内蔵呼吸システム

内蔵呼吸システムとは、医療処置、緊急使用、または危険を最小限に抑えるために周囲のガスの代替が必要となる可能性のある限られた空間に設置される呼吸ガス源です。これらは、潜水室、高圧治療室、潜水艦などに使用されています。

高圧治療室では通常、酸素を豊富に含む治療ガスを供給するために使用されますが、これをチャンバーの雰囲気として使用すると、許容できない火災の危険が生じます。^{[1] [2]}この用途では、排気ガスはチャンバーの外に排出されます。^[1]飽和潜水室と表面減圧室では用途は同様ですが、チャンバーの雰囲気が有毒に汚染された場合に呼吸可能なガスを供給するという追加機能があります。^[1]この機能には外部排気は必要ありませんが、同じ装置が通常、酸素濃縮ガスの供給に使用されるため、通常は外部に排気されます。

潜水艦では、緊急時に呼吸可能なガスを供給することがその機能です。緊急時には、内部の周囲の大気が汚染されたり、浸水したりすることがあります。この用途では、外部の圧力が内部よりも高いのが一般的で、受動的な手段で外部に排気することはできないため、内部への排気は許容され、一般的には唯一の実行可能なオプションです。

これらは、チャンバー外の周囲圧力よりも高い圧力になっているチャンバー内で、必要に応じて呼吸ガスを供給するために使用されるシステムです。^[1]チャンバーと外部の周囲圧力との圧力差により、呼気ガスを外部環境に排出することができますが、呼気ガスのみがシステムから排出され、チャンバーの内容物が外部に排出されないように、流量を制御する必要があります。これは、チャンバー圧力に比べて排気ダイヤフラム上のわずかな過剰圧力がバネに抗してバルブ機構を動かすと開く、制御排気バルブを使用することで実現されます。この過剰圧力が排気ホースから流出するガスによって消散すると、バネがこのバルブを閉じた位置に戻し、それ以上の流れを遮断して、チャンバーの大気を保存します。排気ダイヤフラム上の圧力差が負またはゼロの場合、ダイヤフラムは閉じた状態を保ちます。排気ダイヤフラムは、片側がチャンバー圧力にさらされ、もう片側が口鼻マスク内の呼気ガス圧力にさらされます。^[要出典]吸入用のガスは、通常のダイビングのデマンドバルブ第 2 段階と同じ原理で動作するデマンドバルブを介して供給されます。他の呼吸装置と同様に、マスク内の二酸化炭素の蓄積を最小限に抑えるために、デッドスペースを制限する必要があります。

場合によっては、出口の吸引を制限する必要があり、背圧調整器が必要になることがあります。これは通常、飽和システムで使用する場合に当てはまります。酸素療法や酸素による表面減圧に使用する場合は、一般的に背圧調整器は必要ありません。^{[3]外部通気BIBSを低いチャンバー圧で使用する場合、呼気の背圧を低く保ち、許容できる}呼吸仕事量を提供するために真空補助が必要になることがあります。^[1]

口鼻マスクは、衛生的に異なる人々が使用できるように交換可能です。^[3]

一部のモデルは最大450mswの圧力に耐えられると評価されています。^[4]

このタイプの BIBS の主な用途は、チャンバーの雰囲気が制御されている高圧チャンバーの居住者にチャンバーの雰囲気とは異なる組成の呼吸ガスを供給することであり、BIBS ガスによる汚染が問題となります。^[1]これは治療的減圧や高圧酸素療法で一般的であり、チャンバー内の酸素分圧が高くなると許容できない火災の危険が生じ、分圧を許容範囲内に保つためにチャンバーを頻繁に換気する必要があります。頻繁な換気は騒音が大きく費用もかかりますが、緊急時には使用できます。^[2]また、BIBS ガスがチャンバーガスによって汚染されないようにする必要があります。汚染されると減圧に悪影響を与える可能性があります。^[1]

この形式のBIBSを装着すると、チャンバー内の空気が汚染された場合の緊急呼吸ガス供給にも使用できますが、^[1]その場合、呼気されたBIBSガスによる汚染は通常重要ではありません。^[要出典]

内部の大気の汚染が重要でなく、外部の周囲圧力が占有空間よりも高い場合、呼気ガスは単に内部容積に排出されるだけであり、単純な逆止弁以外の特別な流量制御は不要である。この用途のBIBSデマンドバルブの供給および排出機構は、スキューバまたはSCBA第2段階レギュレータと同じであり、ほとんどまたは全く変更せずにこの目的に使用できる。このタイプの呼吸装置は、供給にフルフェイスマスクを使用することもできる。^[5]

治療的再圧および高圧酸素療法に使用される従来のタイプの高圧チャンバーは、剛性シェル圧力容器です。このようなチャンバーは、通常約6バール（87  psi）、特別な場合には600,000  Pa以上の絶対圧力で動作できます。 ^[2]海軍、プロのダイビング組織、病院、および専用の再圧施設で通常使用されます。サイズは、半ポータブルで患者1人用のユニットから、8人以上の患者を治療できる部屋サイズのユニットまでさまざまです。ダイビングによる傷害の治療を主な目的としていない場合は、より低い圧力で定格される場合があります。

