divendres, 10 de gener de 2014

Teoria de la descompressió: El significat dels valors-M

Article: Què són els valors-M?
de l'original: Understanding M-values by Erik C. Baker
A sota hi trobareu l'original en anglès

El model de descompressió "Haldanià" o de gasos dissolts es basa en tres conceptes: una sèrie d'hipotètics compartiments "tissulars", el càlcul de la saturació de gas que pateixen aquests i els valors-M.
Mitjançant l'ús de programes d'ordinador, són molts els practicants de busseig tècnic els que planifiquen les seves parades descompressives basant-se en aquest model. Una bona comprensió del que signifiquen aquests valors-M pot ajudar-los a determinar els factors de conservadorisme adequats i a avaluar la idoneïtat dels diferents perfils descompressius en una determinada immersió.

El terme de valor-M va ser usat per en Robert D. Workman, cap al 1960, quan investigava sobre la teoria de la descompressió per als U.S. Navy Experimental Diving Unit (NEDU). La "M" en els valors M significa "Màxim". Donada una determinada pressió ambient, un valor-M és defineix com el valor màxim de la pressió (absoluta) d'un gas inert que un determinat teixit o compartiment tissular pot tolerar, sense presentar signes evidents de malaltia descompressiva. Els valors-M són la representació dels límits del gradient, entre la pressió del gas inert i la pressió ambient, tolerat en cadascun dels teixits. Els valors-M també són definits com "límits de la tolerància a la sobrepressió", "tensió crítica" i "límits de sobresaturació". El terme de valor-M és usat normalment en models descompressius.

Antecedents històrics

En el model descompressiu "Haldanià" o de gasos dissolts, els càlculs de la saturació de gas en els hipotètics teixits es comparen amb "criteris de limitació de l'ascens" per determinar un ascens segur. En els primers anys de la utilització del model, els criteris de limitació en l'ascens es representaven com a "ratios de sobresaturació". Per exemple, Haldane va observar que un bussejador, els "teixits" del qual eren saturats degut a respirar aire a 10 metres de fondària, podia ascendir a la superfície (a nivell de mar) sense experimentar signes de malaltia descompressiva. Degut a que la pressió ambient a 10 metres és el doble que a superfície a nivell de mar, Haldane va concloure que un ratio de 2:1, entre la pressió ambient abans d'ascendir i la de després, era tolerada, i per tant podria ser un criteri de limitació en les normes d'ascens. Aquest ratio aproximat va ser utilitzada per Haldane en les seves primeres taules de descompressió. En anys posteriors, i fins a la dècada dels 60, altres proporcions varen ser utilitzades com a models per extrapolar diferents temps-mitjos en diferents teixits teòrics. La majoria de les taules de descompressió de la Marina dels EUA varen ser calculades utilitzant aquest model. Tot i això, hi havia un problema, les taules calculades a partir d'aquest model eren deficients a l'hora de calcular temps de descompressió en immersions profundes i/o llargues. Robert Workman va realitzar una important tasca revisant sistemàticament els models existents així com totes les investigacions anteriors que s'havien realitzat per la Marina dels EUA. Va arribar a algunes conclusions importants. En primer lloc, es va observar que la proporció original de Haldane 2:1 (basada en aire) era realment una proporció de 1,58:1 si es considerava només la pressió parcial del nitrogen (en aquells temps, en la investigació de la descompressió es sabia que l'oxigen no era un factor important en la malaltia descompressiva, aquesta era causada pels gasos inerts com el nitrogen o l'heli). En la seva revisió, Workman va observar que la proporció en que un teixit tolerava una certa sobrepressió variava en el temps-mitjà de cada compartiment i en cada fondària. Les dades van mostrar que els compartiments amb un temps-mitjà més ràpid admetien més sobrepressió que els teixits més lents, i que per a tots els teixits, els ratios de tolerància a la sobrepressió eren més baixos a mesura que augmentava la fondària. Aleshores, enlloc d'utilitzar ratios, Workman va anomenar a la pressió parcial màxima tolerada de nitrogen i heli per cada teixit  i en cada fondària com a valor-M. A continuació, va crear una gràfica lineal amb aquests valors-M en funció de la fondària i va trobar que coincidia amb les dades reals. Va determinar, doncs, que una projecció lineal dels valors-M seria útil per als programes informàtics.

