军事评论

呼吸设备。 呼吸生理学

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照片:mil.ru


由于我没有在网站上找到有关自主呼吸系统的出版物,我决定稍微填补这个空白。

我将尽量避免描述特定设备的设计并给出一些数字。 本文的目的是回顾设备的一般原理及其创建的先决条件。

同时,在描述这些设备在人体中发生的过程时,也不能不引用一些数字。 出于同样的原因,有必要稍微接触一下人类呼吸的生理学。

基本上,当然,这将是一篇关于用于水下呼吸的设备的文章。 也就是说,随着外部压力的增加。 仅仅因为常压或减压呼吸器是水下航行器的简化版本。

出于同样的原因,我们将主要考虑水下潜水爱好者使用的设备。 完全适合业余爱好者,因为专业潜水员使用简单的开路设备,辅助设备确保他们达到大深度和潜水时间。 如下降车、压力室、特殊生理学家、支援小组等。

在这里,我将谈到压力增加对人体的影响问题,因为如果没有这一点,就很难解释呼吸器的一些设计特征,以及其中使用的气体混合物的成分。

一些缩写以减少文本中的字符数。

惰性气体是一种不参与体内化学过程的气体。

分压是包含在气体混合物中的气体压力的绝对值。 它通常与气体混合物的压力值一起表示。 计量单位是 ata。 1 ata = 1 个海平面大气压。

生理


所以,有点生理学。

呼吸的目的是用氧气使血液饱和,这对于确保身体的生理过程并从中去除二氧化碳是必不可少的,二氧化碳是这些过程的结果。

为了在人体内进行这种气体交换,提供了一个特殊的器官——肺。

肺的内表面衬有肺泡细胞。 通过这些细胞的膜,血液(溶解在其中的二氧化碳)进入肺中的空气,以及氧气从空气到血液的转变。

这里应该注意的是,肺泡气体交换是在血液中气体和肺部呼吸混合物中气体分压不同的条件下发生的。

也就是说,将空气作为呼吸混合物:0,79 atm 的氮气和 0,21 atm 的氧气(为了简化演示),肺泡另一侧的静脉血含有 0,06 atm 的氧气、0,059 atm 的二氧化碳和 0,78 atm 的 ATA氮气,作为气体交换的结果,我们获得含有 0,125 ATA 氧气、0,052 ATA 二氧化碳和相同 0,78 ATA 氮气的动脉血。

因此,从肺部呼出的 0,79 个大气压的氮气、0,17 个大气压的氧气和 0,04 个大气压的二氧化碳的气体的成分也会发生变化。

因此,在这种气体交换中,氮气是一种惰性气体,因为它在吸入和呼出的混合物中的量是相同的。 还有一个事实,即人体只能从空气中吸收 4% 的氧气。 这对于理解创建闭环呼吸器的先决条件很重要。

由于肺是一种位于体内的容器,必须保证气体循环,才能保证持续的气体交换。 也就是说,肺必须改变它们的体积。 增加——吸气——减少——呼气。 身体中有 2 个主要肌肉群对此负责:膜和外部肋间肌。

在这里,我想指出一个生理特征。

负责呼吸的受体,即诱导人吸气的受体,不会对血液中的氧气不足做出反应,而是对二氧化碳过多做出反应。 这是非常重要的一点。

事实上,即使血液中有足够的氧气供生命使用,一个人也会因二氧化碳浓度增加而窒息。 例如,以 100% 的氮气作为呼吸混合物,一个人会在不明白原因的情况下死去。

这很简单。

通过肺部循环的氮将清除血液中的二氧化碳。 但是氧气不会流入血液,人会死,之前因为缺氧而失去知觉。

因此,呼吸装置的任务是将可呼吸的混合物输送到肺部并从肺部排出废气。

在这种情况下,呼吸系统入口处的气体压力必须大致相当于环境压力。 事实上,如果压力非常高,则存在对呼吸系统造成损害的风险,这与如果以超过爆破强度的压力将气体供应到气球中的气球爆炸一样。

