Дыхательный газ — это смесь газообразных химических элементов и соединений, используемых для дыхания. Воздух — это наиболее распространённый и единственный естественный дыхательный газ. Но другие смеси газов или чистый кислород также используются в дыхательном оборудовании и замкнутых средах обитания, таких как акваланги, оборудовании для поверхностного дайвинга (surface supplied diving equipment), рекомпрессионные камеры, высотный альпинизм, подводные лодки, скафандры, космические корабли, медицинские оборудование для жизнеобеспечения и оказания первой помощи, а также анестезиологические аппараты.

Кислород является важным компонентом любого дыхательного газа при парциальном давлении от 0,16 до 1,60 бар при атмосферном давлении. Кислород обычно является единственным метаболически активным компонентом, если только газ не является анестезирующей смесью. Некоторая часть кислорода в дыхательном газе потребляется метаболическими процессами, а инертные компоненты остаются неизменными и служат в основном для разбавления кислорода до соответствующей концентрации и поэтому также известны как разбавляющие газы. Таким образом, большинство дыхательных газов — это смесь кислорода с одним или более инертными газами. Дыхательные газы для гипербарического использования были разработаны для улучшения характеристик обычного воздуха за счет снижения риска декомпрессионной болезни, сокращения продолжительности декомпрессии, уменьшения азотного отравления или обеспечения более безопасного глубоководного дайвинга.

Безопасный дыхательный газ для гипербарического применения обладает четырьмя основными характеристиками: Он должен содержать достаточное количество кислорода для поддержания жизни, сознания и скорости работы дышащего им. Он не должен содержать вредных примесей. Окись углерода и двуокись углерода являются обычными ядами, которые могут загрязнять дыхательные газы. Он не должен становиться токсичным при вдыхании под высоким давлением, например, под водой. Кислород и азот являются примерами газов, которые становятся токсичными под давлением. Он не должен быть слишком плотным для дыхания. Работа дыхания увеличивается с увеличением плотности и вязкости. Максимальная вентиляция снижается примерно на 50 %, когда плотность эквивалентна воздуху при 3 бар (30 msw), а уровни углекислого газа недопустимо повышаются при умеренной плотности газа, превышающей 6 г/литр. Плотность вдыхаемого газа 10 г/литр или более может вызвать неконтролируемую гиперкапнию даже при очень низких уровнях работы, что может привести к потенциально смертельным последствиям. Методы, используемые для заполнения водолазных баллонов другими газами, кроме воздуха, называются смешиванием газов.

Дыхательные газы для использования при давлении окружающей среды ниже нормального атмосферного давления обычно представляют собой чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для поддержания жизни и сознания или для обеспечения более высоких уровней нагрузки, чем это было бы возможно при использовании воздуха. Обычно дополнительный кислород подается в виде чистого газа, добавляемого в дыхательный воздух при вдыхании, или через систему жизнеобеспечения.

Для дайвинга и других видов гипербарических применений

Для дайвинга используются следующие распространенные газы для дыхания: Воздух представляет собой смесь из 21 % кислорода, 78 % азота и примерно 1 % других газовых примесей, в основном аргона; для упрощения расчетов последний 1 % обычно рассматривается как азот. Будучи дешевым и простым в использовании, это самый распространенный газ для дайвинга. Поскольку его азотный компонент вызывает азотное отравление, считается, что для большинства дайверов безопасная глубина составляет около 40 метров (130 футов), хотя максимальная рабочая глубина воздуха при допустимом парциальном давлении кислорода 1,6 бар составляет 66,2 метра (218 футов). Дыхательная воздушная смесь — это воздух, соответствующий установленным стандартам по загрязнителям. Чистый кислород в основном используется для ускорения неглубоких остановок декомпрессии в конце военного, коммерческого или технического погружения. Риск острого кислородного отравления быстро возрастает при давлении более 0,6 бар (6 msw). Он широко использовался в дыхательных аппаратах водолазов и до сих пор используется боевыми пловцами. Нитрокс представляет собой смесь кислорода и воздуха и обычно относится к смесям, содержащим более 21 % кислорода. Его можно использовать в качестве инструмента для ускорения остановки декомпрессии в воде или для снижения риска декомпрессионной болезни и, таким образом, продления погружения (распространенное заблуждение заключается в том, что дайвер может погружаться глубже, это неверно из-за меньшей максимальной рабочей глубины, чем на обычном воздухе). Тримикс представляет собой смесь кислорода, азота и гелия и часто используется на глубине в техническом и коммерческом дайвинге вместо воздуха, чтобы уменьшить азотное отравление и избежать опасности кислородного отравления. Гелиокс представляет собой смесь кислорода и гелия и часто используется в глубокой фазе коммерческого дайвинга для устранения азотного отравления. Гелиэйр — это форма тримикса, которая легко смешивается из гелия и воздуха без использования чистого кислорода. Он всегда имеет соотношение кислорода к азоту 21:79; остаток смеси — гелий. Гидрелиокс представляет собой смесь кислорода, гелия и водорода и используется для погружений ниже 130 метров в коммерческом дайвинге. Гидрокс, газовая смесь водорода и кислорода, используется в качестве дыхательного газа при очень глубоких погружениях. Neox (также называемый neonox) представляет собой смесь кислорода и неона, иногда используемую в глубоководных коммерческих погружениях. Применяется редко из-за своей стоимости. Кроме того, симптомы DCS, вызванные неоном («neox bends»), имеют плохую репутацию, поскольку, как широко сообщается, они более серьезны, чем симптомы, вызванные аналогичным смешиванием кислорода с гелием.