Els valors-M d'en Workman

La representació, que va fer en Workman, dels valors-M en forma d'equació lineal va significar pas important en l'evolució del model de descompressió de gasos dissolts. Els seus valors-M van establir el concepte d'una relació lineal entre la pressió a una certa fondària (pressió ambiental) i la pressió del gas inert tolerada en cada teixit. Aquest concepte és important ja que és un element important ja que s'aplica en el model actual i és utilitzat per diferents simuladors. Workman expressa els diferents valors-M segons la pendent i les interjeccions en l'equació lineal representada (figura 1). El valor de superfície és anomenat MO (M sense valor, o M naught en anglès). Aquest és el valor de la interjecció de l'equació lineal amb l'eix de la pressió a nivell de mar. El pendent de l'equació lineal va ser anomenat ΔM (delta M) i representa el canvi en els valors-M segons les diferents pressions.

Els valors-M d'en Bühlmann


El professor Albert A. Bühlmann va començar fent recerca sobre la teoria de la descompressió, l'any 1959, en el laboratori de fisiologia hiperbàrica de l'Hospital Universitari de Zürich, Suïssa. Bühlmann va continuar la seva recerca durant més de 30 anys i va realitzar nombrosos avenços en la teoria de la descompressió. L'any 1983 va publicar la primera edició (en alemany) del llibre anomenat " Malaltia descompressiva". La traducció a l'anglès va ser publicada l'any 1984. El llibre de Bühlmann va esdevenir la primera referència per realitzar càlculs descompressius de que va disposar el món del busseig esportiu. Com a resultat, l'algoritme de Bühlmann es convertí en la base de càlcul de la gran majoria d'ordinadors de busseig i de programes informàtics per realitzar taules descompressives.

El mètode de Bühlmann per calcular descompressions era similar al que va descriure Workman. Inclou valors-M que expressen una relació lineal entre la pressió ambient i la tolerància d'un determinat teixit a la pressió del gas inert. La principal diferència entre els dos enfocaments és que els valors-M de Workman es van basar en la pressió segons la fondària (és a dir, busseig a nivell de mar) i els valors-M de Bühlmann es van basar en la pressió absoluta (útil per al busseig en alçada). Això és degut a que Workman treballava per la Marina dels EUA (que realitzaven activitats en la seva majoria en el mar) i en canvi Bühlmann es va centrar més en el busseig en alta muntanya realitzat als llacs de Suïssa.

Bühlmann va publicar dos conjunts de valors-M que són ben coneguts en el món del busseig, el conjunt ZH-L12 del llibre de 1983 i el conjunt ZH-L16 del llibre de 1990 i versions posteriors. La "ZH" d'aquesta designació es correspon amb l'acrònim de Zürich, la "L" significa lineal i els nombres "12" o "16" fan referència al nombre de parells de coeficients (o valors-M) per al conjunt de temps mitjos de cada compartiment o teixit per l'heli o el nitrogen. El conjunt ZH-L12 té dotze parells de  coeficients per setze temps mitjos de teixits i els seus valors-M són determinats empíricament (per assajos reals de descompressió). El ZH-L16A té setze parells de coeficients per setze temps mitjos de teixits i els seus valors-M són calculats matemàticament a partir dels temps mitjos basats en la tolerància dels teixits al excés de volum i de la solubilitat dels gasos inerts. El conjunt ZH-L16A de valors-M pel nitrogen es divideix en dos subconjunts (B i C) ja que quan es va comprovar empíricament el conjunt A derivat a partir de càlculs matemàtics es va determinar que no era prou conservador pel que fa als compartiments intermitjos. El subconjunt B (lleugerament més conservador) és utilitzat en les taules de càlculs descompressius i el subconjunt C (encara més conservador) és utilitzat pels ordinadors de busseig per realitzar els càlculs descompressius a temps real.

