Высотный дыхательный аппарат

Эдмунд Хиллари и Тенцинг Норгей, 29 мая 1953 года, после успешного завершения первовосхождения на Эверест с использованием дополнительного кислорода открытого контура.

См. Также: Высотная болезнь и Влияние большой высоты на человека.

Высотный дыхательный аппарат - это дыхательный аппарат , который позволяет человеку более эффективно дышать на высоте, где давление кислорода парциальное в окружающем атмосферном воздухе недостаточно для выполнения задачи или для поддержания сознания или человеческой жизни в течение длительного или краткосрочного периода.

Высотные дыхательные комплекты можно классифицировать по типам несколькими способами:

• по применению: авиационные дыхательные аппараты и альпинистские дыхательные аппараты .
• через источник газа для дыхания: автономная подача газа или газ, подаваемый дистанционно,
• по типу дыхательного контура: открытый, полузакрытый или закрытый контур,
• по типу газоснабжения: постоянный расход, подача по требованию или дополнительная,
• за счет дыхательной движущей силы: дыхательного усилия пользователя или механической работы от внешнего источника,
• по газовой смеси: воздух, обогащенный кислородом или чистый кислород.

Дыхательный интерфейс пользователя — это система доставки, с помощью которой дыхательный аппарат направляет поток дыхательного газа к пользователю и от него. Обычно используется маска той или иной формы, капюшон или шлем.

Любая данная единица является членом нескольких типов.

Дыхание на большой высоте

Высотный дыхательный аппарат используется для авиационной и альпинистской деятельности без давления (атмосферное давление), когда содержание кислорода в естественной атмосфере недостаточно для поддержания физической активности, сознания или жизни, но атмосферное давление достаточно, и скафандр не требуется.

В этом применении использовались как ребризер, так и оборудование с открытым контуром, где оборудование обеспечивает либо чистый кислород, либо дополнительный кислород. Незначительная утечка в любом направлении обычно влияет только на эффективность и срок службы газа, поскольку окружающий воздух обычно гипобаричен из-за низкого давления окружающей среды.

Высотные зоны

На большой высоте , от 1500 до 3500 метров (от 4900 до 11500 футов), наблюдаются физиологические эффекты пониженного парциального давления кислорода, которые включают снижение работоспособности и увеличение частоты дыхания. У здоровых людей сатурация артериальной крови кислородом обычно все еще превышает 90%, но артериальное P _{O 2} снижено.

На очень большой высоте , от 3500 до 5500 метров (от 11 500 до 18 000 футов), сатурация артериальной крови кислородом падает ниже 90%, а артериальное P _{O 2} снижается до такой степени, что во время физических упражнений и сна может возникнуть сильная гипоксемия , а также при на большой высоте отека легких. возникновении . В этом диапазоне распространена тяжелая высотная болезнь.

На экстремальной высоте , выше 5500 метров (18 000 футов), можно ожидать значительную гипоксемию, гипокапнию и алкалоз с прогрессирующим ухудшением физиологических функций, превышающим акклиматизацию. Следовательно, в этом высотном диапазоне нет человеческого жилья.

Выше этой зоны находится зона, где 100% кислорода при атмосферном давлении недостаточно, и требуется некоторая форма повышения давления для обеспечения приемлемого давления кислорода при вдыхании. Возможные варианты: частичная герметизация с использованием скафандров и полная герметизация в скафандрах .

Физиологические эффекты

В регионе от уровня моря до примерно 3000 м (10 000 футов), известном как зона физиологической эффективности , уровни кислорода обычно достаточно высоки, чтобы люди могли функционировать без дополнительного кислорода , а высотная декомпрессионная болезнь встречается редко.

Зона физиологического дефицита простирается от 3600 м (12 000 футов) до примерно 15 000 м (50 000 футов). В этой зоне существует повышенный риск гипоксии , газового дисбаризма (когда газ, попавший в тело, расширяется) и выделяющегося газового дисбаризма (когда в тканях могут образовываться растворенные газы, такие как азот, т.е. декомпрессионная болезнь ). богатая кислородом дыхательная смесь, чтобы приблизиться к количеству кислорода, доступному в нижних слоях атмосферы. На высоте примерно 4300 м (14 000 футов) необходима в то время как на высоте более 12 000 м (40 000 футов) кислород должен подаваться под положительным давлением. На высоте более 15 000 м (49 000 футов) дыхание невозможно, поскольку давление, при котором легкие выделяют углекислый газ (приблизительно 87 мм рт. ст.), превышает давление наружного воздуха. На высоте более 19 000 м (62 000 футов), известной как предел Армстронга , открытые жидкости в горле и легких выкипают при нормальной температуре тела, и необходимы скафандры. Обычно для поддержания эквивалентной высоты 3000 м (10 000 футов) используется 100% кислород.

