Dýchací směsi plynů

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 11. června 2016; kontroly vyžadují 6 úprav .

Dýchací plyn  je směs plynných chemických prvků a sloučenin používaných k dýchání . Vzduch  je nejběžnější a jediný přirozený dýchací plyn. Ale jiné směsi plynů nebo čistého kyslíku se také používají v dýchacích zařízeních a uzavřených biotopech, jako je potápěčské vybavení , povrchové potápěčské vybavení, rekompresní komory , vysokohorská turistika, ponorky , tlakové obleky , kosmické lodě , lékařské vybavení pro podporu života a první pomoc , stejně jako anesteziologické přístroje [1] [2] [3] .

Kyslík je důležitou součástí každého dýchacího plynu při parciálním tlaku 0,16 až 1,60 bar při atmosférickém tlaku. Kyslík je obvykle jedinou metabolicky aktivní složkou, pokud plyn není směsí anestetik. Část kyslíku v dýchacím plynu je spotřebována metabolickými procesy, zatímco inertní složky zůstávají nezměněny a slouží především k ředění kyslíku na vhodnou koncentraci, a proto jsou také známé jako zřeďovací plyny. Většina dýchacích plynů je tedy směsí kyslíku s jedním nebo více inertními plyny [1] [3] . Dýchací plyny pro hyperbarické použití byly vyvinuty ke zlepšení výkonu obyčejného vzduchu snížením rizika dekompresní nemoci , zkrácením trvání dekomprese , snížením otravy dusíkem nebo umožněním bezpečnějšího hlubinného potápění [1] [3] .

Bezpečný dýchací plyn pro hyperbarické aplikace má čtyři hlavní vlastnosti:

Metody používané k plnění potápěčských lahví jinými plyny než vzduchem se nazývají míchání plynů [5] [6] .

Dýchacími plyny pro použití při okolních tlacích pod normálním atmosférickým tlakem jsou typicky čistý kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch k zajištění dostatečného množství kyslíku k udržení života a vědomí nebo k zajištění vyšších úrovní cvičení, než by bylo možné se vzduchem. Doplňkový kyslík je obvykle poskytován jako čistý plyn přidávaný do dýchaného vzduchu inhalací nebo prostřednictvím systému podpory života.

Pro potápění a další typy hyperbarických aplikací

Pro potápění se používají následující běžné dýchací plyny:

Běžné barevné kódování lahví s dýchacími plyny v potápěčském průmyslu [17] .
Plyn Symbol Typické barvy ramen balonové rameno Čtvercový horní rám/
koncový rám ventilu
lékařský kyslík O2 _ Bílý Bílý
Směsi kyslíku a helia
(Heliox)
O 2 /He Hnědé a bílé
čtvrtky nebo pruhy
Hnědé a bílé
krátké (8 palců (20 cm))
střídavé pruhy
Směsi kyslíku, helia a
dusíku (Trimix)
O2 / He/ N2 Černé, bílé a hnědé
čtvrtky nebo pruhy
Černé, bílé a hnědé
krátké (8 palců (20 cm))
střídavé pruhy
Směsi kyslíku a dusíku
(Nitrox) včetně vzduchu
N2 / 02 _ Černobílé
čtvrtiny nebo pruhy
Černobílé
krátké (8 palců (20 cm))
střídající se pruhy

Dýchatelný vzduch

Dýchaný vzduch je okolní vzduch se standardem čistoty vhodný pro lidské dýchání ve specifikované aplikaci. V hyperbarických aplikacích se parciální tlak kontaminantů zvyšuje úměrně k absolutnímu tlaku a musí být omezen na bezpečnou formulaci pro hloubku nebo tlakový rozsah, ve kterém má být použit.

Klasifikace podle podílu kyslíku

Potápěčské dýchací plyny jsou klasifikovány podle podílu kyslíku. Limity stanovené úřady se mohou mírně lišit, protože účinky se postupně mění s koncentrací a lidskými organismy a nejsou přesně předvídatelné.

normoxický kde se obsah kyslíku příliš neliší od obsahu vzduchu a zajišťuje nepřetržité bezpečné používání při atmosférickém tlaku. Hyperoxický nebo obohacený kyslíkem kde obsah kyslíku překračuje atmosférické úrovně, typicky na úroveň, kdy při dlouhodobém používání existuje nějaký měřitelný fyziologický účinek, a kvůli zvýšenému nebezpečí požáru jsou někdy vyžadovány speciální manipulační postupy. Přidružená rizika jsou toxicita kyslíku v hloubce a požár, zejména v dýchacích přístrojích. hypoxický kde je obsah kyslíku nižší než obsah vzduchu, obecně do té míry, že existuje významné riziko měřitelného fyziologického účinku v krátkodobém horizontu. Bezprostředním rizikem je obvykle invalidita v důsledku hypoxie na povrchu nebo v jeho blízkosti.

Samostatné složky plynů

Potápěčské dýchací plyny jsou smíchány z malého množství dílčích plynů, které dodávají směsi speciální vlastnosti, které nejsou dostupné v atmosférickém vzduchu.

Kyslík

Kyslík (O 2 ) musí být přítomen v každé dýchací směsi [1] [2] [3] . Je to proto, že je nezbytný pro metabolický proces lidského těla , který udržuje život. Lidské tělo si neumí ukládat kyslík pro pozdější použití, jako je tomu u jídla. Pokud je tělu nedostatek kyslíku na více než pár minut, vede to ke ztrátě vědomí a smrti. Tkáně a orgány v těle (zejména srdce a mozek) jsou poškozeny, pokud nemají kyslík po dobu delší než čtyři minuty.