如果压力太低,那么负责呼吸的肌肉就无法产生用气体填充肺部所需的真空。 这就是为什么没有人制造长呼吸管的原因。

事实上,如果一个人在水深 1 米处,试图通过这样的管子吸气,那么他的肺将不得不克服 1/10 ata 的压力。 而这一刻,导致了两级呼吸器的出现。

而且,正是由于我们的肺部有限,就像一种泵,无论我们的蹦床鉴赏家和 Roscosmos 的负责人展示了什么,液体呼吸几乎是不可能的。

这结束了生理学并直接进入仪器。

仪器


目前,使用最广泛的呼吸器可分为两大类。

1. 开环设备,依次分为:

a) 单级;

b) 两阶段。

2. 封闭式装置。

在与编辑讨论的过程中,我决定完全不对封闭设备进行分类,因为几乎每个设备都有自己的特点。 因此,我将只给出第二组的主要或最常用的设备类型。

a) 带主动供气的半封闭装置(主动半封闭循环呼吸器 - ASCR);

b) 被动供气的半封闭装置(被动半封闭循环呼吸器 - PSCR);

c) 带有电子控制气体供应的封闭装置(电子闭环循环呼吸器 - ECCR)。

在此提及还有另一种类型的装置 - 手动闭环循环呼吸器 (MCCR) 是恰当的,但我不想将其单独作为一种单独的类型。 当我写电子设备时,我会解释为什么。

所以这是第一部分。

如果有人对这个话题感兴趣,那么就会有一个延续......
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46 评论
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亲爱的读者,您必须对出版物发表评论 授权.
  1. 克里斯托弗
    克里斯托弗 22十一月2021 18:30
    +12
    仍然提供信息
    1. 亚历克斯·内姆_2
      亚历克斯·内姆_2 22十一月2021 18:41
      +12
      取笑并搬出......太有趣了,谢谢!
      1. 克罗
        克罗 22十一月2021 20:25
        +16
        而且不要说在最有趣的地方!
        如果有人对这个话题感兴趣,那么就会有一个延续......
        作者!“我要求继续宴会!” ©
        1. 达乌尔
          达乌尔 23十一月2021 05:35
          +4
          作者!“我要求继续宴会!” ©

          订阅! 我也要求... 而且,大多数技术人员甚至无法发表评论。 想到的最大值是门捷列夫-克利佩龙方程。 还有一些从学校解剖学中模糊的东西,在课程中他们更多地盯着女孩的大腿。 士兵
          所以,贴上鲨鱼的鳃制作“鱼鳔”在原则上是不可能的,或者只是很难?
    2. 棕色
      棕色 22十一月2021 20:45
      +7
      使用设备 R-30 和 R-34。 Droeger 做到了,开发仍然是战前的。 然后他们采纳了我们的经验并开始这样做。 作为排长,我在 VGNG 中使用该设备工作了 7 年。 正确呼吸,走路、上楼或下楼。 闭环装置。 这种发展被“战斗游泳者”使用。 甚至有一个诡计,乌克兰斯佩纳兹取消了练习,化学吸收剂没有交付
  2. 亚历克斯
    亚历克斯 22十一月2021 18:51
    +5
    所有油轮都在轻型潜水训练、水力模拟器和水下驾驶中使用 IP-5。 这是一个闭环装置。
  3. Harry.km
    Harry.km 22十一月2021 19:08
    +6
    也正是因为我们肺的局限性,就像一种泵,液体呼吸几乎是不可能的(c)

    如果不是液体(在何处以及以何种方式比普通气体交换更有利可图?),但是通过 ECMO 型设备进行血液充氧? 甚至不需要呼吸……复杂度上,绝对比液体容易。 没有必要像腊肠犬一样淹死潜水员。 我们将它连接到静脉和动脉上的端口,然后向前,连接到任何深度……或者人类生理有什么问题?
    1. 有礼貌的麋鹿
      有礼貌的麋鹿 22十一月2021 21:35
      +5
      Quote:哈利.km
      还是与人体生理存在某种不相容?

