Haldane the Prevention of Air Compressed Illness

8/7/2019 Haldane the Prevention of Air Compressed Illness

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THE PREVENTION OF COMPRESSED-AIR ILLNESS.BY A . E . BOYCOTT, D . M . ,

G . C . C . DAMANT,L i e u t . a n d I n s p e c t o r o f D i v i n g , R . N . ,AND J . S . HALDANE, M . D . , F . R . S .

( F r o m b t h e L i s t e r I n s t i t u t e o f P r e v e n t i v e M e d i c i n e . )[ W i t h 7 F i g u r e s a n d 3 P l a t e s . ]

CONTENTS.PAGE

I n t r o d u c t i o n . 3 4 3P a r t I . T h e o r e t i c a l .A . T h e r a t e o f s a t u r a t i o n o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e n d u r i n g e x p o s u r et o c o m p r e s s e d a i r .. .345B . T h e r a t e o f d e s a t u r a t i o n o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e n d u r i n g a n da f t e r d e c o m p r e s s i o n .. .350C . The l i m i t s o f s a f e t y i n d e c o m p r e s s i o n . ...3 5 5D . P r a c t i c a l m e a s u r e s f o r a v o i d i n g c o m p r e s s e d - a i r i l l n e s s :( 1 ) D i v i n g . . 3 5 8( 2 ) Work i n c a i s s o n s a n d t u n n e l s...372

P a r t I I . E x p e r i m e n t a l .1 . A p p a r a t u s .. .3772 . C h o i c e o f e x p e r i m e n t a l a n i m a l s a n d r e s u l t s w i t h l a r g e a n d s m a l la n i m a l s .. .7 83 . R e s p i r a t o r y e x c h a n g e o f g o a t s ....3804 . M e t h o d o f c o n d u c t i n g t h e e x p e r i m e n t s ....3 8 25 . S y m p t o m s o b s e r v e d i n g o a t s ....3856 . R e s u l t s o f t h e g o a t e x p e r i m e n t s...3947 . I n d i v i d u a l v a r i a t i o n among t h e e x p e r i m e n t a l a n i m a l s 4 0 38 . P a t h o l o g y o f c a i s s o n d i s e a s e i n g o a t s ....4 1 0S u m m a r y .. .424

A p p e n d i x I . Human e x p e r i m e n t s i n t h e p r e s s u r e c h a m b e r 4 2 6I I . Hum a n e x p e r i m e n t s i n d e e p d i v i n g . 4 2 9I I I . P r o t o c o l s o f s o m e g o a t e x p e r i m e n t s . 4 3 6I V . T a b l e s f o r d e c o m p r e s s i o n o f d i v e r s . 4 4 2


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . DAMANT AND J . S . HALDANE 3 4 3I N T R O D U C T I O N .

MEN w h o h a v e b e e n w o r k i n g i n c o m p r e s s e d a i r , a s i n d i v i n g , p r e -p a r i n g f o u n d a t i o n s o f b r i d g e s , e t c . u n d e r w a t e r , o r m a k i n g t u n n e l s o rs h a f t s t h r o u g h w a t e r - b e a r i n g s t r a t a , a r e l i a b l e o n t h e i r r e t u r n t oa t m o s p h e r i c p r e s s u r e t o a v a r i e t y o f s y m p t o m s g e n e r a l l y k n o w n a s" d i v e r ' s p a l s y " o r " c a i s s o n d i s e a s e , " b u t w h i c h may m o r e c o n v e n i e n t l yb e d e s i g n a t e d " c o m n p r e s s e d - a i r i l l n e s s . " I t w a s s h o w n e x p e r i m e n t a l l yb y P a u l B e r t ' t h a t t h e s e s y m p t o m s a r e d u e t o t h e f a c t t h a t g a s ( c h i e f l yn i t r o g e n ) w h i c h g o e s i n t o s o l u t i o n i n t h e b l o o d a n d t i s s u e s d u r i n ge x p o s u r e t o c o m p r e s s e d a i r i s l i b e r a t e d i n t h e f o r m o f b u b b l e s o n t o or a p i d d e c o m p r e s s i o n , a n d p r o d u c e s l o c a l o r g e n e r a l b l o c k a g e o f t h ec i r c u l a t i o n o r o t h e r i n j u r y . S u b s e q u e n t i n v e s t i g a t i o n s , f o r a n a c c o u n to f w h i c h w e m u s t r e f e r m o r e p a r t i c u l a r l y t o t h e t r e a t i s e o n t h e s u b j e c tb y H e l l e r , M a g e r a n d v . S c h r d t t e r 2 a n d t o r e c e n t p a p e r s b y H i l l a n dM c L e o d 3 a n d H i l l a n d G r e e n w o o d 4 , h a v e c o n f i r m e d a n d e x t e n d e d P a u lB e r t ' s c o n c l u s i o n s .I t w a s p o i n t e d o u t b y P a u l B e r t t h a t b y m e a n s o f v e r y s l o wd e c o m i p r e s s i o n t h e s y m p t o m s o f c a i s s o n d i s e a s e c o u l d b e a v o i d e d , b u th i s e x p e r i m e n t s w e r e n o t s u f f i c i e n t t o f u r n i s h d a t a a s t o w h a t r a t e o fd e c o m p r e s s i o n w o u l d b e s a f e . N o r h a s s u b s e q u e n t human e x p e r i e n c ei n e n g i n e e r i n g u n d e r t a k i n g s s o l v e d t h i s p r o b l e m ; a n d t h e r i s k s a t -t e n d i n g w o r k i n c o m p r e s s e d a i r a t e x c e s s p r e s s u r e s o f o v e r 1 L t o 2a t m o s p h e r e s a r e n o t o r i o t u s . H e l l e r , M a g e i r a n d v . S c h r b t t e r h a v ee n d e a v o u r e d t o f o r m u l a t e r u l e s a s t o s a f e d e c o m p r e s s i o n ; a n d t h e ye x p r e s s t h e b e l i e f t h a t p e r f e c t l y u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n a t t h e r a t eo f 2 0 m i n u t e s a n a t m o s p h e r e w o u l d a l w a y s b e s a f e . F o l l o w i n g t h i sr u l e , w h i c h i s b a s e d o n a c a l c u l a t i o n , H i l l a n d G r e e n w o o d d e c o m p r e s s e dt h e m s e l v e s , w i t h o u t a n y s e r i o u s s y m p t o m s , a f t e r s h o r t e x p o s u r e s a te x c e s s p r e s s u r e s o f a s m u c h a s f i v e a n d e v e n s i x a t m o s p h e r e s .

A l t h o u g h t h e r u l e s f o r m u l a t e d b y t h e a b o v e - m e n t i o n e d o b s e r v e r sc o n s t i t u t e d a d i s t i n c t s t e p i n a d v a n c e , i t a p p e a r e d t o u s t h a t , f o rr e a s o n s w h i c h w i l l b e e x p l a i n e d b e l o w , t h e r e w e r e g r a v e d o u b t s a sL a P r e s s i o n B a r o m e t r i q u e , 1 8 7 8 .

2 L u f t d r u c k e r k r a n k u n g e n , 1 9 0 0 ; a l s o v . S c h r o t t e r , D e r S a u e r s t o f f i n d e r P r o p h y l a x i eu n d T h e r a p i e d e r L u f t d r u c k e r k r a n k u n g e n , 2 n d e d i t i o n , 1 9 0 6 . Th e f o r m e r w o r k c o n t a i n sa v e r y f u l l a b s t r a c t o f a l l p r e v i o u s i n v e s t i g a t i o n s on t h e s u b j e c t .

3 T h i s J o u r n a l , v o l . i i i . ( 1 9 0 3 ) , p . 4 0 1 ( a n d r e f e r e n c e s t h e r e g i v e n ) : s e e a l s o R e c e n tA d v a n c e s i n P h y s i o l o g y , 1 9 0 6 , p p . 2 3 3 - 2 5 5 .

4 P r o c e e d i n g s o f t h e R o y a l S o c i e t y , v o l . L X X V I I . p . 4 4 2 , 1 9 0 6 ; v o l . L X X I X . p . 2 1 , 1 9 0 7 ;a l s o B r i t i s h M I e d i c a l J o u r n a l , J u l y 7 t h , 1 9 0 6 , F e b . 1 6 t h , 1 9 0 7 , J u n e 2 2 n d , 1 9 0 7 . 22-2


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3 4 6 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sw i l l v a r y c o r r e s p o n d i n g l y . W e n m a y h o w e v e r f o r m s o m e r o u g h g e n e r a li d e a o f t h e a v e r a g e r a t e o f s a t u r a t i o n b y a s s u m i n g a s a b a s i s o f c a l c u l a -t i o n t h a t t h e b l o o d i s e v e n l y d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h e b o d y , a n d t h a tt h e t i s s u e s a r e s i m i l a r l y c o n s t i t u t e d i n a l l p a r t s .

A c c o r d i n g t o t h e f i g u r e s a d o p t e d b y B o h r ' , 1 0 0 c . c . o f b l o o d t a k eu p i n s i m p l e s o l u t i o n a t t h e b o d y t e m p e r a t u r e 0 8 7 c . c . o f n i t r o g e nf o r e a c h a t m o s p h e r e o f a i r p r e s s u r e . T h i s i s o n l y 8 0 / 0 l e s s t h a nw o u l d b e t a k e n u p b y w a t e r u n d e r t h e s a m e c o n d i t i o n s . B l o o dc o n t a i n s n e a r l y t h e s a m e p e r c e n t a g e o f s o l i d s a s t h e s e m i - l i q u i d t i s s u e s( a p a r t f r o m f a t ) i n m o s t p a r t s o f t h e b o d y , a n d w e may a s s u t m e t h a tt h e s e t i s s u e s w i l l t a k e u p n e a r l y t h e s a m e p r o p o r t i o n o f n i t r o g e n a sb l o o d . T h e e a r t h y c o n s t i t u e n t s o f b o n e ( a b o u t 3 0 / 0 o f t h e b o d y w e i g h t )p r o b a b l y t a k e u p n o n i t r o g e n . On t h e o t h e r h a n d t h e b o d y f a t , a s w a sr e c e n t l y s h o w n b y V e r n o n 2 , w h o m a d e a n u m b e r o f d e t e r m i n a t i o n s a tt h e b o d y t e m p e r a t u r e w i t h s p e c i a l r e f e r e n c e t o o u r i n v e s t i g a t i o n s , t a k e su p a b o u t s i x t i m e s a s much n i t r o g e n a s a n e q u a l w e i g h t o f b l o o d . T h eb o d y o f a w e l l - n o u r i s h e d m a n p r o b a b l v c o n t a i n s f u l l y 1 5 0 / 0 o f i t s w e i g h ta s f a t o r f a t t y m a t e r i a l . H e n c e i t may b e e s t i m a t e d t h a t i t w i l l , w h e ns a t u r a t e d a t a n y g i v e n p r e s s u r e , o n a n a v e r a g e t a k e u p , w e i g h t f o rw e i g h t , a b o u t 7 0 0 / 0 m o r e n i t r o g e n i n s i m p l e s o l u t i o n t h a n t h e b l o o du n d e r t h e s a m e c o n i d i t i o n s , a n d t h a t t h e w h o l e b o d y o f a man w e i g h i n g7 0 k i l o s w i l l t a k e u p a b o u t o n e l i t r e o f n i t r o g e n f o r e a c h a t m o s p h e r e o fe x c e s s p r e s s u r e .Now t h e w e i g h t o f t h e b l o o d i n man i s a b o u t 4 - 9 0 / 0 o f t h e b o d yw e i g h t 3 : h e n c e t h e a m o u n t o f n i t r o g e n h e l d i n s o l u t i o n i n t h e b o d y ,w h e n i t i s c o m p l e t e l y s a t u r a t e d a t a n y g i v e n p r e s s u r e , w i l l b e a b o u t1 7 0 , or 3 5 t i m e s a s g r e a t a s t h e amount p r e s e n t i n t h e b l o o d a l o n e .I f t h e r e f o r e t h e b l o o d d i s t r i b u t e d i t s e l f e v e n l y a n d a t t h e s a m e r a t et h r o u g h o u t t h e b o d y , t h e l a t t e r w o u l d h a v e r e c e i v e d , a t t h e e n d o f o n ec o m p l e t e r o u n d o f t h e b l o o d a f t e r s u d d e n e x p o s u r e t o h i g h p r e s s u r e o fa i r , o n e t h i r t y - f i f t h o f t h e e x c e s s o f n i t r o g e n c o r r e s p o n d i n g t o c o m p l e t es a t u r a t i o n . T h e s e c o n d r o u n d o f t h e c i r c u l a t i o n w o u l d a d d o n e t h i r t y -f i f t h o f t h e r e m a i n i n g d e f i c i t i n s a t u r a t i o n , i . e . 1 / 3 5 x 3 4 / 3 5 o f t h e t o t a le x c e s s : t h e t h i r d r o u n d w o u l d a d d 1 / 3 5 x ( 3 4 / 3 5 x 3 4 / 3 5 ) o f t h e t o t a le x c e s s , a n d s o o n . On f o l l o w i n g o u t t h i s c a l c u l a t i o n , i t w i l l b e f o u n dt h a t h a l f t h e t o t a l e x c e s s o f n i t r o g e n w o u l d h a v e e n t e r e d t h e b o d y

1 N a g e l ' s H a n d b u c h d e r P h y s i o l o g i e , v o l . i . , 1 9 0 5 , p . 6 3 .2 P r o c . R o y . S o c . , v o l . L X X I X . B , 1 9 0 7 , p . 3 6 6 .3 H a l d a n e a n d L o r r a i n S m i t h , J o u r n a l o f P h y s i o l o g y , v o l . x x v . , 1 9 0 0 , p . 3 4 0 .