De manera similar als valors-M de Workman, els valors-M de Bühlmann són expressats a partir de les interjeccions i dels pendents de l'equació lineal (figura 1). El Coeficient a és la interjecció amb l'eix de la pressió absoluta quan el valor de la pressió és 0, i el Coeficient B és la pendent inversa de l'equació lineal. (Nota: el Coeficient a no implica que els humans podem estar en un medi amb un valor de pressió absoluta igual a zero, és només un requisit matemàtic perquè l'equació sigui correcta. El límit baix del valor de la pressió ambient on es poden aplicar els valors-M de Bühlmann és del voltant de les 0,5 atm/bar.)

Valors-M DCAP i DSAT

Molts bussejadors tècnics reconeixeran el conjunt de valors-M 11F6, utilitzat pel programa de recerca de Hamilton: Decompression Computation and Analysis Program (DCAP). Aquest conjunt o "matriu" de valors-M va ser descrit pel Doctor Bill Hamilton i el seu equip durant el desenvolupament d'unes noves taules de descompressió, per utilitzar amb aire, per la Marina Sueca. A més a més de la seva utilitat en el busseig amb aire, els valors-M del conjunt 11F6 també funcionen correctament en l'ús del trimix i són la base de càlcul de moltes taules descompressives utilitzades en el busseig tècnic.

Altres bussejadors esportius estaran familiaritzats amb el Recreational Dive Planer (RDP) distribuït per la certificadora PADI. Els valors-M per RDP van ser desenvolupats i testats pel Dr Raymond E. Rogers, el Dr Michael R. Powell i altres juntament amb la Diving Science and Technology Corp (DSAT), una corporació afiliada a PADI. Els valors-M de DSAT van ser verificats empíricament mitjançant nombroses proves de bussejadors monitoritzats mitjançant tecnologia Doppler.

Comparació dels valors-M

Les taules 1-4 mostren la comparació dels valors-M ,per nitrogen i heli, entre els diferents algoritmes "Haldanians" que es discuteixen en l'article. Tots els valors-M són presentats en format d'estil Workman. Una evolució o refinament dels valors-M és evident, des de Workman (1965) a Bühlmann (1990). La tendència general és a ésser cada vegada més conservador. Aquesta tendència reflexa una intensa recerca i validació empírica dels coneixements adquirits, així com l'ús de la tecnologia Doppler (en ecografies) per monitoritzar la presència i la quantitat de "bombolles silents" (bombolles que són detectables en la circulació però que no estan associades a cap símptoma  de malaltia descompressiva).

Coherència dels valors-M

Una observació que es pot fer després de comparar els valors-M obtinguts mitjançant diferents algoritmes és que no hi ha gran diferència entre ells. En altres paraules, sembla que hi ha certa coherència entre  els diferents valors obtinguts per diferents investigadors arreu del món. Això és una bona senyal, ja que indica que la ciència ha determinat consistentment un llindar per als símptomes de la malaltia descompressiva en la població humana.

Format pels valors-M

Els valors-M sovint s'expressen en forma d'equació lineal (com ho van fer per exemple en Workman i en Bühlmann). Aquest format és ideal pels programes informàtics ja que els permet calcular els valors-M "on-the-fly" (a temps real) segons ho requereixin. El format lineal permet també la visualització dels valors-M sobre la gràfica de pressió. Els valors-M també poden ser expressats en forma de matriu o de taula. Les taules són simplement la disposició en files i columnes dels valors-M segons cada temps-mitjà de cada compartiment i de les seves corresponents fondàries de parada, que s'han calculat prèviament. Aquest format és útil per realitzar comparacions i anàlisis detallats. Alguns dels primers ordinadors de busseig o de programes informàtics per càlculs descompressius feien servir el format de taula per consultar valors-M per cada parada durant el procés de càlcul.

Característiques dels valors-M

Els conjunts de valors-M es poden classificar en dues categories, no-descompressius i descompressius. Els conjunts no-descompressius són només valors de superfície. Els valors-M de DSAT RDP en són un exemple. Els perfils d'immersió sense descompressió estan dissenyats perquè la càrrega de gas en els compartiments no excedeixi els valors-M en superfície. Això permet un ascens directe a la superfície en qualsevol moment durant la immersió. Alguns algoritmes no-descompressius són utilitzats en els càlculs d'ascens i de descens.