      1.肺还是得用什么东西充气。 而这种东西(例如,惰性气体)必须处于压力之下,与外界相称。 否则会压坏。 而这种提升会导致血液中这种气体的溶解和减压的需要。 为什么他们记得这种液体是一种肺部填充物,因为它是不可压缩的。
      2. 创建一个可靠的“端口”将您提到的设备连接到静脉和动脉的可能性有多大,这将使潜水员能够在相当大的深度安全地进行主动运动,甚至更适合进行战斗或类似的操作而不会有破坏连接完整性的风险?
      3.系统必须是绝对无菌的。 连接和断开设备与身体的现场条件并不明确。

      我们总有一天可以解决这些和其他技术问题,但不是今天。 hi
      1. Harry.km
        Harry.km 23十一月2021 00:57
        +3
        Quote:礼貌的麋鹿
        这些和其他技术问题

        技术问题严重是可以理解的。 直到现在,在医学中,尽管此类设备的效率非常高,但由于连接、无菌和其他相关问题,它们的使用受到限制。 但我认为这种设备的有效性远高于肺部的“液体”。 想象一下,例如,结果不是像医学那样带出“端口”,而是例如在后部区域......好吧,或者在其他地方,它们将受到保护。 不孕不育,同一个东西不是绝对的,但是现在各种导管都在用,比如透析。

        但这的生理学很有趣......
        Quote:礼貌的麋鹿
        肺部仍然需要用某种东西充气。


        做什么的? ECMO 设备取代了人肺。 某种在压力下带有少量惰性气体的面罩,以便您在突然想要条件反射地“呼吸”时使用。 即便如此,据我所知,如果受体会受到刺激。 而且如果血液中CO2和O2的含量是最佳的,那么你就不想呼吸了))

        这当然是出声思考,但我想知道是否在进行或进行这个方向的研究,那有什么问题呢? 技术上不可能还是生理上的不可逾越?
        1. 有礼貌的麋鹿
          有礼貌的麋鹿 23十一月2021 07:06
          +1
          Quote:哈利.km
          做什么的? ECMO 设备取代了人肺。

          肺是一个气腔,当它浸入一定深度时,会受到外部压力的压缩。 1个大气压。 每 10 m. 深度。 如果它们不充满压力接近外部压力的气体,它们将被简单地压碎。 如果你填充它,气体会溶解在血液中(我不认为气体会如何通过非收缩肺溶解,但我相信它会)。 如果我们谈论潜水到很深的地方(否则在花园里围栏是没有意义的),那么我们仍然需要在上升时进行长时间的减压。 所以深海潜水的主要问题不是停止呼吸的需要,而是安全上升的可能性。 hi
          1. Aviator_
            Aviator_ 24十一月2021 08:14
            +1
            如果它们不充满压力接近外部压力的气体,它们将被简单地压碎。

            当然有问题,但是自由潜水员的潜水记录超过100米,肺是一个相当有弹性的器官。
            1. 有礼貌的麋鹿
              有礼貌的麋鹿 24十一月2021 08:28
              +1
              我部分同意你的看法。 在短时间内和达到一定深度限制时,您不能过多地打扰肺部。 但是对于大深度和长时间的潜水,您仍然需要寻找某种解决方案。 hi
  4. 丧钟守望者
    丧钟守望者 22十一月2021 19:36
    +7
    一个非常有趣的开始和很多有趣的信息! 作者为你“+”,我等续)
    关于电腮的P/s你会写吗?
  5. Leha667
    Leha667 22十一月2021 19:40
    +7
    好文章!
    我们正在等待与我们陆军和海军服役的设备有关的延续。
  6. Cheerock
    Cheerock 22十一月2021 19:50
    +7
    继续,亲爱的唐! hi
  7. 75谢尔盖
    75谢尔盖 22十一月2021 19:57
    +6
    再次,在最有趣的地方!
  8. 莱普西克
    莱普西克 22十一月2021 19:57
    +5
    ---- 作为一种泵,液体呼吸几乎是不可能的

    据我了解,这位伟大的 Roscosmos 专家在学校错过了逻辑。
  9. KSVK
    22十一月2021 20:05
    +11
    Quote:aleks尼姆_2
    取笑并搬出......太有趣了,谢谢!