Высота зоны смерти составляет 26 000 футов (7 900 м) или выше.

Физиологическая акклиматизация

Люди могут акклиматизироваться к высоте от 5 200 до 5 500 метров (от 17 000 до 18 000 футов), если они остаются на большой высоте достаточно долго, но для высотных спасательных работ необходимо быстро развернуть спасательные команды, а время, необходимое для акклиматизации, не Доступно, что делает необходимым оборудование для дыхания кислородом на высоте примерно 3700 метров (12000 футов).

В авиации, как правило, нет возможности акклиматизироваться, а необходимость в дыхательном аппарате обычно предполагает, что пользователь начинает полет на уровне моря или вблизи него.

Использование оборудования

Парциальное давление кислорода, эквивалентное уровню моря, можно поддерживать на высоте 10 000 метров (34 000 футов) при использовании 100% кислорода. На высоте более 12 000 метров (40 000 футов) необходимо дыхание со 100% кислородом под положительным давлением, поскольку без положительного давления даже очень короткое пребывание на высоте более 13 000 метров (43 000 футов) приводит к потере сознания. Устройства сохранения кислорода можно использовать с дыхательными аппаратами с открытым контуром для повышения эффективности использования газа на малых высотах, где возможно дыхание под атмосферным давлением с содержанием кислорода менее 100%.

Управление

На достаточно больших высотах парциальное давление кислорода в воздухе недостаточно для поддержания полезной работы и сознания даже после акклиматизации, а на еще больших высотах оно не может поддерживать жизнь человека. На высотах, где проблема заключается в гипоксии, жизнеспособным решением является вдыхание газа с более высоким содержанием кислорода при атмосферном давлении. Дополнительный кислород, достаточный для обеспечения эквивалентной высоты герметичной кабины самолета (около 8000 футов), достаточен для многих целей, но более высокие концентрации, такие как эквивалент на уровне моря (PO _{2 около} 0,21 бар), могут обеспечить большую способность аэробных работа. С этим уравновешивается необходимость сохранения кислорода и сведения к минимуму веса пользователя дыхательного аппарата.

Практические аспекты

Там, где пользователь должен носить с собой дополнительный источник кислорода, а также выполнять значительную работу в течение достаточно длительного периода, как, например, в альпинистских и спасательных работах, эффективность использования кислорода и надежность дыхательного аппарата более важны, и существует торговое преимущество. от этих характеристик зависит вес, который необходимо нести.

Количество дополнительного кислорода, необходимое для доведения вдыхаемого парциального давления до эквивалента уровня моря или любого другого фиксированного значения, превышающего давление окружающей атмосферы, является функцией высоты и увеличивается с увеличением высоты прямо пропорционально перепаду давления. Фактически используемое количество дополнительного кислорода также пропорционально минутному объему дыхания , который зависит от уровня нагрузки.

Падение танков

Чтобы избежать переноса веса всех баллонов вверх и вниз по пику, один или несколько баллонов можно запрятать на маршруте для извлечения на обратном пути. Это подразумевает использование двух или более баллонов для подачи кислорода на день восхождения, который может длиться до 18 часов, что делает практичным выбором около 6 часов для полного баллона. Эта стратегия невозможна, если используется один цилиндр.

Типы аппаратов

Дополнительный кислород на большой высоте

Дыхательный аппарат для альпинизма обеспечивает кислород в более высокой концентрации, чем он доступен из атмосферного воздуха в естественной гипоксической среде. Он должен быть легким и надежным в сильные морозы, в том числе не захлебываться отложениями инея из выдыхаемого газа, насыщенного водяными парами температуры тела.

Как химически полученный, так и сжатый газообразный кислород использовался в экспериментальных системах кислородного альпинизма с замкнутым контуром, но в основном использовался открытый контур, хотя и относительно расточительно, поскольку оборудование более надежно. Для альпинизма на больших высотах, где пользователю приходится носить с собой запасенный кислород, можно использовать режим открытого или закрытого контура, чтобы максимизировать срок службы комплекта.

Вдыхание чистого кислорода приводит к повышенному парциальному давлению кислорода в крови: у альпиниста, вдыхающего чистый кислород на вершине Эвереста, парциальное давление кислорода в артериальной крови выше, чем у альпиниста, вдыхающего чистый кислород на уровне моря. Это приводит к возможности прилагать большие физические усилия на высоте. Экзотермическая реакция поглощения углекислого газа в ребризере помогает предотвратить замерзание содержимого скруббера во время его использования и помогает уменьшить потери тепла пользователем, но уязвима к замерзанию в периоды, когда он не используется активно.