Els valors-M de les taules descompressives es caracteritzen per tindre una variable que determina la pendent de l'equació lineal del valor-M en funció de la pressió ambient. El valor de la variable de la pendent serà diferent per cada temps mitjà de cada compartiment o teixit. Generalment, compartiments amb un temps mitjà ràpid tenen una pendent més elevada en comparació amb els compartiments amb un temps mitjà més lent. Això és conseqüència de la major tolerància a la sobrepressió dels compartiments amb un temps mitjà més ràpid. Si la pendent és major que 1.0 aleshores la línia del valor-M s'"expandeix" en la gràfica de pressió i significa que el compartiment en qüestió tolera uns gradients de sobrepressió majors a mesura que augmenta la fondària. Una pendent igual a 1.0 significa que el compartiment tolera la mateixa sobrepressió independentment de la fondària. En qualsevol cas, el valor de la pendent mai pot ésser menor a 1.0, ja que això comportaria que la línia del valor-M coincidiria en algun punt amb la línia de la pressió ambiental el qual representaria una situació il·lògica en que el teixit no podria suportar ni tan sols la pressió ambient.

La recta de pressió ambient

La recta que representa la pressió ambient és una referència important en la gràfica de pressió. Començant en l'origen de la gràfica, la recta presenta una pendent igual a 1.0 i simplement representa els punts on la pressió de gas inert d'un compartiment és igual a la pressió ambient. Això és important perquè quan la pressió del gas inert està per sobre de la recta de pressió ambient, es genera un gradient de sobrepressió. La recta del valor-M representaria el límit establert del gradient de sobrepressió suportat per sobre de la recta de pressió ambiental.

Zona de descompressió

La "zona de descompressió" és la regió de la gràfica de pressió entre la recta de pressió ambient i la recta del valor-M (figura 3). En el context del model de gasos dissolts, aquesta zona representa l'àrea funcional on hi tenen lloc les parades descompressives. En teoria, un gradient positiu sobre la pressió ambient és desitjable perquè es produeixi la sortida de gasos inerts o descompressió. En alguns casos, per exemple quan hi ha una fracció alta de oxigen en la mescla, el compartiment és capaç d'eliminar gas inert encara que la pressió parcial d'aquest sigui més baixa que la pressió ambiental. Un perfil de descompressió eficient és caracteritza per tindre la recta del valor-M del compartiment principal (director) dintre dels límits de la zona de descompressió. Si representem en la gràfica les diferents saturacions de gas inert per cada compartiment, cada un amb diferents temps mitjos, veurem que les rectes entren i surten de la zona de descompressió, depenent del compartiment principal o director de cada moment. Generalment, els compartiments ràpids es troben dins la zona de descompressió en l'inici i esdevenen els compartiments principals (saturació de gas inert prop de les rectes de valors-M), més tard el perfil de la descompressió és controlat pels compartiments més lents.


Múltiples gasos inerts

Actualment, els models per realitzar càlculs en gasos dissolts es realitzen en la base d'una premissa. En mescles on hi ha múltiples gasos inerts, la pressió que exerceix el gas en un determinat teixit és la suma de les pressions parcials dels gasos inerts que el composen, i els temps mitjos de cada gas inert serà específic per cada compartiment. Els algoritmes per realitzar càlculs descompressius utilitzant mescles de gasos han de tindre en compte més d'un gas dels que formen la mescla, per exemple, en utilitzar trimix haurem de tindre en compte l'heli i el nitrogen. Els valors-M en aquests casos són utilitzats de manera diferent pels diferents algoritmes. Alguns algoritmes utilitzen els mateixos valors-M tan pel nitrogen com per l'heli (normalment són els valors-M pel nitrogen). En l'algoritme de Bühlmann, es calcula un valor-M intermedi, calculat a partir dels valors-M de cada gas i ajustant-los segons la proporció de nitrogen i heli de la mescla. En l'equació lineal del valor-M, el coeficient a (He+N2) i el coeficient b (He+N2) són calculats d'acord amb les pressions parcials de l'heli (PHe) i del nitrogen (PN2), de la següent manera:

a (He+N2) =
[ a (He)_PHe +  a (N2)_PN2] / [PHe + PN2];
 b (He+N2) =
[ b (He)_PHe +  b (N2)_PN2] / [PHe + PN2]

Què representen els valors-M?


