潜水是一门科学 之 氧气(二)

(本文仅代表作者本人观点,并不代表其观点能够保护读者在潜水时的安全。读者在具体计划、执行潜水过程中,应该严格依照自身所接受教育和训练标准,任何参照本文或作者相关观点采取的行动而导致的风险和损失,应由读者自行承担。)豆腐:“你知道吸纯氧也能吸死人嘛?”

红牛:“知道呀,医院吸纯氧都要计时的”

豆腐:“……你怎么什么都知道,木成就感”

 

前面说到,人体可以长时间耐受的氧分压上限在0.5,而不是CNS限定的1.3。即使是在地面上,持续呼吸纯氧超过24小时以上,也可能会导致肺部伤害,最后发展到呼吸衰竭和死亡。长时间呼吸氧分压超过0.5的气体,除了呼吸功能损伤外,还可能会出现视力受损和所谓draeger ear(即中耳内压过低造成疼痛,目前认为是中耳内部高浓度的氧气被身体吸收,造成耳膜内压力低于耳膜外)的症状,所以这一类型的毒性可能称为“全身性中毒”(whole body toxicity)更合适。

 

插播:

为什么用0.5?因为实验表明持续两周呼吸0.5 ATA 的氧分压不会造成任何肺部伤害。饱和潜水长达一两个星期的减压过程中,氧分压会保持在0.48 ATA,就是这个原因。

 

为了避免这些症状的出现,美国海军潜水手册限定单次潜水时间不得超过4小时。NEDU(Navy Experimental Diving Unit)在2005年进行了氧分压1.35下单次潜水6小时的实验,发现有33%的人出现轻微肺部症状(e.g.胸痛),4%出现中等肺部症状,6%的人出现可以测量到的呼吸能力损伤(i.e., 肺活量下降)。在连续两天进行六小时潜水后,23%的人出现中耳症状;在连续五天进行六小时潜水后,有三个人出现明显的视力损伤,症状持续四天以上。

 

NEDU还有一个很二的试验,和前面一集里提到过的80%氧气减压有点关系:氧分压1.35下单次潜水8小时,一组人呼吸纯氧,一组人呼吸84%的氧气。结论是:对肺型中毒的效果没有区别。

 

说实话,绝大部分普通潜水员,包括很多所谓的“技术潜水员”,根本就不会每天持续进行4-6小时以上、氧分压持续超过1.3的潜水。所以如果有人和你说,哎哟我连续潜了一个星期高氧感觉肺受伤了,你也只要“呵呵”就可以了。当然,据小道消息透露,某某和某某在某些潜水结束的时候,确实会明显地喘不上气儿,而且要休息好几天才能恢复,但人家的曲线是这样的:

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(图片来自Dive Logistics of the Turner to Wakulla Cave Traverse, Dawn N.Kernagis, Casey McKinlay, Todd Kincaid,你没看错,时间轴是小时。)

虽说我们还够不上肺型氧中毒的水准,但是……人如果没有理想,和一条咸鱼有什么区别嘛~~所以肺型中毒的预防和计算,在大深度技术潜水和CCR潜水中还是要教的。

 

为了计算和预测水下居住舱人员长时间曝露在较高氧分压中导致的毒性,宾夕法尼亚大学环境医学所的Christian J Lambertsen最早提出了UPTD (unit of pulmonary toxic dose)的概念——在一个大气压的氧分压下一分钟就是一个单位(UPTD)——并被沿用至今。他观察了UPTD和肺活量下降的关系,画出了如下图形(对,1970年的学术杂志还接受手绘图!)

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(图片来自:A Quantitative Method for Calculating Cumulative Pulmonary ToxicityDose Use of the UPTD, H. Bardin & C. J. Lambersten 1970)

 

这张图看不懂没关系,下面这个更贴近实际应用:

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(图片来自:A Quantitative Method for Calculating Cumulative Pulmonary ToxicityDose Use of the UPTD, H. Bardin & C. J. Lambersten 1970)

 

你可以看到,在氧分压2.0的情况下,呼吸5小时,就有超过10%的人肺活量下降,10小时左右,就有90%的人肺活量下降。

他的研究主要是基于单次长时间曝露,完全没有考虑中间加入低氧分压气体对机体进行恢复。而且这个系统的最大问题是:水下居住舱中的人员到达UPTD限值后,必须离开居住舱,回到地面。

 

Bill Hamilton在Lambersten研究的基础上,综合多次试验以及商业潜水的经验,探讨多次长时间曝露的积累限值,最后为 NOAA定出了REPEX(repetitive exposure)标准,UPTD也更名为OTU (oxygen toxicity unit)。下面这张表格就是迄今各种水下居住舱以及技术潜水组织所采用的OTU每日上限值,你可以看到,只要每日上限控制在300,就可以无休止地一直呆下去。

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(图片来自:Bill Hamilton 1991, Tolerating exposure to high oxygen levels: Repexand other methods.)

 

插播:

民间传说:850是怎么来的?其实本来上限是1440分钟,也就是持续呼吸纯氧24小时的时间。但是既然潜水嘛,一定要预留减压病治疗所需的氧气曝露值,所以从中减去大约600 OTU,变成850分钟。下图是最为常用的美国海军治疗表格 US Navy TT6,总OTU为645。其中绿色部分为氧气曝露时间,蓝色部分为前面提到过的air break。5

 

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文末

最后编辑于:2016/11/29作者: Denovo

2009年开始潜水,现为GUE技术+洞穴潜水员,TDI进阶沉船潜水员,IANTD循环呼吸器混合气体潜水员,PADI开放水域潜水教练。

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