Plnění potápěčské láhve čistým kyslíkem stojí asi pětkrát více než plnění stlačeným vzduchem. Vzhledem k tomu, že kyslík podporuje hoření a způsobuje rez v potápěčských lahvích , je třeba s ním zacházet opatrně, zejména při míchání plynů [5] [6] .

Kyslík se historicky vyráběl frakční destilací kapalného vzduchu, ale stále více se vyrábí nekryogenními technologiemi , jako je adsorpce při kolísání tlaku (PSA) a adsorpce při kolísání vakua (VSA) [18] .

Podíl kyslíkové složky směsi dýchacích plynů se někdy používá při pojmenování směsi:

  • hypoxické směsi, přísně vzato, obsahují méně než 21 % kyslíku, i když se často používá limit 16 %, a jsou určeny pouze pro dýchání do hloubky jako „spodní plyn“, kde vyšší tlak zvyšuje parciální tlak kyslíku na bezpečnou úroveň [ 1] [2] [3] . Trimix , Heliox a Heliair  jsou směsi plynů běžně používané pro hypoxické směsi a používají se v profesionálním a technickém potápění jako plyny pro hluboké dýchání [1] [3] .
  • normoxické směsi obsahují stejný podíl kyslíku jako vzduch, 21 % [1] [3] . Maximální provozní hloubka normoxické směsi může být až 47 metrů (155 stop). Trimix s obsahem kyslíku 17 % až 21 % je často popisován jako normoxický, protože obsahuje dostatečně vysoký podíl kyslíku, aby umožnil bezpečné dýchání u hladiny.
  • hyperoxické směsi obsahují více než 21 % kyslíku. Obohacený vzduchem Nitrox (EANx) je typická hyperoxická dýchací směs [1] [3] [10] . Hyperoxické směsi způsobují otravu kyslíkem v mělkých hloubkách ve srovnání se vzduchem , ale mohou být použity ke zkrácení dekompresních zastávek rychlejším odstraněním rozpuštěných inertních plynů z těla [7] [10] .

Kyslíková frakce určuje největší hloubku, ve které lze směs bezpečně použít, aby se zabránilo otravě kyslíkem . Tato hloubka se nazývá maximální pracovní hloubka [1] [3] [7] [10] .

Koncentrace kyslíku ve směsi plynů závisí na poměru a tlaku směsi. Vyjadřuje se jako parciální tlak kyslíku (P O 2 ) [1] [3] [7] [10] .

Parciální tlak jakékoli složky plynu ve směsi se vypočítá jako:

parciální tlak = celkový absolutní tlak × objemový podíl složky plynu

Pro kyslíkovou složku,

P O 2 \u003d P × F O 2

kde:

P O 2 = parciální tlak kyslíku P = celkový tlak F O 2 = objemový podíl obsahu kyslíku

Minimální bezpečný parciální tlak kyslíku v dýchací směsi je obvykle 16  kPa (0,16 bar). Pod tímto parciálním tlakem může být potápěč vystaven riziku ztráty vědomí a smrti v důsledku hypoxie , v závislosti na faktorech včetně individuální fyziologie a úrovně cvičení. Když je hypoxická směs vdechována v mělké vodě, nemusí mít dostatečně vysokou hladinu PO 2 , aby udržela potápěče při vědomí. Z tohoto důvodu se používají normoxické nebo hyperoxické „přepravní směsi“ ve středních hloubkách mezi „spodní“ a „dekompresní“ fází ponoru.

Maximální bezpečná hladina PO 2 v dýchací směsi závisí na době expozice, míře fyzické aktivity a bezpečnosti použitého dýchacího zařízení. Obvykle je to od 100 kPa (1 bar) do 160 kPa (1,6 bar); pro ponory kratší než tři hodiny se obecně uvažuje 140 kPa (1,4 bar), ačkoli je známo, že americké námořnictvo umožňuje ponory s P O 2 až do 180 kPa (1,8 bar) [1] [2] [3] [7 ] [10] . Při vysokých hladinách PO 2 nebo delší expozici potápěč riskuje otravu kyslíkem, která může vést ke křečím [1] [2] . Každý plyn má maximální pracovní hloubku, která je dána jeho obsahem kyslíku [1] [2] [3] [7] [10] . Pro terapeutickou rekompresi a hyperbarickou oxygenoterapii se běžně používá parciální tlak 2,8 baru, ale při náhlé ztrátě vědomí nehrozí utonutí [2] . Pro delší období, jako je saturační potápění, lze tlak 0,4 baru udržet po dobu několika týdnů.

Analyzátory kyslíku se používají k měření parciálního tlaku kyslíku ve směsi plynů [5] .

Divox je navržen tak, aby dýchal kyslík vhodný pro potápěčské použití. V Nizozemsku je čistý dýchací kyslík považován za léčivý, na rozdíl od průmyslového kyslíku, který se používá při svařování a je dostupný pouze na předpis . Potápěčský průmysl získal ochrannou známku Divox pro dýchání kyslíku, aby obešel přísné předpisy týkající se lékařského kyslíku, což potápěčům usnadnilo získávání kyslíku pro míchání dýchacího plynu. Ve většině zemí není rozdíl v čistotě medicinálního kyslíku a průmyslového kyslíku, protože jsou vyráběny stejnými metodami a výrobci, ale mají odlišné štítky a náplně. Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma je v tom, že u lékařského kyslíku je stopa mnohem širší, aby bylo snazší identifikovat přesnou stopu výroby „šarže“ nebo šarže kyslíku v případě problémů s čistotou. Letecký kyslík je podobný lékařskému kyslíku, ale může mít nižší obsah vlhkosti [5] .

