呼吸ガス

呼吸ガス

トリミックス スキューバ シリンダー ラベル
用途	人間の呼吸に使用されるガス
関連商品	空気、ヘリオックス、ナイトロックス、酸素、トライミックス、スキューバダイビング用ガス混合、ダイビングシリンダー、スキューバセット、リブリーザー

呼吸ガスは、呼吸に使用されるガス状の化学元素と化合物の混合物です。空気は最も一般的で唯一の天然の呼吸ガスですが、他のガス混合物や純酸素も呼吸装置や密閉された居住空間で使用されます。酸素はあらゆる呼吸ガスに不可欠な成分です。高圧用の呼吸ガスは、減圧症のリスクを減らし、減圧期間を短縮し、窒素酔いを減らし、より安全な深海潜水を可能にすることで、通常の空気の性能を向上させるために開発されました。

呼吸ガスは、呼吸に使用されるガス状の化学元素と化合物の混合物です。空気は最も一般的で唯一の天然の呼吸ガスです。その他のガス混合物や純酸素も、スキューバダイビング用具、水上給潜水用具、再圧室、高高度登山、高高度飛行機、潜水艦、宇宙服、宇宙船、医療用生命維持装置および救急装置、麻酔器などの呼吸装置や密閉された居住空間で使用されています。^{[1] [2] [3]}

酸素はあらゆる呼吸ガスに不可欠な成分であり、その分圧は大気圧でおよそ 0.16 ～ 1.60 barですが、高所登山ではこれより低くなる場合があり、高圧酸素治療ではこれより高くなる場合もあります。酸素は、ガスが麻酔混合物でない限り、通常、唯一の代謝活性成分です。呼吸ガス中の酸素の一部は代謝プロセスによって消費され、不活性成分は変化せず、主に酸素を適切な濃度に希釈する役割を果たすため、希釈ガスとも呼ばれます。

そのため、ほとんどの呼吸用ガスは酸素と1種類以上の代謝的に不活性なガスの混合物です。^{[1] [ 3]高圧用呼吸用ガスは、}減圧症のリスクを減らし、減圧期間を短縮し、窒素酔いを減らし、より安全な深度潜水を可能にすることで、通常の空気の性能を向上させるために開発されました。^{[1] [3]空気以外のガスを}ダイビングシリンダーに充填するために使用される技術は、ガスブレンディングと呼ばれます。^{[4] [5]}

通常大気圧以下の周囲圧力で使用する呼吸ガスは、通常、純粋な酸素、または生命と意識を維持するのに十分な酸素を供給したり、空気を使用する場合よりも高いレベルの運動を可能にするために酸素を豊富に含む空気です。吸入時に呼吸空気に純粋ガスとして追加したり、生命維持システムを通じて追加の酸素を供給するのが一般的です。

高圧下で安全に使用できる呼吸ガスには、次の 4 つの重要な特徴があります。

• 呼吸者の生命、意識​​、仕事率を維持するのに十分な酸素が含まれていなければならない。^{[1] [2] [3]}
• 有害な汚染物質が含まれていてはいけません。一酸化炭素と二酸化炭素は呼吸ガスを汚染する可能性のある一般的な毒物です。他にも多くの可能性があります。^{[1] [2] [3]}
• 水中など高圧下で呼吸しても有毒にならないこと。酸素や窒素は圧力下で有毒になるガスの例である。^{[1] [2] [3]}
• 呼吸できないほど濃すぎてはなりません。呼吸仕事量は密度と粘度とともに増加します。密度が 30 mswの空気と同等になると最大換気量は約 50% 低下し、ガス密度が 6 g/リットルを超えると中程度の運動では二酸化炭素濃度が許容できないほど上昇します。10 g/リットル以上のガス密度で呼吸すると、非常に低い作業レベルでも暴走性高炭酸ガス血症を引き起こし、致命的な影響を与える可能性があります。^[6]