Негерметичные самолеты и прыжки с парашютом на большой высоте имеют те же требования и рабочую среду, что и альпинизм, но вес не является проблемой.

Кислородный ребризер замкнутого цикла

Дополнительная информация: Кислородный ребризер.

В системе с замкнутым контуром весь неиспользованный кислород сохраняется и повторно вдыхается, поэтому утилизация близка к 100%, с возможными некоторыми потерями из-за расширения при увеличении высоты и случайной утечки из дыхательного контура.

Существует риск легочной кислородной токсичности , если давление кислорода превышает примерно 0,5 бар в течение длительного периода времени, что может произойти на высоте ниже 5500 м, где атмосферное давление составляет около половины значения на уровне моря.

Кислородный ребризер с замкнутым контуром является наиболее эффективным с точки зрения использования кислорода, но он относительно громоздкий и требует использования поглотителя углекислого газа, которого должно быть либо достаточно для подачи кислорода, либо его необходимо периодически заменять. Если подача кислорода прекращается, газ в контуре может стать более гипоксичным, чем окружающая атмосфера, если контур не был должным образом продут или если он загрязнен окружающим воздухом. При отсутствии контроля кислорода пользователь может не заметить снижения концентрации кислорода.

Дополнительным потенциальным преимуществом ребризера является то, что реакция очистки от углекислого газа является экзотермической и сохраняет газ в дыхательном контуре теплым, если он достаточно изолирован, а также сохраняет влажность, уменьшая обезвоживание. К недостаткам относятся вес скруббера и проблемы, связанные с конденсацией и замерзанием влаги в контуре, что может блокировать газовые каналы и засорять скруббер. Если скруббер замерз, его необходимо разморозить, прежде чем реакция сможет возобновиться, и потребуется некоторое время, чтобы нагреться до температуры, при которой реакция будет достаточной.

Регулятор разбавления спроса с разомкнутой цепью

Регулятор потребности в дилюторе был разработан для полетов на больших высотах во время Второй мировой войны. Регулятор потребности в разбавителе втягивает окружающий воздух в маску через отверстие в регуляторе и одновременно подает чистый кислород через регулирующий клапан в регуляторе. Для использования в авиации размер отверстия для окружающего воздуха контролируется оператором анероидного клапана и прямо пропорционален атмосферному давлению. По мере увеличения высоты давление уменьшается, а отверстие становится меньше, поэтому пользователю предоставляется более высокая доля кислорода, а при правильной калибровке парциальное давление кислорода в смеси остается довольно постоянным и составляет значение, близкое к 0,21 бар. на уровне моря. Эта система эффективно использует комбинацию окружающего и запасенного кислорода. Функция привода анероидного клапана может быть заменена для наземного использования более простой, легкой и прочной ручкой переключателя диафрагмы с ручным управлением, обеспечивающей ступенчатый диапазон концентраций, который легче, надежнее, немного менее эффективен и требует соответствующего выбора. пользователем. Это также позволяет пользователю вручную регулировать смесь в соответствии с личными потребностями. Поскольку он выбирается вручную, он менее подходит для полетов и больше подходит для пешеходов, которые не будут быстро менять высоту. Скорости потока через отверстие и регулятор чувствительны к скорости потока вдоха и могут быть рассчитаны на обеспечение несколько более высокого парциального давления кислорода при более высоких скоростях потока вдоха, что помогает компенсировать более высокие нагрузки.

Источники кислорода

Баллонный кислород

Кислород в баллонах , более широко известный как сжатый кислород высокого давления, медицинский кислород и кислород авиаторов, представляет собой кислород в небольших портативных баллонах высокого давления. Для авиации вес баллона обычно не имеет решающего значения, и на выбор материала могут влиять экономические соображения, такие как закупочная цена и срок службы. В альпинизме многие пользователи готовы платить больше за наименьший вес, который будет содержать достаточно газа для подъема, что, как правило, отдает предпочтение баллонам с намоткой из нити высокого давления.

Концентраторы кислорода

Основная статья: Концентратор кислорода

Когда нет ограничений на энергопотребление и работа должна выполняться в фиксированном месте, эффективным решением могут быть концентраторы кислорода. Концентратор кислорода — это устройство, которое концентрирует кислород из источника газа (обычно окружающего воздуха) путем выборочного удаления азота для подачи потока газового продукта, обогащенного кислородом. Они также используются в промышленности и в качестве медицинских устройств для кислородной терапии . Обычно используются два метода: адсорбция при переменном давлении и мембранное разделение газов . Они наиболее эффективны, когда не требуется высокий процент дополнительного кислорода.