Dusík

Dusík (N 2 ) je dvouatomový plyn a hlavní složka vzduchu , nejlevnější a nejběžnější směs dýchacích plynů používaná při potápění. U potápěče způsobuje otravu dusíkem , proto je jeho použití omezeno na mělčí ponory. Dusík může způsobit dekompresní nemoc [1] [2] [3] [19] .

Ekvivalentní hloubka vzduchu se používá k vyhodnocení požadavků na dekompresi směsi nitrox (kyslík/dusík). Ekvivalentní narkotická hloubka se používá k hodnocení narkotické aktivity trimixu (směs kyslík/helium/dusík). Mnoho potápěčů považuje úroveň anestezie navozené potápěním do 30 m (100 stop) při dýchání vzduchu za pohodlné maximum [1] [2] [3] [20] [21] .

Dusík ve směsi plynů se téměř vždy získává přidáním vzduchu do směsi.

Helium

Helium (He) je inertní plyn, který je při ekvivalentním tlaku méně narkotický než dusík (ve skutečnosti neexistuje žádný důkaz o jakékoli narkóze z helia) a má mnohem nižší hustotu, takže je vhodnější pro hlubší ponory než dusík [1] ] [3] . Helium je stejně schopné způsobit dekompresní nemoc . Při vysokém tlaku helium také způsobuje vysokotlaký nervový syndrom, což je syndrom dráždění centrální nervové soustavy, který je svým způsobem opakem anestezie [1] [2] [3] [22] .

Plnění heliem je výrazně dražší než plnění vzduchem kvůli ceně helia a nákladům na míchání a stlačování směsi.

Helium není vhodné pro nafukování suchého obleku pro své špatné tepelně izolační vlastnosti – oproti vzduchu, který je považován za dobrý izolant, má helium šestinásobnou tepelnou vodivost [23] . Nízká molekulová hmotnost helia (molekulová hmotnost monoatomického hélia = 4 ve srovnání s molekulovou hmotností dvouatomového dusíku = 28) zvyšuje zabarvení hlasu dýchajícího, což může ztěžovat komunikaci [1] [3] [24] . Je to proto, že rychlost zvuku je rychlejší v plynu s nižší molekulovou hmotností, což zvyšuje rezonanční frekvenci hlasivek [1] [24] . Helium uniká z poškozených nebo vadných ventilů rychleji než jiné plyny, protože atomy helia jsou menší, což jim umožňuje procházet menšími těsnicími mezerami .

Helium se nachází ve významném množství pouze v zemním plynu , ze kterého se získává při nízkých teplotách frakční destilací.

Neon

Neon (Ne) je inertní plyn někdy používaný v komerčním hloubkovém potápění, ale velmi drahý [1] [3] [11] [16] . Stejně jako helium je méně narkotické než dusík, ale na rozdíl od helia nezkresluje potápěčův hlas. Neon má ve srovnání s heliem vynikající tepelně izolační vlastnosti [25] .

Vodík

Vodík (H 2 ) byl používán v hlubinných potápěčských směsích plynů, ale je vysoce výbušný, když je smíchán s více než 4-5 % kyslíku (např. kyslík obsažený ve směsích dýchacího plynu) [1] [3] [11] [13 ] . To omezuje použití vodíku pro hloubkové potápění a ukládá složité protokoly, které zajistí, že přebytečný kyslík je odstraněn z dýchacího zařízení před zahájením inhalace vodíku. Stejně jako helium zvyšuje zabarvení hlasu potápěče. Směs vodíku a kyslíku při použití jako potápěčský plyn je někdy označována jako Hydrox . Směsi obsahující vodík i helium jako ředidla se nazývají Hydreliox.

Nežádoucí složky potápěčských dýchacích plynů

Mnoho plynů není vhodných pro použití při potápěčských dýchacích plynech [6] [26] . Zde je částečný seznam plynů, které se běžně vyskytují v potápěčských prostředích:

Argon

Argon (Ar) je inertní plyn, který je více narkotický než dusík, a proto se obecně nehodí jako směs dýchacích plynů pro potápění [27] . Argox se používá pro dekompresní studie [1] [3] [28] [29] . Někdy ho používají k nafukování suchých obleků potápěči, kteří používají helium jako hlavní směs dýchacího plynu, kvůli dobrým tepelně izolačním vlastnostem argonu. Argon je dražší než vzduch nebo kyslík, ale mnohem levnější než helium. Argon je součástí přírodního vzduchu a tvoří 0,934 % objemu zemské atmosféry [30] .

Oxid uhličitý

Oxid uhličitý (CO 2 ) vzniká v důsledku metabolismu v lidském těle a může způsobit otravu oxidem uhličitým [26] [31] [32] . Když je směs dýchacího plynu recirkulována v rebreatheru nebo systému podpory života , je oxid uhličitý odstraněn pračkami, než je plyn znovu použit.

