sukellusteollisuudessa hengityslaitteen suorituskykyä kutsutaan usein hengitystyöksi. Tässä yhteydessä sillä tarkoitetaan yleensä tietyn laitteen läpi otetun keskimääräisen yksittäisen hengityksen työtä tietyissä olosuhteissa, joissa Ilmanpaine, vedenalainen ympäristö, virtausnopeus hengitysjakson aikana ja kaasuseos – vedenalaiset sukeltajat voivat hengittää hapekasta hengityskaasua dekompressiosairauden riskin vähentämiseksi tai heliumia sisältäviä kaasuja narkoottisten vaikutusten vähentämiseksi. Helium vähentää myös hengitystyötä vähentämällä seoksen tiheyttä, joskin heliumin viskositeetti on murto-osan verran suurempi kuin typen. Näille olosuhteille on olemassa standardit, ja jotta hengityslaitteita voitaisiin vertailla hyödyllisesti, ne on testattava saman standardin mukaisesti.
vedenalaisten hengityslaitteiden testausstandardit
- EN 250:2014. Hengityslaitteet-avoimen piirin itsenäinen paineilmasukelluslaite-vaatimukset, testaus, merkintä.
- Fi 14143: 2013. Hengityslaitteet. Itsenäinen uudelleenhengityssukelluslaite
- EN 15333 -1: 2008 COR 2009-Hengityslaitteet-avoimen kierron Umbilical Supply Compressed Gas Diving Device-Part 1: Kysyntälaitteet.
- BS 8547:2016 määrittelee vaatimukset yli 50 m syvyyksissä käytettäville kulutussäätimille.
hengitysmittareiden muutokset ja työn hallinta
vedenalaisen hengityslaitteen hengitystyöhön vaikuttavia tekijöitä ovat kaasun tiheys ja viskositeetti, virtausnopeudet, halkeilupaine (kysyntäventtiilin avaamiseen tarvittava paine-ero) ja pakoventtiilien vastapaine.
sukeltajan hengitystyöllä on välinekomponentin lisäksi fysiologinen komponentti. tietyn hengityskaasuseoksen tiheys kasvaa syvyyden kasvaessa. Suurempi kaasutiheys vaatii enemmän ponnisteluja kaasun nopeuttamiseksi sisäänhengityksen ja uloshengityksen välillä. Hengityksen työn minimoimiseksi virtausnopeutta voidaan pienentää, mutta tämä vähentää RMV: tä, ellei hengityksen syvyyttä lisätä kompensoimiseksi. Hidas syvä hengitys parantaa hengityksen tehokkuutta lisäämällä kaasun kiertoa keuhkorakkuloissa, ja rasitus on rajoitettava vastaamaan RMV: stä mahdollista kaasun siirtoa, jota voidaan mukavasti ylläpitää pitkiäkin aikoja. Tämän suurimman jatkuvan rasituksen ylittäminen voi johtaa hiilidioksidin kertymiseen, mikä voi aiheuttaa kiihtynyttä hengitysnopeutta ja lisääntynyttä turbulenssia, mikä johtaa alhaisempaan tehokkuuteen, alentuneeseen RMV: hen ja korkeampaan hengitystyöhön positiivisessa takaisinkytkennässä. Äärimmäisissä syvyyksissä tämä voi tapahtua jopa suhteellisen alhaisilla rasitustasoilla, ja kierron katkaiseminen voi olla vaikeaa tai mahdotonta. Tuloksena stressi voi aiheuttaa paniikkia, koska käsitys on riittämätön kaasun saanti johtuu hiilidioksidin kertyminen vaikka hapetus voi olla riittävä.
negatiivinen staattinen keuhkojen kuormitus lisää hengitystyötä ja voi vaihdella sen mukaan, mikä on avoimen piirin laitteissa säätökalvon suhteellinen syvyys keuhkoihin ja rebreatherissa keuhkoihin kohdistuvan vastakuormituksen suhteellinen syvyys.