一般的に使用されるダイビング呼吸ガスは次のとおりです。

• 空気は、酸素21% 、窒素78% 、およびアルゴンを主成分とする約 1% のその他の微量ガスの混合物です。計算を簡略化するために、この最後の 1% は通常、窒素として扱われます。自由に入手でき、使用が簡単なため、最も一般的なダイビングガスです。^{[1] [2] [3]} 窒素成分は窒素酔いを引き起こすため、ほとんどのダイバーにとって安全な深度制限は約 40 メートル (130 フィート) であると考えられていますが、許容酸素分圧 1.6 bar の空気の最大動作深度(MOD) は 66.2 メートル (217 フィート) です。^{[1] [3] [7]}呼吸用空気は、汚染物質に関する特定の基準を満たす空気です。
• 純酸素は主に軍事、商業、または技術ダイビングの最後に浅い減圧停止を速めるために使用されます。急性酸素中毒のリスクは海水6メートル以上の圧力で急速に増加します。^{[1] [2] [3] [7]}フロッグマンの 再呼吸器によく使用され、攻撃スイマーによって現在も使用されています。^{[2] [7] [8] [9]}
• ナイトロックスは酸素と空気の混合物で、一般的には酸素が21%以上の混合物を指します。水中での減圧停止を早めたり、減圧症のリスクを減らしてダイビングを長くしたりするためのツールとして使用できます（ダイバーはより深く潜れるという誤解がよくありますが、これは従来の空気よりも最大動作深度が浅いため真実ではありません）。 ^{[1] [2] [3] [10]}
• トライミックスとは酸素、窒素、ヘリウムの混合物で、テクニカルダイビングや商業ダイビングでは、窒素中毒を減らし、酸素中毒の危険を避けるために、空気の代わりに深海でよく使用されます^{。 [1] [2] [3]}
• ヘリオックスは酸素とヘリウムの混合物であり、商業的な深海ダイビングの深海段階で窒素酔いを解消するためによく使用されます。 ^{[1] [2] [3] [11]ヘリオックスは深海での}飽和潜水の標準的な混合タイプです。 ^[12]
• ヘリアーは、純酸素を使わずにヘリウムと空気を簡単に混合できるトリミックスの一種です。酸素と窒素の比率は常に21:79で、残りはヘリウムです。 ^{[3] [13]}
• ハイドレリオックスは酸素、ヘリウム、水素の混合物であり、商業ダイビングでは水深130メートル以下の潜水に使用されます。 ^{[1] [3] [11] [14] [15]}
• 水素と酸素の混合ガスであるハイドロックスは、非常に深い潜水での呼吸ガスとして使用されます。 ^{[1] [3] [11] [14] [16]}
• ネオックス（ネオノックスとも呼ばれる）は酸素とネオンの混合物で、商業的な深海ダイビングで使用されることがある。コストが高いため、めったに使用されない。また、ネオン（「ネオックスベンド」）によって生じるDCS症状は評判が悪く、完全に同等のダイビングテーブルとヘリウムの混合物によって生じる症状よりも重篤であると広く報告されている。^{[1] [3] [11] [17]}

呼吸用空気は、指定された用途で人間の呼吸に適した純度基準を備えた大気中の空気です。高圧で使用する場合、汚染物質の部分圧は絶対圧に比例して増加し、使用される深度または圧力範囲に対して安全な組成に制限される必要があります。

ダイビング用の呼吸ガスは酸素分率によって分類されます。濃度や人によって影響が徐々に変化し、正確に予測できないため、当局が設定する境界は若干異なる場合があります。^[要出典]

常酸素

酸素含有量は空気と大きく変わらず、大気圧下で継続的に安全に使用できます。^[19]

高酸素症、または酸素濃縮

酸素含有量が大気レベルを超え、一般的には長期使用で測定可能な生理学的影響が出るレベルに達し、火災の危険性が増すため取り扱いに特別な手順が必要になる場合もあります。関連するリスクは、深度での酸素毒性と、特に呼吸器内での火災です。^[要出典]

低酸素症

酸素含有量が空気よりも少ない場合、一般的には短期的には測定可能な生理学的影響が生じる重大なリスクがある程度である。直接的なリスクは通常、表面上または表面近くでの低酸素による無力化である。^[20]

