In der Tauchindustrie wird die Leistung von Atemgeräten oft als Atemarbeit bezeichnet. In diesem Zusammenhang bedeutet dies im Allgemeinen die Arbeit eines durchschnittlichen einzelnen Atemzugs, der durch das angegebene Gerät unter bestimmten Bedingungen des Umgebungsdrucks, der Unterwasserumgebung, der Durchflussrate während des Atemzyklus und des Gasgemisches durchgeführt wird – Unterwassertaucher können sauerstoffreiches Atemgas einatmen, um das Risiko einer Dekompressionskrankheit zu verringern, oder heliumhaltige Gase, um narkotische Wirkungen zu verringern. Helium hat auch den Effekt, die Atemarbeit zu reduzieren, indem es die Dichte der Mischung verringert, obwohl die Viskosität von Helium fraktioniert größer ist als die von Stickstoff. Es gibt Normen für diese Bedingungen, und um nützliche Vergleiche zwischen Atemschutzgeräten anzustellen, müssen sie nach demselben Standard getestet werden.
Normen für die Prüfung von Unterwasser-Atemgeräten
- EN 250:2014. Atemschutzgeräte – In sich geschlossene Drucklufttauchgeräte mit offenem Kreislauf – Anforderungen, Prüfung, Kennzeichnung.
- EN 14143:2013. Atemschutzgeräte. In sich geschlossene wiederatmende Tauchgeräte
- EN 15333-1: 2008: 2009 – Atemschutzgeräte – Tauchgeräte mit offenem Stromkreis, die mit Nabelschnur versorgt werden – Teil 1: Nachfrage Apparat.
- BS 8547:2016 definiert Anforderungen für Bedarfsregler, die in Tiefen von mehr als 50 m verwendet werden.
Variationen und Verwaltung der Atemarbeitbearbeiten
Faktoren, die die Atemarbeit eines Unterwasseratemgeräts beeinflussen, umfassen Dichte und Viskosität des Gases, Durchflussraten, Crackdruck (die Druckdifferenz, die zum Öffnen des Bedarfsventils erforderlich ist) und Gegendruck über Auslassventilen.
Atemarbeit eines Tauchers hat eine physiologische Komponente sowie die Ausrüstungskomponente. bei einem gegebenen Atemgasgemisch nimmt die Dichte mit zunehmender Tiefe zu. Eine höhere Gasdichte erfordert mehr Aufwand, um das Gas beim Übergang zwischen Einatmung und Ausatmung zu beschleunigen. Um die Atemarbeit zu minimieren, kann die Strömungsgeschwindigkeit verringert werden, Dies verringert jedoch den RMV, es sei denn, die Atemtiefe wird erhöht, um dies auszugleichen. Langsames tiefes Atmen verbessert die Effizienz der Atmung durch Erhöhung des Gasumsatzes in den Alveolen, und die Anstrengung muss begrenzt sein, um dem Gastransfer zu entsprechen, der vom RMV möglich ist und über lange Zeiträume bequem aufrechterhalten werden kann. Ein Überschreiten dieser maximalen kontinuierlichen Anstrengung kann zu einer Kohlendioxidansammlung führen, die eine beschleunigte Atemfrequenz mit erhöhten Turbulenzen verursachen kann, was zu einer geringeren Effizienz, einem verringerten RMV und einer höheren Atemarbeit in einer positiven Rückkopplungsschleife führt. In extremen Tiefen kann dies bereits bei relativ geringer Anstrengung auftreten, und es kann schwierig oder unmöglich sein, den Zyklus zu unterbrechen. Der daraus resultierende Stress kann zu Panik führen, da die Wahrnehmung einer unzureichenden Gasversorgung aufgrund von Kohlendioxidansammlungen besteht, obwohl die Sauerstoffversorgung ausreichend sein kann.
Eine negative statische Lungenbelastung erhöht die Atemarbeit und kann in Abhängigkeit von der relativen Tiefe der Reglermembran zu den Lungen in Geräten mit offenem Kreislauf und der relativen Tiefe der Gegenmembran zu den Lungen in einem Rebreather variieren.