kaasun tiheys ympäristön paineessa on rajoittava tekijä sukeltajan kyvylle poistaa tehokkaasti hiilidioksidia syvyydestä tiettyä hengitystyötä varten. Kohonneessa ilmanpaineessa lisääntynyt hengityskaasun tiheys aiheuttaa suurempaa hengitysteiden vastusta. Suurin harjoitustuuletus ja suurin vapaaehtoinen ilmanvaihto pienenevät tiheyden funktiona, joka tietyn kaasuseoksen osalta on verrannollinen paineeseen. Suurin vapaaehtoinen ilmanvaihto approksimoidaan kaasun tiheyden neliöjuurifunktiolla. Uloshengityksen virtausnopeutta rajoittaa ponnistuksesta riippumaton turbulenttinen virtaus. Kun tämä tapahtuu, yritykset lisätä virtausnopeutta ovat aktiivisesti haitallisia ja edistävät hiilidioksidin kertymistä. Negatiivisen staattisen keuhkojen kuormituksen vaikutuksia vahvistaa lisääntynyt kaasun tiheys.
hyperkapnian riskin vähentämiseksi sukeltajat voivat omaksua normaalia hitaamman ja syvemmän hengitystavan pikemmin kuin nopean ja matalan, koska näin saadaan suurin mahdollinen kaasunvaihto ponnistusyksikköä kohti minimoimalla turbulenssi ja kuolleen tilan vaikutukset.
hiilidioksidin retentio ja toksisuusedit
hiilidioksidi on solujen aineenvaihdunnan tuote, joka eliminoituu kaasunvaihdolla keuhkoissa hengityksen aikana. Tuotantonopeus vaihtelee rasituksessa, mutta on olemassa perusminimi. Jos poistumisnopeus on pienempi kuin tuotantonopeus, tasot nousevat, ja tuottavat myrkytysoireita, kuten päänsärkyä, hengenahdistusta ja kehitysvammaisuutta, lopulta tajunnan menetystä, joka voi johtaa hukkumiseen. Sukelluksessa on tekijöitä, jotka lisäävät hiilidioksidin tuotantoa (rasituksessa), ja tekijöitä, jotka voivat heikentää eliminaatiota, mikä tekee sukeltajista erityisen alttiita hiilidioksidin myrkyllisyydelle.
happea kuluu ja hiilidioksidia tuotetaan saman verran veden alla kuin pinnalla saman verran työtä, mutta hengittäminen vaatii työtä, ja hengitystyö voi olla paljon suurempaa veden alla, ja hengitystyö muistuttaa muita työn muotoja hiilidioksidin tuotannossa.
sukeltajan kyky reagoida hengitystyön lisääntymiseen on rajallinen. Kun hengitystyö lisääntyy, tämän työn tuottama ylimääräinen hiilidioksidi lisää tarvetta suuremmalle poistumisnopeudelle, joka on verrannollinen ilmanvaihtoon, jos henkeytetyssä ilmassa on vähäpätöistä hiilidioksidia.
kudosten tuottama hiilidioksidi on kudoksen aineenvaihdunnan ja hapenkulutuksen yksinkertainen funktio. Mitä enemmän kudoksessa tehdään työtä, sitä enemmän kuluu happea ja sitä enemmän syntyy hiilidioksidia. Hiilidioksidin poistuminen keuhkorakkuloista riippuu veren ja keuhkorakkulakaasun välisen hiilidioksidin diffuusion osapainegradientista. Tämä gradientti pysyy yllä huuhtelemalla hiilidioksidia ulos keuhkorakkuloista hengityksen aikana, mikä riippuu keuhkorakkuloissa olevan ilman korvaamisesta enemmän hiilidioksidilla ilmalla, jossa on vähemmän hiilidioksidia. Mitä enemmän ilmaa siirtyi sisään ja ulos keuhkorakkuloista hengityksen aikana, sitä enemmän hiilidioksidia huuhtoutuu ulos ja sitä suurempi on painegradientti laskimoveren ja keuhkorakkuloiden kaasun välillä, joka ajaa hiilidioksididiffuusiota verestä. Oikean hiilidioksidipitoisuuden ylläpito riippuu ratkaisevasti keuhkojen riittävästä ilmanvaihdosta, ja sukeltamisessa on useita näkökohtia, jotka voivat häiritä keuhkojen riittävää ilmanvaihtoa.
vedenalaisten hengityslaitteiden suorituskyvyn mittaus
Anssin konetta käytetään vedenalaisten hengityslaitteiden automaattiseen testaukseen.