ダイビング用の呼吸ガスは、大気からは得られない特殊な特性を混合物に与える少数の成分ガスから混合されます。

酸素（O ₂）は、あらゆる呼吸ガスに存在しなければなりません。^{[1] [2] [3]}これは、酸素が人体の生命維持のための代謝プロセスに不可欠だからです。人体は、食物のように後で使用するために酸素を蓄えることができません。体が数分以上酸素を奪われると、意識を失い、死に至ります。体内の組織や臓器（特に心臓と脳）は、4分よりもはるかに長い時間酸素が奪われると損傷を受けます。

ダイビングシリンダーに純酸素を充填するには、圧縮空気を充填するよりも約5倍のコストがかかります。酸素は燃焼を促進し、ダイビングシリンダー内で錆びを引き起こすため、ガス混合時には注意して取り扱う必要があります。^{[4] [5]}

酸素は歴史的に液体空気の分留によって得られてきましたが、圧力スイング吸着（PSA）や真空スイング吸着（VSA）技術などの非極低温技術によって得られることが増えています。 ^[21]

呼吸ガス混合物の酸素成分の割合は、混合物に名前を付けるときに使用されることがあります。

• 低酸素混合ガスは厳密には21%未満の酸素を含みますが、16%を境界として使用されることが多く、高い圧力によって酸素の分圧が安全なレベルまで上昇する「底部ガス」として深海でのみ呼吸するように設計されている。 ^{[1] [2] [3]} トライミックス、ヘリオックス、ヘリアーは、低酸素混合ガスとして一般的に使用されるガスブレンドであり、プロやテクニカルダイビングで深呼吸ガスとして使用されている。[ ^{1] [3]}低酸素性ガス混合物の最小作動深度は、その部分圧が、そのガスを使用する個人または組織が許容できる最小酸素分圧と等しくなる深度に基づいて割り当てられる場合があります。
• 常酸素混合水は、空気と同じ21%の酸素含有量です。^{[1] [3]}常酸素混合水の最大作動深度は、47メートル（154フィート）ほどの浅さです。17%から21%の酸素を含む三元混合水は、表面で安全に呼吸できるほど十分な酸素含有量があるため、常酸素混合水と呼ばれることがよくあります。
• 高酸素混合ガスには21%以上の酸素が含まれています。エンリッチドエアナイトロックス（EANx）は典型的な高酸素呼吸ガスです。^{[1] [3] [10]高酸素混合ガスは、空気と比較すると浅い深さでは}酸素中毒を引き起こしますが、溶解した不活性ガスをより早く体外に排出することで減圧停止を短縮するために使用できます。 ^{[7] [10]}

酸素の割合によって、酸素毒性を避けるために混合物を安全に使用できる最大深度が決まります。この深度は最大作動深度と呼ばれます。^{[1] [3] [7] [10]}

混合ガス中の酸素濃度は、混合ガスの割合と圧力に依存し、酸素分圧（P _{O 2}）で表されます。^{[1] [3] [7] [10]}

混合物中の成分ガスの部分圧は次のように計算されます。

分圧 = 絶対圧 × ガス成分の体積分率

酸素成分については、

P _{O 2} = P × F _{O 2}

どこ：

P _{O 2} = 酸素分圧

P = 全圧

F _{O 2} = 酸素含有量の体積分率

呼吸ガス中の酸素の最小安全分圧は、一般的に 16  kPa (0.16 bar) とされています。この分圧を下回ると、ダイバーは、個人の生理機能や運動レベルなどの要因に応じて、低酸素症による意識喪失や死亡の危険にさらされる可能性があります。浅瀬で低酸素混合物を呼吸すると、ダイバーの意識を保つのに十分な P _{O 2 が}得られない場合があります。このため、中深度では、ダイビングの「底」と「減圧」段階の間に、常酸素または高酸素の「移動ガス」が使用されます。

呼吸ガス中の最大安全 P _{O 2 は}、曝露時間、運動レベル、および使用されている呼吸器具の安全性によって異なります。通常は 100 kPa (1 bar) から 160 kPa (1.6 bar) の間です。3 時間未満の潜水では、一般的に 140 kPa (1.4 bar) と考えられていますが、米国海軍は180 kPa (1.8 bar) ものP _{O 2}^{での潜水を許可していることが知られています。 [1] [2] [3] [7] [10]}高 P _{O 2}またはより長い曝露では、ダイバーは酸素中毒の危険があり、発作を引き起こす可能性があります。^{[1] [2]}各呼吸ガスには、酸素含有量によって決まる最大動作深度があります。 ^{[1] [2] [3] [7] [10]}治療的再圧および高圧酸素療法では、チャンバー内で2.8 barの部分圧が一般的に使用されますが、使用者が意識を失っても溺れる危険はありません。^[2]飽和潜水などのより長い期間では、数週間にわたって0.4 barの圧力に耐えることができます。