Концентраторы кислорода с адсорбцией при переменном давлении используют молекулярное сито для адсорбции газов и работают по принципу быстрой адсорбции атмосферного азота при переменном давлении на цеолитовых минералах под высоким давлением. Таким образом, этот тип адсорбционной системы функционально представляет собой скруббер азота, пропускающий другие атмосферные газы, при этом кислород остается в качестве основного газа. Разделение газов через мембрану также представляет собой процесс, управляемый давлением, движущей силой которого является разница давлений между входом сырья и выходом продукта. Мембрана, используемая в этом процессе, обычно представляет собой непористый слой, поэтому не будет серьезной утечки газа через мембрану. Производительность мембраны зависит от проницаемости и селективности. На проницаемость влияет размер пенетранта. Более крупные молекулы газа имеют меньший коэффициент диффузии. Мембранное оборудование для разделения газов обычно закачивает газ в мембранный модуль, и целевые газы разделяются на основе разницы в диффузии и растворимости. Продуктовый газ может быть доставлен непосредственно пользователю через подходящий дыхательный аппарат.

с импульсной дозой (также называемые прерывистым потоком или по требованию) Портативные концентраторы кислорода представляют собой самые маленькие устройства, которые могут весить всего 2,3 кг (5 фунтов). Их небольшой размер позволяет пользователю тратить меньше энергии, полученной в результате лечения, на несёт их. Аппарат подает заданный объем (болюс) воздуха, обогащенного кислородом, в начале каждого вдоха, который является частью дыхания, которая с наибольшей вероятностью достигнет областей газообмена легких за пределами физиологического мертвого пространства. Их способность эффективно использовать кислород является ключом к сохранению компактности устройств.

Жидкий кислород

Основная статья: Жидкий кислород

Жидкий кислород — это жидкая форма молекулярного кислорода. Он имеет плотность 1,141 килограмма на литр (71,2 фунта / куб футов), немного плотнее жидкой воды и криогенен с температурой замерзания 54,36 К (-218,79 ° C; -361,82 ° F) и температурой кипения 90,19. K (-182,96 ° C; -297,33 ° F) при давлении 1 бар (15 фунтов на квадратный дюйм). Жидкий кислород имеет степень расширения 1:861. и по этой причине он используется в некоторых коммерческих и военных самолетах в качестве мобильного источника кислорода для дыхания.

Химические генераторы кислорода

Основная статья: Химический генератор кислорода

Схема системы химического генератора кислорода

Химический генератор кислорода, вид в разрезе

Химический генератор кислорода — это устройство, которое выделяет кислород посредством химической реакции . Источником кислорода обычно является неорганический супероксид . хлорат или перхлорат ; озониды — еще одна перспективная группа источников кислорода. Генераторы обычно воспламеняются от ударника , а химическая реакция обычно экзотермическая , что делает генератор потенциально опасным для возгорания . Супероксид калия использовался в качестве источника кислорода в первых пилотируемых полетах советской космической программы .

Коммерческие самолеты обеспечивают пассажиров аварийным кислородом , чтобы защитить их в случае потери давления в салоне. Экипаж в кабине обычно снабжается баллонами со сжатым кислородом. Ядро окислителя представляет собой натрия ) , (NaClO3 хлорат ₅ который смешан с менее чем процентов пероксида бария ( Ba O ₂ ) и менее 1 процента перхлората калия ( K Cl O ₄ ). Взрывчатое вещество в капсюле представляет собой взрывчатую смесь стифната свинца и тетразена . Химическая реакция является экзотермической, и внешняя температура канистры достигнет 260 °C (500 °F). Он будет производить кислород в течение 12–22 минут.

Авиация

В зависимости от конкретного применения доступны различные авиационные кислородные системы и способы подачи. Источником кислорода могут быть химические генераторы кислорода, портативные системы хранения газообразного кислорода высокого давления (газовые баллоны), бортовые системы генерации кислорода (концентраторы кислорода) или системы жидкого кислорода.

Химическое производство кислорода обычно используется на больших коммерческих самолетах в качестве источника аварийной кислородной системы для пассажиров в герметичных кабинах. Система легкая и обычно спроектирована как рассредоточенная, обеспечивающая подачу дополнительного кислорода в течение примерно 10 минут, пока самолет выполняет аварийное снижение. Систему нельзя деактивировать после срабатывания, и ее необходимо перезагружать после каждого использования.

Бортовые системы генерации кислорода (ОБОГС) отбирают сжатый воздух от двигателей, обогащают содержание кислорода за счет удаления азота с помощью кислородного концентратора и регулируют подачу в кабину давления и температуры. Они постоянно доступны и производят свежий газ при работающем двигателе.