Oxid uhelnatý

Oxid uhelnatý (CO) je vysoce toxický plyn, který soutěží s oxidem uhličitým o vazbu na hemoglobin, čímž narušuje transport kyslíku v krvi (viz otrava oxidem uhelnatým ). Obvykle vzniká v důsledku nedokonalého spalování [1] [2] [6] [26] . Čtyři běžné zdroje jsou:

  • Výfukové plyny ze spalovacího motoru , obsahující CO ve vzduchu, jsou nasávány do potápěčského vzduchového kompresoru. CO v nasávaném vzduchu nemůže zastavit žádný filtr. Výfukové plyny všech spalovacích motorů na naftu obsahují určité množství CO, což je zvláštní problém na lodích, kde nelze libovolně posunout vstup kompresoru do požadované vzdálenosti od výfukových plynů motoru a kompresoru.
  • Zahřívání maziv uvnitř kompresoru může způsobit jejich dostatečné odpařování, aby byly k dispozici sacímu systému kompresoru.
  • V některých případech může být uhlovodíkový mazací olej nasáván do válce kompresoru přímo přes poškozená nebo opotřebovaná těsnění a olej pak může (a obvykle bude) hořet a vznítit se kvůli obrovskému kompresnímu poměru a následnému zvýšení teploty. Vzhledem k tomu, že těžké oleje nehoří dobře, zejména pokud nejsou správně rozprášeny, nedokonalé spalování bude mít za následek tvorbu oxidu uhelnatého.
  • Podobný proces může potenciálně nastat u jakéhokoli pevného materiálu obsahujícího „organické“ (uhlíkaté) látky, zejména v lahvích, které se používají pro hyperoxické směsi plynů. Pokud dojde k poruše vzduchového filtru (filtrů) kompresoru, dostane se do válce běžný prach , který obsahuje organické látky (jako obvykle obsahuje humus ). Závažnějším nebezpečím je, že částice vzduchu na lodích a v průmyslových oblastech, kde se plní tlakové láhve, často obsahují zplodiny hoření ve formě částic uhlíku (to dělá špinavý hadr černý) a jsou závažnějším nebezpečím, když se dostanou do válec.

Oxidu uhelnatému se obecně pokud možno zabrání umístěním sání do nekontaminovaného vzduchu, filtrováním částic z nasávaného vzduchu, použitím vhodné konstrukce kompresoru a vhodných maziv a zajištěním, aby provozní teploty nebyly nadměrné. Pokud je zbytkové riziko nadměrné, lze ve vysokotlakém filtru použít hopcalitový katalyzátor k přeměně oxidu uhelnatého na oxid uhličitý, který je mnohem méně toxický.

Uhlovodíky

Uhlovodíky (C x H y ) jsou přítomny v kompresorových mazivech a palivech . Mohou se dostat do potápěčských lahví v důsledku kontaminace, úniku nebo neúplného spalování v blízkosti sání vzduchu [2] [5] [6] [26] [33] .

  • Při spalování mohou fungovat jako palivo , což zvyšuje riziko výbuchu , zejména ve směsích plynů s vysokým obsahem kyslíku.
  • Vdechování olejové mlhy může poškodit plíce a případně vést k degeneraci plic s těžkou lipidovou pneumonií [34] nebo emfyzémem .

Obsah vlhkosti

Během procesu stlačování plynu v potápěčské lahvi se z plynu odstraňuje vlhkost [6] [26] . To je dobré pro prevenci koroze nádrže , ale znamená to, že potápěč bude dýchat velmi suchý plyn. Suchý plyn vytahuje vlhkost z plic potápěče, když je pod vodou, což přispívá k dehydrataci , což je také považováno za predisponující rizikový faktor pro dekompresní nemoc . To je nepříjemné kvůli suchu v ústech a krku a potápěč má žízeň. Tento problém je redukován u rebreatherů , protože reakce sodnovápenatého , která odstraňuje oxid uhličitý, také vrací vlhkost do dýchací směsi plynů [9] , a relativní vlhkost a teplota vydechovaného plynu jsou relativně vysoké a dochází ke kumulativnímu efektu v důsledku opětovné dýchání [35] . V horkém klimatu může potápění s otevřeným okruhem urychlit vyčerpání z horka v důsledku dehydratace. Dalším problémem s obsahem vlhkosti je tendence vlhkosti ke kondenzaci při poklesu tlaku plynu při průchodu regulátorem; to v kombinaci s náhlým poklesem teploty, také v důsledku dekomprese, může způsobit, že vlhkost ztuhne jako led. Námraza regulátoru může způsobit zadření pohyblivých částí a poškození regulátoru. To je jeden z důvodů, proč jsou potápěčské regulátory obvykle vyrobeny z mosazi a pochromovány (pro ochranu). Mosaz, která má dobré vlastnosti tepelné vodivosti, rychle přenáší teplo z okolní vody do studeného, ​​čerstvě stlačeného vzduchu, čímž pomáhá předcházet námraze.

Analýza plynu

Směsi plynů by měly být obecně analyzovány buď během nebo po smíchání pro účely kontroly kvality. To je důležité zejména pro dýchací směsi plynů, jejichž chyby mohou ovlivnit zdraví a bezpečnost koncového uživatele. Většinu plynů, které mohou být přítomny v potápěčských lahvích, je obtížné detekovat, protože jsou bezbarvé, bez zápachu a chuti. Pro některé plyny existují elektronické senzory, jako jsou analyzátory kyslíku, analyzátory helia, detektory oxidu uhelnatého a detektory oxidu uhličitého [ 2] [5] [6] . Analyzátory kyslíku se obvykle nacházejí pod vodou v rebreatherech [9] . Analyzátory kyslíku a helia se často používají na povrchu během míchání plynů ke stanovení procenta kyslíku nebo helia ve směsi dýchacího plynu [5] . Chemické a jiné metody detekce plynů se v rekreačním potápění často nepoužívají, ale používají se k periodickému testování kvality stlačeného vzduchu pro dýchání z potápěčských vzduchových kompresorů [5] .