酸素分析装置はガス混合物中の酸素分圧を測定するために使用されます。^[4]

Divox はダイビング用にラベル付けされた呼吸用酸素です。オランダでは、呼吸用の純酸素は溶接に使用される工業用酸素とは対照的に医療用とみなされており、医師の処方箋がないと入手できません。ダイビング業界は、医療用酸素に関する厳格な規則を回避するために、呼吸用酸素の商標として Divox を登録しました。これにより、(レクリエーション用の)スキューバ ダイバーが呼吸用ガスを混合するための酸素を入手しやすくなりました。ほとんどの国では、医療用酸素と工業用酸素の純度に違いはありません。これらはまったく同じ方法と製造業者によって製造されていますが、ラベル付けと充填方法が異なるためです。両者の主な違いは、医療用酸素の記録保管の履歴がはるかに広範囲にわたるため、純度に問題が見つかった場合に酸素の「ロット」またはバッチの正確な製造履歴をより簡単に特定できることです。航空用酸素は医療用酸素に似ていますが、水分含有量が低い場合があります。^[4]

呼吸ガス中で代謝機能を持たないガスは、ガスを希釈するために使用されるため、希釈ガスとして分類されます。希釈ガスの中には、高分圧で可逆的な麻酔効果を持つものがあり、呼吸を意図する最大圧力で過度の麻酔効果を避けるために制限する必要があります。希釈ガスは、ガス混合物の密度にも影響し、それによって呼吸の仕事量にも影響します。

窒素（N2 _）は二原子ガスであり、ダイビングに使用される最も安価で最も一般的な呼吸ガスである空気の主成分です。ダイバーに窒素中毒を引き起こすため、その使用は浅いダイビングに限定されています。窒素は減圧症を引き起こす可能性があります。^{[1] [2] [3] [22]}

等価空気深度は、ナイトロックス（酸素/窒素）混合物の減圧要件を推定するために使用されます。等価麻薬深度は、トリミックス（酸素/ヘリウム/窒素混合物）の麻薬効力を推定するために使用されます。多くのダイバーは、空気呼吸で30メートル（100フィート）潜水によって引き起こされる麻薬レベルが、快適な最大レベルであると考えています。^{[1] [2] [3] [23] [24]}

ガス混合物中の窒素は、ほとんどの場合、混合物に空気を加えることによって得られます。

ヘリウム（He）は不活性ガスで、同圧の窒素よりも麻酔性が低く（実際、ヘリウムによる麻酔の証拠はまったくありません）、密度がはるかに低いため、窒素よりも深い潜水に適しています。^{[1] [3]}ヘリウムは同様に減圧症を引き起こす可能性があります。高圧では、ヘリウムは高圧神経症候群も引き起こします。これは中枢神経系の刺激症候群であり、ある意味では麻酔とは逆です。^{[1] [2] [3] [25]}

ヘリウム混合物の充填は、ヘリウムのコストと混合物の混合および圧縮のコストのため、空気充填よりもかなり高価です。^{[引用が必要]}

ヘリウムは断熱性が低いためドライスーツの膨張には適していません。適度な断熱材とされる空気と比較すると、ヘリウムの熱伝導率は6倍です。^[26]ヘリウムの分子量が低いため（一原子MW=4、二原子窒素MW=28）、呼吸する人の声の音色が大きくなり、コミュニケーションを妨げる可能性があります。^{[1] [3] [27]}これは、分子量の低いガスでは音速が速くなり、声帯の共鳴周波数が高くなるためです。^{[1] [27]ヘリウムは他のガスよりも原子が小さいため、}シール内のより小さな隙間も通過できるため、損傷したバルブや故障したバルブからヘリウムが漏れやすくなります。