Жидкий кислород (LOX) используется в некоторых реактивных самолетах, поскольку он легче и требует меньше места, чем хранилище газа под высоким давлением.

Дыхательный аппарат летного экипажа

Стационарное защитное дыхательное оборудование (PBE) устанавливается для использования летным экипажем, и по крайней мере одно переносное устройство должно быть доступно в кабине экипажа или рядом с ним для использования членом экипажа. Для членов экипажа должны быть предусмотрены дополнительные переносные защитно-дыхательные средства для тушения пожаров во всех доступных в полете отсеках. Оборудование должно быть доступно для максимального числа членов экипажа, которые могут находиться в данной зоне во время полета.

PBE должен защищать пользователя от дыма, углекислого газа и других вредных газов во время работы в кабине экипажа или при тушении пожара и должен включать маску, закрывающую глаза, нос и рот (полнолицевая маска) или глаза и рот (ориназальная маска). ) с дополнительной защитой глаз. Маска должна обеспечивать эффективную связь с другими членами экипажа и использование радиооборудования. Защита глаз должна позволять носить очки и не ухудшать зрение.

Оборудование должно подавать дыхательный газ всем пользователям в течение как минимум 15 минут на высоте кабины 8000 футов при минутном объеме дыхания 30 литров в минуту либо непрерывным потоком, либо через систему по требованию, и не должно вызывать значительного увеличения дыхательного газа. содержание кислорода в местной среде.

Аварийные кислородные системы для самолетов

Основная статья: Аварийная кислородная система

Развернуты маски аварийной кислородной системы пассажиров.

Аварийные кислородные системы или воздушные маски самолета представляют собой аварийное оборудование, установленное на герметичных коммерческих самолетах и ​​предназначенное для использования в случае выхода из строя системы наддува кабины и высоты кабины превышения над безопасным уровнем. Он состоит из ряда отдельных желтых кислородных масок, хранящихся в отсеках возле пассажирских сидений и рядом с туалетами и камбузами, а также источника или источников кислорода, таких как централизованный баллон с газообразным кислородом высокого давления или децентрализованные химические генераторы кислорода .

Высотный альпинизм

Высотное восхождение обычно требует использования портативного кислородного аппарата при восхождении на Эверест или другие восьмитысячники , хотя некоторые альпинисты - и в частности альпинисты - альпинисты - намеренно поднимались на Эверест без кислорода (например, начиная с Райнхольда Месснера в 1978 году). Аппарат может быть открытого (дополнительного) или закрытого типа; Британская экспедиция на Эверест 1953 года использовала оба типа.

Несмотря на значительное сходство основных условий, в которых используются дыхательные аппараты для авиации и альпинизма, существуют различия, достаточные для того, чтобы прямое переносное использование оборудования в целом было невозможным. Одним из основных соображений является то, что, в отличие от авиатора, альпинист не может быстро спуститься на безопасную высоту, если оборудование выйдет из строя, поэтому оно должно быть надежным. Другая причина заключается в том, что альпинист должен лично нести дыхательный аппарат, поэтому преимущество, получаемое от дыхания дополнительным кислородом, должно превышать недостаток, связанный с переноской дополнительного объема и веса оборудования. Другие требования заключаются в том, что дополнительная работа дыхания должна быть низкой, оборудование должно работать при низких температурах, а также желательно сохранение тепла и влаги. Диапазон высот для альпинизма также ограничен, требований к герметичности нет.

Теоретически доступные системы доставки: система с постоянным потоком без резервуара, которая проста и надежна, но чрезвычайно расточительна; система с постоянным потоком с резервуаром, которая, если ее адаптировать к потребностям пользователя, более эффективна, чем простая система с постоянным потоком, а также относительно простая и надежная, система легочного клапана, которая автоматически следует потребностям пользователя, но при этом тратит значительную часть вдыхаемого газа на мертвое пространство, система импульсного запроса дозы, которая тратит меньше газа на мертвое пространство, но опирается на относительно сложную систему управления что приводит к проблемам с надежностью или закрытому контурная система, которая очень эффективна, но требует скруббера углекислого газа, который громоздкий и тяжелый и чувствителен к замерзанию, когда не используется постоянно. Система постоянного потока с маской резервуара использовалась главным образом потому, что она относительно надежна.

Используемые системы

Альпинист в кислородной маске на вершине Эвереста, 2019 г.

