Дыхательные смеси

Тот воздух, которым мы дышим на поверхности земли, не является идеальной газовой смесью для дыхания под водой. Использование воздуха для дыхания на глубинах более 40 метров таит в себе, опасность азотного наркоза, поэтому глубина 40 метров является пределом погружения, установленным ведущими ассоциациями любительского подводного плавания.

Атмосферный воздух содержит в своем составе около 80 % азота. При дыхании воздухом, находящимся при повышенном давлении, происходит быстрое насыщение тканей человека азотом, что приводит к необходимости проведения декомпрессии. При этом лишь незначительная часть кислорода, содержащаяся в воздухе, используется для процессов, связанных с обменом веществ в организме (метаболизмом). Большая его часть выходит в воду при выдохе.

Следствием использования воздуха для дыхания являются ограничения по глубине и времени пребывания под водой. Время пребывания под водой при использовании стандартного 12-литрового воздушного баллона, как правило, не превышает 40-50 минут.

К побочным эффектам применения воздуха для дыхания можно отнести появление сухости во рту и чувства жажды после погружения. Вызвано это тем, что в целях предотвращения коррозии воздушные баллоны заряжают сухим очищенным воздухом. При дыхании таким воздухом влага, содержащаяся в легких, удаляется при выдохе в воду. Кроме того, редуктор, уменьшая давление воздуха на выходе из баллона, одновременно охлаждает дыхательный аппарат. Оба эти фактора увеличивают риск возникновения декомпрессионной болезни.

Еще в 1943 году Крис Ламберстен предложил для уменьшения времени декомпрессии аквалангистов заменять часть азота в дыхательной смеси кислородом, участвующим в метаболическом процессе. Следует отметить, что в профессиональной водолазной практике уже давно используются различные дыхательные газовые смеси (далее ДГС), но широкого применения они не получили. Любители же до недавнего времени в силу различных причин использовали для дыхания под водой только воздух.

Газовые смеси, содержащие азот и кислород в своем составе, получили название NITROX (нитрокс). Любая комбинация азота и кислорода (в том числе и обычный воздух) называется нитроксом. Различаются они по процентному содержанию кислорода в смеси. Смеси с повышенным содержанием кислорода получили также название “обогащенный воздух” (ENRICHED AIR NITROX или EAN).

На сегодняшний день в водолазной практике применяются ДГС с содержанием кислорода в смеси до 60 %, а также чистый кислород. Наибольшее распространение получили смеси типа NITROX I (68 % азота и 32 % кислорода) и NITROX II (64 % азота и 36 % кислорода), а также смеси с содержанием кислорода 40 %, 50 % и 60 %. В отечественном ВМФ в основном используется 40-процентная кислородно-азотная дыхательная смесь (КАС).

Учитывая отрицательное физиологическое воздействие азота на организм человека при повышенных парциальных давлениях, логично было бы предложить дышать под водой чистым кислородом. Однако кислород также имеет существенные ограничения в применении, связанные с его токсическим воздействием на человека, которое зависит от величины его парциального давления в составе газовой смеси и времени пребывания человека в этой среде. В зависимости от величин этих параметров, кислородное отравление может иметь легочную форму, сопровождающуюся воспалительными явлениями с отеком легких, и судорожную форму, которая приводит к конвульсиям и опасна летальным исходом. Интересно отметить, что нормы безопасности при дыхании кислородом, используемые за рубежом, значительно более жесткие, чем соответствующие нормы в отечественном ВМФ.

В частности, предельным значением парциального давления кислорода в американских ВМС является значение 1,6 бар. Соответствующий показатель, принятый в отечественном ВМФ, составляет 3,0 бар.

К преимуществам применения обогащенного воздуха часто ошибочно относят одновременное обеспечение безопасности и увеличение времени погружения. На самом же деле использование EAN увеличивает либо безопасность, либо время пребывания под водой, но не оба этих параметра одновременно. В некоторых случаях нитрокс может увеличить время погружения более чем в два раза. С помощью смесей EAN можно также сократить и необходимый интервал пребывания на поверхности между повторными погружениями. Все это возможно потому, что аквалангист при погружении на нитроксе поглощает азота меньше, чем при том же погружении на воздухе.

При расчете времени бездекомпрессионного спуска применяют принцип воздушного эквивалента. Этот принцип основан на равенстве парциального давления азота в азотно-кислородной смеси на заданной глубине парциальному давлению азота в воздухе на соответствующей глубине. Величина воздушного эквивалента зависит от типа используемой ДГС. Очевидно, что чем больше в ней содержание кислорода, тем величина воздушного эквивалента будет меньше. Так в ДГС, содержащей 32 % кислорода и 68 % азота, парциальное давление азота на глубине 36 метров составит 3,15 бар. Такое же парциальное давление азота в воздухе будет на глубине 30 метров.

При расчете времени бездекомпрессионного спуска применяют принцип воздушного эквивалента. Этот принцип основан на равенстве парциального давления азота в азотно-кислородной смеси на заданной глубине парциальному давлению азота в воздухе на соответствующей глубине. Величина воздушного эквивалента зависит от типа используемой ДГС. Очевидно, что чем больше в ней содержание кислорода, тем величина воздушного эквивалента будет меньше. Так в ДГС, содержащей 32 % кислорода и 68 % азота, парциальное давление азота на глубине 36 метров составит 3,15 бар. Такое же парциальное давление азота в воздухе будет на глубине 30 метров.

Ряд проблем, связанных с использованием обогащенного воздуха, не относится к медицинским аспектам. Речь идет о получении, смешении и хранении газовых смесей. Наполнение баллонов нитроксом – потенциально опасный процесс, к тому же он дороже, чем наполнение баллонов сжатым медицинским воздухом.

В настоящее время технологический процесс приготовления смесей EAN, как правило, связан с использованием чистого кислорода высокого давления, являющегося сильным окислителем и способствующего воспламенению горючих веществ и образованию с ними взрывоопасных смесей.

Относительно недавно появились новые технологии получения обогащенного воздуха, основанные на применении полупроницаемых мембран или мелкопористых адсорбентов, которые буквально отфильтровывают избыточный азот из атмосферного воздуха. При этом взрывоопасная концентрация кислорода не достигается.

Баллоны для обычного сжатого воздуха для закачки смесей EAN не годятся. Поэтому маркировка на баллонах для нитрокса должна быть хорошо заметна и ясно читаема. Большинство центров, использующих обогащенный воздух, следует стандартам NOAA, согласно которым баллон имеет желтый цвет и широкую, шириной 10 см, зеленую полосу вокруг горловины. Кроме того, слово “NITROX” должно быть заметно и написано крупным шрифтом.

Для погружений до 18 м, применение нитрокса не дает никаких преимуществ по сравнению с обычным воздухом: на этих глубинах не нужно увеличивать бездекомпрессионный предел. Хотя нитрокс теоретически будет расширять этот предел, практического эффекта это не даст.

Для любительских погружений свыше 40 м нитрокс также не дает никаких преимуществ. Из-за увеличения парциального давления кислорода использование NITROX I фактически перестает быть безопасным на глубине более 40 метров. Применение же NITROX II не безопасно даже на глубине, превышающей 34 метра. Таким образом, использование EAN для расширения бездекомпрессионного предела оправдано только при погружениях в диапазоне от 18 до 40 метров.

наверх