ヘリウムは天然ガスにのみ大量に含まれており、低温での分留によって抽出されます。

ネオン（Ne）は不活性ガスで、商業的な深海ダイビングで使用されることもありますが、非常に高価です。^{[1] [3] [11] [17]}ヘリウムと同様に窒素よりも麻薬性が低いですが、ヘリウムとは異なり、ダイバーの声を歪ませません。ヘリウムと比較して、ネオンは優れた断熱特性を持っています。^[28]

水素（H ₂）は深海潜水用の混合ガスに使用されているが、約4～5%を超える酸素（呼吸用ガスに含まれる酸素など）と混合すると非常に爆発性が高くなる。^{[1] [3] [11] [14]}このため、水素の使用は深海潜水に限定され、水素を呼吸する前に呼吸器具から余分な酸素が除去されるように複雑な手順を踏む必要がある。ヘリウムと同様に、水素はダイバーの声の音色を高める。潜水用ガスとして使用される場合の水素酸素混合ガスは、ハイドロックスと呼ばれることがある。希釈剤として水素とヘリウムの両方を含む混合物は、ハイドレリオックスと呼ばれる。

多くのガスはダイビングの呼吸ガスとしての使用には適していません。^{[5] [29]}以下はダイビング環境によく存在するガスの不完全なリストです。

アルゴン（Ar）は窒素よりも麻薬性が高い不活性ガスであるため、一般的にダイビングの呼吸ガスとしては適していません。 ^[30] アルゴックスは減圧研究に使用されます。^{[1] [3] [31] [32]アルゴンは断熱性に優れているため、ヘリウムベースの主な呼吸ガスを使用しているダイバーが}ドライスーツの膨張に使用することがあります。アルゴンは空気や酸素よりも高価ですが、ヘリウムよりはかなり安価です。アルゴンは自然空気の成分であり、地球の大気の体積の0.934%を占めています。^[33]

二酸化炭素（CO2 _）は人体の代謝によって生成され、二酸化炭素中毒を引き起こす可能性があります。^{[29] [34] [35]呼吸ガスが}再呼吸器や生命維持装置でリサイクルされる際、ガスが再利用される前に スクラバーによって二酸化炭素が除去されます。

一酸化炭素（CO）は、ヘモグロビンに結合するために二酸素と競合し、血液が酸素を運ぶのを妨げる非常に有毒なガスです（一酸化炭素中毒を参照）。これは通常、不完全燃焼によって生成されます。^{[1] [2] [5] [29]}一般的な発生源は4つあります。

• ダイビング用エアコンプレッサーに吸い込まれる空気中の CO を含む内燃機関の排気ガス。吸入空気中の CO は、どのようなフィルターでも止めることはできません。石油燃料で稼働するすべての内燃機関の排気には、ある程度の CO が含まれています。これは、コンプレッサーの吸入口をエンジンとコンプレッサーの排気口から任意の距離に移動できないボートでは特に問題となります。
• コンプレッサー内部の潤滑剤を加熱すると、潤滑剤が十分に蒸発し、コンプレッサーの吸気口または吸気システム ラインで利用できるようになります。
• 場合によっては、炭化水素潤滑油が損傷または摩耗したシールを通してコンプレッサーのシリンダーに直接引き込まれ、そのオイルが燃焼し、非常に高い圧縮比とそれに続く温度上昇によって発火することがあります (通常は燃焼します)。重質油は、特に適切に霧化されていない場合は燃焼しにくいため、不完全燃焼により一酸化炭素が発生します。
• 同様のプロセスが、特に高酸素ガス混合物に使用されるボンベ内の「有機」（炭素含有）物質を含むあらゆる粒子状物質に潜在的に発生すると考えられ^ています。コンプレッサーのエアフィルターが故障すると、有機物質（通常は腐植質を含むため）を含む通常の^{塵埃がボンベ}に侵入します。より深刻な危険は、ボンベが充填される船や工業地帯の空気粒子に炭素粒子の燃焼生成物（雑巾が黒くなる原因）が含まれることが多く、これがボンベに侵入すると、より深刻な CO の危険が生じることです。^[要出典]