Обычно используемая система производства «Поиска» использует три композитных баллона высокого давления, заполненных до 260 бар при температуре 20 градусов Цельсия. Размеры цилиндров составляют 19 дюймов (480 мм) в длину, 4,25 дюйма (108 мм) в диаметре и вес менее 2,7 кг (6,0 фунтов). При расходе два литра в минуту каждый баллон работает примерно по 6,5 часов. Внутренний объем ( водовместимость ) указан Поиском в пределах от 3 до 4 литров. Используются два типа дыхательной маски. Один предназначен для восхождений, а другой для отдыха и сна, в нем имеется теплообменник тепла и влаги. Эти маски плотно прилегают к различным участкам кожи лица, чтобы уменьшить проблемы с контактным давлением. В обоих типах масок используется мешок-резервуар, который позволяет экономить потребление кислорода, если скорость потока установлена ​​правильно для текущей частоты дыхания, гарантируя, что мешок-резервуар полностью сдувается в конце вдоха и полностью надувается к концу выдоха. Некоторое техническое обслуживание на месте возможно с использованием комплекта запасных частей. На схематической диаграмме указан тип маски частичного ребризера .

Регулятор «Поиск» представляет собой устройство постоянного расхода , расход которого можно регулировать от 1 до 4 литров в минуту с шагом 0,25 литра в минуту. Его масса 0,35 кг.

В системе Summit использовалась небольшая маска с назальной канюлей , которая подавала кислород импульсами, активируемыми перепадом давления в начале вдоха. Это эффективная система использования газа, и требуется меньше газа, но она основана на электронике и батареях, которые плохо работают при низких температурах. Кроме того, он менее громоздкий и меньше загораживает обзор, чем системы ребризерных масок. Система оказалась ненадежной, и Summit вернулся к системе постоянного потока. Силиконовая канюля по-прежнему доступна в качестве медицинского компонента.

В системе Summit Oxygen, поступившей на рынок в 2023 году, используется регулятор постоянного расхода с шагом от 0,5 литра в минуту до максимум 4 литров в минуту. Новшеством является то, что переключатель скорости потока находится на подающем шланге, где к нему можно легко добраться, и поэтому его, вероятно, придется чаще регулировать в соответствии с текущим напряжением, тем самым обеспечивая более эффективное использование кислорода. Используемые баллоны имеют объем 4 литра, давление 300 бар и полную массу 3,89 кг. Клапан впуска окружающего воздуха предотвращает вдыхание окружающего воздуха до тех пор, пока кислород в резервуаре не будет вдыхан, а выпускной клапан обеспечивает достаточное противодавление для направления выдыхаемого газа в мешок-резервер в начале выдоха, когда он содержит очень мало углекислого газа, поскольку он находился в физиологическом мертвом пространстве .

История альпинистских дыхательных аппаратов

Кислородное оборудование, использовавшееся в экспедиции 1922 года.

1920-е и 1930-е годы

Все британские экспедиции использовали кислородные аппараты открытого цикла, как пропагандировали альпинисты-первопроходцы Джордж Финч , Ноэль Оделл и Питер Ллойд . Кислородный аппарат открытого типа был опробован в британских экспедициях на Эверест в 1922 и 1924 годах ; баллонный кислород, взятый экспедицией 1921 года, не использовался. Несущая рама для кислорода открытого контура, разработанная Джорджем Финчем и использовавшаяся в 1922 и 1924 годах с четырьмя баллонами с кислородом, весила 32 фунта (14,5 кг). Вместе с Джеффри Брюсом Финч достиг высоты 27 250 футов на Эвересте в 1922 году.

Альпинисты иногда несли только два баллона каждый. Четыре баллона содержали в общей сложности 960 литров кислорода, которого хватило бы на восемь часов при стандартной скорости 2 литра в минуту или на семь часов при 2,2 л/мин. Попытка восхождения на Эверест Джорджа Мэллори и Эндрю Ирвина в 1924 году была первой попыткой восхождения на Эверест с использованием кислорода. Мэллори и Ирвин несли по два баллона каждый.

Британская экспедиция на Эверест 1938 года испытывала аппараты закрытого и открытого контура, но аппараты замкнутого цикла не увенчались успехом.

Первое восхождение на Эверест

В 1953 году первая штурмовая группа Тома Бурдиллона и Чарльза Эванса использовала кислородные ребризеры замкнутого цикла , которые были разработаны Бурдиллоном и его отцом, и с беспрецедентной скоростью поднялась на расстояние 90 м от вершины, но не достигла ее как одна из ребризеры вышли из строя, когда скруббер был снова наполнен. Их способность подниматься так быстро объясняется физиологическим преимуществом дыхания чистым кислородом, подаваемым ребризерами. Другие альпинисты использовали подобное оборудование в 1930-1950-х годах, но доступные ребризеры оказались слишком тяжелыми и неудобными для альпинизма, было разработано более легкое оборудование с открытой схемой, а закрытая схема игнорировалась в течение следующих 50 лет.