Per molts bussejadors els valors-M representen una línia que separa patir o no la malaltia descompressiva. Això explica perquè alguns bussejadors arriben als límits de les seves taules descompressives o dels seus ordinadors de busseig. L'experiència de la medicina del busseig mostra que els límits establerts (valors-M) són a vegades inadequats. El grau d’inadequat varia segons l'individu i la situació. Per tant, seria més apropiat descriure els valors-m com "una línia contínua que passa per una zona grisa (no definida)" Figura 2. Les raons per aquesta "poca definició" són la complexitat de la fisiologia humana, variacions entre individus i factors predisposants a patir la malaltia descompressiva. Tot i això, el model per realitzar càlculs amb gasos dissolts ha funcionat bé pels bussejadors i el coneixement segueix creixent. per exemple, originàriament es creia que tots els gasos inerts han de romandre en dissolució i que la presència de bombolles és indicativa de malaltia descompressiva. Tanmateix, avui sabem de la presència de bombolles silents en bussejadors sense cap mena de simptomatologia. Per tant, la realitat és que el gas inert es troba en dues formes durant la immersió, la majoria en dissolució i una petita part en forma de bombolles. Aleshores, un valor-M representa no només un gradient de sobrepressió tolerable pel teixit sinó també la quantitat de bombolles també tolerable.

Els valors-M són empíricament verificats, el que significa que els assajos reals de descompressió es duen a terme amb subjectes humans. Aquests assajos es realitzen amb un relatiu poc nombre d'individus, que intenten representar a la resta de bussejadors. Tot i la bona informació que se n'obté sobre el llindar per presentar símptomes de malaltia descompressiva (valors-M), aquest procés no garanteix un llindar universal real per a tots els humans. També són ben coneguts alguns factors predisposants a patir malaltia descompressiva, com són: poca condició física, obesitat, fatiga, drogues, alcohol, deshidratació, sobreesforç, aigües fredes, foramen oval persistent, etc. Aquestes predisposicions individuals poden variar temporalment.

Valors-M i conservativisme

Pocs símptomes, si n'hi ha, i un raonable baix risc són associats amb els valors-M. Tanmateix, aquests criteris no són acceptables per la majoria de bussejadors. La majoria volen estar en el rang de absència absoluta de símptomes i en un nivell molt baix de risc quan realitzen els seus càlculs descompressius. Afortunadament, és acceptat per la majoria de models descompressius i de programes que els càlculs basats solament en els valors-M no són suficientment segurs per tots els individus ni per totes les situacions. És per això que els programes de descompressió inclouen medis per afegir mètodes de conservativisme en els seus càlculs. Alguns mètodes són l'increment fictici de la fracció de gas inert utilitzat en els càlculs, l'ús d'una fondària més profunda a la real, l'ús d'un temps de fons més llarg al real, ajustos dels temps mitjos perquè siguin asimètrics durant l’expulsió de gasos (temps mitjos més lents). Alguns programes utilitzen més d'un d'aquests mètodes combinats. Aquests mètodes de conservativisme són eficaços si s'apliquen adequadament. El grau de conservativisme és normalment calibrat pels bussejadors en funció de com de llarga i profunda vagi a ser la immersió i en funció de la seva experiència.

Grau de conservativisme en relació als valors-M

Es poden establir algunes relacions fonamentals entre els valors-M i els càlculs descompressius Figura 3. El càlcul del percentatge (%) de valor-M és utilitzat per gran part dels models descompressius. El professor Bühlmann, per exemple, va avaluar diversos assajos de descompressió en base a percentatges de valors-M i ho va reportar en les seves publicacions.