+ Общепринятая цветовая кодировка баллонов с дыхательным газом в индустрии подводного плавания. Газ Символ Типичные цвета плеч Плечо баллона Четырехугольная верхняя рама/ конец клапана рамы Медицинский кислород O2 Белый Белый Смеси кислорода и гелия (Heliox) O2/He Коричневый и белый четверти или полосы Коричневые и белые короткие (8 дюймов (20 см)) чередующиеся полосы Смеси кислорода, гелия и азота (Trimix) O2/He/N2 Черный, белый и коричневый четверти или полосы Черные, белые и коричневые короткие (8 дюймов (20 см)) чередующиеся полосы Смеси кислорода и азота (Nitrox) включая воздух N2/O2 Черные и белые четверти или полосы Черные и белые короткие (8 дюймов (20 см)) чередующиеся полосы

Воздух для дыхания Воздух для дыхания — это атмосферный воздух со стандартом чистоты, подходящим для дыхания человека в указанном применении. При гипербарическом применении парциальное давление загрязняющих веществ увеличивается пропорционально абсолютному давлению и должно быть ограничено безопасным составом для глубины или диапазона давления, в котором оно должно использоваться.

Классификация по доле кислорода Дыхательные газы для дайвинга классифицируются по доле кислорода. Границы, установленные властями, могут незначительно отличаться, поскольку последствия постепенно меняются в зависимости от концентрации и организмов людей и не являются точно предсказуемыми. Нормоксический где содержание кислорода не сильно отличается от его содержания в воздухе и обеспечивает непрерывное безопасное использование при атмосферном давлении. Гипероксический, или обогащенный кислородом где содержание кислорода превышает атмосферный уровень, как правило, до уровня, при котором наблюдается некоторый измеримый физиологический эффект при длительном использовании, и иногда требуются специальные процедуры обращения из-за повышенной пожарной опасности. Сопутствующими рисками являются токсичность кислорода на глубине и пожар, особенно в дыхательном аппарате. Гипоксический где содержание кислорода меньше, чем в воздухе, как правило, в той мере, в какой существует значительный риск измеримого физиологического эффекта в краткосрочной перспективе. Непосредственным риском обычно является потеря трудоспособности из-за гипоксии на поверхности или вблизи нее.

Отдельные компоненты газов Дыхательные газы для дайвинга смешиваются из небольшого количества газов-компонентов, которые придают смеси особые характеристики, недоступные для атмосферного воздуха.

Кислород Кислород (O2) должен присутствовать в каждой дыхательной смеси. Это связано с тем, что он необходим для метаболического процесса человеческого организма, который поддерживает жизнь. Человеческий организм не может накапливать кислород для последующего использования, как это происходит с пищей. Если организм лишается кислорода более чем на несколько минут, это приводит к потере сознания и смерти. Ткани и органы в организме (особенно сердце и мозг) повреждаются, если они лишены кислорода в течение более чем четырёх минут.

Заполнение водолазного баллона чистым кислородом обходится примерно в пять раз дороже, чем заполнение его сжатым воздухом. Поскольку кислород поддерживает горение и вызывает ржавчину в водолазных баллонах, с ним следует обращаться с осторожностью, особенно при смешивании газов.

Кислород исторически получался путем фракционной перегонки жидкого воздуха, но все чаще его получают с помощью некриогенных технологий, таких как адсорбция с переменным давлением (PSA) и адсорбция с переменным вакуумом (VSA).

Доля кислородного компонента дыхательной газовой смеси иногда используется при наименовании смеси: гипоксические смеси, строго говоря, содержат менее 21 % кислорода, хотя часто используется граница в 16 %, и предназначены только для дыхания на глубине в качестве «донного газа», где более высокое давление увеличивает парциальное давление кислорода до безопасного уровня. Trimix, Heliox и Heliair — это газовые смеси, обычно используемые для гипоксических смесей и используемые в профессиональном и техническом дайвинге в качестве газов для глубокого дыхания. нормоксические смеси содержат ту же долю кислорода, что и воздух, 21 %. Максимальная рабочая глубина нормоксической смеси может достигать всего 47 метров (155 футов). Trimix с содержанием кислорода от 17 % до 21 % часто описывается как нормоксический, потому что он содержит достаточно высокую долю кислорода, чтобы можно было безопасно дышать на поверхности. гипероксические смеси содержат более 21 % кислорода. Обогащенный воздухом Nitrox (EANx) является типичной гипероксической дыхательной смесью. Гипероксические смеси по сравнению с воздухом вызывают кислородное отравление на небольших глубинах, но могут использоваться для сокращения декомпрессионных остановок за счет более быстрого вывода растворенных инертных газов из организма.

Доля кислорода определяет наибольшую глубину, на которой можно безопасно использовать смесь, чтобы избежать кислородного отравления. Эта глубина называется максимальной рабочей глубиной.

Концентрация кислорода в газовой смеси зависит от доли и давления смеси. Он выражается парциальным давлением кислорода (PO2).

Парциальное давление любого компонента газа в смеси рассчитывается как:

парциальное давление = общее абсолютное давление × объемная доля газового компонента

Для кислородного компонента,

PO2 = P × FO2 где: PO2 = парциальное давление кислорода P = общее давление FO2 = объемная доля содержания кислорода