Die Gasdichte bei Umgebungsdruck ist ein begrenzender Faktor für die Fähigkeit eines Tauchers, Kohlendioxid in der Tiefe für eine bestimmte Atemarbeit effektiv zu eliminieren. Bei erhöhtem Umgebungsdruck bewirkt die erhöhte Atemgasdichte einen größeren Atemwegswiderstand. Maximale Übungsbelüftung und maximale freiwillige Belüftung werden als Funktion der Dichte reduziert, die für ein gegebenes Gasgemisch proportional zum Druck ist. Die maximale freiwillige Belüftung wird durch eine Quadratwurzelfunktion der Gasdichte angenähert. Die Ausatmungsströmungsrate ist durch eine unabhängige turbulente Strömung begrenzt. Sobald dies geschieht, sind weitere Versuche, die Durchflussrate zu erhöhen, aktiv kontraproduktiv und tragen zur weiteren Ansammlung von Kohlendioxid bei. Die Auswirkungen einer negativen statischen Lungenlast werden durch eine erhöhte Gasdichte verstärkt.Um das Risiko einer Hyperkapnie zu verringern, können Taucher ein Atemmuster annehmen, das langsamer und tiefer als normal und nicht schnell und flach ist, da dies einen maximalen Gasaustausch pro Krafteinheit ermöglicht, indem Turbulenzen und Totraumeffekte minimiert werden.
Kohlendioxidretention und -toxizitätbearbeiten
Kohlendioxid ist ein Produkt des Zellstoffwechsels, das beim Atmen durch Gasaustausch in der Lunge ausgeschieden wird. Die Produktionsrate ist mit Anstrengung variabel, aber es gibt ein grundlegendes Minimum. Wenn die Eliminationsrate geringer ist als die Produktionsrate, steigen die Spiegel an und verursachen Toxizitätssymptome wie Kopfschmerzen, Atemnot und geistige Beeinträchtigung, schließlich Bewusstlosigkeit, die zum Ertrinken führen kann. Beim Tauchen gibt es Faktoren, die die Kohlendioxidproduktion (Anstrengung) erhöhen, und Faktoren, die die Ausscheidung beeinträchtigen können, was Taucher besonders anfällig für Kohlendioxidtoxizität macht.Sauerstoff wird verbraucht und Kohlendioxid wird in den gleichen Mengen unter Wasser wie an der Oberfläche für die gleiche Menge an Arbeit produziert, aber das Atmen erfordert Arbeit, und die Arbeit des Atmens kann unter Wasser viel größer sein, und die Arbeit des Atmens ist ähnlich wie andere Formen der Arbeit bei der Produktion von Kohlendioxid.
Die Fähigkeit eines Tauchers, auf eine Zunahme der Atemarbeit zu reagieren, ist begrenzt. Mit zunehmender Atemarbeit erhöht das zusätzliche Kohlendioxid, das bei dieser Arbeit entsteht, die Notwendigkeit einer höheren Eliminationsrate, die proportional zur Belüftung ist, im Falle von vernachlässigbarem Kohlendioxid in der eingeatmeten Luft.Die Kohlendioxidproduktion durch das Gewebe ist eine einfache Funktion des Gewebestoffwechsels und des Sauerstoffverbrauchs. Je mehr Arbeit in einem Gewebe geleistet wird, desto mehr Sauerstoff wird verbraucht und desto mehr Kohlendioxid wird produziert. Die Kohlendioxidentfernung in den Alveolen hängt vom Partialdruckgradienten für die Kohlendioxiddiffusion zwischen Blut und Alveolargas ab. Dieser Gradient wird aufrechterhalten, indem Kohlendioxid während des Atmens aus den Alveolen gespült wird, was davon abhängt, dass Luft in den Alveolen durch mehr Kohlendioxid durch Luft mit weniger Kohlendioxid ersetzt wird. Je mehr Luft während des Atmens in die Alveolen ein- und ausströmt, desto mehr Kohlendioxid wird ausgespült und desto größer ist der Druckgradient zwischen dem venösen Blut und dem Alveolargas, das die Kohlendioxiddiffusion aus dem Blut antreibt. Die Aufrechterhaltung der korrekten Kohlendioxidwerte hängt entscheidend von einer ausreichenden Lungenventilation ab, und es gibt mehrere Aspekte des Tauchens, die eine ausreichende Belüftung der Lunge beeinträchtigen können.
Messung der Leistung von Unterwasser-Atemschutzgerätebearbeiten
Die ANSTI-Maschine wird zum automatisierten Testen von Unterwasser-Atemschutzgeräten verwendet.