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A . E . B o y c o T T , G . C . C . D A M A N T A N D J . S . H A L D A N E 3 4 7a f t e r 2 3 r o t u n d s o f t h e c i r c u l a t i o n , t h r e e - f o u r t h s a f t e r 4 6 r o u n d s , s e v e n -e i g h t h s a f t e r 6 9 r o u n d s , a n d s o o n . T h e p r o g r e s s o f t h e s a t u r a t i o n o ft h e b o d y w i t h n i t r o g e n i s t h u s a l o g a r i t h m i c c u r v e o f t h e f o r m s h o w n i nF i g u r e 1 1 .

93 2 _ _ _ _ _ 4 _ 5

8 0

7 08 0

0 )

M u l t i p l e s o f t h e t i m e r e q u i r e d t o p r o d u c e h a l f - s a t u r a t i o n .F i g . 1 . C u r v e s h o w i n g t h e p r o g r e s s o f s a t u r a t i o n o f a n y p a r t o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e na f t e r a n y g i v e n s u d d e n r i s e o f a i r p r e s s u r e . T h e p e r c e n t a g e s a t u r a t i o n c a n b e r e a do f f o n t h e c u r v e , p r o v i d e d t h e d u r a t i o n o f e x p o s u r e t o t h e p r e s s u r e , a n d t h e t i m er e q u i r e d t o p r o d u c e h a l f - s a t u r a t i o n o f t h e p a r t i n q u e s t i o n , a r e b o t h k n o w n . T h u s

a p a r t w h i c h h a l f - s a t u r a t e s i n o n e h o u r w o u l d , a s s h o w n o n t h e c u r v e , b e 3 0 0 / 0s a t u r a t e d i n h a l f - a n - h o u r , o r 9 4 0 / 0 s a t u r a t e d i n 4 h o u r s .E x p e r i m e n t s o n a n i m a l s h a v e s h o w n t h a t t h e v e n o u s b l o o d e n t e r i i n g

t h e l u n g s c o n t a i n s a b o u t t w o - f i f t h s l e s s o f o x y g e n t h a n t h e a r t e r i a lb l o o d . I f w e a s s u m e t h a t t h e s a m e p r o p o r t i o n h o l d s g o o d f o r a m a na t r e s t , a n d t h a t v e r y l i t t l e o x y g e n i s u s e d u p i n t h e l u n g s t h e m s e l v e s ,t h e p e r c e n t a g e o f o x y g e n g a i n e d b y t h e b l o o d i n t h e l u n g s m u s t b ea b o u t 8 / 0 , o r a b o u t d o u b l e t h e p e r c e n t a g e d i m i n u t i o n i n t h e e x p i r e d

1 T h i s c a l c u l a t i o n i s i n p r i n c i p l e s i m i l a r t o t h a t made b y Z u n t z ( F o r t s c h r i t t e d e rM e d i z i n , 1 8 9 7 , N o . 1 6 ) , a n d w o r k e d o u t more f u l l y b y H e l l e r , M a g e r a n d v . S c h r 6 t t e r( l o c . c i t . ) . On a c c o u n t , h o w e v e r , o f t h e d i s c o v e r y t h a t f a t h a s a v e r y h i g h c o e f f i c i e n t o fa b s o r p t i o n f o r n i t r o g e n , a n d t h a t t h e b l o o d v o l u m e i n man i s c o n s i d e r a b l y l e s s t h a n w a sf o r m e r l y s u p p o s e d , o u r c a l c u l a t i o n g i v e s a mu c h s l o w e r r a t e o f s a t u r a t i o n p e r r o u n d o f t h ec i r c u l a t i o n .


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3 4 8 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sa i r a s c o m p a r e d w i t h t h e i n s p i r e d a i r . T h e v o l u m e o f b l o o d p a s s i n gt h r o u g h t h e l u n g s i s t h e r e f o r e a b o u t d o u b l e t h e v o l u m e o f a i r b r e a t h e d .S i n c e t h i s v o l u m e o f a i r ( m e a s u r e d d r y a n d a t s t a n d a r d p r e s s u r e a n dt e m p e r a t u r e ) a v e r a g e s a b o u t s e v e n l i t r e s p e r m i n u t e ' f o r a man o f7 0 k i l o s d u r i n g r e s t , t h e v o l u m e o f b l o o d p a s s i n g t h r o u g h t h e l u n g sm a y b e e s t i m a t e d a t a b o u t 3 - 5 l i t r e s p e r m i n u t e 2 . T h e t o t a l b l o o dv o l u m i e i s h o w e v e r a l s o a b o u t 3 - 5 l i t r e s , s o t h a t a v o l u m e o f b l o o d e q u a lt o t h e t o t a l b l o o d v o l u m e p r o b a b l y p a s s e s t h r o t u g h t h e l u n g s a b o u to n c e a m i n u t e d u r i n a r e s t . W e may t h e r e f o r e s u b s t i t u t e m i n u t e s f o rr o u n d s o f t h e c i r c u l a t i o n i n t h e a b o v e c a l c u l a t i o n o f t h e r a t e o f s a t u r a -t i o n o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e n , s o t h a t , i f t h e a s s u m p t i o n s m a d e f o r t h ep u r p o s e s o f t h e c a l c u l a t i o n h e l d g o o d f o r a man e x p o s e d t o c o m p r e s s e da i r , h i s b o dy w o u l d b e h a l f s a t u r a t e d w i t h t h e e x c e s s o f n i t r o g e n i n2 3 m i n u t e s , t h r e e - f o u r t h s s a t u r a t e d i n 4 6 m i n u t e s , e t c .

I n r e a l i t y , h o w e v e r , t h i s c a l c u l a t i o n a f f o r d s a t b e s t o n l y a v e r yr o u g h g e n e r a l i d e a o f t h e a c t u a l r a t e o f s a t u r a t i o n , s i n c e i t i s k n o w nt h a t t h e d i s t r i b u t i o n o f b l o o d p e r u n i t o f b o d y w e i g h t t h r o u g h v a r i o u sp a r t s o f t h e b o d y v a r i e s g r e a t l y , a n d t h a t t h e r a t e o f c i r c u l a t i o nt h r o u g h a n y g i v e n p a r t v a r i e s a c c o r d i n g a s t h e p a r t i s a t r e s t o r i na s t a t e o f a c t i v i t y . T h e p r o p o r t i o n o f f a t a n d f a t t y m a t e r i a l i s a l s ov e r y d i f f e r e n t i n d i f f e r e n t p a r t s o f t h e b o d y , s o t h a t t h e c a p a c i t i e s o fd i f f e r e n t t i s s u e s f o r t a k i n g u p n i t r o g r e n m u s t v a r y a c c o r d i n g l y . W es h o u l d e x p e c t t h e r e f o r e t h a t s o m e p a r t s o f t h e b o d y w i l l s a t u r a t e m u c hm o r e r a p i d l y t h a n t h e c a l c u l a t i o n s h o w s , a n d o t h e r p a r t s m u c h m o r es l o w l y . D i r e c t e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e o f f a r m o r e r a p i d s a t u r a t i o n i ns o m e p a r t s o f t h e b o d y h a s r e c e n t l y b e e n f u r n i s h e d b y H i l l a n dG r e e n w o o d 3 . T h e i r m e t h o d w a s t o d e t e r m i n e t h e f r e e n i t r o g e n i ns a m p l e s o f u r i n e s e c r e t e d s h o r t l y a f t e r e x p o s u r e t o h i g h p r e s s u r e , a n ds h o r t l y a f t e r r e t u r n t o n o r m a l p r e s s u r e . A s u f f i c i e n t l y c o p i o u s s e c r e t i o no f u r i n e w a s p r o d u c e d b y p r e v i o u s l y a d m i n i s t e r i n g l a r g e d r i n k s o f w a t e rt o t h e s u b j e c t o f t h e e x p e r i m e n t ; a n d t h e y f o u n d t h a t , w i t h i n a b o u tt e n m n i n u t e s o f e x p o s u r e t o h i g h p r e s s u r e , s a m p l e s o f u r i n e s e c r e t e dw e r e s a t u r a t e d a t t h i s p r e s s u r e . C o n v e r s e l y , o n l o w e r i n g t h e p r e s s u r et o n o r m a l , t h e e x c e s s o f n i t r o g e n d i s a p p e a r e d w i t h i n a f e w m i n u t e s .

I H a l d a n e a n d P r i e s t l e y , l o c . c i t . , p . 2 4 5 .2 A s a r e s u l t o f n u m e r o u s e x p e r i m e n t s o n ma n w i t h t h e l u n g c a t h e t e r L o e w y a n dv . S c h r o t t e r ( U n t e r s u c h u n g e n u b e r d i e B l u t c i r c u l a t i o n b e i m M e n s c h e n , 1 9 0 5 , p . 9 0 ) i u f e r

t h a t t h e a v e r a g e r a t e o f b l o o d f l o w d u r i n g r e s t i s s l i g h t l y f a s t e r . A t p r e s e n t , h o w e v e r ,t h e r e i s s o m e d o u b t a s t o t h e i n t e r p r e t a t i o n o f r e s u l t s o b t a i n e d b y t h e l u n g c a t h e t e rm e t h o d .3 P r o c . R o y . S o c . B , v o l . L X X I X . , p . 2 1 , 1 9 0 7 .


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . D A M A N T A N D J . S . H A L D A N E 3 4 9T h e s e r e s u l t s s e e m t o s h o w c o n c l u s i v e l y t h a t t h e k i d n e y s u b s t a n c eb e c a r n e s a t u r a t e d w i t h n i t r o g e n a t a r a t e a b o u t t e n t i m e s a s g r e a ta s w o u l d c o r r e s p o n d t o t h e a b o v e c a l c u l a t i o n . F r o m t h e d a t a g i v e ni t a p p e a r s , h o w e v e r , t h a t u r i n e w a s b e i n g s e c r e t e d w i t h g r e a t r a p i d i t yd u r i n g t h e e x p e r i m e n t s . F o r i n s t a n c e , 1 3 5 c . c . w e r e s e c r e t e d i n f i v em i n u i t e s i n o n e o b s e r v a t i o n l w h e r e t h e q u a n t i t i e s a n d t i m e s a r e r e c o r d e d .T h i s i s a b o u i t t h i r t y t i m e s t h e a v e r a g e r a t e o f s e c r e t i o n , s o t h a t t h ec i r c u l a t i o n o f b l o o d t h i r o u g h t h e a c t i v e l y w o r k i n g k i d n e y s m u s t h a v eb e e n g r e a t l y i n c r e a s e d .

E q u a l l y c l e a r e v i d e n c e o f t h e e x i s t e n c e o f a f a r s l o w e r r a t e o fs a t u r a t i o n i s a f f o r d e d b y t h e e x p e r i e n c e o f men w o r k i n g i n c o m p r e s s e da i r , p a r t i c u l a r l y i n c a i s s o n s a n d t u n n e l s a t m i i o d e r a t e p r e s s u r e s . I t i sw e l l k n o w n t o t h o s e p r a c t i c a l l y f a m i l i a r w i t h s t i c h w o r k t h a t t h e r i s ko f s y m p t o m s o c c u r r i n g o n d e c o m p r e s s i o n d e p e n d s o n t h e d u r a t i o n o ft i h e e x p o s u r e . T h e r e i s v e r y l i t t l e r i s k o n r a p i d d e c o m p r e s s i o n a f t e rs h o r t e x p o s u r e s o f l e s s t h a n a n h o u r t o a n e x c e s s p r e s s u r e o f t w oa t m o s p h e r e s o r e v e n s o m e w h a t h i g h e r p r e s s u r e ; b u t a s t h e d u r a t i o no f e x p o s u r e i n c r e a s e s h o u r b y h o u r , s o d o t h e r i s k s o n d e c o m p r e s s i o ni n c r e a s e . W e a r e a s s u r e d b y Mr E . W . M o i r ( o f t h e f i r m o f M e s s r sS . P e a r s o n a n d S o n , L t d . , W e s t m i n s t e r ) , w h o h a s h a d a n e x c e p t i o n a l l yl a r g e e x p e r i e n c e o f t u n n e l l i n g w o r k i n c o m p r e s s e d a i r a t e x c e s sp r e s s u r e s u p t o a b o u t 2 4 a t m o s p h e r e s , t h a t t h e m a x i m t u m o f r i s k i sn o t r e a c h e d a f t e r e v e n t h r e e h o u r s , s o t h a t a l i m i t a t i o n o f w o r k i n gs h i f t s t o t h r e e h o u r s m a r k e d l y d i m i n i s h e s t h e f r e q u e n c y o f c o m p r e s s e d -a i r i l l n e s s . H e n c e i n s o m e p a r t s o f t h e b o d y s a t u r a t i o n w i t h n i t r o g e nm u s t s t i l l b e i n c o m p l e t e a f t e r t h r e e h o u r s . A n o t h e r o b s e r v a t i o np o i n l t i n g i n t h e s a m n e d i r e c t i o n i s t h a t w h e n t h e d a i l y w o r k i n g p e r i o dw a s 8 4 h o u r s u n d e r p r e s s u r e w i t h t w o i n t e r v a l s o f a b o u t 1 h o u r s e a c hf o r m e a l s a t o r d i n a r y a t m o s p h e r i c p r e s s u r e , c a s e s o f c a i s s o n d i s e a s eu s u a l l y o c c u r r e d a f t e r t h e l a s t d e c o m p r e s s i o n i n t h e e v e n i n g a n d n o tw h e n t h e me n c a m e o u t f o r m e a l s ' .

