2013年3月17日 星期日

循環水肺的CO2安全上限 ? ( 二氧化碳-潛水員的剋星 )


原著:Dr. John Clarke
循環水肺潛水員到底能耐受多少CO2的吸收量?這是個持續且有爭議的主題,就連美國海軍潛水實驗單位也才在最近弄清楚。


不是潛水員的人可能要問:潛水員為什麼要吸入CO2?畢竟我們所呼吸的空氣中只含有少量比例的CO2(約0.039%),循環水肺在操作過程中並不產生氣泡 - 或只是極少量的氣泡,端視使用的機種而定,這是由於潛水員持續循環呼吸氣體所致,氧氣的供應,只是為了補充潛水員所消耗代謝的氧氣;過程中並吸收消除潛水員所產生的CO2,而CO2過濾罐對於潛水員維生是至關重要的,就如前述所言 – CO2是有毒性且致命的物質。


過濾罐以化學性的吸附過程,將呼出氣體中的CO2吸收,保持循環迴路中較低的CO2值,然而,濾材是有其特定的使用期限 – 它只能吸附定量的CO2,一旦它的使用期限超出屆期,隨著潛水員不斷產生的CO2,將持續的穿越過濾罐內的濾材卻不產生化學吸收反應。



循環水肺潛水員想要問的是 : 到底我能承受多少竄流穿越濾材的CO2 ?

如同我們之前探討過的,30% 的CO2可以在幾個呼吸間就造成你的不適,而我個人可以確認的是 :

如果經過練習,7%的CO2你不會有感覺,直到你要從事某些需要具備協調性的動作時才會發現。


這就好像喝了太多啤酒一樣,5-7%的CO2對潛水員產生有害的影響,是有些微爭議的。

而低於5-7%的CO2的影響,美海軍並未深入探究,例如潛水頭盔最大CO2容許值是2%,如果CO2值持續升高,潛水員最有可能的行動是打開新鮮空氣供氣,進行頭盔通風以清除CO2。

1981年起,海軍實驗單位NEDU就已定義了循環水肺過濾罐的竄流上限點是0.5%的 CO2,其定義為 : 在某個特定條件下,例如變動的CO2增加率、通風率、水溫和濾材顆粒大小,CO2開始穿越過濾罐而不被完全吸附;

一旦竄流的現象開始,除非工作負荷或其它變數改變,否則進入潛水員呼吸系統的CO2劑量將持續增加,此時滯留在過濾罐的CO2值將達到0.5%,此時即所謂的過濾罐竄流(broken through)。

在過去的文件中我曾指出,對某些潛水員而言,即便是吸入0%的CO2都嫌太多,尤其是當他們在面對高呼吸阻抗的情況下。相較於其它類型的水下呼吸裝置,所有的循環水肺都較難呼吸,這是由於潛水員的吸吐之間,必須推動氣流通過過濾罐和相關的迴路管,潛得越深,呼吸越密集,阻抗也越來越糟。

一些老式的持續通氣(free-flow)型頭盔如MK 5,和曇花一現的MK 12,潛水員的呼吸並不需要借助迴路管和過濾罐,但這些頭盔有很高的死腔容積,為了保持CO2在安全耐受範圍內,新鮮空氣的供氣需求是6立方英呎/每分鐘(通風量acfm; 170 公升/每分鐘)。

美國海軍潛水頭盔訂定CO2安全值為2%是因為 :

1) 頭盔沒有太高的呼吸功(wob;work of breathing)

2) 由於簡單的物理特性,頭盔無法保持太低的CO2值。

循環水肺則不同於上述情況,高呼吸阻抗是必然的,至少與持續通風的頭盔比較起來是如此,一旦CO2開始上升,你無法再次降低。

在2000年NEDU的 M. Knafelc所發行的講義中支持上述頭盔的CO2限制值亦適用於循環水肺,雖然在2010年,NEDU的D. Warkander和B. Shykoff明確的表示,面臨吸收CO2濃度持續升高的情況下,工作效率將減少,血液中的CO2值也會增加,而達到一個危險的等級。近期Warkander和Shykoff等人將相關研究拓展到更深入的層次,然而這些報告仍尚未公佈。

由於生理理論和驗証數據的結果,均來自年輕且生理條件適當的實驗潛水員,NEDU並沒有打算鬆綁現有對於過濾罐竄流現像的定義 : 0.5%的二氧化碳分壓(PCO2),此外他們也將堅持目前現有的做法,採用統計預測的方法來定義過濾罐的使用壽期,其用意在確保循環水肺過濾罐發生竄流現象的機率不超過2.5%,此機率相似於使用海軍多層減壓表獲致減壓症的機率,其餘詳細的過程我將另文發表。