Через два дня после Бурдиллона и Эванса вторая штурмовая группа в составе Эдмунда Хиллари и Тенцинга Норгея достигла вершины с значительно улучшенной 22-фунтовой системой непрерывного потока с открытым контуром. После десяти минут фотографирования на вершине без использования кислородного аппарата Хиллари сказала, что он «стал довольно неуклюжим и медлительным».

Джон Хант считал, что две штурмовые группы, использующие экспериментальный тип замкнутого цикла, были слишком рискованными, несмотря на то, что пользователи достигли более высокой скорости набора высоты, а также потенциально имели большую дальность для данного запаса (так что можно было бы достичь вершины из лагеря на Южном седле). Поэтому он предложил одну атаку по замкнутому контуру, за которой вскоре последовала атака по открытому контуру (и третья атака, если необходимо). В качестве баллонов использовались дюралюминиевые баллоны из легкого сплава емкостью 800 литров или баллоны с проволочной обмоткой из стали RAF, вмещающие 1400 литров кислорода (оба при давлении 3300 фунтов на квадратный дюйм; 227,5 бар или 22,75 МПа). В составе экспедиции было 8 комплектов закрытого типа и 12 комплектов открытого типа; в комплекте открытого типа использовался 1 баллон РАФ или 1, 2 или 3 дюралюминиевых баллона; с общим весом комплекта 28 фунтов, 18 фунтов, 29 фунтов. 1 ⁄ фунта или 41 фунт (12,7, 8,2, 13,4 или 18,6 кг). Спящие на высоте более 21 500 футов (6 600 м) использовали «ночной кислород» со скоростью 1 литр в минуту; а с помощью адаптеров они могли использовать кислород из баллонов Drägerwerk, которые швейцарцы оставили в 1952 году . Обледенели установки как открытого, так и закрытого типа; замкнутый контур срабатывает при установке новой холодной канистры с натронной известью.

Физиолог Гриффит Пью также участвовал в британской экспедиции Чо-Ойю в 1952 году по изучению воздействия холода и высоты. Пью и Майкл Уорд дали следующие рекомендации на 1953 год, основываясь на экспериментах, проведенных на Менлунг-Ла на высоте 20 000 футов (6 100 м) в 1952 году:

• Чем больше кислорода вдыхается, тем больше субъективная польза
• Вес в значительной степени компенсирует возросшую производительность.
• Минимально необходимая скорость потока составляла 4 л/мин. Довоенный 1 затем кратковременно (1 или 2 минуты) использовался 2 литра в минуту (1924; Оделл и т. д.) или 2,25 литра в минуту (1922, Финч и Брюс) и (1938, Ллойд и Уоррен).
• Наблюдалось значительное снижение легочной вентиляции.
• Было значительное облегчение чувства тяжести и усталости в ногах (хотя не проверялось, улучшилась ли выносливость).

Они также отметили большие различия между людьми: некоторые мужчины не могут подняться выше 21 000 футов (6 400 м), вероятно, только исключительные мужчины могут подняться выше 27 000 футов (8 200 м) без дополнительного кислорода, и лишь немногие мужчины могут подняться выше 26 000 футов ( 7900 м) дважды за экспедицию. Производительность оказалась несколько лучше, чем ожидалось от 1952 года; Основным эффектом было увеличение объема работы, выполняемой за день, а также значительное улучшение их субъективного состояния, благодаря чему они стали лучше ценить окружающую среду. Чувство благополучия сохранялось в течение часа или более после прекращения подачи кислорода. Пью также рекомендовал акклиматизироваться на высоте более 15 000 футов (4600 м) в течение как минимум 36 дней и использовать оборудование замкнутого цикла.

Пост-Эверест 1953 г.

Альпинист на вершине Эвереста в кислородной маске

Врач и альпинист ВМС США Том Хорнбейн модифицировал конструкцию дыхательной маски, используемой пилотами ВМФ, которая была изготовлена ​​компанией Maytag для американской экспедиции 1963 года. Это была маска без ребризера , которая имела единственный обратный клапан для предотвращения обратного потока в мешок-резервуар, который накапливал кислород из регулятора постоянного потока и доставлял его в начале вдоха. По состоянию на 2013 год эта базовая конструкция все еще используется в дыхательных комплектах для альпинизма открытого цикла.

8 мая 1978 года Райнхольд Месснер и Петер Хабелер совершили первое восхождение на Эверест без дополнительного кислорода. К 1986 году Месснер поднялся на все 14 «восьмитысячников» без дополнительного кислорода.