Normy pro dýchací plyny

Normy kvality dýchacího plynu jsou publikovány národními a mezinárodními organizacemi a mohou být aplikovány v souladu s legislativou. Ve Spojeném království Úřad pro zdraví a bezpečnost uvádí, že požadavky na potápěčský plyn jsou založeny na normě BS EN 12021:2014. Specifikace jsou uvedeny pro vzduch kompatibilní s kyslíkem, směsi nitroxu vyrobené přidáním kyslíku, odstraněním dusíku nebo smícháním dusíku a kyslíku, směsi helium-kyslík (heliox), směsi helium-dusík-kyslík (trimix) a čistý kyslík, jako u systémů s otevřený okruh a pro regenerační systémy a také pro napájení vysokého a nízkého tlaku (nad a pod 40 barů) [36] .

Obsah kyslíku se mění s provozní hloubkou, ale tolerance závisí na rozsahu frakcí plynu, přičemž je ±0,25 % pro frakce kyslíku pod 10 % v/v, ±0,5 % pro frakce mezi 10 % a 20 % a ±1 % pro podíl více než 20 % [36] .

Obsah vody je omezen rizikem námrazy regulačních ventilů a koroze ochranných povrchů – vyšší vlhkost není fyziologickým problémem – a je obecně faktorem rosného bodu [36] .

Dalšími specifikovanými znečišťujícími látkami jsou oxid uhličitý, oxid uhelnatý, olej a těkavé uhlovodíky, které jsou omezeny na toxické účinky. Další možné kontaminanty by měly být analyzovány na základě posouzení rizik a požadovaná frekvence testování kontaminantů je také založena na posouzení rizik [36] .

V Austrálii je kvalita dýchaného vzduchu definována australským standardem 2299.1, oddíl 3.13 Kvalita dýchacího plynu [37] .

Míchání směsí dýchacích plynů

Potápěčské míchání dýchacích plynů je plnění plynových lahví plyny, které neobsahují vzduch v dýchacích plynech.

Plnění lahví směsí plynů je nebezpečné jak pro tankera, tak pro potápěče. Při plnění hrozí nebezpečí požáru v důsledku použití kyslíku a nebezpečí výbuchu v důsledku použití vysokotlakých plynů. Složení směsi by mělo být bezpečné pro hloubku a dobu trvání plánovaného ponoru. Pokud je koncentrace kyslíku příliš nízká, potápěč může ztratit vědomí v důsledku hypoxie , a pokud je příliš vysoká, potápěč může trpět otravou kyslíkem . Koncentrace inertních plynů, jako je dusík a helium, je plánována a kontrolována, aby se zabránilo otravě dusíkem a dekompresní nemoci.

Používané metody zahrnují přerušované míchání pomocí parciálního tlaku nebo hmotnostních frakcí, stejně jako procesy kontinuálního míchání. Hotové směsi jsou analyzovány na složení, aby byla zajištěna bezpečnost uživatele. Plynové míchačky mohou být ze zákona povinny prokázat způsobilost při plnění pro ostatní.

Hustota

Nadměrná hustota dýchacího plynu může zvýšit práci dýchání na nesnesitelnou úroveň a může vést k zadržování oxidu uhličitého při nižších hustotách [4] . Helium se používá jako složka ke snížení hustoty a také ke snížení anestezie v hloubce. Hustota směsi plynů je stejně jako parciální tlak úměrná objemovému podílu plynů, které ji tvoří, a absolutnímu tlaku. Zákony ideálního plynu jsou poměrně přesné pro plyny při vdechovaném tlaku.

Hustotu plynné směsi při dané teplotě a tlaku lze vypočítat jako:

ρ m = (ρ 1 V 1 + ρ 2 V 2 + .. + ρ n V n ) / (V 1 + V 2 + … + V n )

kde

ρ m = hustota plynné směsi ρ 1 … ρ n = hustota každé ze složek V 1 … V n = částečný objem každého ze složek plynů [38]

Protože podíl plynu F i (objemový podíl) každého plynu lze vyjádřit jako V i / (V 1 + V 2 + ... + V n )

nahrazením

ρ m = (ρ 1 F 1 + ρ 2 F 2 + .. + ρ n F n )

Hypobarické dýchací směsi plynů

Směsi dýchacích plynů pro použití při sníženém okolním tlaku se používají pro výškové lety v nepřetlakových letadlech , při kosmických letech , zejména v přetlakových oblecích , a pro vysokohorské horolezectví . Ve všech těchto případech je kladen důraz na zajištění dostatečného parciálního tlaku kyslíku . V některých případech se ke směsi dýchacího plynu přidává kyslík, aby se dosáhlo dostatečné koncentrace, zatímco v jiných případech může směs dýchacího plynu sestávat výhradně z čistého nebo téměř čistého kyslíku. Systémy s uzavřenou smyčkou lze použít pro uchování směsi dýchacího plynu, které může být v omezeném množství - v případě horolezectví musí uživatel s sebou nosit další kyslík a při kosmickém letu jsou náklady na vynesení hmoty na oběžnou dráhu velmi vysoké .

Medicinální směsi dýchacích plynů

Lékařské použití směsí dýchacích plynů jiných než vzduch zahrnuje kyslíkovou terapii a anestezii.

Oxygenoterapie

Kyslík je nezbytný pro normální buněčný metabolismus [39] . Vzduch obvykle obsahuje 21 % objemových kyslíku [40] . Obvykle to stačí, ale v některých případech je dodávka kyslíku do tkání narušena.