一酸化炭素は、通常、空気取り入れ口を汚染されていない空気中に設置し、取り入れ口から微粒子を濾過し、適切なコンプレッサ設計と適切な潤滑剤を使用し、運転温度が過度に高くならないようにすることで、合理的に実行可能な限り回避されます。残留リスクが過度に高い場合は、高圧フィルタにホプカライト触媒を使用して、一酸化炭素を毒性のはるかに低い二酸化炭素に変換することができます。

炭化水素（C _x H _y ）はコンプレッサーの潤滑油や燃料に含まれています。これらは汚染、漏れ、^{[説明が必要]}、または空気取り入れ口付近での不完全燃焼の結果としてダイビングシリンダーに入る可能性があります。^{[2] [4] [5] [29] [36]}

• これらは燃焼時の燃料として作用し、特に酸素濃度の高いガス混合物では爆発の危険性が高まります。
• 油ミストを吸入すると肺が損傷し、最終的には重度の脂質性肺炎^[37]や肺気腫を伴う肺の変性を引き起こす可能性があります。

ダイビングシリンダーにガスを圧縮する過程で、ガスから水分が除去される。 ^{[5] [29]これはシリンダーの}腐食防止には有効だが、ダイバーが非常に乾燥したガスを吸入することになる。乾燥したガスは水中にいる間にダイバーの肺から水分を奪い、脱水症状を引き起こす。これは減圧症の素因とも考えられている。また、不快感を伴い、口や喉が乾燥し、ダイバーは喉が渇く。この問題はリブリーザーでは軽減される。なぜなら、炭酸ガスを除去するソーダ石灰反応によって呼吸ガスに水分が戻されるためである。^[9]また、呼気ガスの相対湿度と温度は比較的高く、再呼吸による累積効果がある。^[38]暑い気候では、オープンサーキットダイビングは脱水症状のために熱中症を加速させる可能性がある。水分含有量に関するもう1つの懸念は、ガスがレギュレーターを通過する際に減圧される際に水分が凝縮する傾向にあることである。これに、減圧による極端な温度低下が加わると、水分が氷として固まることがあります。レギュレーター内で氷結すると、可動部品が固まってレギュレーターが故障したり、フリーフローになったりすることがあります。これが、スキューバ レギュレーターが一般に真鍮製で、保護のためクロムメッキされている理由の 1 つです。真鍮は熱伝導性に優れているため、周囲の水から冷たく減圧された空気に熱を素早く伝導し、氷結を防ぐのに役立ちます。

ガス混合物は、通常、品質管理のために、製造工程中または混合後に分析する必要があります。これは、エラーがエンドユーザーの健康と安全に影響を与える可能性がある呼吸用ガス混合物の場合に特に重要です。ダイビングシリンダー内に存在する可能性のあるほとんどのガスは、無色、無臭、無味であるため、検出が困難です。一部のガスについては、酸素分析装置、ヘリウム分析装置、一酸化炭素検出器、二酸化炭素検出器などの電子センサーが存在します。^{[2] [4] [5]酸素分析装置は、}リブリーザーの水中でよく見られます。^[9]酸素分析装置とヘリウム分析装置は、呼吸用ガス混合物の酸素またはヘリウムの割合を決定するために、ガス混合中に水面でよく使用されます。 ^[4]化学的およびその他のタイプのガス検出方法は、レクリエーションダイビングではあまり使用されませんが、ダイビング用空気圧縮機からの圧縮呼吸空気の定期的な品質テストに使用されます。^[4]

呼吸ガスの品質基準は、国内外の組織によって公表されており、法律に基づいて施行されることもある。英国では、安全衛生庁は、ダイバーの呼吸ガスの要件はBS EN 12021:2014に基づいているとしている。仕様には、酸素適合空気、酸素の追加、窒素の除去、または窒素と酸素の混合によって生成されるナイトロックス混合物、ヘリウムと酸素の混合物（ヘリオックス）、ヘリウム、窒素、酸素の混合物（トリミックス）、純酸素、オープンサーキットシステムとリクレイムシステムの両方、高圧供給と低圧供給（40バール供給以上と以下）が記載されている。^[39]