    唉,怎么马上就搬出去了。 OC 几乎准备好了。 原来,虽然出乎意料的很多字母。 我会咨询版主,也许我们会分享。
    1. PDR-791
      PDR-791 23十一月2021 06:25
      +3
      Quote:KSVK
      原来,虽然出乎意料的很多字母。

      更好地分享。 即使是一头大大象,也应该切成小块吃。 而且你可能不得不翻阅文献或网络来澄清一些事情。
  10. archi.sailor
    archi.sailor 22十一月2021 20:07
    +7
    而且什么时候会有续集? 非常翔实的话题
  11. 尼古拉耶维奇一世
    尼古拉耶维奇一世 22十一月2021 20:11
    +10
    作者很棒! 他徘徊在处女地并决定留在那里……如果是这样,他会做正确的事! 还没有人真正“深耕”过这个话题! 我只是想象中的“鳞片”,就像呼吸“卡在甲状腺肿”一样! “水生环境”中的苏美尔特种部队如何使用充气的酒袋……XNUMX-XNUMX 世纪的潜水员如何呼吸……为什么潜水装备只出现在四十年代,而在他们之前他们使用氧气装置……等等!
  12. KSVK
    22十一月2021 20:12
    +9
    Quote:哈利.km

    如果不是液体(在何处以及以何种方式比普通的气体交换更有利可图?)


    你听说过 DCS 吗? 通过液体呼吸,DCS 将成为过去。 剩下的就是弄清楚如何实现它。 什么 稍后我将尝试解释所有内容。

    Quote:哈利.km

    ,以及通过 ECMO 型设备进行的血液氧合? 甚至不需要呼吸……复杂度上,绝对比液体容易。 没有必要像腊肠犬一样淹死潜水员。 我们将它连接到静脉和动脉上的端口,然后向前,连接到任何深度……或者人类生理有什么问题?


    我不是一个特殊的生理学家,我不能说没有呼吸如何运作......在我看来,上述设备下的患者至少是无意识的。 好吧,这样的设备不太可能装入可穿戴的“背包”。 我已经对电池保持沉默...... wassat
    1. Harry.km
      Harry.km 23十一月2021 01:13
      +1
      Quote:KSVK
      通过液体呼吸,DCS 将成为过去。


      气体进入血液的方式有什么不同? 我什至认为,如果不是通过肺泡,而是在某种装置 (ECMO) 中使血液充满气体,那么在血液沸腾时也可以选择从血液中去除气体。 让不是立即,而是比身体会做的更快。
    2. Harry.km
      Harry.km 23十一月2021 01:17
      +2
      Quote:KSVK
      在我看来,上述设备下的患者至少是昏迷的。


      不......现在ECMO设备也用于有意识的人......它们昂贵且非常笨重,但这些都是技术。 如果没有根本的生理限制,那么说不定他们会得出这样的方法?
    3. ja-ja-大众
      ja-ja-大众 23十一月2021 11:28
      +2
      1. 呼吸用液体粘稠,二氧化碳排出能力差,需要强制“换气”(不知道叫什么)
  13. KSVK
    22十一月2021 20:18
    +9
    引用: 丧钟守望者之心
    一个非常有趣的开始和很多有趣的信息! 作者为你“+”,我等续)


    谢谢! 显然,主持人并没有误会这个话题会很有趣。

    引用: 丧钟守望者之心

    关于电腮的P/s你会写吗?


    我会尽力回答所有问题。 当然,尽我所能。 但首先,我仍然计划完成我宣布的内容。 我认为很多问题会自行消失。 欺负
  14. TermiNahTer
    TermiNahTer 22十一月2021 20:23
    +8
    这篇文章很有趣,虽然有点长。 黑海舰队潜水员学校的见习官向我们解释得更快,也更容易接近。
  15. KSVK
    22十一月2021 20:33
    +10
    Quote:TermNachTER
    这篇文章很有趣,虽然有点长。 黑海舰队潜水员学校的见习官向我们解释得更快,也更容易接近。

    见习官有没有向你解释为什么苏联海军允许 PPO2 3 ata? 扎绳
    但说真的,这篇文章仍然是为广大读者准备的。 而且,交给我,并不是每个人都接受过潜水训练。 hi
    1. 军团士兵
      军团士兵 22十一月2021 23:15
      +3
      准尉解释道。 但他们使用了海军 PVS 采用的术语。 并且还有其他名称用于分压和其他压力测量单位)。 事实上,纯 O2 可以在高达 20 米的 IDA 中呼吸。 但氧中毒的风险非常高。
  16. archi.sailor
    archi.sailor 22十一月2021 20:42
    +2
    亲爱的作者,您能否评论以下内容:“见习官 A 有没有向您解释为什么苏联海军允许 PPO2 3 ata?” PPO2 的价值是多少?
  17. Aleks2048
    Aleks2048 22十一月2021 21:00
    +5
    真的很好奇。 继续是必要的。
  18. hohol95
    hohol95 22十一月2021 21:37
    +2
    读这篇文章让我想起了罗伯特·海因莱因的小说“我有宇航服——我准备好去旅行了。”
    在其中,主角参加测验并获得使用过的宇航服作为奖品!
    而他决定将其恢复到适合在太空中使用的状态!
    它还描述了他如何为他的宇航服气球找到最佳空气混合物!
  19. KSVK
    22十一月2021 22:57
    +1
    Quote:archi.sailor
    亲爱的作者,您能否评论以下内容:“见习官 A 有没有向您解释为什么苏联海军允许 PPO2 3 ata?” PPO2 的价值是多少?