Definice a lékařské použití

Kyslíková terapie , také známá jako doplňkový kyslík, je použití kyslíku jako terapeutického činidla [41] . To může zahrnovat nízkou hladinu kyslíku v krvi , otravu oxidem uhelnatým , bolesti hlavy a udržování dostatečného množství kyslíku během podávání inhalačních anestetik. [42] . Dlouhodobá oxygenoterapie je často prospěšná pro osoby s chronicky nízkou hladinou kyslíku, jako jsou osoby s těžkou CHOPN nebo cystickou fibrózou [43] [41] . Kyslík lze podávat různými způsoby, včetně nosní kanyly, respirátoru a uvnitř tlakové komory [44] [45] .

Vedlejší účinky a mechanismus

Vysoké koncentrace kyslíku mohou způsobit otravu kyslíkem , jako je poškození plic, nebo vést k respiračnímu selhání u predisponovaných lidí [42] [40] . Může také vysychat nos a zvýšit riziko požáru u kuřáků [41] . Doporučená cílová saturace kyslíkem závisí na léčeném stavu [41] . Ve většině případů se doporučuje 94–98% saturace, zatímco u pacientů s rizikem retence oxidu uhličitého je preferována 88–92% saturace a u toxicity oxidem uhelnatým nebo srdeční zástavy by saturace měla být co nejvyšší [41••] .

Historie a kultura

Použití kyslíku v medicíně se stalo běžným asi od roku 1917 [46] [47] . Je na seznamu základních léků WHO , nejbezpečnějších a nejúčinnějších léků potřebných ve zdravotnickém systému [48] . Cena domácího kyslíku je asi 150 USD měsíčně v Brazílii a 400 USD měsíčně v USA [43] . Domácí kyslík lze zajistit buď kyslíkovými nádržemi , nebo kyslíkovým koncentrátorem [41] . Kyslík je považován za nejběžnější léčbu používanou v nemocnicích v rozvinutém světě [49] [41] .

Anestetické plyny

Nejběžnějším přístupem k celkové anestezii  je použití inhalačních celkových anestetik. Každý z nich má svou vlastní účinnost, která závisí na jeho rozpustnosti v oleji. Tento vztah existuje, protože léky se vážou přímo na dutiny v proteinech centrálního nervového systému, ačkoli bylo popsáno několik teorií celkového anestetického účinku. Předpokládá se, že inhalační anestetika působí na různé části centrálního nervového systému. Například imobilizační účinek inhalačních anestetik nastává v důsledku expozice míchy , zatímco sedace, hypnóza a amnézie ovlivňují oblasti mozku [50] .

Inhalační anestetikum je chemická sloučenina s obecnými anestetickými vlastnostmi, kterou lze podávat inhalací. Mezi látky významného současného klinického zájmu patří těkavá anestetika jako isofluran , sevofluran a desfluran a anestetické plyny jako oxid dusný a xenon .

Úvod

Anestetické plyny jsou podávány anesteziology (termín, který zahrnuje anesteziology , anesteziology a asistenty anesteziologů) prostřednictvím anestetické masky, dýchací cesty laryngeální masky nebo tracheální trubice připojené k odpařovači anestezie a anesteziologickému přístroji . K podpoře podání anestezie se používá anesteziologický přístroj nebo anesteziologický přístroj nebo Boyleův přístroj . Nejběžnějším typem anesteziologického přístroje používaného ve vyspělých zemích je kontinuální anesteziologický přístroj, který je navržen tak, aby poskytoval přesnou a nepřetržitou dodávku medicinálních plynů (jako je kyslík a oxid dusný ) smíchaných s přesnou koncentrací anestetických par (jako je isofluran ) . a dodání jejich pacientovi při bezpečném tlaku a průtoku. Mezi moderní zařízení patří ventilátory , odsávací zařízení a zařízení pro monitorování pacienta . Vydechovaný plyn prochází pračkou, aby se odstranil oxid uhličitý, a páry anestetika a kyslík se podle potřeby doplňují, než se směs vrátí pacientovi.