酸素含有量は作業深度に応じて変動しますが、許容範囲はガス分率の範囲によって異なり、酸素分率が10体積％未満の場合は±0.25％、10％から20％の場合は±0.5％、20％を超える場合は±1％となります。^[39]

水分含有量は、制御弁の氷結や格納容器表面の腐食のリスクによって制限されます（湿度が高くても生理学的な問題にはなりません）。また、水分含有量は一般的に露点の要因となります。^[39]

その他の指定汚染物質としては二酸化炭素、一酸化炭素、油、揮発性炭化水素があり、毒性の影響により制限されている。その他の可能性のある汚染物質はリスク評価に基づいて分析する必要があり、汚染物質の検査の必要な頻度もリスク評価に基づいて決定される。^[39]

オーストラリアでは、呼吸用空気の質はオーストラリア規格2299.1、第3.13節「呼吸用ガスの質」で規定されています。^[40]

ダイビング用の呼吸ガスのガスブレンド（またはガス混合）とは、ガスシリンダーに空気以外の呼吸ガスを充填することです。

シリンダーに混合ガスを充填することは、充填者とダイバーの両方にとって危険です。充填中は、酸素の使用による火災の危険と、高圧ガスの使用による爆発の危険があります。混合ガスの組成は、計画されているダイビングの深度と時間に対して安全でなければなりません。酸素濃度が薄すぎると、ダイバーは低酸素症で意識を失う可能性があり、濃すぎると、ダイバーは酸素中毒を発症する可能性があります。窒素やヘリウムなどの不活性ガスの濃度は、窒素中毒や減圧症を避けるために計画され、チェックされます。

使用される方法には、分圧または質量分率によるバッチ混合、および連続混合プロセスが含まれます。完成した混合物は、ユーザーの安全のために組成が分析されます。ガスブレンダーは、他の人のために充填する場合、法律により能力を証明することが求められる場合があります。

呼吸ガスの密度が高すぎると、呼吸仕事が耐えられないレベルまで上昇し、低密度では二酸化炭素の滞留を引き起こす可能性があります。^[6]ヘリウムは、密度を下げる成分として、また深海での麻酔を軽減する成分として使用されます。分圧と同様に、ガス混合物の密度は、成分ガスの体積分率と絶対圧に比例します。理想気体の法則は、呼吸可能な圧力のガスに対して十分に正確です。

特定の温度と圧力におけるガス混合物の密度は次のように計算できます。

ρ _m = (ρ ₁ V ₁ + ρ ₂ V ₂ + .. + ρ _n V _n ) / (V ₁ + V ₂ + ... + V _n )

どこ

ρ _m = 混合ガスの密度

ρ ₁ ... ρ _n = 各成分の密度

V ₁ ... V _n = 各成分ガスの部分体積^[41]

各ガスのガス分率F _{i （体積分率）はV i} / (V ₁ + V ₂ + ... + V _n ) と表すことができるので、

代替により、

ρ _m = (ρ ₁ F ₁ + ρ ₂ F ₂ + .. + ρ _n F _n )

減圧された周囲圧力で使用する呼吸用ガスは、加圧されていない航空機での高高度飛行、宇宙飛行、特に宇宙服、および高高度登山に使用されます。これらすべての場合において、主な考慮事項は適切な酸素分圧を提供することです。場合によっては、呼吸用ガスに十分な濃度になるように酸素が追加され、他の場合には、呼吸用ガスは純粋またはほぼ純粋な酸素になります。閉回路システムは、供給が限られている呼吸用ガスを節約するために使用されることがあります。登山の場合、ユーザーは補助酸素を携帯する必要があり、宇宙飛行では質量を軌道に上げるコストが非常に高くなります。

空気以外の呼吸ガスの医療用途には、酸素療法や麻酔用途などがあります。

酸素は正常な細胞代謝のために人体に必要なものです。^[42]空気には通常、体積比で21%の酸素が含まれています。^[43]通常、これで十分ですが、状況によっては組織への酸素供給が損なわれることがあります。