O u r own o b s e r v a t i o n s o n a n i m a l s a f f o r d f r e s h e v i d e n c e b e a r i n g i n t h es a m e d i r e c t i o n . W e f o u n d t h a t i n g o a t s t h e r i s k s o n d e c o m p r e s s i o ni n c r e a s e w i t h t h e l e n g t h o f e x p o s u r e t o p r e s s u r e u p t o f r o m t w o t o t h r e eh o u r s ( s e e b e l o w , p . 3 9 6 ) .I n d i f f e r e n t w a r t n - b l o o d e d a n i m a l s t h e r a t e o f r e s p i r a t o r y e x c h a n g ev a r i e s , r o u g h l y s p e a k i n g , a c c o r d i n g t o t h e r a t i o o f b o d y s u r f a c e t ow e i g l h t . T h e s m a l l e r t h e a n i m a l s , t h e r e f o r e , t h e g r e a t e r i s t h e r e s p i r a -t o r y e x c h a n g e p e r u n i t o f b o d y w e i g h t , a n d t h e m o r e r a p i d m u s t b e t h e

1 G . W. M . B o y c o t t , T r a i t s . I n s t . o f C i v i l E n g i n e e r s , v o l . C L X V . , 1 9 0 6 .


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3 5 0 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sc i r c u l a t i o n . I n c o n s e q u e n c e s m a l l a n i m a l s , w h e n p l a c e d i n c o m p r e s s e da i r , m u s t s a t u r a t e t h e i r t i s s u e s m o r e r a p i d l y i n p r o p o r t i o n t o t h e i r m o r ea c t i v e r e s p i r a t o r y e x c h a n g e ; a n d , c o n v e r s e l y , t h e y w i l l f r e e t h e m s e l v e sm o r e r a p i d l y , d u r i n g o r a f t e r d e c o m p r e s s i o n , f r o m t h e e x c e s s o f n i t r o g e n .H e n c e r e s u l t s o b t a i n e d w i t h s m a l l a n i m a l s a s t o t h e t i m e r e q u i r e d f o rc o m p l e t e s a t u i r a t i o n , o r f o r s a f e d e c o m p r e s s i o n , a r e n o t d i r e c t l y a p p l i -c a b l e t o m a n . W e s e l e c t e d g o a t s f o r o u r e x p e r i m e n t s a s t h e y w e r e t h el a r g e s t a n i m a l s w h i c h c o u l d b e c o n v e n i e n t l y u s e d ; b u t t h e i r w e i g h t sa v e r a g e d o n l y a b o u t o n e - f o u r t h t o o n e - t h i r d o f t h e w e i g h t o f a n a d u l tm a n . A s t h e s u r f a c e s o f d i f f e r e n t mammals a r e r o u g h l y a s t h e c u b er o o t s s q u a r e d o f t h e i r w e i g h t s , w e s h o u l d e x p e c t t h a t i n g o a t s o f t h i ss i z e t h e r e s p i r a t o r y e x c h a n g e p e r k i l o o f b o d y w e i g h t w o u l d b e a b o u tt w o - t h i r d s g r e a t e r t h a n i n m a n . D i r e c t d e t e r m i n a t i o n s s h o w e d t h a tt h i s w a s t h e c a s e ( s e e p . 3 8 1 ) . H e n c e i f i t r e q u i r e d t h r e e h o u r s e x p o s u r et o a h i g h p r e s s u r e t o e f f e c t p r a c t i c a l l y c o m p l e t e s a t u r a t i o n ' o f t h e m o r es l o w l y s a t u r a t i n g t i s s u e s o f a g o a t w i t h n i t r o g e n , a b o u t f i v e h o u r s w o u l db e r e q u i r e d f o r a m a n . An i n s p e c t i o n o f F i g . 1 ( p . 3 4 7 ) w i l l s h o w t h a t i ft h e s e t i s s u e s b e c a m e 5 0 0 / 0 s a t u r a t e d i n a b o u t 4 5 m i n u t e s i n g o a t s a n d 7 5m i n u t e s i n m a n , t h e y w o u l d b e 9 4 0 / 0 s a t u r a t e d i n t h r e e h o u r s f o r g o a t s ,a n d i n f i v e h o u r s f o r m n a n . A h i g h e r d e g r e e o f s a t u r a t i o n t h a n t h i sw o u l d s c a r c e l y b e a p p r e c i a b l e , a n d we h a v e c o n c l u d e d t h a t f o r p r a c t i c a lp u r p o s e s a n y s l o w e r r a t e o f s a t u r a t i o n t h a n t h i s , a n d c o r r e s p o n d i n g l ys l o w e r r a t e o f d e s a t u r a t i o n , n e e d n o t b e a l l o w e d f o r , u n l e s s t h e p e r c e n t a g eo f f a t i n t h e b o d y i s a b n o r m a l l y h i g h . W e m u s t a d m i t , h o w e v e r , t h a tt h e r e i s s o m e e v i d e n c e , b o t h f r o m o u r o w n e x p e r i m e n t s a n d f r o m p r a c t i c a le x p e r i e n c e i n w o r k i n c o m p r e s s e d a i r , t h a t i n t h e p a r t s o f t h e b o d yw h i c h a r e t h e s e a t o f " b e n d s " a s t i l l s l o w e r r a t e o f s a t u r a t i o n maye x i s t .

B . T h e r a t e o f d e s a t u r a t i o n o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e n d u r i n ga n d a f t e r d e c o m p r e s s i o n .I f t h e p r e s s u r e i s r a p i d l y d i m i n i s h e d t o n o r m a l a f t e r e x p o s u r e t os a t u r a t i o n i n c o m p r e s s e d a i r , a n d n o g a s b u b b l e s a r e l i b e r a t e d i n t h eb o d y , i t i s e v i d e n t t h a t f o r e a c h p a r t o f t h e b o d y t h e c u r v e o f d e s a t u r a -t i o n w i l l b e s i m i l a r t o t h a t o f s a t u r a t i o n , p r o v i d e d t h e p h y s i o l o g i c a lc o n d i t i o n s a r e c o n s t a n t . T h e v e n o u s b l o o d w i l l g i v e o f f p r a c t i c a l l y t h e

I T h e o n l y m e t h o d a p p a r e n t l y a v a i l a b l e t o d e t e r m i n e t h e t i m e o f c o m p l e t e s a t u r a t i o ni n n o r m a l a n i m a l s i s t o s u b j e c t t h e m t o a s e r i e s o f e x p e r i m e n t s i n w h i c h t h e p r e s s u r e a n dd e c o m p r e s s i o n a r e k e p t c o n s t a n t a n d t h e t i m e o f e x p o s u r e v a r i e d , a n d t o o b s e r v e w h e n t h ee f f e c t s c e a s e t o b e c o m e a n y w o r s e . T h e m e t h o d i s o p e n t o o b v i o u s l i m i t a t i o n s .


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A . E . B o y c o T T , G . C . C . D A M A N T A N D J . S . H A L D A N E 3 5 1w h o l e o f i t s e x c e s s o f d i s s o l v e d n i t r o g e n d u r i n g i t s p a s s a g e t h r o u g h t h el u n g s ' , a n d a t e a c h r o u n d o f t h e c i r c u l a t i o n w i l l b r i n g b a c k a f r e s hc h a r g e o f n i t r o g e n ( a t t h e p a r t i a l p r e s s u r e e x i s t i n g i n t h e t i s s u e s ) t ob e g i v e n o f f . T h e p a r t s w h i c h b e c o m e h a l f d e s a t u r a t e d b y t h i s p r o c e s si n a g i v e n t i m e w i l l b e t h r e e - f o u r t h s ( l e s a t u r a t e d i n d o u b l e t h e t i m e , a n ds o o n . T h e s l o w e s t s a t u r a t i n g , t i s s u e s w i l l t h u s , i n a c c o r d a n c e w i t h o u rp r e v i o u s c a l c u l a t i o n , t a k e o n e a n d a q u a r t e r h o u r s t o b e c o m e h a l fd e s a t u r a t e d i n m a n .

T h e n o r m a l c o m b i n e d g a s p r e s s u r e o f n i t r o g e n , o x y g e n a n d C O 2 i nt h e t i s s u e s a n d v e n o u s b l o o d may b e e s t i m a t e d a s a b o u t 9 0 O / , o f a na t m o s p h e r e , s o t h a t i f t h e n i t r o g e n p r e s s u r e b e m o r e t h a n a n e i g h t ha b o v e n o r m a l t h e t o t a l g a s p r e s s u r e w i l l b e a b o v e a t m o s p h e r i c p r e s s u r e .S u p p o s i n g t h e r e f o r e t h a t b e f o r e d e c o m p r e s s i o n t h e m o s t s l o w l y s a t u -r a t i n g p a r t s o f t h e b o d y ( i . e . t h o s e h a l f s a t u r a t i n g i n o n e a n d a q u a r t e rh o u r s ) h a d b e e n s a t u r a t e d t o a n e x c e s s p r e s s u r e o f t w o a t m o s p h e r e s o fa i r , i t w o u l d t a k e a b o u t f i v e h o u r s a t a t m o s p h e r i c p r e s s u r e t o r e d u c et h i s e x c e s s p r e s s u r e t o a s i x t e e n t h ( o r a n e i g h t h o f o n e a t m o s p h e r e ) a n ds o b r i n g d o w n t h e t o t a l g a s p r e s s u r e i n t h e p a r t s i n q u e s t i o n t o a b o u ta t m o s p h e r i c p r e s s u r e . T h e s l o w n e s s o f d e s a t u r a t i o n m u s t b e a s c l e a r l yb o r n e i n m i n d a s t h e s l o w n e s s o f s a t u i r a t i o n , i n c o i n n e c t i o n w i t h a l l t h ep h e n o m e n a o f c o m p r e s s e d - a i r i l l n e s s .

I f g a s b u b b l e s a r e f o r m e d i n c o n s e q u e r n c e o f t o o r a p i d d e c o m p r e s s i o n ,t h e y w i l l n a t u r a l l y t e n d t o i n c r e a s e i n s i z e b y d i f f u s i o n i n t o t h e m , i nw h a t e v e r p a r t o f t h e b o d y t h e y m a y b e e x c e p t t h e a r t e r i e s , f o r s o m et i m e a f t e r t h e e n d o f d e c o m p r e s s i o n . T h e y may t h u s e a s i l y c a u s eb l o c k i n g o f s m a l l v e s s e l s , a n d e v e n i f t h e y a r e c a r r i e d t o t h e r i g h t s i d eo f t h e h e a r t o r t h e p u l m o n a r y a r t e r i e s , a n d l o d g e t h e r e , t h e y w i l li n c r e a s e i n b u l k u n t i l t h e t o t a l g a s p r e s s u r e i n t h e m i x e d v e n o u s b l o o df a l l s t o o n e a t m o s p h e r e . T h e s a m e r e m a r k a p p l i e s t o b u b b l e s w h i c h

1 I n v i e w o f t h e e n o r m o u s s u r f a c e ( p r o b a b l y m o r e t h a n 1 0 0 s q u a r e m e t r e s ) p r e s e n t e db y t h e l u n g a l v e o l i f o r d i f f u s i o n i t s e e m s h a r d l y p o s s i b l e t o d o u b t t h a t t h e b l o o d d u r i n g i t sp a s s a g e t h r o u g h t h e l u n g s b e c o m e s s a t u r a t e d o r d e s a t u r a t e d t o a l m o s t e x a c t l y t h e p r e s s u r eo f n i t r o g e n i n t h e a l v e o l a r a i r . A c c o r d i n g t o t h e c a l c u l a t i o n s o f L o e w y a n d Z u n t z ( D i ep h y s i o l o g i s c h e n G r u n d l a g e n d e r S a u e r s t o f f - T h e r a p i e i n M i c h a e l i s ' D i e S a u e r s t o f f t h e r a p i e ,B e r l i n , 1 9 0 4 ) , a d i f f e r e n c e i n p a r t i a l p r e s s u r e o f o x y g e n o f l e s s t h a n 1 m m . o f m e r c u r yw o u l d a c c o u n t f o r t h e d i f f u s i o n o f 2 5 0 c . c . o f o x y g e n p e r m i n u t e t h r o u g h t h e a l v e o l a r w a l l s .W i t l h a d i f f e r e n c e i n p a r t i a l p r e s s u r e o f n i t r o g e n o f t w o a t m o s p h e r e s , o r 1 5 2 0 m m . o fm e r c u r y , b e t w e e n t h e b l o o d a n d t h e a l v e o l a r a i r o n l y a b o u t 7 0 c . c . o f n i t r o g e n w o u l dr e q u i r e t o p a s s p e r m i n u t e i n o r d e r t o e s t a b l i s h c o m p l e t e s a t u r a t i o n , o r d e s a t u r a t i o n , o ft h e b l o o d . T h e c o n d i t i o n s a r e t h u s e n o r m o u s l y more f a v o u r a b l e f o r t h e t a k i n g u p o rg i v i n g o f f o f t h i s n i t r o g e n t h a n f o r t h e t a k i n g u p o f o x y g e n b y d i f f u s i o n d u r i ng n o r m a lr e s p i r a t i o n .


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3 5 2 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sl o d g e i n t h e b r a n c h e s o f t h e p o r t a l v e i n s . I f s m a l l b u b b l e s a r e c a r r i e dt h r o u g h t h e l u n g c a p i l l a r i e s a n d p a s s , f o r i n s t a n c e , t o a s l o w l y d e s a t u -r a t i n g p a r t o f t h e s p i n a l c o r d , t h e y w i l l t h e r e i n c r e a s e i n s i z e a n dmay p r o d u c e s e r i o u s b l o c k a g e o f t h e c i r c u l a t i o n o r d i r e c t m e c h a n i c a ld a m a g e . A p a r t f r o m t h i s i n c r e a s e o f s i z e t h e a i r b u b b l e s p a s s i n g a l o n gt h e a r t e r i e s a r e p r o b a b l y t o o s m a l l t o c a u s e a n y h a r m . O n c e f o r m e dt h e y w i l l u n d e r o r d i n a r y c o n d i t i o n s t a k e a l o n g t i m e t o b e c o m e r e -a b s o r b e d , s i n c e e v e n a f t e r t h e g a s p r e s s u r e i n t h e b l o o d a n d t i s s u e s h a sf a l l e n t o n o r m a l , t h e e x c e s s o f n i t r o g e n p r e s s u r e i n t h e b u b b l e s o v e rt h a t i n t h e b l o o d a n d t i s s u e s w i l l o n l y b e a b o u t a t e n t h o f a na t m o s p h e r e a t m o s t . I n o n e c a s e w e f o u i n d b u b b l e s i n t h e v e i n s o fa n a n i m a l w h i c h d i e d t w o d a y s a f t e r s u f f e r i n g f r o m s e v e r e d e c o m p r e s -s i o n s y m p t o m s ( s e e b e l o w p . 4 2 1 ) .

I n o r d e r t o a v o i d t h e r i s k o f b u b b l e s b e i n g f o r m n e d o n d e c o m p r e s -s i o n , i t h a s h i t h e r t o b e e n r e c o m m e n d e d t h a t d e c o m p r e s s i o n s h o u l d b es l o w a n d a t a s n e a r l y a u n i f o r m r a t e t h r o u g h o u t a s p o s s i b l e . W e m u s tt h e r e f o r e c a r e f u l l y c o n s i d e r t h e p r o c e s s o f d e s a t u r a t i o n o f t h e b o d yd u r i n g s l o w a n d u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n . F o r c o n v e n i e n c e i n c a l c u l a t i o nw e may i m a g i n e t h e p r o c e s s a s o c c u r r i n g i n a s e r i e s o f t i m e - i n t e r v a l s ,t h e f i r s t h a l f o f e a c h o f w l h i c h i s s p e n t a t t h e p r e s s u r e e x i s t i n l g a t t h eb e g i n n i n g o f t h e i n t e r v a l , a n d t h e s e c o n ( l h a l f a t t h e p r e s s u r e e x i s t i n ga t t h e e n d . L e t u s s u p p o s e , f o r i n s t a n i e e , t h a t t h e b o d y h a s b e e nc o m p l e t e l y s a t u r a t e d w i t h n i t r o g e n i a t a n e x c e s s p r e s s u r e o f f i v ea t m o s p h e r e s o f a i r , a n d t h a t d e c o m p r e s s i o n o c c u r s a t a r a t e o f o n ea t m o s p h e r e i n 2 0 m i n u t e s . T h e p r o c e s s may b e d i v i d e d i n t o f i v ep e r i o d s o f 2 0 m i n u t e s , d u r i n g e a c h o f w h i c h t h e p r e s s u r e f a l l s o n ea t m o s p h e r e . W e c a n t h e n e a s i l y c a l c u l a t e h o w f a r d e s a t u r a t i o n w i l lh a v e g o n e a t t h e e n d o f e a c h p e r i o d , a n d f r o m t h e s e d a t a c o n s t r u c ta d e s a t u r a t i o n c u r v e .

L e t u s f i r s t c o n s i d e r t h e m e a n d e s a t u r a t i o n r a t e o f t h e w h o l e b o d y ,a s s u m i n g t h a t , w h e n t h e p r e s s u r e i s s u d d e n l y r a i s e d o r d i m i n i s h e d t o ac e r t a i n l e v e l , t h e t i s s u e s w i l l o n a n a v e r a g e s a t u r a t e o r d e s a t u r a t et h e m s e l v e s b y 5 0 0 / 0 i n 2 3 m i n u t e s , w h i c h w a s s h o w n a b o v e t o b ea p r o b a b l e a v e r a g e r a t e . A r e f e r e n c e t o t h e c u r v e ( F i g . 1 ) s h o w s t h a tt e n m i n u t e s ' e x p o s u r e t o t h e r e d u c e d p r e s s u r e o f f o u r a t m o s p h e r e s i ne x c e s s w i l l r e d u c e t h e s a t u r a t i o n b y 2 8 0 / 0 o f t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n f i v ea n d f o u r a t m o s p h e r e s , i . e . b y 0 2 8 o f a n a t m o s p h e r e . H e n c e a t t h e e n do f 2 0 m i n u t e s t h e t i s s u e s w i l l o n a n a v e r a g e b e s a t u r a t e d t o 4 - 7 2 a t m o -s p h e r e s . T e n m o r e i n i n u t e s a t f o u r a t m o s p h e r e s w i l l r e d u c e t h es a t u r a t i o n t o 4 ' 5 a t m o s p h e r e s , a n d t e n m i n u t e s a t t h r e e a t m o s p h e r e s


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . DAMANT AND J . S . HALDANE 3 5 3w i l l f u r t h e r r e d u c e i t b y 2 8 0 / 0 o f 45 - 3 , i . e . b y 0 4 2 a t m o s p h e r e .H e n c e a t t h e e n d o f t h e s e c o n d t w e n t y m i n u t e s t h e s a t u r a t i o n o f t h et i s s u e s w i l l b e 4 0 8 a t m o s p h e r e s . C o n t i n u i n g t h i s c a l c u l a t i o n w e g e tt h e d e s a t u r a t i o n c u i r v e s h o w n i i n F i g . 2 , f r o m w h i c h i t w i l l b e s e e n t h a tw h e n a t m o s p h e r i c p r e s s u r e i s r e a c h e d t h e t i s s u e s a r e s t i l l s a t u r a t e d t oa n e x c e s s p r e s s u r e c o r r e s p o n d i n g t o 1 P 4 a t m o s p h e r e s o f a i r .F i g . 2 a l s o s h o w s a s i m i l a r c u r v e f o r t h e p a r t s w h i c h s a t u r a t e a n dd e s a t u r a t e m o s t s l o w l y , a n d w h i c h , a c c o r d i n g t o o u r p r e v i o u s c a l c u l a -t i o n s , t a k e o n e a n d a q u a r t e r h o u r s t o b e c o m e h a l f s a t u r a t e d . A t t h ee n d o f d e c o m p r e s s i o n t h e s e s l o w l y d e s a t u r a t i n g p a r t s , a s s h o w n o n t h ec u r v e , a r e s t i l l s a t u r a t e d t o 3 - 1 5 a t m o s p h e r e s . T h i s o f c o u r s e r e p r e s e n t sa m o s t f o r m i d a b l e e x c e s s ; a r n d , a s w i l l b e s h o W D b e l o w ( p . 4 0 1 ) , u n i f o r md e c o m p r e s s i o n a t t h i s r a t e i s d a n g e r o u s e v e n t o g o a t s , a n d w o u l dc e r t a i n l y b e e x t r e m e l y d a n g e r o u s t o m e n , w h o d e s a t u r a t e a g o o d d e a lm o r e s l o w l y t h a n g o a t s .

X 0 1 0 20 30 40 50 6 0 70 80 90 1 0 0T i m e i n m i n u t e s .

F i g . 2 . D e s a t u r a t i o n d u r i n g u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n a f t e r c o m p l e t e s a t u r a t i o n a t5 a t m o s p h e r e s e x c e s s p r e s s u r e . The t h i c k l i n e r e p r e s e n t s t h e a i r p r e s s u r e : t h eu p p e r a n d l o w e r t h i n l i n e s r e p r e s e n t r e s p e c t i v e l y t h e p r o g r e s s o f d e s a t u r a t i o n i np a r t s o f t h e b o d y w h i c h h a l f s a t u r a t e i n 7 5 a n d 2 3 m i n u t e s .I n s p e c t i o n o f F i g . 2 s h o w s t h a t w i t h u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n t h en i t r o g e n p r e s s u r e i n t h e b o d y l a g s b e h i n d t h a t o f t h e a i r , a n d t h a t ( i n

t h e c a s e o f t h e s l o w l y d e s a t u r a t i n g p a r t s ) t h e a m o u n t o f t h e l a gi n c r e a s e s d u r i n g t h e w h o l e t i m e o f a d e c o m p r e s s i o n l a s t i n g 1 0 0 m i n u t e s .No o t h e r r e s u l t s e e m s p o s s i b l e , a n d a c t u a l e x p e r i m e n t s p o i n t s t r o n l g l yi n t h e s a m e d i r e c t i o n , a s w i l l b e s h o w n p r e s e n t l y . W e m u s t e m -p h a t i c a l l y d i s s e n t f r o m t h e c o n c l u s i o n d r a w n b y H e l l e r , M a g e r a n dv . S c h r o t t e r t h a t d e c o m p r e s s i o n a t t h e u n i f o r m r a t e o f 2 0 m i n u t e s a na t m o s p h e r e p r e v e n t s a n y d a n g e r o u s r e t e n t i o n o f g a s i n t h e b o d y . T o


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3 5 4 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sp r e v e n t a maximum J a g o f m o r e t h a n o n e a t m o s p h e r e , i t w o u l d b en e c e s s a r y t o d e c o m p r e s s a t a r a t e o f o v e r o n e a n d a h a l f h o u r s a na t m o s p h e r e i f t h e d e c o m p r e s s i o n w e r e u n i f o r m a n d f r o m a n e x c e s sp r e s s u r e o f f i v e a t m o s p h e r e s ' .

T h e e x a m p l e s g i v e n w i l l b e s u f f i c i e n t t o i l l u s t r a t e t h e e x t r e m es l o w n e s s w i t h w h i c h d e s a t u r a t i o n m u s t o c c u r w i t h a u n i f o r m r a t e o fd e c o m p r e s s i o n . T h i s s l o w n e s s h a s n e v e r h i t h e r t o b e e n r e c o g n i s e d , b u tm u s t e v i d e n t l y b e r e c k o n e d w i t h i n d e v i s i n g m e a s u r e s f o r t h e p r e v e n t i o no f c a i s s o n d i s e a s e .I t i s c l e a r t h a t t h e r a t e o f d e s a t u r a t i o n m i g h t b e l h a s t e n e d b y e i t h e r( 1 ) i n c r e a s i n g t h e d i f f e r e n c e i n n i t r o g e n p r e s s u r e b e t w e e n t h e v e n o u sb l o o d a n d t h e a i r i n t h e l u n g s , o r ( 2 ) i n i c r e a s i n g t h e r a t e o f b l o o dc i r c u l a t i o n . I n e i t h e r c a s e t h e b l o o d w o u l d g i v e o f f t h r o u g h t h e l u n g sa n i n c r e a s e d a m o u n t o f t h e e x c e s s o f n i t r o g e n i n a g i v e n t i m e .

I n o r d e r t o i n c r e a s e t h e d i f f e r e n c e i n n i t r o g e n p r e s s u r e b e t w e e n t h ev e n o u s b l o o d a n d t h e a l v e o l a r a i r i t h a s b e e n p r o p o s e d t o g i v e a d i v e ro x y g e n t o b r e a t h e d u r i n g , o r b e f o r e d e c o m p r e s s i o n . A s l o n g , h o w e v e r ,a s t h e p r e s s u r e w a s a b o v e a b o u t o n e a t m o s p h e r e i n e x c e s s , o r 1 5 l b s . , i tw o u l d b e i m p o s s i b l e t o d o t h i s s a f e l y , s i n c e , a s w i l l b e e x p l a i n e d m o r ef u l l y b e l o w , t h e e f f e c t s m i g h t b e r a p i d l y f a t a l o w i n i g t o o x y g e n p o i s o n i i n g .T h e p o s s i b l e a p p l i c a t i o n s o f o x y g e n a r e t h u s s o m e w h a t l i m i t e d , w h i l et h e c o m p l i c a t i o n s i n v o l v e d w o u l d b e v e r y c o n s i d e r a b l e . T h e s a m e e n dc a n , h o w e v e r , b e a t t a i n e d i n a n o t h e r w a y , a s w i l l b e s h o w n i n t h ef o l l o w i n g s e c t i o n .T h e r a t e o f b l o o d c i r c u l a t i o n c a n b e i n c r e a s e d c o n s i d e r a b l y b ym u s c u l a r e x e r t i o n . Q u i t e m o d e r a t e e x e r t i o n i s s u f f i c i e n t t o i n c r e a s et h e r e s p i r a t o r y e x c h a n g e t o t h r e e o r f o u r t i m e s t h e n o r m a l ; a n d t h er a t e o f b l o o d f l o w t h r o u g h t h e l u n g s must b e i n c r e a s e d t o s o m e t h i n ga p p r o a c h i n g t o a c o r r e s p o n d i n g e x t e n t . U n f o r t u n a t e l y , t h e i n c r e a s e db l o o d f l o w i s c h i e f l y t h r o u g h t h e m u s c l e s w h i c h a r e w o r k i n g , b u tp r o b a b l y many p a r t s o f t h e b o d y p a r t i c i p a t e t o a g r e a t e r o r l e s s e x t e n ti n t h e e x t r a b l o o d s u p p l y . M u s c u l a r w o r k m u s t c o r r e s p o n d i n g l y i n c r e a s et h e r a t e o f s a t u r a t i o n o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e n . F o r t h i s r e a s o n i ts e e m s d e s i r a b l e t h a t w h e r e w o r k h a s b e e n d o n e i n c o m p r e s s e d a i r , s ot h a t t h e m u s c l e s a n d a s s o c i a t e d t i s s u e s h a v e p r o b a b l y b e c o m e r a p i d l ys a t u r a t e d w i t h n i t r o g e n , t h e r e s h o u l d a l s o b e m u s c u l a r e x e r t i o n

1 I t i s e v i d e n t l y a m i s t a k e t o assume t h a t a g i v e n r a t e o f u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n , s u c ha s 2 0 m i n u t e s p e r a t m o s p h e r e , i s e i t h e r n e c e s s a r y f o r s a f e t y i n a l l c a s e s , o r w o u l d b ea c t u a l l y s a f e e x c e p t f r o m so me l i m i t o f p r e s s u r e . From a p r e s s u r e b e l o w t h i s l i m i t t h er a t e w i l l b e u n n e c e s s a r i l y s l o w , a n d f r o m a b o v e i t d a n g e r o u s l y f a s t .


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3 5 6 T h e P r e v e n t t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s se x p o s u r e ( f o u r h o u r s ) t o 1 3 6 a t m o s p h e r e s o r 2 0 l b s . W i t h 2 5 l b s .( 1 ' 7 a t m o s p h e r e s ) t w o c a s e s o f s l i g h t i l l n e s s o c c u r r e d o u t o f 2 3 a n i m a l s .I f t h e r i s k s o f r a p i d d e c o m p r e s s i o n d e p e n d e d s i m p l y o n t h e e x t e n tt o w h i c h t h e b l o o d a n d t i s s u e s a r e s u p e r s a t u r a t e d w i t h n i t r o g e n o nd e c o m p r e s s i o n , w e s h o u l d e x p e c t t o f i n d t h a t e v e n a s h o r t e x p o s u r e t os u c h a n e x c e s s p r e s s u r e a s t w o a t m o s p h e r e s w o u l d b e r i s k y w i t h r a p i dd e c o m p r e s s i o n : f o r t h e r e c a n b e n o d o u i b t t h a t w i t h i n , s a y , h a l f a n h o u ro r f o r t y m i n u t e s t h e t i s s u e s , a n d t h e b l o o d r e t u r n i n g f r o m t h e m , m u s tb e f o r a l l p r a c t i c a l p u r p o s e s f u i l l y s a t u r a t e d i n many p a r t s o f t h e b o d y ,a n d p a r t i c u l a r l y i n p a r t s o f g r e a t p h y s i o l o g i c a l i m i p o r t a n c e w h i c h a r er i c h l y s u i p p l i e d w i t h b l o o d . N e v e r t h e l e s s i t s e e m s t o b e w e l l e s t a b l i s h e dt h a t a m an may s t a y w i t h o u t s e r i o u s r i s k f o r f o r t y m i n u t e s a t a p r e s s u r ew h i c h w o u l d i n v o l v e g r e a t d a n g e r o n i r a p i d d e c o m p r e s s i o n i f h e r e m a i n e di n i t f o r s e v e r a l h o u r s .P a r t s o f t h e b o d y w i t h a r a p i d c i r c u l a t i o n w i l l b e c o m e v e r yc o m p l e t e l y s a t u r a t e d i n a c o n m p a r a t i v e l y s h o r t t i m e , b u t t h e h i g h l ys u p e r s a t u r a t e d b l o o d w h i c h f i r s t r e t u r n s f r o m t h e m o n r a p i d d e c o m -p r e s s i o n c a n r e m a i n b u t a v e r y s h o r t t i m e s u p e r s a t u r a t e d d u r i n g e a c hr o u n d o f t h e c i r c u l a t i o n , a n d o n r e a c h i n g t h e l a r g e v e i n s w i l l m i x w i t hl e s s h i g h l y s a t u r a t e d b l o o d f r o m o t h e r p a r t s o f t h e b o d y . I t w o u l ds e e m t h a t t h e s t a t e o f h i g h s u p e r s a t u r a t i o n i n a n y p o r t i o n o f b l o o d l a s t sf o r t o o s h o r t a t i m e t o e n a b l e b u b b l e s t o f o r i n .I f t h i s i n t e r p r e t a t i o n o f t h e f a c t s i s c o r r e c t , w e s h o u l d e x p e c t t o f i n dw i t i s m a l l a n i m a l s , w h i c h r a p i d l y s a t u i r a t e a n d d e s a t u r a t e , t h a t a h i g h e rp r e s s u r e w o u l d b e r e q u i r e d t o p r o d u c e s y m p t o m s o n r a p i d d e c o m p r e s -s i o n a f t e r a l o n g e x p o s u r e t h a n i n t h e c a s e o f l a r g e r a n i m a l s . T h eg e n e r a l e x p e r i e n c e o f p r e v i o u s o b s e r v e r s i s i n a c c o r d w i t h t h i s , a n d o u rown e x p e r i m e n t s ( s e e b e l o w p . 4 0 2 ) s h o w e d t h a t w e c o u l d p r o d u c e n oo b v i o u i s e f f e c t s i n m i c e , a n d v e r y f e w i n r a b b i t s , r a t s , a n d g u i n e a - p i g s ,b y s u d d e n d e c o m p r e s s i o n a f t e r e x p o s u r e s a t p r e s s u r e s w h i c h w e r ei n v a r i a b l y o r f r e q u e n t l y f a t a l t o g o a t s .S i n c e s u p e r s a t u r a t i o n t o t h e e x t e n t o f a b o u t 1 - 2 5 a t m o s p h e r e sa b o v e n o r m a l a t m o s p h e r i c p r e s s u r e c a n b e b o r n e w i t h i m p u n i t y , t h o u g ha g r e a t e r d e g r e e o f s u p e r s a t u r a t i o n i s r i s k y , i t s e e m s c l e a r t h a t , i nd e c o m p r e s s i n g a f t e r p r o l o n g e d e x p o s u r e t o h i g h p r e s s u r e s , t h e r a t e o fd e c o m p r e s s i o n s h o u l d b e s u f f i c i e n t l y s l o w t o p r e v e n t a n y g r e a t e r e x c e s so f s a t u r a t i o n t h a n t h i s i n a n y p a r t o f t h e b o d y a t t h e e r n d o f d e c o m -p r e s s i o n . On t h e o t h e r h a n d d e c o m p r e s s i o n s h o u l d e v i d e n t l y b e a sr a p i d a s i s p o s s i b l e , c o n s i s t e n t l y w i t h s a f e t y . A p r e s s u r e o f 1 t o 1 - 2 5a t m o s p h e r e s a b o v e n o r m a l c o r r e s p o n l d s t o f r o m 2 t o 2 - 2 5 t i m e s t h e


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . DAMANT A N D J . S . HALDANE 3 5 7n o r m a l a t m o s p h e r i c p r e s s u r e ; b u t t h e v o l i t m e ( n o t t h e m a s s ) o f g a s( m e a s u r e d a t t h e e x i s t i n g p r e s s u r e ) w h i c h w o u l d b e l i b e r a t e d i f t h ew h o l e e x c e s s o f g a s p r e s e n t i n s u p e r s a t u r a t i o n w e r e g i v e n o f f i s t h es a m e w h e t h e r t h e a b s o l u t e p r e s s t u r e i s r e d u c e d f r o m t w o t o o n ea t m o s p h e r e s , o r f r o m f o u r t o t w o , o r f r o m e i g b h t t o f o u r . H e n c e i ts e e m i e d p r o b a b l e t h a t , i f i t i s s a f e t o d e c o m p r e s s s u d d e n l y f r o m t w oa t m o s p h e r e s o f a b s o l u t e p r e s s u r e t o o n e , i t w o u l d b e e q u a l l y s a f e t od e c o m p r e s s f r o m f o u r a t m o s p h e r e s a b s o l u t e t o t w o , f r o m s i x a t m o -s p h e r e s a b s o l u t e t o t h r e e , e t c . O u r e x p e r i m e n t s , w h i c h a r e d e t a i l e db e l o w ( p . 3 9 8 ) , h a v e s h o w n t h a t t h i s i s t h e c a s e ' . T h e p r o c e s s o fd e s a t u i r a t i o n c a n t h e r e f o r e b e h a s t e n e d v e r y g r e a t l y b y r a p i d l y r e d u c i n gt h e a b s o ! u t e p r e s s u r e t o h a l f , a n d s o a r r a n g i n g t h e r e s t o f t h e d e c o m -p r e s s i o n t h a t t h e s a t u r a t i o n i n n o p a r t o f t h e b o d y s h a l l e v e r b ea l l o w e d t o c o r r e s p o n d t o m o r e t h a n a b o u t d o u L b l e t h e a i r p r e s s u r e .T h e m a i n a d v a n t a g e o f t h i s p l a n i s t h a t t h e d i s c h a r g e o f n i t r o g e n f r o mt h e t i s s u e s i s f r o m t h e o u t s e t o f d e c o m p r e s s i o n i n c r e a s e d t o t h e g r e a t e s tr a t e w h i c h i s s a f e . T h e r a t e o f d i s c h a r g e e v i d e n t l y d e p e n d s o n t h ed i f f e r e n c e i n p a r t i a l p r e s s u r e o f n i t r o g e n b e t w e e n t h e v e n o u s b l o o d a n dt h e a l v e o l a r a i r ; a n d b y k e e p i n g t h i s d i f f e r e n c e a t t h e maximumc o n i s i s t e n t w i t h s a f e t y a g r e a t s a v i n g o f t i m e i s e f f e c t e d . D e t a i l e di t n v e s t i g a t i o n s h a v e c o m p l e t e l y j u s t i f i e d t h e a d o p t i o n o f t h i s p r i n c i p l e :t h e y a r e d e s c r i b e d b e l o w , a n d c o m p r i s e , b e s i d e s a s e r i e s o f o b s e r v a t i o n so n a n i m a l s , a n u t n b e r o f e x p e r i m e n t s i n w h i c h L i e u t . Damant a n dMr C a t t o w e r e e x p o s e d t o e x c e s s p r e s s u r e s u p t o 8 0 p o u n d s , o r 6 - 4a t m o s p h e r e s o f a b s o l u t e p r e s s u r e , i n t h e e x p e r i m e n t a l c h a m b e r a n d t o9 3 i p o u n d s , o r 7 4 a t m o s p h e r e s , i n a c t u a l d i v i n g . T h e m e t h o d g r e a t l ys i m p l i f i e s t h e p r o b l e m o f s a f e d e c o m n p r e s s i o n , a n d g e t s r i d o f m a n yp r a c t i c a l d i f f i c u l t i e s , p a r t i c u l a r l y i n c o n n e c t i o n w i t h d e e p d i v i n g . I tmay b e c o n v e n i e n t l y r e f e r r e d t o a s t h e m e t h o d o f " s t a g e d e c o m -p r e s s i o n , " a n d i s s o d e s c r i b e d i n t h e s e q u e l , t h o u g h i t s e s s e n t i a lp e c u l i a r i t y d o e s n o t l i e i n t h e d e c o m p r e s s i o n b e i n g d o n e i n s t a g e sb u t i n i t s b e i n g r a p i d t i l l t h e a b s o l u t e p r e s s u r e i s h a l v e d a n d s l o wa f t e r w a r d s .

I W h e t h e r t h e l a w h o l d s g o o d f o r p r e s s u r e s mu c h e x c e e d i n g s i x a t m o s p h e r e s i s s t i l ld o u b t f u l , a s no e x p e r i m e n t a l d a t a e x i s t .

J o u r n . o f H y g . V I I I 2 3


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3 5 8 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sD . P r a c t i c a l m e a s u r e s f o r a v o i d i n g C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s s .

F r o m t h e f o r e g o i n g d i s c u s s i o n t h e g e n e r a l n a t u r e o f t h e m e a s u r e sn e e d e d t o p r e v e n t c o m p r e s s e d - a i r i l l n e s s w i l l b e e v i d e n t e n o u g h . T h er i s k s m n a y b e s t b e a v o i d e d b y p r o p e r l y c a l c u l a t e d s t a g e d e c o m p r e s s i o n , o rb y c u t t i n g d o w n t h e p e r i o d o f e x p o s u r e t o a s a f e l i m i t , o r b y b o t h m e t h o d sc o m b i n e d . I n t h e c a s e o f w o r k i n c o m p r e s s e d a i r i n c a i s s o n s , t u n n e l s ,e t c . , i t i s f o r e c o n o m i c r e a s o n s v e r y u n d e s i r a b l e t o g r e a t l y r e d u c e t h ep e r i o d o f e x p o s u r e . I n d i v i n g w o r k , o n t h e o t h e r h a n d , t h e p e r i o d s o fe x p o s u r e a r e g e n e r a l l y s h o r t i n a n y c a s e , a n d t h e y c a n , w i t h o u t g r e a ti n c o n v e n i e n c e , b e c o n f i n e d w i t h i n l i m i t s w h i c h l a r g e l y r e d u c e t h e r i s k so f c o m p r e s s e d - a i r i l l n e s s . L o n g p e r i o d s o f d e c o m p r e s s i o n a r e a l s o v e r yu n d e s i r a b l e i n d i v i n g , s i n c e c h a n g e s o f w e a t b e r o r t i d e o r o t h e r c a u s e smay r e n d e r a r e t u r n t o t h e s u r f a c e n e c e s s a r y w i t h o u t a n y l o n g d e l a y i nc o m i n g u p , a n d s i n c e v e r y p r o l o n g e d s t a y s u n d e r w a t e r a r e e x h a u s t i n g ,a n d t h e d i v e r ' s h a n d s may b e c o m e b e n u m b e d b y c o l d .A s o u r i n v e s t i g a t i o n s w e r e i n t h e f i r s t i n s t a n c e m a d e w i t h t h eo b j e c t o f s e c u r i n g s a f e t y f r o m c o m p r e s s e d - a i r i l l n e s s i n d i v i n g w o r k , w emay f i r s t c o n s i d e r t h e p r e c a u t i o n s d e s i r a b l e i n c o n n e c t i o n w i t h d i v i n g .

( 1 ) D i v i n g w o r k .T h e o r d i n a r y d i v i n g d r e s s ( P l a t e I V ) c o n s i s t s o f a c o p p e r h e l m e t

s c r e w e d t o a c o r s e l e t , t h e l a t t e r b e i n g i n i t s t u r n c o n n e c t e d w a t e r - t i g h tt o a s t o u t w a t e r - p r o o f d r e s s c o v e r i n g e v e r y p a r t o f t h e b o d y e x c e p t t h eh a n d s , w h i c h p r o j e c t t h r o u g h e l a s t i c c u f f s . A i r i s s u p p l i e d t h r o u g h an o n - r e t u r n v a l v e o n t h e h e l m e t f r o m a f l e x i b l e p i p e c o nn e c t e d w i t h a na i r - p u m p o n a b o a t o r s h i p . T h e a i r e s c a p e s t h r o u g h a n a d j u s t a b l es p r i n g v a l v e a t t h e s i d e o f t h e h e l m e t . T h e a r r a n g e m e n t i s t h u s s u c ht h a t t h e p r e s s u r e o f t h e h e l m e t a i r b r e a t h e d b y t h e d i v e r i s a l w a y s a tl e a s t e q u a l t o , a n d u s u a l l y s l i g h t l y g r e a t e r t h a n , t h e p r e s s u r e o f t h ew a t e r a t t h e v a l v e o u t l e t . A t a d e p t h o f 3 3 f e e t o r 1 0 m e t r e s t h ed i v e r i s t h e r e f o r e b r e a t h i n g a i r a t a n e x c e s s p r e s s u r e o f o n e a t m o s p h e r e ,o r a t a n a b s o l u t e p r e s s u r e o f t w o a t m o s p h e r e s ; a n d e v e r y a d d i t i o n a l3 3 f e e t w i l l a d d a n o t h e r a t m n o s p h e r e t o t h e p r e s s u r e . T o e n a b l e t h ed i v e r t o s i n k , t h e d r e s s a n d b o o t s a r e s u i t a b l y w e i g h t e d . He i s u s u a l l yi n c o n n e c t i o n w i t h s u r f a c e b y a l i f e - l i n e c o n t a i n i n g a t e l e p h o n e w i r e ,a s w e l l a s b y t h e a i r - p i p e .


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J O U R N A L O F H Y G I E N E , V O L . V i l . N O . 3

a . & . * . .

D i v i n g d r e s s , f r o n t v i e w , w i t h a i r - p i p e and l i f e - l i n e , which a r ec o n n e c t e d w i t h t h e h e l m e t b e h i n d .

P L A T E I V


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . DAMANT A N D J . S . HALDANE 3 5 9I n d e s c e n d i n g o r a s c e n d i n g a d i v e r u s u a l l y m a k e s u s e o f a r o p ea t t a c h e d t o a h e a v y s i n k e r a t t h e b o t t o m . He c a n t h u s e a s i l y r e g u l a t et h e r a t e o f h i s a s c e n t o r d e s c e n t , a n d t a k e c a r e t h a t t h i s r a t e i s n o t s or a p i d a s t o c a u s e a n y d i s c o m f o r t o r p a i n i n t h e e a r s o w i n g t o i n c o m p l e t e

o p e n i n g o f t h e E u i s t a c h i a n t u b e s . A t o o r a p i d d e s c e n t o r a s c e n t m i g h tc a u s e m e c h a n i c a l i n j u r y f o l l o w e d b y m i d d l e e a r i n f l a m m a t i o n .A s e x p l a i n e d a b o v e , t h e r e a p p e a r s t o b e p r a c t i c a l l y n o r i s k o f

s y m p t o m s o c c u r r i n g f r o m l i b e r a t i o n o f g a s b u b b l e s o n r a p i d d e c o m p r e s -s i o n i f t h e p r e s s u r e h i a s n o t e x c e e d e d 1 2 5 a t m o s p h e r e s , c o r r e s p o n d i n gt o a d e p t h o f a b o u t s e v e n f a t h o m s o r 4 2 f e e t o f s e a w a t e r . Up t o t h i sd e p t h t h e r e f o r e n o s p e c i a l p r e c a u t i o i n s a g a i n s t c a i s s o n d i s e a s e n e e d b et a k e n l ' . A t g r e a t e r d e p t h s p r e c a u t i o n s d e p e n d i n g o n t h e d u r a t i o no f e x p o s u r e a r e e v i d e n t l y n e e d e d . T h e p r e c a u t i o n s w h i i c h w e h a v ec a l c u l a t e d t o b e d e s i r a b l e a r e e m b o d i e d i n t h e t a b l e g i v e n b e l o w( A p p e n d i x I V . ) ; a n d t h e p r i n c i p l e s a n d e x p e r i t n e n t a l r e s u l t s o n w h i c ht h i s t a b l e i s b a s e d m u s t n o w b e d i s c u s s e d .I t w i l l b e c o n v e n i e n t t o c o n s i d e r f i r s t t h e c a s e o f d i v i n g t o a v e r yg r e a t d e p t h , a n d w e s h a l l t a k e a s a n e x t r e m e e x a n m p l e t h e c a s e o fe x p o s u r e a t a d e p t h o f 3 5 1 f a t h l o m s ( 2 1 3 f e e t ) o f s e a w a t e r , c o r r e -s p o n d i n g t o a n e x c e s s p r e s s u r e o f n i e a r l y 6 - 5 a t m o s p h e r e s , o r a n a b s o l u t ep r e s s u r e o f 7 ' 5 a t m o s p h e r e s .

L e t u s f i r s t s u p p o s e t h a t t h e b o d y o f a d i v e r i s c o m p l e t e l y s a t u r a t e dw i t h t h e n i t r o g e n o f a i r a t t h i s p i e s s u r e , a n d t h a t i t i s r e q u i r e d t oc o n d u c t h i s a s c e n i t t o s u r f a c e a s r a p i d l y a s p o s s i b l e b u t w i t h o u t a n yr i s k o f s y m p t o m s d u e t o b u b b l e f o r m a t i o n i , i . e . i n s u c h a w a y t h a t , i na c c o r d a n c e w i t h t h e p r i n c i p l e s a l r e a d y l a i d d o w n , t h e n i t r o g e n p r e s s u r ei n n o p a r t o f t h e b o d y s h a l l e v e r b e m n o r e t h a n d o u i b l e t h a t o f t h e a i rh r e a t h e d a t t h e s a m e t i m e .

T h e f i r s t s t e p w o u l d o b v i o u s l y b e t o r e d u c e t h e a b s o l u t e p r e s s u r e t oa b o u t h a l f , i . e . f r o m 7 ' 5 a t m o s p h e r e s a b s o l u t e t o 3 - 7 5 o r f r o m 6 5a t n ) o s p h e l e s i n e x c e s s t o 2 7 5 . T h i s w o u l d b e e x h y p o t h e s i t h e g r e a t e s ti n i t i a l d r o p i n p r e s s u r e w h i c h w o u l d b e p e r f e c t l y s a f e . T h e r e m a i n d e ro f t h e d e c o m p r e s s i o n w o u l d e v i d e n t l y n e e d t o b e c o n d u i c t e d i n s u c h aw a y t h a t t h e m a x i m i u m p a r t i a l p r e s s u r e o f n i t r o g e n i n a n y p a r t o f t h eb o d y s h o u l d d i m i n i s h a t d o u b l e t h e r a t e o f t h e f a l l i n a b s o l u t e p r e s s u r eo f t h e a i r . T h e a s c e n t o f a d i v e r c a n b e c o n v e n i e n t l y r e g u l a t e d f r o m

1 H e l l e r , M a g e r a n d v . S c h r o t t e r r e c o m m e n d t h a t a t a l l d e p t h s d e c o m p r e s s i o n s h o u l db e a t a r a t e o f a t l e a s t 2 0 m i n u t e s p e r a t m o s p h e r e . T h i s w o u l d i m p l y a d e l a y o f 2 5 m i n u t e si n c o m i n g u p f r o m 4 2 f e e t . B o t h c o m m o n p r a c t i c a l e x p e r i e n c e a n d o u r ow n e x p e r i m e n t ss h o w t h a t t h i s e x c e s s o f c a u t i o n i s q u i t e u n n e c e s s a r y a t s m a l l d e p t h s . 23-2


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3 6 0 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s st h e s u r f a c e b y s i g n a l l i n g t o h i m t o s t o p o r c o m e o n a t e v e r y t e n f e e t a si n d i c a t e d o n t h e p r e s s u r e g a u g e a t t a c h e d t o t h e p u m p . W e mayt h e r e f o r e d i v i d e t h e a s c e n t i n t o s t a g e s o f t e n f e e t , a n d t h e s h o r t p e r i o d so c c u p i e d i n t h e a c t u a l a s c e n t s may b e n e g l e c t e d .S i n c e t h e d e p t h w a s 2 1 3 f e e t , c o r r e s p o n d i n g t o 2 4 6 f e e t o f w a t e r i na b s o l u t e p r e s s u r e , i t w o u l d b e s a f e t o c o m e u p a t o n c e t o a d e p t hc o r r e s p o n d i n g t o 1 2 3 f e e t o f a b s o l u t e w a t e r p r e s s u r e , i . e . t o 9 0 f e e t o fa c t u a l d e p t h . C o n s e q u e n t l y t h e f i r s t s t a g e w o u l d b e a r a p i d a s c e n t o f1 2 3 f e e t , a n d i t w o u l d b e n e c e s s a r y t o w a i t h e r e b e f o r e t h e n e x t a s c e n to f 1 0 f e e t u n t i l t h e maximum p a r t i a l p r e s s u r e o f n i t r o g e n i n t h e b o d yh a d f a l l e n t o t h a t o f t h e n i t r o g e n i n a i r a t 2 x ( 8 0 + 3 3 ) = 2 2 6 f e e t o fa b s o l u t e w a t e r p r e s s u r e . T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n 2 4 6 a n d 2 2 6 i s 2 0 ,a n d t h i s i s 1 6 0 / 0 o f 2 1 3 - 9 0 = 1 2 3 , t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e o r i g i n a la n d t h e r e d u c e d p r e s s u r e . T h e m n o s t s l o w l y d e s a t u r a t i n g p a r t s o f t h eb o d y w i l l , a c c o r d i n g t o o u r p r e v i o u s c a l c u l a t i o n s , t a k e 7 5 m i n u t e s t og i v e o f f h a l f o f a n y e x c e s s o f n i t r o g e n w h i c h t h e y may c o n t a i n a t a n yg i v e n a i r p r e s s u r e ; b y i n s p e c t i o n o f t h e c u r v e ( F i g . 1 ) i t w i l l b e s e e nt h a t t h e y w i l l t a k e a b o u t 1 9 m i n u t e s t o l o s e 1 6 0 / 0 o f t h e e x c e s s .H e n c e a d e l a y o f 1 9 m i n u t e s w o u l d b e n e c e s s a r y a t 9 0 f e e t b e f o r ec o m i n g u p t o 8 0 f e e t . A t 8 0 f e e t t h e p a r t i a l p r e s s u r e i n t h e b o d yw o u l d r e q u i r e t o f a l l a n a m o u n t c o r r e s p o n d i n g t o 2 0 f e e t , w h i c h i sa b o u t 1 7 j 0 / 0 o f 1 9 3 - 8 0 = 1 1 3 , t h e n e w d i f f e r e n c e i n r e l a t i v e p r e s s u r eb e t w e e n t h e n i t r o g e n i n t h e b o d y a n d i n t h e a i r . T h i s w o u l d n e c e s s i -t a t e a d e l a y o f 2 1 m i n u t e s b e f o r e a s c e n d i n g t o 7 0 f e e t . T h e f u r t h e rd e l a y s n e e d e d w o u l d b e 2 3 m i n u t e s a t 7 0 f e e t , 2 6 m i n u t e s a t 6 0 f e e t ,3 0 m i n u t e s a t 5 0 f e e t , 3 5 m i n u t e s a t 4 0 f e e t , 4 2 m i n u t e s a t 3 0 f e e t ,5 1 m i n u t e s a t 2 0 f e e t , a n d 6 2 m i n u t e s a t 1 0 f e e t . I t w o u l d t h u s t a k e3 0 9 m i n u t e s , o r m o r e t h a n f i v e h o u r s , t o r e a c h s u r f a c e .T h i s c a l c u l a t i o n i s r e p r e s e n t e d g r a p h i c a l l y i n F i g . 3 . I t w i l l b en o t i c e d f r o m t h e f i g u r e t h a t t h e t i m e r e q u i r e d f o r s a f e d e c o m p r e s s i o nd o e s n o t i n c r e a s e p r o p o r t i o n a l l y t o t h e i n c r e a s e i n d e p t h . F o r i n s t a n c e ,a n i n c r e a s e i n d e p t h o f 1 5 f e e t f r o m 5 0 t o 6 3 f e e t n e c e s s i t a t e s a ni n c r e a s e o f 4 5 m i n u t e s i n t h e t i m e r e q u i r e d f o r s a f e d e c o m p r e s s i o n ;b u t t h e s a m e i n c r e a s e i n d e p t h f r o m 1 9 8 t o 2 1 3 f e e t o n l y r e q u i r e s a ni n c r e a s e o f 1 5 m i n u t e s i n t h e t i m e o f d e c o m p r e s s i o n .A s o m e w h a t m o r e r a p i d r a t e o f s t a g e d e c o m p r e s s i o n c o u l d p r o b a b l yb e a d o p t e d w i t h o u t a p p r e c i a b l e r i s k t o l i f e , b u t t h e o c c u r r e n c e u n d e rw a t e r o f e v e n o n e o f t h e l e s s s e r i o u s d e c o m p r e s s i o n s y m p t o m s m i g h t b ee x t r e m e l y u n p l e a s a n t o r i n d i r e c t l y d a n g e r o u s , s o t h a t a f a c t o r w h i c hw e b e l i e v e t o b e t h o r o u g h l y s a f e i n t h i s r e s p e c t h a s b e e n u s e d i n t h e


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . D A M A N T AND J . S . H A L D A N E 3 6 1c a l c u l a t i o n . T h e p o s s i b l e o c c u r r e n c e o f s l i g h t s y m p t o m s a f t e r s u r f a c eh a d b e e n r e a c h e d w o u l d n o t , h o w e v e r , b e a s e r i o u s m a t t e r : f o r t h i sr e a s o n h a l f o f t h e l a s t s t o p a t 1 0 f e e t f r o m s u r f a c e m i g h t b e d i s p e n s e dw i t h , w h i c h w o u l d s a v e h a l f a n h o u r . T h e m n o s t s l o w l y d e s a t u r a t i n gt i s s u e s w o u l d , a c c o r d i n i g t o t h e c a l c u l a t i o n , s t i l l b e o n l y s a t u r a t e d t o a ne x c e s s p r e s s u r e o f 1 3 a t m o s p h e r e s - a s a f e e n o u g h l i m n i t p e r h a p s , b u tl e a v i n g n o g r e a t m a r g i n t o s p a r e .F i g . 3 a l s o s h o w s t h e maximum e x c e s s o f s a t u r a t i o n w i t h u n i f o r md e c o m p r e s s i o n i n t h e s a m e t i m e a n d i n 1 0 h o u r s . I t w i l l b e s e e n t h a tu n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i n a b o u t f i v e h o u r s w o u l d l e a v e a t t h e e n d o fd e c o m p r e s s i o n a n e x c e s s s a t u r a t i o n w i t h i n t h e b o d y o f 2 1 a t m o s p h e r e s ;a n d e v e n i f u n i f o r m ( d e c o m p r e s s i o n w e r e e x t e n d e d t o t e n h o u r s t h ee x c e s s s a t u r a t i o n w o u l d s t i l l e x c e e d o n e a t m o s p h e r e . I t i s a l s o p e r -f e c t l y c l e a r t h a t u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i s a n u n s u i t a b l e w a y o fb r i n g i n g , a man o u t o f c o m p r e s s e d a i r . W h e r e a s u f f i c i e n t l y s a f e r a t eo f u n i f o r m n d e c o m p r e s s i o n i s e m p l o y e d ( a s , f o r i n s t a n c e , w i t h 1 0 h o u r si n t h e c a s e u n d e r c o n s i d e r a t i o n ) , i t i s o n l y a t t h e v e r y e n d ( w h e n t h en i t r o g e n p r e s s u r e i n s i d e t h e b o d y b e c o m e s m o r e t h a n d o u b l e t h a t o ft h e a i r ) t h a t t h e r e i s a n y r i s k o f s y t m p t o m s o c c u r r i n g ; a n d f o r t h es a k e o f s a f e t y a t t h e e n d t h e w h o l e p r o c e s s i s m a d e q u i t e u n n e c e s s a r i l yl o n g . I n c r e a s e d s a f e t y a t t h e e n d i s o n l y s e c u r e d i n c o m b i n a t i o n w i t hu s e l e s s d e l a y a t t h e b e g i n n i n g ' .A s w i l l b e s e e n i n P a r t I I , t h e r e s u l t s o f o u r e x p e r i m e n t s , a l l o w a n c eb e i n g m a d e f o r t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n g o a t s a n d m e n , f u l l y c o n f i r n m t h ef o r e g o i n g m o d e o f c a l c u l a t i o n . N o t o n l y h a s s t a g e d e c o m p r e s s i o n i nt h e c a l c u l a t e d t i m e p r o v e d s a f e w h e r e u n i f o r m d e c o n p r e s s i o n i n t h es a m e t o t a l t i m e w a s u n s a f e , b u t s h o r t e r p e r i o d s o f s t a g e d e c o m p r e s s i o nt h a n t h o s e c a l c u l a t e d h a v e b e e n p r o v e d t o i n v o l v e r i s k o f s y m p t o m s ,i n c r e a s i n g i n g r a v i t y a n d f r e q u e n c y w i t h t h e s h o i t e n i n g o f t h e t i m e ,t h o u g h a l w a y s l e s s t h a n t h e r i s k f r o m u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i n t h es a m e t i m e .I f t h e w h o l e b o d y o f a d i v e r w e r e a l l o w e d t o b e c o m e s a t u r a t e d a ta n y g r e a t d e p t h , i t i s e v i d e n t t h a t t h e t i m e n e e d e d f o r s a f e d e c o m -p r e s s i o n w o u l d b e i m p r a c t i c a b l y l o n g . T o r e d u c e t h e t i m e o f d e -

1 T h e r e g u l a t i o n s o f t h e D u t c h G o v e r n m e n t make t h e f o l l o w i n g m e t h o d o f d e c o m p r e s -s i o n o b l i g a t o r y f o r w o r k i n c a i s s o n s , & c . T h e p r e s s u r e i s t o b e l o w e r e d a t t h e r a t e o f n o tm o r e t h a n I t h o f a n a t m o s p h e r e i n 3 m i n u t e s t i l l 3 a t m o s p h e r e s o f e x c e s s p r e s s u r e i sr e a c h e d : t h e n a t n o t m o r e t h a n 1 A t h o f an a t m o s p h e r e i n 2 m i n u t e s t i l l 1 1 a t m o s p h e r e se x c e s s p r e s s u r e i s r e a c h e d ; a n d f i n a l l y a t n o t more t h a n t h o f an a t m o s p h e r e i n 1 jm i n u t e s t i l l n o r m a l p r e s s u r e i s r e a c h e d . T h i s m e t h o d i s s t i l l more u n s u i t a b l e t h a nu n i f o r m d e c o m p r e s s i o n , a n d w o u l d b e v e r y u n s a f e w i t h h i g h p r e s s u r e s .


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3 6 2 T h e P r e v e n t i o n t o f C o n t p r e s s e d - a i r I l l n e s sc o m p r e s s i o n t o w i t h i n l i m i t s p r a c t i c a b l e f o r d i v e r s , i t i s e v i d e n t l yn e c e s s a r y t o g r e a t l y r e d u c e t h e p e r i o ( 1 o f e x p o s u i r e t o h i g h p r e s s u r e ' .A t g r e a t d e p t h s l i m i t a t i o n o f t h e e x p o s u i r e i s a l s o n e c e s s a r y i n o r d e r t oa v o i d t o x i c e f f e c t s f r o m t h e h i g h p r e s s t u r e o f o x y g e n i ( s e e p . : 3 7 1 ) .C a l c u l a t i o n o f t h e m o d e a n d p e r i o d o f d e c o m p r e s s i o n r e q u i r e d a f t e r al i m i t e d e x p o s u r e t o p r e s s u r e i s a s o m e w h a t c o m p l i c a t e d m a t t e r , b l u t t h ep r i n c i p l e s a l r e a d y l a i d d o w n r e n d e r i t q u i t e p o s s i b l e .O 1 2 3 4 5 B 7 a 80

6 ~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~~~~~~~~~~~60 ___ ___ 1__ A

C a Q ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

0 ~ ~ ~~~ ~ ~ ~ ~~~~~~~~~~9~0 112 8 4 5-3_ r - '3 _ C ) ^*0 = ! 2 1 I 6 7 8 o : 9 4Time i n h o u r s .

F i g . 3 . T h e o r e t i c a l a s c e n t s o f a d i v e r a f t e r a p r o l o n g e d s t a y a t 2 1 3 f e e t o f s e a w at e r .S t a g e d e c o m p r e s s i o n i n 3 0 9 m i n u t e s c o m p a r e d w i t h u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n s i n3 0 9 m i n u t e s a n d i n 1 0 h o u r s . C o n t i n u o u s l i n e s = s t a g e d e c o m p r e s s i o n : i n t e r r u p t e dl i n e s = u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n . T h i c k l i n e s = a i r p r e s s u r e : t h i n l i n e s = s a t u r a t i o nw i t h a t m o s p h e r i c n i t r o g e n i n p a r t s o f t h e b o d y w h i c h h a l f s a t u r a t e i n 7 5 m i n u t e s .When a d i v e r g o e s d o w n f o r a v e r y s h o r t t i m e , w e h a v e t o t a k e i n t oc o n s i d e r a t i o n n o t o n l y t h e t i m e w h i c h h e s p e n d s a t t h e maximump r e s s u r e o n t h e b o t t o m b u t a l s o t h e t i m e o c c u p i e d i n t h e d e s c e n t a n d

t h e a s c e n t . D u r i n g , t h e d e s c e n t h e i s a l l t h e t i m e s a t u r a t i n g h i m s e l fw i t h n i t r o g e n , a n d d u r i n g m o s t o f t h e a s c e n t l i e m a y b e d o i n g s o a l s o .C a l c u l a t i o n w i l l s h o w t h a t , i f h e d e s c e n d s a n d a s c e n d s a t a u n i f o r mr a t e , t h e t i m n e s p e n t i n t h i s p r o c e s s w i l l b e n e a r l y e q u i v a l e n t , a s r e g a r d st h e s a t u r a t i o n o f t h e b o d y w i t h n i t r o g e n , t o h a l f t h e s a m e t i m e s p e n ta t t h e maximum d e p t h . I t i s t h e r e f o r e c l e a r t h a t i n d e e p d i v i ng t h ed i v e r s h o u l d d e s c e n d a s r a p i d l y a s i s p r a c t i c a b l e , a n d s h o u l d a l s oa s c e n d a t o n c e , o n c o m p l e t i o n o f h i s w o r k , a s f a r a s h e s a f e l y c a n .T h e r a t e o f d e s c e n t may b e l i m i t e d e i t h e r b y p a i n i n t h e e a r s o r b y a na i r s u p p l y i n s u i f f i c i e n t t o k e e p t h e u p p e r p a r t o f t h e d r e s s f u l l o f a i r .

I T h i s w a s f u l l y r e a l i s e d b y C a t s a r a s w ho r e c o m m e n d e d a s t a y o n t h e b o t t o m o f o n l l y1 m i n u t e a t 3 0 f a t h o m s .


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A . E . B O Y C O T T , G . C . C . DAMANT A N D J . S . HALDANE 3 6 3B o t h t h e s e c a u s e s a r e a v o i d a b l e , a n d a n e x p e r i e n c e d d i v e r , w i t h h i sE u s t a c h i a n t u b e s w e l l o p e n e d a n d a p r o p e r s u p p l y o f a i r , c a n g e t t o a ne x c e s s p r e s s u r e o f s i x a t m o s p h e r e s ( 1 9 8 f e e t ) i n t w o m i n u t e s . T h i st i m e w a s f o u n d s u f f i c i e n t i n e x p e r i m e n t a l d i v e s u p t o 2 1 0 f e e t m a d e b yL i e u t . D a m a n t a n d Mr C a t t o ( A p p e n d i x I I ) . T h e r e c o m m e n d a t i o nc o m m o n l y m a d e t h a t t h e r a t e o f b o t h a s c e n t a n d d e s c e n t s h o u l d b es l o w i s e v i d e n t l y q u i t e u n s o u n d . A man w h o s p e n t h a l f a n h o u r i nd e s c e n d i n g t o 3 0 f a t h o m s , a n d a n e q u i a l t i m e i n a s c e n d i n g r a t a u n i f o r n mr a t e , w o u l d r u n a c o n s i d e r a b l e r i s k o f p e r i s h i n g o n h i s r e t u r n t o t h es u r f a c e .

C a -

0

1 0 20 30 40 060080 9 0 1 1 0 0 107 1 2 0 1 3 0 1 4 0T i m e i n m i n u t e s .