Poznámky

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 a El35 AO medicína, medicína a El35 AO 34 , T. S. Neumann. — 5. rev. - Spojené státy americké: Saunders Ltd., 2003. - S. 800. - ISBN 978-0-7020-2571-6 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Návod k potápění amerického námořnictva, 6. revize . - Spojené státy americké: US Naval Sea Systems Command, 2006. Archivováno 2. května 2008 na Wayback Machine
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Tech Diver. Exotické plyny . Archivováno z originálu 14. září 2008.
  4. 1 2 Mitchell, Simon Respirační selhání při technickém potápění . www.youtube.com . DAN Jižní Afrika (2015). Získáno 16. října 2021. Archivováno z originálu dne 9. října 2021.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 Harlow, V. Oxygen Hacker's Companion. - Airspeed Press, 2002. - ISBN 978-0-9678873-2-6 .
  6. 1 2 3 4 5 6 7 Millar, IL; Mouldey, P. G. (2008). „Stlačený dýchací vzduch – potenciál pro zlo zevnitř“ . Potápění a hyperbarická medicína . Společnost pro podvodní medicínu jižního Pacifiku. 38 (2): 145-51. PMID22692708  . _ Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 Acott, Chris (1999). „Toxicita kyslíku: Stručná historie kyslíku v potápění“ . South Pacific Underwater Medicine Society Journal . 29 (3). ISSN  0813-1988 . OCLC  16986801 . Archivováno z originálu dne 25.12.2010.
  8. Butler, FK (2004). „Potápění s kyslíkem v uzavřeném okruhu v americkém námořnictvu“ . Podmořský Hyperb Med . 31 (1): 3-20. PMID  15233156 . Archivováno z originálu 2010-05-13.
  9. 1 2 3 Richardson, Drew; Menduno, Michael; Shreeves, Karle, ed. (1996). „Proceedings of Rebreather Forum 2.0“ . Workshop potápěčské vědy a techniky. : 286. Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010.
  10. 1 2 3 4 5 6 7 Lang, MA DAN Sborník z workshopu Nitrox . — Durham, NC: Divers Alert Network, 2001. — S. 197. Archivováno 16. září 2011 na Wayback Machine
  11. 1 2 3 4 5 6 Vývoj dekompresních postupů pro hloubky přesahující 400 stop . - Bethesda, MD: Podmořská a hyperbarická lékařská společnost, 1975. - Sv. 9. Workshop podmořské a hyperbarické lékařské společnosti. — S. 272. Archivováno 25. prosince 2010 na Wayback Machine
  12. Bowen, Curt. „Heliair: Chudák's mix“ (PDF) . deeptech . Archivováno (PDF) z originálu dne 2016-05-13 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  13. 1 2 3 Fife, William P. (1979). „Použití nevýbušných směsí vodíku a kyslíku pro potápění“. Texas A&M University Sea Grant . TAMU-SG-79-201.
  14. Rostain, JC; Gardette-Chauffour, MC; Lemaire, C.; Naquet, R. (1988). „Účinky směsi H2-He-O2 na HPNS až 450 msw“ . Podmořský Biomed. Res . 15 (4): 257-70. ISSN  0093-5387 . OCLC  2068005 . PMID  3212843 . Archivováno z originálu dne 2008-12-06.
  15. Brauer, RW, ed. (1985). Vodík jako potápěčský plyn . 33. workshop podmořské a hyperbarické lékařské společnosti . Undersea and Hyperbaric Medical Society (UHMS Publication Number 69(WS–HYD)3–1–87): 336 stran. Archivováno z originálu dne 2011-04-10.
  16. 1 2 Hamilton, Robert W. Jr.; Powell, Michael R.; Kenyon, David J.; Freitag, M. (1974). Neonová dekomprese . Tarrytown Labs Ltd NY . CRL-T-797. Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  17. Zaměstnanci. Značení a barevné kódování plynových lahví, čtyřkolek a bank pro potápěčské aplikace IMCA D043 . - Londýn, Spojené království: International Marine Contractors Association, 2007.  (odkaz není k dispozici)
  18. Universal Industrial Gases, Inc. Nekryogenní procesy separace vzduchu (2003). Získáno 16. října 2021. Archivováno z originálu dne 3. října 2018.
  19. Fowler, B.; Ackles, KN; Porlier, G. (1985). „Účinky narkózy inertním plynem na chování – kritický přehled“ . Podmořský Biomed. Res . 12 (4): 369-402. ISSN  0093-5387 . OCLC  2068005 . PMID  4082343 . Archivováno z originálu dne 25. prosince 2010.
  20. Logan, JA (1961). „Vyhodnocení ekvivalentní teorie hloubky vzduchu“ . Technická zpráva experimentální potápěčské jednotky námořnictva Spojených států . NEDU-RR-01-61. Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  21. Berghage, T.E.; McCraken, T. M. (prosinec 1979). „Ekvivalentní hloubka vzduchu: skutečnost nebo fikce“ . Undersea Biomed Res . 6 (4): 379-84. PMID  538866 . Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  22. Hunger Jr, WL; Bennett, PB (1974). „Příčiny, mechanismy a prevence vysokého tlaku nervového syndromu“ . Podmořský Biomed. Res . 1 (1): 1-28. ISSN  0093-5387 . OCLC  2068005 . PMID  4619860 . Archivováno z originálu dne 25. prosince 2010.
  23. Tepelná vodivost běžných materiálů a plynů . Inženýrský Toolbox . Získáno 16. října 2021. Archivováno z originálu dne 25. července 2017.
  24. 1 2 Ackerman, MJ; Maitland, G (prosinec 1975). „Výpočet relativní rychlosti zvuku ve směsi plynů“ . Undersea Biomed Res . 2 (4): 305-10. PMID  1226588 . Archivováno z originálu dne 27.01.2011.
  25. Potápěčský manuál amerického námořnictva. — 7. — Washington, DC : Vláda USA, 1. prosince 2016. — S. 2–15.