酸素療法は酸素補給としても知られ、医療処置として酸素を使用することです。^[44]これには、低血中酸素、一酸化炭素中毒、群発性頭痛、吸入麻酔薬を投与している間に十分な酸素を維持することが含まれます。^{[45]長期酸素投与は、重度の}COPDや嚢胞性線維症などによる慢性的に酸素が少ない人によく役立ちます。^{[46] [44]酸素は、}鼻カニューレ、フェイスマスク、高圧チャンバー内など、さまざまな方法で投与できます。^{[47] [48]}

高濃度酸素は、素因のある人では肺損傷などの酸素毒性を引き起こしたり、呼吸不全を引き起こす可能性があります。 ^{[45] [43]}また、鼻を乾燥させ、喫煙者の場合は火災のリスクを高めます。推奨される目標酸素飽和度は、治療する病状によって異なります。ほとんどの病状では94〜98％の飽和度が推奨されますが、二酸化炭素貯留のリスクがある人では88〜92％の飽和度が好ましく、一酸化炭素中毒または心停止の人では飽和度を可能な限り高くする必要があります。^[44]

医療における酸素の使用は1917年頃から一般的になった。^{[49] [50]}酸素は世界保健機関の必須医薬品リストに掲載されている。^{[51] [52]}家庭用酸素の費用はブラジルでは1か月あたり約150ドル、米国では1か月あたり400ドルである。^{[46]家庭用酸素は}酸素ボンベまたは酸素濃縮器のいずれかで提供できる。^{[44]酸素は}先進国の病院で提供される最も一般的な治療法であると考えられている。^{[53] [44]}

全身麻酔の最も一般的な方法は、吸入麻酔薬の使用です。各薬剤には独自の効力があり、油への溶解度と相関しています。この関係が存在するのは、薬剤が中枢神経系のタンパク質の空洞に直接結合するためです。^{[説明が必要]}全身麻酔の作用についてはいくつかの理論が説明されていますが、吸入麻酔薬は中枢神経系のさまざまな部分に効果を発揮すると考えられています。たとえば、吸入麻酔薬の動けなくする効果は脊髄への効果によるものですが、鎮静、催眠、健忘は脳の部位に関係しています。^{[54] : 515}

吸入麻酔薬は、吸入によって投与できる全身麻酔作用を持つ化合物です。現在臨床的に重要な薬剤としては、イソフルラン、セボフルラン、デスフルランなどの揮発性麻酔薬や、亜酸化窒素、キセノンなどの麻酔ガスがあります。

麻酔ガスは、麻酔科医（麻酔専門医、麻酔看護師、麻酔科助手を含む用語）が、麻酔マスク、ラリンジアルマスク、または麻酔気化器と麻酔薬供給システムに接続された気管チューブを通して投与します。麻酔器（英国英語）または麻酔機械（米国英語）またはボイル機械は、麻酔の投与をサポートするために使用されます。先進国で使用されている最も一般的なタイプの麻酔器は、持続フロー麻酔器であり、医療用ガス（酸素や亜酸化窒素など）を正確な濃度の麻酔蒸気（イソフルランなど）と混合し、これを安全な圧力と流量で患者に供給するように設計されている。最新の機械には、人工呼吸器、吸引ユニット、患者モニタリング装置が組み込まれています。吐き出されたガスはスクラバーを通過して二酸化炭素が除去され、麻酔蒸気と酸素は必要に応じて補充されてから、患者に戻されます。^[要出典]

• 機械的人工呼吸 – 自発呼吸を機械的に補助または代替する方法
• ダイビング用空気圧縮機 – 水中ダイバーが呼吸用の空気を圧縮するために使用する機械
• ダイビングシリンダー – ダイバーに高圧呼吸ガスを供給するための容器
• ブースターポンプ – 流体の圧力を高める機械
• 産業ガス – 産業で使用するために生産されるガス状物質

• ウィキメディア・コモンズの呼吸ガスに関するメディア
• Westfalen (2004)。「Divox に関するファクトシート」(PDF) (オランダ語)。Westfalen。2011年 7 月 24 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2008年 8 月 29 日閲覧。
• Taylor, L.「混合ガスダイビングの簡単な歴史」 。2008年 8 月 29 日閲覧。
• OSHA。「商業ダイビング規制 (基準 - 29 CFR) - 混合ガスダイビング - 1910.426」。米国労働省、労働安全衛生局。2008年 8 月 29 日閲覧。