Нехватка кислорода в баллонах была отмечена как одна из причин гибели Рэя Жене и Ханнелоры Шматц в 1979 году на горе Эверест.

Российский производитель «Поиск» поставляет дыхательные аппараты с 1982 года, используя небольшой и легкий из титана и кевлара баллон с намоткой массой 3,5 кг, с ресурсом работы 6 часов при расходе 2 литра в минуту, с регуляторами, которые можно регулировать с шагом 0,25 литра в минуту вверх. до 4 литров в минуту. Несколько маленьких цилиндров позволяют кэшировать.

В 1991 году международные горные гиды выбрали баллон большего размера, который мог подавать кислород в течение 10 часов со скоростью 3 литра в минуту.

К 21 веку в одной из популярных кислородных систем на горе Эверест использовались алюминиевые баллоны, армированные углеродным волокном, с 3-литровым баллоном с кислородом, весившим 7 фунтов (3,2 кг) (3,2 кг) при наполнении из расчета 3000 фунтов на квадратный дюйм ( 210 бар).

В 2003 году компания Summit Oxygen представила экспериментальную систему с назальной канюлей и импульсной системой с электрическим управлением с использованием батареи, но скорость потока была недостаточной для удовлетворения потребности, и они вернулись к более традиционной системе частичного ребризера с непрерывным потоком .

Маска TopOut была представлена ​​в 2004 году на основе лицевой маски респиратора 3M R6311.

Из более чем 6500 восхождений на Эверест по состоянию на 2013 год менее 100 были без кислорода.

Надежность оборудования

На Эвересте произошло значительное количество смертей, связанных с отказами дыхательных аппаратов. В одной экспедиции 2019 года в один и тот же день отказали девять дыхательных аппаратов, но группа уже спускалась, и благодаря совместному использованию оборудования ей удалось избежать гибели людей. Причины и механизм сбоев официально не расследовались, но свидетели утверждают, что за предыдущие два десятилетия произошел как минимум 21 другой случай выхода из строя опасного дыхательного оборудования. Это следует учитывать с точки зрения общего количества восхождений с использованием кислорода, которое превышает 6500, поэтому частота отказов критического оборудования жизнеобеспечения составляет, по первой оценке, около 0,5%. The New York Times сообщила, что методы обслуживания и заправки оборудования вызывают сомнения. Производители оборудования вполне обоснованно не несут ответственности за баллоны, не заправленные на собственных предприятиях, и не фиксируется, были ли какие-либо неисправности связаны с заводской заливкой. Известно лишь то, что баллоны часто заправляются на месте. Сообщается, что неисправности включают утечки в цилиндрах, неисправность регулятора и ошибки оператора, допущенные неопытными альпинистами. Вероятно, большая часть неудач была связана с Оборудование «Поиск» , главным образом потому, что это, безусловно, самая распространенная марка, но Summit Oxygen также сообщалось о выходе из строя регуляторов . И «Поиск», и Summit Oxygen имеют в целом хорошую репутацию в плане качества. В статье New York Times предполагается, что причиной проблемы могут быть отсутствие регулирования в отрасли в Непале и плохое обслуживание оборудования.

См. также

• Высотная болезнь - состояние здоровья, вызванное быстрым воздействием низкого содержания кислорода на большой высоте.
• Кислород в баллонах — оборудование, которое позволяет пользователю дышать на гипоксических высотах. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Зона смерти - высоты более 8000 м (26000 футов).
• Декомпрессионная болезнь - расстройство, вызванное растворенными газами, образующими пузырьки в тканях.
• Влияние большой высоты на человека . Влияние окружающей среды на физиологию и психическое здоровье.
• Восьмитысячник – Горные вершины высотой более 8000 м.
• Высотный отек легких – Болезнь человека (HAPE)
• Коммерческое восхождение на Эверест
• Кислородный бак – Емкость для хранения кислорода.
• Ребризер - портативный аппарат для переработки дыхательного газа.

Ссылки

Источники

• Дрейк, Фредерик М. (январь 1974 г.). Кислородное дыхательное оборудование для высотных работ (PDF) . Отчет № 74-06 (Отчет). Абердинский полигон, Мэриленд: Лаборатория наземной войны армии США. Архивировано (PDF) из оригинала 15 июля 2023 г. Проверено 15 июля 2023 г.
• Гилл, Майкл (2017). Эдмунд Хиллари: Биография . Нельсон, Новая Зеландия: Поттон и Бертон. ISBN  978-0-947503-38-3 .
• Хант, Джон (1953). Восхождение на Эверест . Лондон: Ходдер и Стоутон.

Внешние ссылки

• Кислородная Маска