  26. 1 2 3 4 5 NAVSEA (2005). „Příručka čištění a analýzy plynů pro potápěčské aplikace“ . Technická příručka NAVSEA . VELITELSTVÍ NAVAL SEA SYSTEMS. SS521-AK-HBK-010. Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  27. Rahn, H.; Rokitka, M. A. (březen 1976). „Narkotická účinnost N 2 , A a N 2 O hodnocená fyzickou výkonností myších kolonií v simulovaných hloubkách“ . Undersea Biomed Res . 3 (1): 25-34. PMID  1273982 . Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  28. D'Aoust, BG; Stayton, L.; Smith, L. S. (září 1980). „Separace základních parametrů dekomprese pomocí lososa obecného“ . Undersea Biomed Res . 7 (3): 199-209. PMID  7423658 . Archivováno z originálu dne 25. 12. 2010 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  29. Pilmanis, A.A.; Balldin, U.I.; Webb, JT; Krause, KM (prosinec 2003). "Postupná dekomprese na 3,5 psi s použitím směsí argonu a kyslíku a 100% kyslíku." Aviat Space Environ Med . 74 (12): 1243-50. PMID  14692466 .
  30. Argon (Ar) . Encyklopedie Britannica. Získáno 16. října 2021. Archivováno z originálu dne 2. května 2015.
  31. Lambertsen, CJ (1971). "Tolerance a toxicita oxidu uhličitého" . Environmental Biomedical Stres Data Center, Institute for Environmental Medicine, University of Pennsylvania Medical Center . Philadelphia, PA Zpráva IFEM č. 2-71. Archivováno z originálu dne 24.07.2011.
  32. Glatte, H.A. Jr.; Motsay, GJ; Welch, B. E. (1967). "Studie tolerance oxidu uhličitého" . Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine Technická zpráva . SAM-TR-67-77. Archivováno z originálu dne 9. května 2008.
  33. Rosales, KR; Shoffstall, MS; Stoltzfus, JM (2007). „Příručka pro hodnocení kompatibility kyslíku u kyslíkových komponent a systémů“ . NASA, Technická zpráva Johnsonova vesmírného střediska . NASA/TM-2007-213740. Archivováno z originálu dne 2011-05-15 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  34. Kizer, KW; Golden, JA (listopad 1987). „Lipoidní pneumonitida u komerčního potápěče ušňů“ . Podmořský biomedicínský výzkum . 14 (6): 545-52. PMID  3686744 . Archivováno z originálu 2013-05-25 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  35. Mansúr, Eliáš; Vishinkin, Rotem; Rihet, Stephane; Saliba, Walaa; Ryby, Falk; Sarfati, Patrice; Haick, Hossam (1. února 2020). „Měření teploty a relativní vlhkosti ve vydechovaném dechu“ . Senzory a akční členy B: Chemické . Elsevier: Science Direct. 304 :127371. doi : 10.1016 /j.snb.2019.127371 . Archivováno z originálu dne 2021-10-16 . Staženo 2021-10-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  36. 1 2 3 4 Standard dýchacího plynu potápěče a četnost vyšetření a testů: Potápěčský informační list č. 9 (rev2) . Výkonný ředitel pro zdraví a bezpečnost (leden 2018). Získáno 16. října 2021. Archivováno z originálu dne 6. října 2018.
  37. AS/NZS 2299.1:2015 Australský/Nový Zéland Standardní potápěčské operace, Část 1: Standardní provozní praxe. — 21. prosince 2015.
  38. Vlastnosti směsi plynů: Hustota směsi plynů . www.engineeringtoolbox.com . Získáno 16. října 2021. Archivováno z originálu dne 8. října 2021.
  39. Peate, Iane. Ošetřovatelská praxe: Znalosti a péče  / Ian Peate, Karen Wild, Muralitharan Nair. - John Wiley & Sons, 2014. - S. 572. - ISBN 9781118481363 . Archivováno 18. ledna 2017 na Wayback Machine
  40. 12 Martin, Lawrence . Vysvětlení potápění: Otázky a odpovědi o fyziologii a lékařských aspektech potápění . — Lawrence Martin, 1997. — P. H-1. ISBN 9780941332569 . Archivováno 18. ledna 2017 na Wayback Machine
  41. 1 2 3 4 5 6 7 Britský národní formulář: BNF 69 . - 69. - British Medical Association, 2015. - S.  217 -218, 302. - ISBN 9780857111562 .
  42. 1 2 WHO Model Formulary 2008. - Světová zdravotnická organizace, 2009. - S. 20. - ISBN 9789241547659 .
  43. 1 2 Jamison, Dean T. Priority kontroly nemocí v rozvojových zemích  / Dean T. Jamison, Joel G. Breman, Anthony R. Measham … [ a další ] . - Publikace Světové banky, 2006. - S. 689. - ISBN 9780821361801 . Archivováno 10. května 2017 na Wayback Machine
  44. Macintosh, Michael. Péče o vážně nemocného pacienta 2E  / Michael Macintosh, Tracey Moore. - 2. - CRC Press, 1999. - S. 57. - ISBN 9780340705827 . Archivováno 18. ledna 2017 na Wayback Machine
  45. Dart, Richard C. Lékařská toxikologie . — Lippincott Williams & Wilkins, 2004. — S. 217–219. — ISBN 9780781728454 . Archivováno 18. ledna 2017 na Wayback Machine
  46. Agasti, TK Učebnice anestezie pro postgraduální studenty . - JP Medical Ltd, 2010. - S. 398. - ISBN 9789380704944 . Archivováno 10. května 2017 na Wayback Machine
  47. Rushman, Geoffrey B. Krátká historie anestezie: Prvních 150 let  / Geoffrey B. Rushman, NJH Davies, Richard Stuart Atkinson. - Butterworth-Heinemann, 1996. - S. 39. - ISBN 9780750630665 . Archivováno 10. května 2017 na Wayback Machine
  48. Vzorový seznam základních léků Světové zdravotnické organizace: 21. seznam 2019. - Ženeva: Světová zdravotnická organizace, 2019. - ISBN WHO/MVP/EMP/IAU/2019.06. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.
  49. Wyatt, Jonathan P. Oxford Handbook of Emergency Medicine  / Jonathan P. Wyatt, Robin N. Illingworth, Colin A. Graham … [ a další ] . - Oxford, Anglie : Oxford University Press, 2012. - S. 95. - ISBN 9780191016059 . Archivováno 18. ledna 2017 na Wayback Machine
  50. Miller, Ronald D. Miller's Anesthesia Sedmé vydání. - Churchill Livingstone Elsevier, 2010. - ISBN 978-0-443-06959-8 .

Odkazy