    最大允许氧分压。 对不起。 潜水过去,他的母亲…… 感觉
    1. PDR-791
      PDR-791 23十一月2021 06:30
      +1
      Quote:KSVK
      对不起。 潜水过去,他的母亲……

      确切地。 我的意思也是。 我还明白,因为它也是“与过去”,但我怀疑如果有“丛林”,那我还是要澄清一下
  20. Reklastik
    Reklastik 22十一月2021 22:59
    +2
    嘿嘿嘿,作者你怎么突然断了! 当然有趣!
  21. 兹拉德
    兹拉德 22十一月2021 23:16
    +1
    但是有趣。
  22. KSVK
    23十一月2021 00:21
    +2
    引用:Legionista
    准尉解释道。 但他们使用了海军 PVS 采用的术语。


    老实说,我没有研究过这份文件。 此外,他没有在实践中应用其中指出的限制。 我想成为一名老潜水员。 我不想勇敢

    引用:Legionista

    并且还有其他名称用于分压和其他压力测量单位)。


    真的是毫米汞柱吗? 扎绳
    1. 阿格
      阿格 23十一月2021 03:54
      +4
      “……我想成为一名老潜水员。我不想勇敢……”
      或许,对于普通大众来说,有一句俚语是值得解释的,它几乎融入了座右铭:“没有勇敢的老潜水员!”
      但是,这篇文章是由至少感兴趣的人阅读的)))...
      hi
  23. KSVK
    23十一月2021 00:25
    +4
    Quote:AlexGa
    所有油轮都在轻型潜水训练、水力模拟器和水下驾驶中使用 IP-5。 这是一个闭环装置。

    看是什么仪器。 哇。 凶猛的单位。 和 O3 给你和一个带硫酸的起始墨盒。 锡。 扎绳
  24. 尼滕
    尼滕 23十一月2021 02:11
    +1
    写亲,兄弟! 字母越多越好!
  25. KSVK
    23十一月2021 02:19
    +2
    Quote:哈利.km
    如果没有根本的生理限制,那么说不定他们会得出这样的方法?

    很有可能。 但这是一个非常遥远的未来。
    Quote:哈利.km

    沸腾时去除血液中的气体

    不会沸腾。 我会在第三部分告诉你一切。
    我希望你今天能看到第二个。 只有一个乏味的人。 可以这么说,从理论到实践。 含
  26. Vale2000
    Vale2000 23十一月2021 13:30
    0
    写,题目很有意思。
  27. O.本德尔
    O.本德尔 23十一月2021 19:46
    0
    就我个人而言,我离题目很远,我的意思是这方面的知识,但很有趣,非常有趣!我在等待续集。作者是一个很大的加分。我们什么时候能够评估上介绍的内容论坛? 版主的问题。
  28. Vale2000
    Vale2000 24十一月2021 08:04
    0
    了解这些事情会很有趣。
    1. KSVK
      24十一月2021 18:10
      +1
      报价:Vale2000
      了解这些事情会很有趣。

      在照片中 KIP-8 氧气绝缘防毒面具。 工作时间2小时,重量10kg。 与防毒面具一起使用。 专为户外使用而设计。 理论上,在水下是可能的,但我不会去。 无论如何,深度可达6米。
      氧气瓶 1lx200 ata。 有压力表。 在恒定进给的半封闭循环中工作。 吸收器 KhP-I。
      它早已停产,几乎没有在任何地方使用。 您可以从存储中找到状态良好的设备。
      1. Vale2000
        Vale2000 24十一月2021 19:53
        0
        谢谢)))