El càlcul del percentatge del gradient de valor-M és la mesura de la proximitat del nostre perfil descompressiu i de la zona de descompressió. Un 0% de gradient de valor-M és troba sobre la recta de pressió ambient i representa el "terra" de la zona descompressiva. Un 100% de valor-M es troba sobre la recta del valor-M i representa el "sostre· de la zona descompressiva.

Anàlisi de perfils

Molts bussejadors volen conèixer amb precisió quin és l'efecte dels factors de conservativisme en els seus programes de descompressió. Saben que incrementant els factors de conservativisme el programa genera perfils d'immersió ficticis amb temps més llargs i fondàries més profundes, però seria útil de disposar d'una informació més precisa de com es fonamenten aquests càlculs.

Tant el percentatge dels valors-M com el percentatge del gradient de valors-M són útils per l'anàlisi i l’avaluació dels perfils descompressius. Utilitzant un conjunt de valors-M estàndard, diferents perfils de descompressió poden ser avaluats. Això inclou la comparació de perfils generats per programes completament diferents, utilitzant diversos algoritmes i models descompressius. 


Valors de referència universals

Els valors-M ZH-L16 de Bühlmann són utilitzats per molts, si no tots, els programes descompressius que s'utilitzen en el busseig tècnic. Aquests valors-M varen ser desenvolupats i provats en un ampli rang d'exposició a diferents pressions ambient; des de busseig en alçada a busseig a grans fondàries en el mar. Quan són usats amb el conservativisme adient, està provada la seva "precisió" (entenent "precisió" en el context d'una ciència inexacta com la medicina). Han esdevingut els valors de referència acceptats universalment per comparar i avaluar perfils descompressius. És una tasca relativament senzilla, pels programadors, incloure els càlculs del percentatge de valor-M i el percentatge de gradient de valor-M en el resum dels perfils descompressius. La taula 5 n'és un exemple i mostra l'efecte dels factors de conservativisme utilitzats en un programa descompressiu comercial. En un 0% de factor de conservativisme, el perfil descompressiu es troba en un 90% del valor-M i es desenvolupa en aproximadament en un 70% dins de la zona descompressiva (70% de gradient de valor-M). És evident que aquest programa utilitza un nivell mínim de conservativisme en el que mai es pot arribar al 100% del valor-M. Utilitzant un 50%  de factor de conservativisme (el recomanat pel manual d'usuari d'aquest programa), el perfil és en el 85% del valor-M i es desenvolupa en un 40-50% dins de la zona descompressiva. Amb un 100% de factor de conservativisme, el perfil és en un 77% del valor-M i es desenvolupa en un 20-35% dins de la zona de descompressió. Vegis que els valors mostrats en la taula 5 es troben en l'arribada de les respectives parades, la qual és la situació més desfavorable (amb més risc). Això es correlaciona amb les vores dels passos esglaonats del perfil de saturació en la gràfica de pressió (figura 3). Els valors més alts de tots els perfils són més evidents en la proximitat de la superfície, el qual significa que un ascens lent al final de la descompressió sempre és prudent.

Marge de seguretat

Utilitzant els percentatges de valor-M i un conjunt de valors-M estàndard, els bussejadors poden determinar uns límits de descompressió personals. El marge de seguretat seleccionat dependrà de la disposició individual i de l'experiència prèvia amb els perfils. Una avaluació honesta de la pròpia aptitud pel busseig amb descompressió és sempre important. Per exemple, l'autor del present article (un treballador d'oficina) escull un límit personal del 85% del valor-m i un 50-60% de gradient de valor-M per una immersió típica utilitzant trímix. Per garantir un marge de seguretat fixe, un perfil de descompressió es pot calcular directament sobre el percentatge determinat de gradient de valor-M. L'avantatge d'aquest enfocament és la plena consistència dels càlculs a través de tot el rang de pressions ambient i el control del procés sobre el perfil resultant.


EYC

Understanding M Values by busseigtecniccatala



1 comentari:

  1. Molt bona feina Eric i gràcies per compartir i ajudar als bussejadors com jo que no tenim l'angles suficient com per poder llegir articles com aquets.
    DRP

    ResponElimina