheim J, Segadal K, Kunkle TD, Tønjum S. Gas bubbies in the circulation of divers after ascending excursions from 300 to 250 msw. 3 Appi Physiol 1986; 60: