8/8/2019 Inert Gas Narcosis

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P O S T G R A D . MED. J . , ( 1 9 6 6 ) , 4 2 , 3 7 8

INERT GAS NARCOSIS -AN INTRODUCTION1 . P . U N S W O R T H , B . M . , B . C h . , L . R . C . P . ,

W a l t o n H o s p i t a l , L i v e r p o o l

I N E R T g a s n a r c o s i s i s t h e p h y s i c a l a n d m e n t a ld i s t u r b a n c e , b o t h s u l b j e c t i v e a n d o b j e c t i v e , t h a to c c u r s w h e n b r e a t h i n g g a s m i x t u r e s c o n t a i n i n gc e r t a i n m e m b e r s o f t h e i n e r t g a s e s u n d e r p r e s -s u r e . T h e s e i n c l u d e k r y p t o n , a r g o n , x e n o n , n i t r o -g e n a n d p o s s i l b l y n e o n . T h e p h e n o m e n o n o fn a r c o s i s a s s o c i a t e d w i t h n i t r o g e n h a s b e e na l t e r n a t i v e l y t e r m e d " n i t r o g e n i n t o x i c a t i o n "t h o u g h " n a r c o s i s " i s t h e g e n e r a l l y a c c e p t e dn a m e . ( U n s w o r t h , 1 9 6 0 ; M i l e s , 1 9 6 2 . )I t i s m o r e t h a n a h u n d r e d y e a r s s i n c e t h ef i r s t r e p o r t i n p r i n t o f t h e p r o b l e m t h a t h a s b e e nf a c i n g d i v e r s e v e r s i n c e t h e i r d e s c e n t s w e n td e e p e r t h a n 1 0 0 f e e t o r t h e a m b i e n t p r e s s u r ei n c r e a s e d a b o v e 4 a t m o s i p h e r e - n i t r o g e n n a r -c o s i s . F o r m a n y y e a r s , i t was o n l y h e l m e t e dd i v e r s a n d c a i s s o n w o r k e r s w h o w e r e ' s u l b j e c tt o t h i s c o n d i t i o n , b u t W i t h t h e i n t r o d u c t i o n d u r -i n g t h e l a s t t h r e e d e c a d e s o f s e l f - c o n t a l i n e du n d e r w a t e r ' b r e a t h i n g a p p a r a t u s , f r e e d i v e r s a r ee v e n m o r e l i a b l e t o t h e s e r i o u s a n d f a t a l s i d ee f f e c t s o f n i t r o g e n n a r c o s i s .T h e s i g n i i f i c a n c e o f i n e r t g a s n a r c o s i s h a s ab e a r i n g n o t o n l y o n n a v a l d i v i n g i n w a r f a r e b u ta l s o u n d e r s e a s a l v a g e a n d e x p l o r a t i o n . W i t ht h e i n t r o d u c t i o n o f i h i g h p r e s s u r e c h a m b e r s i n t ot h e f i e l d o f a n a e s t h e s i a a n d s u r g e r y , t h e i n -h e r e n t p r o p e r t i e s o f n i t r o g e n n a r c o s i s may h a v ew i d e r i m p l i c a t i o n s , a s , ' f o r e x a m p l e , t h e p o s -s i ' b l e u s e o f n i t r o g e n o r o t h e r i n e r t g a s , u n d e rp r e s s u r e a s a n a n a e s t h e t i c a g e n t , o r a s a s i d e -e f f e c t w h e n ' h i g h p r e s s u r e s o f c o m p r e s s e d a i ra r e u s e d .H i s t o r i c a lI n 1 8 2 6 C o l l a d o n , a F r e n c h p h y s i c i a n , d e s c r i i b -i n g a p r o l o n g e d d e s c e n t i n a d l i v i n g b e l l , r e -m a r k e d u ' p o n ! h i s " s t a t e o f e x c i t e m e n t a s i f Ih a d d r u n k s o m e a l c o h o l i c l i q u o r " . I t i s d o u b t -f u l i f , ' i n f a c t , C o l l a d o n d i d s u f f e r f r o m n a r c o s i sa s t h e b e l l o n l y d e s c e n d e d t o 2 0 m e t r e s a l t h o u g hh i s c o m p a r i s o n w i t h a l c o h o l w o u l d s u g g e s t i t .A n o t h e r F r e n c h m a n , J u n o d , i n 1 8 3 5 , n o t e d t h a tu n d e r p r e s s u r e " t h e f u n c t i o n s o f t h e b r a i n a r ea c t i v a t e d , i m a g i n a t i o n i s l i v e l y , t h o u g h t s h a v e a

p e c u l i a r c h a r m a n d i n some p e r s o n s , s y m p t o m so f i n t o x i c a t i o n a r e p r e s e n t " . I t w a s n o t u n t i l1 8 6 1 t h a t a p r o f e s s i o n a l d i v e r d e s c r i b e d h i sown s i g n s a n d s y m , p t o m s , a n d s u g g e s t e d a p r e -c a u t i o n a r y m e a s u r e . J . B . G r e e n , an A m e r i c a n ,r e p o r t e d t h a t on h i s d e e p d i v e s o f 1 5 0 f e e t orm o r e , ' h e n o t i c e d a f e e l i n g o f e x c i t e m e n t f o l -l o w d b y d r o w s i n e s s , a n d h e c o n s i d e r e d i t i m -p o r t a n t t h a t a t t h i s s t a g e , t h e d i v e r s h o u l d b eb r o u g h t u ' p . F r o m G r e e n ' s f u l l d e s c r i p t i o n i ti s c l e a r t h a t h e n o t e d h a l l u c i n a t o r y c h a n g e sa n d i m p a i r m e n t o f a d i v e r ' s j u d g e m e n t . P a u lB e r t ( 1 8 7 8 ) r e m a r k e d u p o n t h e o b j e c t i v e s i g n sw h e n n i t r o g e n i s ' b r e a t h e d u n d e r p r e s s u r e b u t a tt h a t t i m e d i d n o t p u r s u e t h e i r c a u s e t h o u g h h ee s t a b l i s h e d t h a t d i s s o l v e d n i t r o g e n wa s t h ea e t i o l o g i c a l f a c t o r i n d e c o m p r e s s i o n s i c k n e s s o rt h e " b e n d s " .T h e n e x t r e p o r t o f n i t r o g e n n a r c o s i s camef r o m D a m a n t ( 1 9 3 0 ) d - u r i n g t h e B r i t i s h A d -m i r a l t y I D e e p S e a d i v i n g t r i a l s t o 3 2 0 f e e t .D a m a n t d e s c r i b e d t h e f i n d i n g s o f ' H i l l a n d S e l b y ,t h a t a l t h o u g h t h e d l i v e r s w e r e a l l ' p i c k e d m enwho h a d ' b e e n p u t t h r o u g h a s p e c i a l l y s e a r c h i n gm e d i c a l e x a m i n a t i o n , s o m e o f t h e m b e c a m ea b n o r m a l m e n t a l l y o r e m o t i o n a l l y . T h e e f f e c twa s a t t r i b u t e d a t f i r s t t o t h e h i g h a m b i e n t a i rp r e s s u r e a n d o x y g e n p o i s o n i n g , o r t o i l m p u r i t i e ss u c h a s c a r b o n d i o x i d e o r m o n o x i d e . B u t c a r e -f u l w o r k r u l e d t h e s e o u t , a n d t h o u g h o x y g e na n d c a r b o n d i o x ' i d e w e r e n o ' l o n g e r h e l d r e s -p o n s i l b l e , no i n c r i m i n a t i o n o f n i t r o g e n w a s m a d e .T h e f i r s t d e f i n i i t i v e t h e o r y t h a t n i t r o g e n w a st - h e a e t i o l o g i c a l f a c t o r i n m e n t a l c h a n g e s w h i l eu n d e r a i r p r e s s u r e w a s p u t f o r w a r d i n 1 9 3 5b y B e h n k e , T h o m p s o n a n d M o t l e y . T h e y s t a t e dt h a t a i r a t , a n d h i g h e r t h a n , 3 a t m o s p h e r e s , p r e s -s u r e e x e r t e d a n a r c o t i c e f f e c t o n m a n , w i t he u p h o r i a , m e n t a l r e t a r d a t i o n a n d l o s s o f n e u r o -m u s c u l a r c o n t r o l , w i t h c o m a i n t e r v e n i n g a th i g h e r ' p r e s s u r e s .S i n c e t h e e n d o f t h e ' w a r , r e s e a r c h o n s u b s t i -t u t i o n d i l u e n t s c o n t i n u e d a n d i n 1 9 4 8 t h e o x y -h y d r o g e n m i x , t u r e was i n t r o d u c e d ( Z e t t e r s t r o m :B u r j s t e d t a n d S e v e r i n ) . T e n y e a r s e a r l i e r , h o w -

8/8/2019 Inert Gas Narcosis

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UNSWORTH: I n e r t G a s N a r c o s i se v e r , B e h n k e a n d Y a r i b r o u g h , a n d E n d ( 1 9 3 8 )h a d u s e d h e l i u m a s d i l u e n t i n g a s m i x t u r e s . T h i se l i m i n a t e d n i t r o g e n n a r c o s i s f r o m d e e p d i v e st h o u g h b o t h h y d r o g e n a n d h e l i u m h a d d i f f i c u l tf e a t u r e s , t h e f o r m e r b e i n g e x p l o s i v e w i t h ah i g h e r o x y g e n c o n c e n t r a t i o n t h a t 4 p e r c e n t ,a n d t h e l a t t e r p o s i n g p r o b l e m s o f d e c o m p r e s -s i o n , v o i c e d i s t o r t i o n a n d t h e r m a l c o n d u c t i v i t y .C o n s i d e r a b l e e x p e r i m e n t a l w o r k h a s b e e nc a r r i e d o u t o n t h e q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v em e a s u r e m e n t o f m e n t a l d i s a i b i l i t y o f n i t r o g e nu n d e r p r e s s u r e , w i t h t h a t o f B e n n e t t a n d h i sc o - w o r k e r s o u t s t a n d i n g . T h e y u s e d b o t h e l e c t r o -e n c e p h a l o g r a p h i c c h a n g e s a n d f l i c k e r - f u s i o nf r e q u e n c i e s i n e s t i m a t i n g t i m e o f o n s e t o f n a r -c o s i s . ( ' B e n n e t t a n d G l a s s , 1 9 5 7 ; B e n n e t t , 1 9 5 8 ,B e n n e t t a n d C r o s s , 1 9 6 0 . )O t h e r w o r k e r s a t t e m p t e d t o ; r e l a t e c h a n g e si n p e r f o r m a n c e e f f i c i e n c y t o p r e s s u r e o f i n e r tg a s e s . ( S ' h i l l i n g a n d W i l ' l g r u b e , 1 9 3 7 ; K i e s s l i n ga n d M a a g , 1 9 6 0 ; F r a n k e n h a e u s e r , G r a f f - L o n -n e v i g a n d H e s s e r , 1 9 6 3 ; P o u l t o n , C a t t o n a n dC a r p e n t e r , 1 9 6 4 . ) T h e s e l a t t e r w o r k e r s , i n t h e i ri n i t i a l e x p e r i m e n t s , f o u n d e v i d e n c e o f p e r f o r m -a n c e i m p a i r m e n t i n s u ' b j e c t s a t o n l y 2 a t m o s -p h e r e s a b s o l u t e b u t m o r e r e c e n t w o r k h a s n o tr e v e a l e d a n y a b n o r m a l i t y l b e l o w 4 a t m o s p h e r e sa b s o l u t e .

C l i n i c a l F e a t u r e sT h e s i g n s a n d s y m p t o m s o f i n e r t g a s n a r c o s i sa r e v a r i a l b l e i n ' t i i m e ' o f o n s e t , a i n d i n r e g a r dt o t h e p r e s s u r e a t w h i c h i t a p p e a r s , i n d i v i d u a l ss h o w s o m e e f f e d t ' s o o n a f t e r r e a c h i n g 4 ' a t m o s -p h e r e s a b s o l u i t e . S e n s i t i v i t y d i f f e r s a m o n g d i v e r sa n d s o m e may h a v e d e m o n s t r a l b l e s i g n s a t J e s sp r e s s u r e w h i l e ' o t h e r s m ' a y i n o t b e a f f e c t e d f t i , lt h e p r e s s u r e r e a c h e s 5 o r 6 a t m o s p h e r e s . M a n yf a c t o r s i n f l u e n c e t h e p r e s s u r e a t w h i c h t h e o n s e to f s y m p : o m s may o c c u r a n d ; t h e s e v e r i l t y o ft h e a t , a c k . E x e r t i o n , p r e v l i o u s f a i b i g u e , a l c o h o l i ce x c e s s p r i o r t o ' a d i v e , e v e n a p p r e h e n s i o n , ma yb o t h a d v a n c e ' o n s e t a n d i n c r e a s e s e v e r i l t y . I t a l s oa p p e a r s t h a i t c a r b o n d i f o x i d e r e t e n t i o n , t h r o u g he i t h e r i l n e f f e c l t i v e a p p a r a t u s o r a n i n c r e a s e d p r o -p o r t i o n o f c a r b o n d i o x i d e i n ; b h e r e s p i r e d g a s ,a i l s o s p e e d s ' t h e o n s e t o f n a r c o s i s .T h e s y m p t o m s w h i c h g e n e r a i t l y , t h o u g h n o ti ' n e v x K J a l b l y , a p p e a r f i r s t a r e l i g h t h e a d e d n e s s ,d i z z i n e s s , e u p h o r i a , a i n d a p p a r e n t m e n t a l s t i m u -l a l t i o n a s s o c i a i t e d w i t h g r e a t s e l f - c o n f i d e n c e . T h ec o m p l e t i o n o f a d i f f i c u l t u n d e r w a t e r t a s k w i l ls e e m e a s y . . a l d s t r a i g h t f o r w a r d , a n d s a f e t y p r e -c a u t i o r , u s u a l i l y m e t l i c u l ' o u ' s l y o b s e r v e d , a p p e a rt o ' b e c o m e s u p e r f l u o u s . T h e s u b j e c t s h o w s ag r e a ) t i t e n d e n c y t o b e c o m e j o v i a l a n d ' a l k a t i v e ,a , n d e a s i l y a m u s e d . L a t e r , m e n t a l c o n c e n t r a t t i o n

b e c o m e s d t i f f i c u l t a n d ' t h e r e c o l l c s t i o n o f i d e a sr e q u i r e s g r e a t e f f o r t . O t h e r s y m p t o m s n o t i c e d' i n c l u d e p e r i l p h e r a l l n u m b n e s s , l i p ' t r e b l i n g n o tu n d l i k e t h a t o f o x y g e n p o i s o n i n g , a n d h a l l u c i n - a -t i o n s . O c c a s i o n a l l y i t h i s i i n i l t i a l p h , a s e o f n i b r o g e ns t i m u l a t i o n may b e p a s s e d v e r y r a p i d l y a n da l m o s t , u n n l d i c e d , , t h e d i v e r i t h e n b e i n g a f f e c t e dv e r y p r o f o u n d l y b y t h e p h a s e o f e x i t r e m el e t h a r g y a n d d r o w s i n e s s .T h e s i g n s o f n i t r o g e n n a r c o s i s a r e m o s t c o n -v e n i e n t l y o b s e r v e d i n a p r e s s u r e c h a m b e r . T h e s ei n c l u d e d e l a y e d r e s p o n s e s t o s e n s o r y s t i m u l ip a r t i c u l a r l y v i s u a l , a u d ' i t o r y a n d t a c t i l e . M i s -t a k e s a r e m a d e i n m e n t a l a r i t h m e t i c t h a t w o u l dn o t n o r m a l l y ' b e m a d e on t h e s u r f a c e . A l o s so f f i n e n e u r o - m u s c u l a r c o n t r c l a n d c o - o r d i n a -t i o n r e n d e r s a d e l i c a t e m a n i p u l a t i o n i m p o s s i b l e .A l t h o u g h a l l i n d i v i d u a l s a r e n a r c o t i s e d t o somee x t e n t u n d e r p r e s s u r e , a n e m o t i o n a l l y s t a b l ep e r s o n r e a c t s t o t h e s t r e s s b y i n c r e a s e d e f f o r ta n d may c a r r y o u t h i s t a s k q u i t e w e l l u n t i lc o n s c i o u s n e s s i s ' l o s t . T h e u n s t a J b l e i n d i v i d u a li s i n c a p a b l e o f a n y f u r t h e r p u r p o s e f u l e f f o r t .A s t h e p r e s s u r e i s i n c r e a s e d , t h e s i g n s a n ds y m p t o m s ' b e c o m e m o r e s e v e r e , t h e r e i s l o s so f m e m o r y t h a t may l a s t f o r m a n y ' h o u r s , a n db e t w e e n 1 0 a n d 1 3 a t m o s p h e r e s l o s s o f c o n -s c i o u s n e s s o c c u r s . W i t h a h e l m e t d i v e r , t h i si s n o t s o d a n g e r o u s a s w i t - h a f r e e d i v e r i n' w h o m t h e l o s s o f t h e m o u t h p i e c e w o u l d r e s u l ti n d e a t h ' b y d r o w n i n g .T h e s i m i l a r i t y b e t w e e n t h e p r e s e n t i n g f e a t u r e so f n i t r o g e n n a r c o s i s a n d a c u t e a l c o h o l i c p o i s o n -i n g i s v e r y c l o s e a n d h e n c e t h e f i r s t d e s c r i p -t i o n o f J u n o d i s s o a p t a n d o b s e r v a n t . T h eF r e n c h name f o r t h e c o n d i t i o n , " l ' I v r e s s e " , i st h a t u s e d f o r - t h e v i c e o f d r u n k e n n e s s . A n o t h e ri n t e r e s t i n g p a r a l l e l b e t w e e n n i t r o g e n n a r c o s i sa n d a l c o h o l i c p o i s o n i n g i s t h e v a r i a b i l i t y a n di n d i v i d u a l s u s c e p t i b i l i t y t h a t e x i s t . R e s i s t a n c et o n i t r o g e n n a r c o s i s ( a n d a l c o h o l ) c a n b e b u i l tu p ' b y p r a c t i c e a n d e x p e r i e n c e , a n d a d a p t a t i o nd o e s o c c u r .

T h e o r i e sM a n y t h e o r i e s h a v e ' b e e n p r o p o s e d t o e x p l a i ni n e r t g a s n a r c o s i s . T h e f i r s t , p u t f o r w a r d i n1 8 3 5 b y J u n o d a n d l a t e r i n 1 8 8 1 b y M o x o n ,s u g g e s t e d i n c r e a s e d p r e s s u r e a l o n e a s t h e f a c t o ri n v o l v e d . J ' u n o d c o n s i d e r e d t h a t " t h e i n c r e a s e dd e n s i t y o f t h e a i r l e s s e n e d t h e c a l i b r e o f t h ev e n o u s v e s s e l s , r e s u l t i n g i n g r e a t e r b l o o d f l o wi n t h e a r t e r i a l s y s t e m a n d t o w a r d s p r i n c i p a ln e r v e c e n t r e s e s p e c i a l l y t h e b r a i n , p r o t e c t e d ' b yi t s b o n y c a s e f r o m d i r e c t p r e s s u r e " . He t h o u g h tt h a t t h i s i n c r e a s e d b l o o d ' f l o w s t i m u l a t e d t h en e r v e c e n t r e s a n d r e s u l t e d i n n a r c o s i s . M o x o n ,

J u n e , 1 9 6 6 3 7 9

8/8/2019 Inert Gas Narcosis

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POSTGRADUATE MEDICAL JOURNALo n t h e o t h e r h a n d , r e g a r d e d t h e i n c r e a s e d p r e s -s u r e a s d r i v i n g t h e b l o o d f r o m t h e s u r f a c e o ft h e b o d y i n t o p a r t s n o t a c c e s s i b l e t o r e s p i r a t o r ye x c h a n g e a n d t h a t t h i s d e v i t a l i s e d b l o o d c a u s e de m o t i o n a l c h a n g e s . T h e s e t h e o r i e s i a r e p a t e n t l yi n c o r r e c t . I f p r e s s u r e d i d a f f e c t s u p e r f i c i a l b l o o df l o w , c u t a n e o u s ' b l a n c h i n g w o u l d T b e o b v i o u sb u t t h i s d o e s n o t o c c u r . T h e p h y s i c a l p r o p e r t i e so f t h e b o d y a r e s u c h t h a t i t may b e r e g a r d e da s i n c o m p r e s s i t b l e , w i t h p r e s s u r e b e i n g e q u a l i s e dt h r o u g h o u t t h e b o d y b u l k . A f u r t h e r a r g u m e n ta g a i n s t p r e s s u r e a l o n e b e i n g r e s p o n s i b l e f o ri n e r t g a s n a r c o s i s i s t h e l a t e r d e m o n s t r a t i o nt h a t i b r e a t h i n g g a s m i x t u r e s o f d i f f e r e n t c o n -s t i t u e n t s a t t h e s a m e p r e s s u r e s i n d u c e d d i f f e r e n tl e v e l s o f m e n t a l a n d p h y s i c a l c h a n g e .T h e p s y c h o l o g i c a l a s p e c t o f d e e p d i v i n g w a so n c e b l a m e d a s t h e c a u s e o f n a r c o s i s ( H i l l a n dG r e e n w o o d , 1 9 0 6 ) . When p s y e h o l o g i c a l t e s t sw e r e c a r r i e d o u t o n d i v e r s w h o h a d f a i l e d t oc o m p l e t e t a s k s u n d e r p r e s s u r e , P l h i l l i p s ( 1 9 3 1 )s h o w e d t h a t m a n y o f t h e s e s u b j e c t s w e r e o f t h es u p p r e s s e d n e r v o u s t y p e w h o h a b i t u a l l y e x e r -c i s e d c o n t r o l a n d t h a t t h e y s u f f e r e d f r o m l a t e n ts u p p r e s s e d c l a u s t r o p h o b i a . P h i l l i p s h a d l i t t l eh e s i t a t i o n i n a s c r i b i n g t h e o b j e c t i v e m e n t a lc h a n g e s o f h i s d e e p d i i v e r s t o m e n t a l i n s t a b i l i t y .H o w e v e r , i f d i v e r s , o r s u b j e c t s i n a p r e s s u r ec h a m b e r , a r e s u p p l i e d w i t h d i f f e r e n t g a s m i x -t u r e s a t t h e s a m e ' p r e s s u r e , t h e s e v e r i t y o f s i g n sa n d s y m p t o m s m a y b e a l t e r e d . I t i s u n l ' i k e l yt h a t c l a u s t r o p h o b i a o r o t h e r p s y c h o l o g i c a ld e v i a t i o n c o n t r i l b u t e d i r e c t l y t o i n e r t g a s n a r -c o s i s a l t h o u g h t h e y may p r o v i d e a b a c k g r o u n do f i n s t a b i l i t y a g a i n s t w h i c h e a r l y c h a n g e s o fn a r c o s i s b e c o m e m o r e a p p a r e n t .B r e a t h i n g o x y g e n a t a t m o s p h e r i c p r e s s u r ec a u s e s s u t b j e c t i v e a n d o b j e c t i v e r e a c t i o n s i ns o m e i n d i v i d u a l s a n d B i r c h ( 1 8 5 9 ) , r e p o r t i n gt h e s e , m a i n t a i n e d t h a t t h e y w e r e n o t o f p s y c h o -l o g i c a l o r i g i n . T h u s t h e s t i m u l a t i n g e f f e c t o fi n c r e a s e d o x y g e n t e n s i o n i n c o m p r e s s e d a i r w a sp o s t u l a t e d a s a c a u s e o f t h e " c o m p r e s s e d a i r "

s y n d r o m e . I n 1 8 7 8 B e r t m a d e t h i s a s s u m p t i o nt h a t h i g h o x y g e n t e n s i o n s p r o d u c e d s u c h e f f e c t s ,a n d h e u t i l i s e d , h i g h a i r p r e s s u r e s i n h i s e x p e r i -m e n t s i n t o o x y g e n t o x i c i t y . O t h e r w o r k e r s s i n c et h e n ( h a v e b e e n o l f t h e s a m e o p i n i o n ( B i n g e r ,F a u l k n e r a n d M o o r e , 1 9 2 7 ; S m i t h , H e i m ,T h o m s o n a n d D r i n k e r , 1 9 3 2 ) .N o t u n t i l D o n a l d ( 1 9 4 7 ) d i d a n y o n e c l e a r l yd e f i n e t h e s a l i e n t f e a t u r e s o f o x y g e n p o i s o n i n ga n d w h e n c o m p a r e d w i t h t h o s e o f n i t r o g e nu n d e r p r e s s u r e , t h e r e s h o u l d ' b e n o d o u b t t h a tt h e r e e x i s t t w o s e p a r a t e c o n d i t i o n s . D a m a n t( 1 9 3 0 ) w a s c o n v i n c e d t h a t t h e s u b j e c t i v e a n do b j e c t i v e c h a n g e s a s s o c i a t e d w i t h a i r u n d e r

p r e s s u r e w e r e n o t d u e t o o x y g e n . R e c e n t l y t h ei n t e r e s t i n h ' i g h p a r t i a l p r e s s u r e s o f o x y g e n a sa c a u s e o f n a r c o s i s h a s b e e n r e - a r o u s e d b yF e n n ( 1 9 6 5 ) . ' H i s h y p o t h e s i s s t e m s f r o m somei n t e r e s t i n g w o r k d o n e o n t h e f r u i t f l y , D r o s o -p h i l a , i n a t m o s p h e r e s o f o x y g e n a n d n i t r o g e nu n d e r p r e s s u r e . From h i s e x p e r i m e n t s h ed e m o n s t r a t e d t h a t a c o r r e l a t i o n e x i s t s b e t w e e nt h e p r o p o r t i o n s o f o x y g e n a n d n i t r o g e n , a n dt h e s u r v i v a l r a t e s o f t h e f l i e s w h i l e u n d e r p r e s -s u r e . T h o u g h h e s t a t e s t h a t h i s r e s u l t s a r e n o td i r e c t l y a p p l i c a b l e t o h u m a n d i v i n g , h e d o e ss u g g e s t t h a t i t ma y b e p o s s i i b l e b y k e e p i n g t h eo x y g e n t e n s i o n l o w o r n o r m a l t o a v o i d t h e n a r -c o t i c e f f e c t s o f n i t r o g e n a t d e p t h . T h i s w o u l dc e r t a i n l y s u b s t a n t i a t e t h e c l a i m s o f A l b e r t B u h l -m a n a n d H a n s K e l l e r ( 1 9 6 2 ) t h a t n i t r o g e nn a r c o s i s d o e s n o t e x i s t , e v e n w i t h 9 0 p e r c e n tn i t r o g e n , a t 6 0 0 f e e t . B u t , a l t h o u g h F e n n s u g -g e s t s a l o w e r i n g o f - t h e o x y g e n p a r t i a l p r e s s u r e ,t h i s h a s b e e n s t r o n g l y c r i t i c i s e d b y m a n yw o r k e r s a s d a n g e r o u s l y i n c o r r e c t . T h e e f f e c to f d e c r e a s i n g t ' h e P o 2 w i t h o u t s u b s t i t u t i n g at h i r d g a s , w o u l d ' b e t o i n c r e a s e t h e i n e r t g a st e n s i o n , a n d t h e r e b y m a r k e d l y p o t e n t i a t e n a r -c o s i s .N a r c o s i s e x p e r i e n c e d u n d e r c o m p r e s s e d a i rw a s a t t r i b u t e d t o n i t r o g e n b y B e h n k e , T h o m p -s o n a n d M o t l e y ( 1 9 3 5 ) . T h e m a n n e r i n w h i c hn i t r o g e n a c t e d w a s c o n s i d e r e d t o b e d u e t o i t so i l / w a t e r s o l u b i l i t y r a t i o , a c t i n g i n t h e s a m em a n n e r a s t h e d i p h a s i c a n a e s t h e t i c a g e n t s . T h ec o r r e l a t i o n b e t w e e n s o l u b i l i t y o f a n a e s t h e t i ca g e n t s i n w a t e r a n d l i p i d a n d i t s d e p r e s s a n ta c t i o n h a d b e e n d e s c r i b e d m u c h e a r l i e r b yM e y e r ( 1 8 9 9 ) . B e h n k e a n d h i s c o - w o r k e r s f o u n dt h a t i f n i t r o g e n i s r e p l a c e d i n a g a s m i x t u r e b yh e l i u m , t h e n a r c o t i c e f f e c t i s l e s s e n e d o ra b o l i s h e d . C o n v e r s e l y i f a r g o n i s s u t b s t i t u t e d ,t h e n a r c o s i s i s m o r e p r o f o u n d a n d w i t h e a r l i e ro n s e t . S u c h g a s e s a s k r y p t o n a n d x e n o n h a v ea l s o b e e n u s e d i n m i x t u r e s a t a t m o s p h e r i c p r e s -s u r e a n d h a v e p r o d u c e d d e f i n i t e c e n t r a l n e r v o u s

s y s t e m d e p r e s s i o n a n d a n a e s t h e s i a i n b o t ha n i m a l s a n d m a n . ( ' L a w r e n c e , L o o m i s , T o b i a sa n d T u r p i n , 1 9 4 6 ; C u l l e n a n d G r o s s , 1 9 5 1 ; C a r -p e n t e r , 1 9 5 3 ) . T h e e a s e w i t h w h i c h a g a s p r o -m o t e s n a r c o s i s u n d e r p r e s s u r e i s d i r e c t l yp r o p o r t i o n a l t o i t s f a t s o l u i b i l i t y a n d o i l / w a t e rd i s t r i b u t i o n c o e f l i c i e n t ( T a b l e 1 ) , a n d t h i s l e de a r l y w o r k e r s t o u s e h y d r o g e n o r h e l i u m a sd i l u e n t i n g a s m i x t u r e s t o b e u s e d u n d e r p r e s -s u r e , a s n a r c o s i s o n l y o c c u r s w i t h t h e s e t w ou n d e r e x t r e m e l y h i g h p r e s s u r e s .A f u r t h e r a g e n t o n c e t h o u g h t t o ' b e t h e c a u s e

o f t h e n a r c o s i s a s s o c i a t e d w ' i t h i n e r t g a s e s i sc a r b o n d i o x i d e . T h e n a r c o t i c a n d a n a e s t h e t i c

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J u n e , 1 9 6 6 UNSWORTH: I n e r t G a s N a r c o s i s 3 8 1TABLE 1GAS SOLUBILITIES

S o l u b i l i t i e s i n m g . / m l . s o l v e n t a t 3 7 0 C .G a s W a t e r F a t D i s t r i b u t i o n c o e f f i c i e n t

A r g o n 0 . 0 2 7 0 . 1 4 0 5 . 2N i t r o g e n 0 . 0 1 3 0 . 0 6 7 5 . 1H y d r o g e n 0 . 0 1 7 0 . 0 3 6 2 . 1H e l i a m 0 . 0 0 9 0 . 0 1 5 1 . 6 6

TABLE 2GAS DENSITIESH y d r o g e n - H e l i u m - N i t r o g e n - A r g o n -

o x y g e n o x y g e n o x y g e n ( a i r ) o x y g e nV i s c o s i t y r e l a t i v et o a i r 0 . 3 5 0 . 6 6 1 1 . 1 3W t . i n l b s . o f1 c u . f t . a t 1 a t m o . 0 . 0 2 2 0 . 0 2 6 0 . 0 8 1 0 . 1 9 3

e f f e c t s o f t h i s g a s w e r e n o t e d b y many e a r l yw o r k e r s i ( B e r t , 1 8 7 8 ; H i l l a n d F l a c k , 1 9 0 8 ) .C a s e a n d H a l d a n e ( 1 9 4 1 ) f o u n d t h a t c a r b o nd i o x i d e a d d e d t o c o m p r e s s e d a i r e n ' h a n c e d t h en a r c o t i c e f f e c t , a n d n o t e d t h e i n c r e a s e i n r e s -p i r a t i o n a s s o c i a t e d w i t h a r i s e i n p a r t i a l p r e s -s u r e o f C O 2 i n c o m p r e s s e d a i r . B e a n ( 1 9 4 5 ;1 9 5 0 ) h a s p u t f o r w a r d t h e m o s t d e t a i l e d t h e o r ya n d h e c o n s i d e r s CO2 a n i m p o r t a n t c o n t r i l b u t o rt o , i f n o t c h i e f c a u s e o f , t h o s e r e a c t i o n s a t t r i -b u t e d t o n i t r o g e n . B e a n p o s t u l a t e s t h a t c o m -p r e s s i o n i n c r e a s e s t h e p a r t i a l p r e s s u r e o f c a r b o nd i o x i d e b y i n t e r f e r i n g w i t h t ' h e d y n a m i c s o f a i rf l o w w i t h i n t h e r e s p i r a t o r y t r e e , a n d l e a d s t oh y p e r c a p n i a . As p r e s s u r e i n c r e a s e s , a i r d e n s i t yr i s e s a n d v e n t i l a t o r y e f f i c i e n c y i s r e d u c e d . AsM i l e s ( 1 9 5 7 ) h a s s h ow n, i f a i r i s b r e a t h e d a t 2 0 0f e e t , t h e maximum b r e a t h i n g c a p a c i t y i s r e -d u c e d b y 5 0 p e r c e n t , a n d a t 6 0 0 f e e t , t h er e d u c t i o n i s 7 5 p e r c e n t .A s t u d y b y B e a n ' ( 1 9 5 0 ) o n t h e r a p i d c o m -p r e s s i o n o f a n a e s t h e t i s e d d o g s s h o w e d a p r o -n o u n c e d i n c r e a s e i n a l v e o l a r P c o 2 . T h e e x p e r i -m e n t a l d a t a ' p u t f o r w a r d , t h o u g h l i m i t e d , w e r ec o n s i d e r e d t o p r o v i d e e v i d e n c e t h a t c h a n g e s i na l v e o l a r C O 2 , a n d a l t e r a t i o n s o f b l o o d a n dt i s s u e CO2 c a u s e d , o r c o n t r i b u t e d t o , n i t r o g e nn a r c o s i s . H o w e v e r , o n e p o i n t made b y B e a nt o e x p l a i n t ' h e l a c k o f h y p e r v e n t i l a t i o n i n r e s -p o n s e t o h i g h b l o o d P c o 2 w a s t h a t t h e r e s p o n s et o a g i v e n C 0 2 i n c r e a s e i n c o m p r e s s e d a i r ma yn o t b e t h e s a m e a s t h e r e s p o n s e a t n o r m a l p r e s -

s u r e . I t i s t r u e t h a t a l a r g e e x c e s s o f CO2m a y d i m i n i s h r a t h e r t h a n a u g m e n t v e n t i l a t i o n ,a n d t h a t a n i n c r e a s e d p a r t i a l p r e s s u r e o f o x y g e nm a y m o d i f y t h e r e s p o n s e t o c a r b o n d i o x i d e( D r i p p s a n d D u m k e , 1 9 4 3 ) b u ' t t h e P c o 2 i n c r e a s emay n o t b e l a r g e ( R a s h b a s s , 1 9 5 5 ) o r a l t e r n a -t i v e l y t h e P o 2 may n o t i b e g r e a t l y r a i s e d . I t i sp o s s i b l e t h a t c o m p r e s s i o n u s i n g n i t r o g e n c a u s e sa d e s e n s i t i s a t i o n t o c a r b o n d i o x i d e , a n d t h e r e -f o r e CO2 r e t e n t i o n w i t h n o h y p e r v e n t i l a t i o n .T h e i n c r e a s e d d e n s i t y a n d v i s c o s i t y o f a i r , a n do t h e r g a s m i x t u r e s i ( T a b l e 2 ) , c o n t r i b u t e t o t h ed i m i n u t i o n o f e f f e c t i v e p u l m o n a r y v e n t i l a t i o n .When c a r b o n d i o x i d e i s a d d e d t o t h e i n s p i r e dm i x t u r e , t h i s h a s a n a d d i t i v e e f f e c t o n n i t r o g e no r i n e r t g a s n a r c o s i s . I t ' h a s b e e n s u g g e s t e d t h a tt h e v a s o d i l a t a t i o n o f i n c r e a s e d p a r t i a l p r e s s u r e so f c a r b o n d i o x i d e , p a r t i c u l a r l y o n t h e c e r e b r a lc i r c u l a t i o n , a l l o w s t h e e f f e c t s o f h i g h o x y g e np a r t i a l p r e s s u r e t o b e c o m e a p p a r e n t a n d t h a tt h e p i c t u r e u n d e r t h e s e c i r c u m s t a n c e s i s a c o m -b i n a t i o n o f n i t r o g e n n a r c o s i s a n d o x y g e nt o x i c i t y . Work o f H e s s e r a n d h i s c o l l e a g u e s( 1 9 6 3 ) h a s s h o w n t h a t o x y g e n e x c e s s h a s ap o t e n t i a t i n g e f f e c t o n n i t r o g e n n a r c o s i s , a n dt h a t p e r f o r m a n c e e f f i c i e n c y d e c r e a s e d w i t h i n -c r e a s i n g o x y g e n p r e s s u r e . I t w a s s u g g e s t e d t h a tt h i s i n c r e a s e i n n a r c o t i c e f f e c t w a s p o s s i j b l y d u et o i n t e r f e r e n c e w i t h c a r b o n d i o x i d e e l i m i n a t i o nf r o m t h e t i s s u e s , o n e o f t h e f a c t o r s i n v o l v e di n s i m p l e o x y g e n t o x i c i t y . T h u s r a i s e d p a r t i a lp r e s s u r e s o f o x y g e n i n c r e a s e s t h a t o f c a r b o n

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UNSWORTH: I n e r t G a s N a r c o s i ss h o w n t h a t s y n a p t i c t r a n s m i s s i o n i n t h e c e n t r a ln e r v o u s s y s t e m i s m o r e s u s c e p t i b l e t o t h e e f f e c t so f n a r c o t i c s t h a n t h e c o n d u c t i o n p r o c e s s i nn e r v e f i b r e s , a n d s o m e m e m l b e r s o f t h e i n e r tg a s e s ma y b e i n c l u d e d a m o n g t h e n a r c o t i c s .B e n n e t t ( 1 9 6 4 ) u s i n g a u d i t o r y p r o v o k e d s t i m u l ir e c o r d e d f r o m t h e c o r t e x o f c a t s , h a s s u g g e s t e dt h a t t h e m o s t l i k e l y s i t e s f o r b l o c k a g e a r e t h ec e n t r a l s y n a p s e s , a n d t h a t t h e l e v e l o f n a r c o s i si s r e l a t e d t o a c r i t i c a l c o n c e n t r a t i o n o f i n e r tg a s m o l e c u l e s a t t ' h e s e s i t e s .A f u r t h e r t h e o r e t i c a l s i t e o f a c t i o n o f n i t r o -g e n i s w i t h i n t h e n e u r o n e i t s e l f o r w i t h i n t h en e u r o n e / g l i a l u n i t w h i c h h a s b e e n d e m o n s t r a t e ds o w e l l b y H y d e n ( 1 9 6 2 ) . He d e s c r i b e s h o w t h eg l i a l s u p p o r t i n g c e l l e n t i r e l y c o v e r s t h e n e u r o n ea n d a c t s a s t h e b a r r i e r b e t w e e n t h e n e u r o n e a n dt h e c a p i l l a r y , a n d t h e t w o c o n s t i t u t e a b i o -c h e m i c a l a n d f u n c t i o n a l u n i t . E v e n t h e p r o t a -g o n i s t s o f t h e t h e o r y t h a t t h e n e u r o n e i s a f f e c t e db y n i t r o g e n , a r e d i v i d e d a s t o t h e e x a c t m e c h a n -i s m . T h e r e a r e t h o s e w h o s u p p o r t t h e l i p i dt h e o r y o r i g i n a t e d i b y H . H . i M e y e r i n 1 8 9 9 a n dm o d i f i e d b y C l e m e n t s a n d W i l s o n ( 1 9 6 2 ) t os t a t e t h a t n i t r o g e n u n d e r p r e s s u r e a c t s a t l i p i di n t e r f a c i a l f i l m s w i t h i n l i v i n g c e l l s . T h e a n -t a g o n i s t s o f t h e l i p i d t h e o r y ( P a u l i n g , 1 9 6 1 ;M i l l e r , 1 9 6 1 ) c l a i m t h e r e i s a p r o t e i n - b i n d i n ga c t i o n w i t h f o r m a t i o n o f m i c r o c r y s t a l s w i t h i nt h e c y t o p l a s m .C l e m e n t s a n d W i l s o n b e l i e v e t h a t i n e r t g a s e s

c a n i n t e r a c t s i g n i f i c a n t l y w i t h t h e i n t e r f a c i a ll i p o p r o t e i n o f l i v i n g c e l l s a l t e r i n g b o t h p e r m e -a b i l i t y a n d e n z y m e r e l a t i o n s h i p s , a n d t h u s i n t e r -f e r i n g w i t h o x i d a t i v e p 1 h o s p h o r y l a t i o n a n de l e c t r o n ' t r a n s p o r t w h l i c h p r o b a b l y a r ea s s o c i a t e d w i t h t h e l l i p o p r o t e i n s o f t h em i t o c h o n i d r i a . T h e y s u g g e s t a n h i s t o t o x i ca n o x i a , a v i e w s u p p o r t e d b y R u s s e k( 1 9 6 2 ) , M i l e s ( 1 9 6 2 ) , B e n n e t t ( 1 9 6 3 ) , a n de a r l i e r w o r k o f E b e r t , H o r n s e y a n d H o w a r d( 1 9 5 8 ) o n t h e e f f e c t o f i r r a d i a t i o n o n g r o w t ho f b e a n s h o o t s i n i n e r t g a s e s . I t w a s s u g g e s t e db y E b e r t a n d h i s c o l l e a g u e s t h a t o x y g e n w a sr e s p o n s i b l e f o r r a d i o s e n s i t i v i t y , a n d d i s p l a c e -m e n t o f o x y g e n f r o m s i t e s w i t h i n t h e c e l l b yn i t r o g e n r e d u c e d t h i s s e n s i t i v i t y . U s i n g a n a n t i -p s y c h o t i c a g e n t F r e n q u e l , B e n n e t t ( 1 9 6 3 )s h o w e d a p r o t e c t i v e a c t i o n i n r a t s n o t o n l ya g a i n s t i n e r t g a s n a r c o s i s b u t a l s o o x y g e np o i s o n i n g . B e n n e t t s u g g e s t s t h a t n i t r o g e n n a r -c o s i s i s a n h i s t o t o x i c h y p o x i a , i n c r e a s i n g t h em e t a b o l i c w o r k o f t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e mi n t h e p r o d u c t i o n o f c e n t r a l i n h i b i t i o n .H y d e n d e s c r i b e s t h e b i o c h e r m i c a l a n d f u n c -t i o n a l i n t e r r e l a t i o n s h i p i b e t w e e n t h e n e u r o n ea n d i t s s u p p o r t i n g e l e m e n t , t h e g l i a l c e l l . He

s h o w e d t h a t t h e g l i a p r o v i d e s a m a i n t e n a n c es y s t e m f o r t h e neurone a n d a c t s a s t h e b l o o d /b r a i n b a r r i e r , t h e t w o f o r m i n g a c l o s e u n i t ,a n a t o m i c a l l y , h i s t o l o g i c a l l y a n d m e t a b o l i c a l l y .When h e s u i b j e c t e d p r e p a r a t i o n s t o a t m o s p h e r e so f l o w o x y g e n t e n s i o n , t h e g l i a l c e l l c o n v e r t e df r o m a e r o b i c t o a n a e r o b i c p r o d u c t i o n o f e n e r g yr e s u l t i n g i n a d r o p o f e f f i c i e n c y f r o m 5 5 p e rc e n t t o o n l y 3 p e r c e n t . T h i s p e r m i t t e d t h eneurone t o u t i l i s e a l l a v a i l a b l e o x y g e n . H y d e np o i n t e d o u t t h a t t h e g l i a l c e l l w a s c o m p o s e do f 7 0 p e r c e n t l i p o i d m a t e r i a l w h i l e t h e neuronew a s o n l y 5 p e r c e n t . T h u s t h e g l i a l c e l l m i g h tb e e x p e c t e d t o a t b s o r b m o r e n i t r o g e n t h a n t h eneurone a n d b e more a f f e c t e d b y a n y d e r a n g i n gi n f l u e n c e . S h o u l d t h i s o c c u r , o x y g e n c o n s u m p -t i o n o f t h e g l i a w i l l d r o p a s w i l l i t s e f f i c i e n c y .T h i s d e p l e t i o n o f e n e r g y may c a u s e d e l a y i ni o n i c p o t a s s i u m a n d s o d i u m e x c h a n g e w i t h t h en e u r o n e , t o d e l a y i n s u i b s t r a t e t r a n s f e r a n d u l t i -m a t e l y t o c e s s a t i o n o f a d e q u a t e f u n c t i o n o fneurone a n d g l i a . T h i s w o u l d s u p p o r t t h e h i s -t o t o x i c h y p o x i a a n d l i p i d t h e o r i e s a s p r o p o s e db y C l e m e n t s a n d W i l s o n , a n d o t h e r w o r k e r s . As i m i l a r t h e o r y o f d e c r e a s e d m e m b r a n e p e r m e -a l b i l i t y w a s p r o p o s e d b y M u l l i n s ( 1 9 5 4 ) a l t h o u g hh e a r g u e d t h a t i t w as i n e r t g a s m o l e c u l e s a c c u -m u l a t i n g i n t h e m e m b r a n e p o r e s t h a t h i n d e r e dp e r m e a b i l i t y o f i o n i c m a t e r i a l . I t may b e t h a tt h e p o i n t a t w h i c h a e r o b i c r e s p i r a t i o n w i t h i nt h e g l i a g i v e s w a y t o a n a e r o b i c g l y c o s i s c o i n -c i d e s w i t h t h e a b o l i t i o n o f a l p h a - b l o c k i n g ont h e E E G .T h e a r g u m e n t t h a t t h e b r a i n c o n s i s t s l a r g e l yo f w a t e r a n d i s , t h e r e f o r e , u n l i k e l y t o b e i n f l u -e n c e d b y h i g h l y f a t - s o l u b l e c o m p o u n d s i s p u tf o r w a r d b y a n t a g o n i s t s o f t h e ' l i p i d t h e o r y o fn a r c o s i s a n d a n a e s t h e s i a , m a i n l y P a u l i n g ( 1 9 6 1 ) .He o f f e r s , a s a l t e r n a t i v e , a t h e o r y o f m i c r o -c r y s t a l f o r m a t i o n w i t h i n c e l l c y t o p l a s m q u i t ei n d e p e n d e n t o f l i p i d c e l l m e m b r a n e s o r o t h e rs t r u c t u r e s . P a u l i n g s u g g e s t s t h a t n i t r o g e n a n do t h e r i n e r t g a s e s s u c h a s x e n o n , t a k e p a r t i n t h ef o r m a t i o n o f c l a t h r a t e s , i n w h i c h t h e g a s a t o m so c c u p y c h a m b e r s i n a f r a m e w o r k o f m o l e c u l e s .T h e s e m o l e c u l e s i n t e r a c t w i t h o n e a n o t h e rt h r o u g h h y d r o g e n b o n d i n g t o g i v e n i t r o g e n o rxenon h y d r a t e . T h e c l a t h r a t e s t o b e p r e s e n t a tb o d y t e m p e r a t u r e must b e s t a l b i l i s e d b y c y t o -p l a s m i c p r o t e i n s , h e n c e t h i s t h e o r y i s s o m e t i m e sr e f e r r e d t o a s " p r o t e i n b i n d i n g " . P a u l i n g p o s -t u l a t e s t h a t t h e s e m i c r o c r y s t a l s a c t i n t w o w a y sb y t r a p p i n g e l e c t r i c a l l y c h a r g e d i o n s a s s o -c i a t e d w i t h i m p u l s e c o n d u c t i o n a n d d a m p i n gd o w n e l e c t r i c a l c i r c u i t s , a n d ' b y p r e v e n t i n g c l o s ee n o u g h c o n t a c t o f e n z y m e / s u i b s t r a t e c o n f i g u r a -t i o n s a n d t h u s d e c r e a s i n g t h e r a t e o f c h e m i c a l

l u n e , 1 9 6 6 3 8 3

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3 8 4 POSTGRADUATE M E D ICAL JOURNAL J u n e , 1 9 6 6r e a c t i o n s a n d , t h e r e f o r e , m e t a b o l i c r a t e o f c e l l s .A s o m e w h a t s i m i l a r t h e o r y h a s b e e n p r o p o s e db y M i l l e r ( 1 9 6 1 ) b u t W h i c h d o e s n o t i n v o l v et h e f o r m a t i o n o f c l a t h r a t e s . F e a t h e r s t o n e a n dS c h o e n ' b o r n ( 1 9 6 4 ) h a v e r e v i e w e d t h e b i o -p h y s i c a l a s p e c t s o f b o t h l i p i d - a n d p r o t e i n -b i n d i n g t h e o r i e s p r o p o s e d a n d t h e y c o n c l u d et h a t t h e r e i s n o c l e a r e v i d e n c e t h a t e i t h e r p r e -p o n d e r a t e s b u t t h a t p r o b a b l y a m u t u a l r e l a t i o n -T h i p e x i s t s .C o n c l u s i o n sA l t h o u g h t h e n a r c o s i s f r o m i n e r t g a s e s u n d e rp r e s s u r e may b e a v o i d e d b y t h e u s e o f s u b -s t i t u t i o n m i x t u r e s , t h e a c a d e m i c i n v e s t i g a t i o na s t o t h e e x a c t c a u s e o f t h i s p h e n o m e n o n c o n -t i n u e s . T h e u s e o f h y d r o g e n , h e l i u m a n d p o s -s i b l y n e o n , a s d i l u e n t s , a n d o f a n t i - n a r c o t i cd r u g s , a s y e t t h e o r e t i c a l , h a v e b e e n i n v e s t i g a t e da n d h e l p t o r e d u c e t h e i n c i d e n c e o f n a r c o s i s .T h e e l u c i d a t i o n o f i n e r t g a s n a r c o s i s b e i n g h i s -t o t o x i c a n o x i a r e m a i n s a s t h e l a t e s t o f muchw o r k t o b e d o n e o n p r o b l e m s a s s o c i a t e d w i t hn i t r o g e n a n d o t h e r i n e r t g a s e s u n d e r p r e s s u r e .S u m m a r yI n e r t g a s n a r c o s i s i s a c o n d i t i o n a f f e c t i n gt h e p h y s i c a l a n d m e n t a l s t a t e o f s u b j e c t s b r e a t h -i n g a i r o r m i x t u r e s c o n t a i n i n g c e r t a i n o f t h ei n e r t g a s e s a t p r e s s u r e s g r e a t e r t h a n 4 a t m o s -p h e r e s . T h e s i g n s a n d s y m p t o m s a r e d e s c r i b e da n d p o s s i b l e t h e o r i e s a d v a n c e d , f r o m W h i c h t h em o s t t e n a b l e a r e n i t r o g e n , o r o t h e r i n e r t g a s ,a n d c a r b o n d i o x i d e r e t e n t i o n . T h e p r o t e i n a n dl i p i d b i n d i n g p r o p e r t i e s o f i n e r t g a s e s u n d e rp r e s s u r e a r e m e n t i o n e d . F i n a l l y , s e v e r a l s i t e so f a c t i o n a r e s u g g e s t e d , a m o n g w h i c h a r e t h ec e n t r e s y n a p s e s a n d t h e n e u r o g l i a l c e l l .

T h e a u t h o r w i s h e s t o t h a n k P r o f e s s o r T . C . G r a y ,S u r g e o n - C a l p t a i n S . M i l e s , R . N . , a n d e s p e c i a l l y D r .P . B . B e n n e t t , f o r t h e i r a d v i c e a n d h e l p .REFERENCES

B E A N , J . W. ( 1 9 4 5 ) : E f f e c t s o f O x y g e n a t I n c r e a s e dP r e s s u r e , P h y s i o l . R e v . , 2 1 , 1 .B E A N , J . W. ( 1 9 5 0 ) : T e n s i o n a l C h a n g e s o f A l v e o l a rG a s i n R e a c t i o n s t o R a p i d C o m p r e s s i o n a n d D e -c o m p r e s s i o n a n d Q u e s t i o n o f N i t r o g e n N a r c o s i s ,A m e r . J . P h y s i o l . , 1 6 1 , 4 1 7 .B E H N K E , A . R . , T H o M P S O N , R . M . , M O T L E Y , E . P .( 1 9 3 5 ) : P s y c h o l o g i c a l E f f e c t s f r o m B r e a t h i n g A i r a tF o u r A t m o s p h e r e s P r e s s u r e , A m e r . J . P h y s i o l . ,1 1 2 , 5 5 4 .B E H N K E , A . R . , a n d Y A R B R O U G H , 0 . D . ( 1 9 3 8 ) :P h y s i o l o g i c S t u d i e s o f H e l i u m , U . S . n a v . m e d . B u l l . ,3 6 , 5 4 2 .B E N N E T T , P . B . , a n d G L A S S , A . ( ( 1 9 5 7 ) : H i g h P a r t i a lP r e s s u r e s o f N i t r o g e n a n d A b o l i t i o n o f B l o c k i n go f t h e O c c i p i t a l A l p h a R h y t h m , J . P h y s i o l . , 1 3 S 8 ,1 8 P .

B E N N E T T , P . B . ( 1 9 5 8 ) : F l i c k e r F u s i o n F r e q u e n c ya n d N i t r o g e n N a r c o s i s . A c o m p a r i s o n w i t h E . E . G .C h a n g e s a n d t h e N a r c o t i c E f f e c t o f A r g o n M i x -t u r e s , M . R . C . ( R N P i R C ) R e p o r t U . P . S . 1 7 6 .B E N N E T T , P . B . , a n d C R o s s , A . V . E ( 1 9 6 0 ) : A l t e r a t i o n si n t h e F u s i o n F r e q u e n c y o f F l i c k e r C o r r e l a t e dw i t h E l e c t r o e n c e p h a l o g r a p h C h a n g e s a t I n c r e a s e dP a r t i a l P r e s s u r e s o f N i t r o g e n , J . P h y s i o l . ( L o n d . ) ,1 5 1 , 2 8 P .B E N N E T T , P . B . ( ( 1 9 6 3 ) : P r e v e n t i o n i n R a t s o f N a r -c o s i s P r o d u c e d b y I n e r t G a s e s a t H i g h P r e s s u r e s ,A m e r . J . P h y s i o l . , 2 0 5 , 1 0 1 3 .B E N N E T T , P . B . ( 1 9 6 4 ) : T h e E f f e c t s o f H i g h P r e s s u r e so f I n e r t G a s e s o n A u d i t o r y E v o k e d P o t e n t i a l s i nC a t C o r t e x a n d R e t i c u l a r F o r m a t i o n , E l e c t r o e n c e p h .c l i n . N e u r o p h y s i o l . , 1 7 , 3 8 8 .B E R T , P . ( 1 8 7 8 ) : La P r e s s i o n B a r o m e t r i q u e . P a r i s :M a s s o n .B I N G E R , C . A . L . , F A U L K N E R , J . M . , and M O O R E ,R . L . ( 1 9 2 7 ) : O x y g e n P o i s o n i n g i n M a m m a l s , J .e x p . M e d . , 4 5 , 8 4 9 .B I R C H , S . B . ( 1 8 5 9 ) : On O x y g e n a s a T h e r a p e u t i cA g e n t , B r i t . m e d . J . , i i , 1 0 3 3 .

B U H L M A N , A . ( 1 9 6 3 ) : " D e e p D i v i n g " , p . 5 2 , P r o c .S e c o n d C on g r e s s U n d e r w a t e r A c t i v i t e s L o n d o n .B U R J S T E D T , H . , a n d S E V E R I N , G . ( 1 9 4 8 ) : T h e P r e v e n -t i o n o f D e c o m p r e s s i o n S i c k n e s s a n d N i t r o g e n N a r -c o s i s b y U s e o f H y d r o g e n a s a N i t r o g e n S u b s t i t u t e ,M i l i t . S u r g . , 1 0 3 , 1 0 7 .C A R P E N T E R , F . G . ( 1 9 5 3 ) : D e p r e s s a n t A c t i o n o f I n e r tG a s e s o n t h e C e n t r a l N e r v o u s S y s t e m i n M i c e ,A m e r . J . P h y s i o l . , 1 7 2 , 4 7 1 .C A S E , E . M . , a n d H A L D A N E , J . B . S . i ( 1 9 4 1 ) : HumanP i h y s i o l o g y u n d e r H i g h P r e s s u r e , J . H y g . ( L o n d . ) ,4 1 , 2 2 5 .C L E M E N T S , J . A . , a n d W I L S O N , K . M . ( 1 9 6 2 ) : T h eA f f i n i t y o f N a r c o t i c A g e n t s f o r I n t e r f a c i a l F i l m s ,P r o c . n a t . A c a d . S c i . ( W a s h . ) , 4 8 , 1 0 0 8 .C O L L A D O N , M . ( 1 8 2 6 ) : R e l a t i o n d ' u n e D e s c q n t e e nMer d a n s l a C l o c h e d u P l o n g e u r . P a r i s .C O U S T E A U , J . Y . ( 1 9 5 4 ) : T h e S i l e n t W o r l d . L o n d o n :H a m i s h H a m i l t o n .C U L L E N , S . C . , a n d G R O S S , E . G . ( 1 9 5 1 ) : T h e A n e s -t h e t i c P r o p e r t i e s o f X e n o n i n A n i m a l s a n d H u m a nB e i n g s w i t h A d d i t i o n a l O b s e r v a t i o n s o n K r y p t o n ,S c i e n c e , 1 1 3 , 5 8 0 .D A M A N T , G . C . C . ( 1 9 3 0 ) : P h y s i o l o g i c a l E f f e c t s o fWork i n C o m p r e s s e d A i r , N a t u r e ( L o n d . ) , 1 2 6 , 6 0 6 .D O N A L D , K . W. ( 1 9 4 7 ) : O x y g e n P o i s o n i n g i n M a nB r i t . m e d . 1 . , i , 1 7 2 .D R I P P S , R . D . , a n d D U M K E , P . R . ( 1 9 4 3 ) : E f f e c t s o fN a r c o t i c s o n B a l a n c e b e t w e e n C e n t r a l a n d C h e m o -r e c e p t o r C o n t r o l o f R e s p i r a t i o n , J . P h a r m a c o l . e x p .T h e r . , 7 7 , 2 9 0 .E B E R T , M . , H O R N S E Y , S . , a n d HOWARD, A . ( 1 9 5 8 ) :E f f e c t s o n R a d i o s e n s i t i v i t y o f I n e r t G a s e s , N a t u r e( L o n d . ) , 1 8 1 , 6 1 3 .E N D , E . ( 1 9 3 8 ) : U s e o f New E q u i p m e n t a n d H e l i u mG a s i n W o r l d R e c o r d D i v e , J . I n d u s t . H y g . , 2 0 , 5 1 1 .F E A T H E R S T O N E , R . M . , a n d S C H O E N B O R N , B . P . ( 1 9 6 4 ) :P r o t e i n a n d L i p i d B i n d i n g o f V o l a t i l e A n a e s t h e t i c s ,B r i t . J . A n a e s t h . , 3 6 , 1 0 5 .F E N N , W. 0 . ( 1 9 6 5 ) : I n e r t G a s N a r c o s i s , A n n . N . Y .A c a d . S c i . , 1 1 7 , 7 6 0 .F R A N K E N H A E U S E R , M . , G R A F F - L O N N E V I G , V . , a n dH E S S E R , C . M. ( 1 9 6 3 ) : E f f e c t s o n P s y c h o m o t o rF u n c t i o n s o f d i f f e r e n t N i t r o g e n - o x y g e n G a s M i x -t u r e s a t I n c r e a s e d A m b i e n t P r e s s u r e s , A c t a . p h y s i o l .S c a n d . , 5 9 , 4 0 0 .F R E N C H , J . D . , V E R Z E A N O , M . , a n d MAGOUN, H . W.; ( 1 9 5 3 ) : N e u r a l B a s i s o f t h e A n e s t h e t i c S t a t e , A r c h .

8/8/2019 Inert Gas Narcosis

8/8

J u n t e , 1 9 6 6 UNSWORTH: I n e r t G a s N a r c o s i s 3 8 5N e u r o l . P s y c h i a t . ( C h i c . ) , 6 9 , 5 1 9 .G O T r L I E B , S . F . , a n d W E A T H E R L Y , J . M . ( 1 9 6 5 ) :P I h y s i o l o g i c a l E f f e c t s o f t h e N o b l e G a s e s on F r o gS c i a t i c N e r v e a n d G a s t r o c n e m i u s M u s c l e , A m e r .J . P h y s i o l . , 2 0 8 , 4 0 7 .G R E E N , J . B . ( 1 8 6 1 ) : D i v i n g W i t h a n d W i t h o u tA r m o u r . B u f f a l o : L e a v i t t .

H E M P L E M A N , H . V . ( 1 9 5 2 ) : A New T h e o r e t i c a l B a s i sf o r t h e C a l c u l a t i o n * o f D e c o m p r e s s i o n T a b l e s ,M . R . C . (RNPRC) R e p o r t U . P . S . , 1 3 1 , A .H I L L , L . , a n d F L A C K , M. ( 1 9 0 8 ) : T h e E f f e c t o f E x -c e s s o f C a r b o n D i o x i d e a n d o f Want o f O x y g e nu p o n t h e R e s i p i r a t i o n a n d t h e C i r c u l a t i o n , J .P h y s i o l . ( L o n d . ) , 3 7 , 7 7 .H I L L , L . , a n d G R E E N W O O D , M . ( 1 9 0 6 ) : T h e I n f l u e n c eo f I n c r e a s e d B a r o m e t r i c P r e s s u r e on M a n , P r o c .r o y . S o c . , B . , 7 7 , 4 4 2 .H Y D E N , H . ( 1 9 6 2 ) : T h e N e u r o n e a n d i t s G l i a - aB i o c h e m i c a l a n d F u n c t i o n a l U n i t , E n d e a v o u r , 2 0 ,1 4 4 .J U L L I E N , G . , R O G E R , A . , a n d C H A T R I A N , G . E . ( 1 9 5 3 ) :P r e l i m i n a r y R e p o r t o n V a r i a t i o n s o f t h e E . E . G .o f t h e C a t a t V ar i o u s A i r P r e s s u r e s , R i v . N e u r o l . ,2 3 , 3 5 7 .J U N O D , T . ( 1 8 3 5 ) : R e c h e r c h e s s u r l e s E f f e t s P i h y s i o l o -g i q u e s e t T h e r a p e u t i q u e s d e l a C o m p r e s s i o n e t d el a R a r e f a c t i o n d e I ' a i r , t a u t s u r l e C o r p s q u e l e sM e m b r e s I s o l e s , A n n . g e n . d e M e d . , 2 n d S e r i e s , 9 ,1 5 7 .K I E S S L I N G , R . J . , a n d M A A G , C . H . ( 1 9 6 0 ) : P e r -f o r m a n c e I m p a i r m e n t a s a F u n c t i o n o f N i t r o g e nN a r c o s i s , U . S . Navy E x p e r i m e n t a l D i v i n g U n i tR e s e a r c h R e p o r t , 3 - 6 0 , 1 .L A W R E N C E , J . H . , L O O M I S , W. F . , T O B I A S , C . A . , a n dT U R P I N , F . H . ( 1 9 4 6 ) : N a r c o t i c E f f e c t o f X e n o n .P r e l i m i n a r y O b s e r v a t i o n s o n t h e N a r c o t i c E f f e c t o fXenon w i t h a R e v i e w o f V a l u e s f o r S o l u b i l i t i e s o fG a s e s i n W a t e r a n d O i l , J . P h y s i o l ( L o n d . ) , 1 0 5 ,1 9 7 .M A G O U N , H . W. ( 1 9 5 2 ) : T h e A s c e n d i n g R e t i c u l a rA c t i v a t i n g S y s t e m , R e s . P u b l . A s s . n e r v . m e n t . D i s . ,3 0 , 4 8 0 .

M A R S H A L L , J . M. ( 1 9 5 1 ) : N i t r o g e n N a r c o s i s i n F r o g sa n d M i c e , A m e r . J . P h y s i o l . , 1 6 6 , 6 9 9 .M E Y E R , H . H . ( 1 8 9 9 ) : Z u r T h e o r i e d e r A l k o h o l n a r -k o s e , A r c h . e x p . P a t h . P h a r m a k . , 4 2 , 1 0 9 .M I L E S , S . ( 1 9 5 7 ) : T h e E f f e c t o f C h a n g e s i n B a r o -m e t r i c P r e s s u r e s o n M a x i m u m B r e a t h i n g C a p a c i t y ,J . P h y s i o l . ( L o n d . ) , 1 3 7 , 8 5 P .M I L E S , S . ( 1 9 6 2 ) : U n d e r w a t e r M e d i c i n e . L o n d o n :S t a p l e s P r e s s .M I L L E R , S . L . ( 1 9 6 1 ) : A T h e o r y o f G a s e o u s A n e s -t h e t i c s , P r o c . n a t . A c a d . S c i . ' ( W a s h . ) , 4 7 , 1 5 1 5 .M o x o N , W. ( 1 8 8 1 ) : C r o o n i a n L e c t u r e s on t h e I n f l u -e n c e o f t h e C i r c u l a t i o n o n t h e N e r v o u s S y s t e m ,L a n c e t , i , 5 6 5 .M U L L I N S , L . J . ( 1 9 5 4 ) : Some P h y s i c a l M e c h a n i s m si n N a r c o s i s , C h e m . R e v . , 5 4 , 2 8 9 .P A U L I N G , L . ( 1 9 6 1 ) : A M o l e c u l a r T h e o r y o f G e n e r a lA n e s t h e s i a , S c i e n c e , 1 3 4 , 1 5 .P H I L L I P S , A . E . ( 1 9 3 1 ) : R e c e n t R e s e a r c h Work i nDeep S e a D i v i n g , P r o c . r o y . S o c . M e d . , 2 5 , 6 9 3 .P O U L T O N , E . C . , C A R P E N T E R , A . , a n d CATIN, K . J .( 1 9 6 3 ) : M i l d N i t r o g e n N a r c o s i s ? , B r i t . m e d . J . ,i i , 1 4 5 0 .P O U L T O N , E . C . , C A T r o N , M. J . , a n d C A R P E N T E R , A .( 1 9 6 4 ) : E f f i c i e n c y a t S o r t i n g C a r d s i n C o m p r e s s e dA i r , B r i t . J . I n d u s t r . M c d . , 2 1 , 2 4 2 .R A S H B A S S , C . ( 1 9 5 5 ) : Th e U n i m p o r t a n c e o f C a r b o nD i o x i d e a s a C a u s e o f N i t r o g e n N a r c o s i s , M . R . C .(RNPRC) R e p o r t U . P . S . , 1 5 3 .R U S S E K , M. ( 1 9 6 2 ) : I n t e r n a t i o n a l C o n g r e s s . S e r i e s4 7 , p . l 8 7 , L o n d o n : E x c e r p t a M e d c a F o u n d a : t i o n .S H I L L I N G , C . W . , a n d W I L L G R U B E , W. W. ( 1 9 3 7 ) :Q u a n t i t a t i v e S t u d y o f M e n t a l a n d N e u r o m u s c u l a rR e a c t i o n s a s I n f l u e n c e d b y I n c r e a s e d A i r P r e s s u r e ,U . S . n a v . m e d . B u l l . , 3 5 , 3 7 3 .S M I T H , F . J . C . , H E I M , J . W . , T H O M P S O N , R . M . , a n dD R I N K E R , C . K . ( 1 9 3 2 ) : ' B o d i l y C h a n g e s a n d D e v e l -o p m e n t o f P u l m o n a r y R e s i s t a n c e i n R a t s L i v i n g

u n d e r C o m p r e s s e d A i r C o n d i t i o n s , J . e x p . M e d . ,5 6 , 6 3 .U N S W O R T H , I . P . ( 1 9 6 0 ) : N i t r o g e n N a r c o s i s , SomeA s p e c t s , S t . M a r y ' s H o s p . G a z e t t e , 6 6 , 2 7 2 .Z E T r E R S T R O M , A . ( 1 9 4 8 ) : Deep S e a D i v i n g w i t h S y n -t h e t i c G a s M i x t u r e s , M i l i t . S u r g . , 1 0 3 , 1 0 4 .