F i g . 4 . D e s a t u r a t i o n d u i r i n g s t a g e d e c o m p r e s s i o n i n 3 2 m i n u t e s a n d u n i f o r m d e c o m p r e s s i o ni n 2 h o u r s , a f t e r e x p o s u r e f o r 1 5 m i n u t e s a t 7 5 l b s . p r e s s u r e w i t h c o m p r e s s i o n i n6 m i n u t e s . T h i c k l i n e s = a i r p r e s s u r e : c o n t i n u o u s l i n e s = s t a g e d e c o m p r e s s i o n :d o t t e d l i n e s = u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n . T h e c u r v e s f r o m a b o v e d o w n w a r d s r e p r e s e n tr e s p e c t i v e l y t h e v a r i a t i o n s i n s a t u r a t i o n w i t h n i t r o g e n o f p a r t s o f t h e b o d y w h i c hh a l f s a t u r a t e i n 5 , 1 0 , 2 0 , 4 0 , a n d 7 5 m i n u t e s .I n o r d e r t o i l l u s t r a t e t h e m e t h o d b y w h i c h w e h a v e c a l c u l a t e d s a f e

m o d e s o f a s c e n t i n t h e M i n m p U M p e r i o d o f t i m e w e may t a k e a s ane x a m p l e t h e c a s e o f exposure f o r 1 5 m i n u t e s t o a p r e s s u r e o f 7 5 p o u n d s(6m1t m o s p h e r e s a b s o l u t e o r 2 8 f a t h o m s = 1 6 8 f e e t ) . M a n y o f o u re x p e r i m e n t s on g o a t s were m a d e w i t h t h i s p r e s s u r e a n d e x p o s u r e . I tt o o k a b o u t s i x m i n u t e s t o r a i s e t h e p r e s s u r e i n t h e e x p e r i m e n t a lc h a m b e r t o 7 5 p o u n d s , s o t h a t t h e t o t a l v i r t u a l e x p o s u r e t i l l d e c o m -p r e s s i o n b e g a n w a s a b o u t 1 8 m i n u t e s . F i g . 4 s h o w s g r a p h i c a l l y t h ev a r i a t i o n s o f p r e s s u r e d u r i n g t h i s p e r i o d : a l s o t h e c a l c u l a t e d p a r t i a lp r e s s u r e o f n i t r o g e n i n d i f f e r e n t p a r t s o f t h e b o d y , a s c o m p a r e d w i t ht h e n i t r o g e n p r e s s u r e i n t h e a i r . T h e f i r s t s t a g e was f r o m 6e1o 2 a 8


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3 6 4 T h e P r e v e n t t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l n e s sa t m o s p h e r e s a b s o l u t e ( c o r r e s p o n d i n g t o a n a s c e n t i n s e a w a t e r f r o m1 6 8 t o 6 0 f e e t ) a n d o c c u p i e ( d f o u r m i n u t e s . T h e s u b s e q u e n t s t o p p a g e sw e r e :

2 m i n u t e s a t 2 - 8 a t m o s p h e r e s ( 6 0 f e e t o f s e a w a t e r ) ,3 , , 22 , , ( 4 0 , ,5 , , ' 1 9 , , ( 3 0 , ,7 , , 16 , , ( 2 0 , ,

1 0 , , 1 3 , , (10,,)I t w i l l b e s e e n f r o m t h e f i g u i r e t h a t t h i s r a t e o f d e c o m p r e s s i o n w a ss l i g h t l y f a s t e r t h a n w h a t w a s c a l c u l a t e d a b o v e t o b e d e s i r a b l e . A t

t h e e n d o f d e c o r n p r e s s i o n t h e n i t r o g e n p r e s s u r e i n t h o s e p a r t s o f t h eb o d y w h i c h b e c a n m e h a l f s a t u r a t e d i n a b o u t 2 0 m i n u t e s u n d e r p r e s s u r ew o u i l d b e e q u i v a l e n t t o t h a t o f a i r a t a b o u i t 1 P 4 a t m o s p h e r e s , o r 2 0 - 6p o u n d s p e r s q u a r e i n c h . I f t h e c i r c u l a t i o n i n o n e o f t h e s e p a r t s w e r el e s s v i g o r o u s d u r i n g d e c o m p r e s s i o n t h a n d u r i n g e x p o s u r e t o t h e h i g hp r e s s u r e , i t m i g h t w e l l b e t h a t t h e n i i t r o g e n p r e s s u r e i n t h i s p a r t a tt h e e n d o f d e c o m p r e s s i o n w o u l d b e h i g h e r t h a n c o r r e s p o n d e d t o t h ec a l c u l a t i o n . A s a m a t t e r o f f a c t m i n o r s y m p t o n m s ( " b e n d s " ) w e r eo b s e r v e d f i v e t i m e s i n 3 4 d e c o m p r e s s i o n s o f 1 8 g o a t s , a l t h o u g h n os e r i o u s e f f e c t s o c c u r r e d . W e c o n c l u d e d t h a t t h e p e r i o d o f v i r t u a le x p o s u r e ( 1 8 n m i n u t e s ) w a s s l i g h t l y l o n g e r t h a n i i s d e s i r a b l e w i t h s t a g ed e c o m p r e s s i o n i n 3 1 m i n u t e s : i n t h e t a b l e b e l o w ( p . 4 4 2 ) t h e l i m i t h a sb e e n s e t d o N v n a t 1 5 m i n u t e s .F i g . 5 s h o w s t h e c a l c u l a t e d n i t r o g e n p r e s s u r e i n d i f f e r e n t p a r t s o ft h e b o d y d u r i n g u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i n 3 1 m i n u t e s a f t e r t h e s a m ee x p o s u r e a t 7 5 p o u n d s . I t w i l l b e n o t i c e d t h a t a t t h e e n d o f d e c o m -p r e s s i o n t h e r e i s a d a n g e r o u s e x c e s s o f s a t u r a t i o n i n a l l p a r t s o f t h eb o d y e x c e p t t h o s e w h i c h h a l f s a t u r a t e i n l e s s t h a n a b o u t s e v e n o r e i g h tm i n u t e s , a n d t h a t t h i s s u p e r s a t u r a t i o n c o r r e s p o n d s t o a n e x c e s s p r e s s u r eo f a s much a s 2 - 1 a t m o s p h e r e s o f a i r . T h e g o a t s u s e d f o r t h e s t a g ed e c o i m p r e s s i o n e x p e r i m e n t s w e r e o n a l t e r n a t e o c c a s i o n s s u b j e c t e d t ou n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i n t h e s a m e t i m e a n d w i t h t h e s a m e e x p o s u r e .T h e r e s t u l t w a s t h a t , i n 3 6 d e c o m p r e s s i o i n s , o n e d i e d , t w o w e r e p a r a l y s e d ,o n e h a d i n d e f i n i t e g e n e r a l s y m p t o m s o f a s e v e r e c h a r a c t e r , a n d i n 1 1o t h e r c a s e s " b e n d s " o c c u r r e d , b e s i d e s t w o d o u b t f u l c a s e s . T h i s w a se n t i r e l y i n a c c o r d w i t h w h a t t h e c a l e u l a t i o n w o u l d l e a ( l u s t o e x p e c t ;a n d u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i n 3 1 m i n u t e s i s e v i d e n t l y d a n g e r o u s u n d e rt h e c o n d i t i o n s g i v e n .I t m i g h t b e s u p p o s e d t h a t s a f e t y w o u l d b e s e c u r e d b y e x t e n d i n g t o


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A . E . B O Y C O T T , G ? . C . C . DAMANT A N D J . S . HALDANE 3 6 5a m o d e r a t e d e g r e e t h e l e n g t h o f u i n i f o r m d e c o m i p r e s s i o n . I t m u s t b er e m e m b e r e d h o w e v e r t h a t t h e m o r e t h e d u r a t i o n o f u n i f o r m d e c o m -p r e s s i o n i s e x t e n d e d , t h e l o n g e r i s t h e p e r i o d d u r i n g w h i c h t h e b o d yi s e x p o s e d t o h i g h p r e s s u r e . F i g . 4 s h o w s t h e c a l c u l a t e d e f f e c t s o fu i n i f o r m d e c o m p r e s s i o n e x t e n d e d t o t w o h o u i r s . A l t h o u g l h t h e q u i c k l ys a t u r a t i n g p a r t s o f t h e b o d y a r e d e s a t u r a t i n g d u r i n g t h e g r e a t e r p a r to f t h e d e c o m p r e s s i o n , t h e s l o w l y s a t u r a t i n g p a r t s a r e , o n t h e o t h e rh a n d , b e c o m i n g m o r e a n d r m o r e s a t u r a t e d , s o t h a t a t t h e e n d o f d e -c o m p r e s s i o n t h e p a r t s w h i c h i h a l f s a t u r a t e i n f r o m 4 0 t o 7 5 n m i n u t e s a r es a t u r a t e d t o a n e x c e s s p r e s s t u r e o f a b o u t 1 7 a t m o s p h e r e s , a l t h o u g h a tt h e b e g i n n i n g o f d e c o m p r e s s i o n t h e y w e r e o n i l y s a t u r a t e d t o f r o m 0 7t o 1 3 a t m o s p h e r e s a n d c o t i l d c o n s e q u i e n t l y h a v e g i v e n n o t r o u b l e .

C . g - - -

0 )

0 4

. 0 1 0 20 30 40 5 0T i m e i n m i n u t e s .F i g . 5 . D e s a t u r a t i o n d u r i n g u n i f o r m d e c o m p r e s s i o i i i n 3 2 m i n u t e s a f t e r e x p o s u r e f o r

1 5 m i n u t e s a t 7 5 l b s . p r e s s u r e w i t h c o m p r e s s i o n i n 6 m i n u t e s . T b i c k l i n e = a i rp r e s s u r e . T h e c u r v e s f r o m a b o v e d o w n i w a r d s r e p r e s e n t r e s p e c t i v e l y t h e v a r i a t i o n s i ns a t u r a t i o n w i t h n i t r o g e n o f p a r t s o f t h e b o d y w h i c h h a l f s a t u r a t e i n 5 , 1 0 , 2 0 , 4 0 a n d7 5 m i n u t e s .

V e r y p r o l o n g e d u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n s a r e e x t r e m e l y t e d i o u s , a n l d i ts e e m e d s c a r c e l y w o r t h w h i l e t o m a k e a n y e x t e n s i v e s e r i e s o f s u c he x p e r i m e n t s . W e f o u n d h o w e v e r t h a t o u t o f 1 2 g o a t s u n i f o r m l yd e c o m p r e s s e d i n 9 0 m i n u t e s a f t e r 1 8 m i n u t e s v i r t u a l e x p o s u r e a t 7 5p o u n d s ( 6 1 a t m o s p h e r e s o f a b s o l u t e p r e s s t u r e ) t h r e e d e v e l o p e d s y m p -t o m s o f b e n d s a f t e r d e c o m p r e s s i o n . T h e p r o p o r t i o n o f i l l n e s s e s w a st h u s g r e a t e r t h a n w i t h s t a g e d e c o m p r e s s i o n i n a t h i r d o f t h e t i t n e .W i t h m e n t h e r e s u l t s w o u l d c e r t a i n l y b e m n u i c h w o r s e , a n d w ec a l c u l a t e t h a t f o r a m a n , a f t e r t h e s a m e e x p o s u r e , s e v e r a l h o u r s w o u i l db e n i e e d e d f o r u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n i n o r d e r t o e s c a p e a l l r i s k o f


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3 6 6 T h e P r e v e n t i o n o f C o m p r e s s e d - a i r I l l b e s ss y m p t o m s o c c u r r i n g . T h e t i m e w o u l d i n f a c t r e q u i r e t o b e n e a r l ya s l o n g a s i f t h e b o d y h a d b e e n c o m p l e t e l y s a t u r a t e d a t t h e maximump r e s s u r e .

W i t h v e r y s h o r t e x p o s u r e s t o h i g h p r e s s u r e , r a p i d d e c o m p r e s s i o n i sp r o b a b l y s a f e r t h a n u i n i f o r m d e c o m p r e s s i o n a t a m o d e r a t e r a t e . T h e r ei s a c o n s i d e r a b l e human e x p e r i e n c e o n t h i s p o i n t : d i v e r s w o r k i n g a tg r e a t d e p t h s w o u i l d s e e m t o c o n s i d e r i t f a i r l y s a f e t o g o r a p i d l y t o t h eb o t t o m a t a d e p t h o f 1 6 0 o r 1 8 0 f e e t a n d r e t u r n e q u a l l y r a p i d l y ,p r o v i d e d t h e t i m n e s p e n t o n t h e b o t t o m d o e s n o t e x c e e d s i x o r e i g h tm i n u t e s a n d p r o v i d e d a l s o t h a t t h e d i v e s a r e n o t r e p e a t e d a t s h o r ti n t e r v a l s . I t i s r e p o r t e d o f t h e s k i l l e d G r e e k d i v e r s o f t h e M e d i t e r -r a n e a n t h a t , i n c a s e t h e i r g e a r b e c o i n e s e n t a n g l e d o n t h e b o t t o m , t h e yw i l l c u t t h e i r a i r - p i p e a n d l i n e a n d b l o w t h e m s e l v e s u p t o t h e s u r f a c ei n l e s s t h a n a m i n t u t e f r o m a d e p t h o f 3 0 f a t h o m s o r t h e l i k e r a t h e rt h a n s t o p m o r e t h a n a b o u t t e n m i n u t e s o n t h e b o t t o m . O u r e x p e r i -m e n t s o n g o a t s a r e i n a c c o r d a n c e w i t h t h i s p r a c t i c e . W e f o u n d t h a tn o s y m p t o m s w e r e p r o d u c e d b y s u d d e n d e c o m p r e s s i o n i n l e s s t h a n am i n u t e a f t e r v i r t u a l e x p o s u r e s a t 7 5 p o u n d s u p t o f o u r m i n u t e s , a n 1 de v e n i n s o m e t r i a l s u p t o s i x m i n u t e s ( s e e b e l o w , p . 3 9 4 ) .

W i t h e x p o s u r e s e x c e e d i n g a v e r y f e w m i n u t e s , o r s u c h b r i e f e x -p o s u r e s f r e q u e n t l y r e p e a t e d , s o t h a t d u r i n g t h e i n t e r v a l s t h e b o d y h a sn o t t i m e t o b e c o m e d e s a t u r a t e d , w e h a v e l i t t l e d o u b t t h a t s l o w a n du n i f o r m d e c o m n p r e s s i o n - t h e s l o w e r t h e b e t t e r - i s a t a n y r a t e p r e f e r a b l et o s u d d e n d e c o m p r e s s i o n . U n i f o r m d e c o m p r e s s i o n m u s t h o w e v e r b e e x -t r e m e l y s l o w t o m a k e i t e n t i r e l y f r e e f r o m r i s k o f d e a t h o r v e r y s e r i o u ss y m p t o i y i s , a n d t h e t i m e r e q u i r e d i s s o g r e a t t h a t t h i s m e t h o d s e e m s t ou s q u i t e i m p r a c t i c a b l e i n c o n n e c t i o n w i t h d i v i n g w o r k . T h e r e a p p e a r st o b e v e r y l i t t l e human e x p e r i e n c e o f s l o w u n i f o r m d e c o m p r e s s i o n .D i v e r s u

Haldane the Prevention of Air Compressed Illness

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