大型の多人数用チャンバーでは、チャンバー内の患者は「酸素フード」（宇宙服のヘルメットのように首の周りが密閉された、柔軟性のある透明な軟質プラスチック製のフード）か、ぴったりとフィットする酸素マスクのいずれかを使用して呼吸します。酸素マスクは純粋な酸素を供給し、チャンバーから吐き出されたガスを直接排出するように設計されている場合もあります。治療中、患者は治療の効果を最大限に高めるためにほとんどの時間 100% の酸素を吸入しますが、酸素中毒のリスクを減らすために定期的にチャンバーの空気（酸素 21%）を吸入する「エアブレイク」があります。酸素が蓄積して火災の危険が生じるのを防ぐため、吐き出された治療ガスはチャンバーから除去する必要があります。また、チャンバーを出るときに減圧症のリスクを減らすために、介助者も時々酸素を吸入する場合があります。チャンバー内の圧力は、空気圧縮機によって充填された貯蔵シリンダーから高圧空気が入るようにバルブを開くことで高められます。火災リスクを制御するために、チャンバー内の空気中の酸素含有量は19%から23%に保たれます（米海軍の最大25%）。^[2]チャンバーにチャンバーガスから二酸化炭素を除去するスクラバーシステムがない場合は、チャンバーを等圧換気してCO2を許容範囲内に保つ必要があります_。 [ ^2]

高圧酸素療法は、減圧症やガス塞栓症など、組織内にガスの泡が生じるダイビング障害の治療薬として開発され、現在でもこれらの疾患の決定的な治療法と考えられています。再圧は、圧力を上昇させることでガスの泡のサイズを小さくし、下流の組織への血液の輸送を改善することで、減圧症やガス塞栓症を治療します。酸素を吸入することで呼吸ガスの不活性成分が除去されると、組織内に残っている溶解した不活性ガスを除去するための濃度勾配が強くなり、ガスが血液中に再び溶解することで泡の減少がさらに促進されます。泡が除去された後、圧力は徐々に大気圧まで下げられます。血液中の酸素分圧の上昇は、閉塞部の下流にある酸素欠乏組織の回復にも役立つ可能性があります。

減圧症の緊急治療は、治療表に示されたスケジュールに従って行われます。ほとんどの治療では、2.8 バール (41 psi) 絶対圧 (水深 18 メートル (60 フィート) に相当) まで再加圧し、4.5 ～ 5.5 時間、負傷者は純酸素を呼吸しますが、酸素毒性を軽減するために定期的に空気を抜きます。非常に深い潜水による重篤なケースでは、治療に最大圧力 8 バール (120 psi) (水深 70 メートル (230 フィート) に相当) に耐えられるチャンバーと、呼吸ガスとしてヘリオックスとナイトロックスを供給できる能力が必要になる場合があります。 ^[6]

表面減圧は、段階的減圧義務の一部またはすべてを水中ではなく減圧チャンバー内で行う手順です。^[7]これにより、ダイバーが水中で過ごす時間が短縮され、冷水や流れなどの環境の危険にさらされるため、ダイバーの安全性が向上します。チャンバー内の減圧はより制御され、より快適な環境であり、溺れる危険がなく、酸素中毒によるけいれんのリスクが低いため、より高い分圧で酸素を使用できます。さらに、ダイバーがチャンバー内に入ると、ダイビングパネルから新しいダイバーを供給でき、遅延なく操作を続行できることが操作上の利点です。^[8]

典型的な水面減圧手順は、米国海軍潜水マニュアルに記載されている。水中 40 フィート停止が必要ない場合、ダイバーは直接浮上する。そうでない場合、40 フィート (12 メートル) 停止までの必要な減圧はすべて水中で完了する。その後、ダイバーは水面に浮上し、水深 40 フィートから 5 分以内にチャンバー内で 50 fsw (15 msw) まで加圧される。水中 40 フィートからチャンバー内で 50 fsw までのこの「水面間隔」が 5 分を超えると、DCS 症状の発現リスクが高いことを示し、より長い減圧が必要となるため、ペナルティが課せられる。^[8]

ダイバーが公称間隔内で再加圧に成功した場合、水面減圧の空気減圧表のスケジュールに従って減圧される。減圧は、できれば酸素で行い、酸素は 50 fsw (15 msw)、分圧 2.5 bar から使用する。改訂 6 版表では、50 fsw の停止時間は 15 分である。その後、チャンバーは 40 fsw (12 msw) まで減圧され、次の段階として、酸素で 30 分間、最大 4 回の期間が行われる。スケジュールに従って、酸素でさらに期間を延長するために、30 fsw (9 msw) で停止することもできる。酸素呼吸の 30 分ごとに、5 分間の空気休憩が取られる。^[8]

飽和状態から減圧する過程では、酸素濃度をさらに上げると許容できない火災の危険が生じる圧力に達しますが、火災の危険に対して許容できるレベルに酸素濃度を維持することは減圧には非効率的です。チャンバー内の大気よりも酸素含有量の高い呼吸ガスをBIBSで供給することで、この問題を解決できます。飽和状態の居住空間の大気が汚染されている場合、居住者は緊急時に利用可能なBIBSマスクを使用し、問題が解決するまで汚染されていない呼吸ガスを供給されます。^[1]

潜水艦のBIBSシステムは、内部が部分的または完全に浸水し、大気圧よりも大幅に高い圧力になる可能性がある緊急脱出状況で、乗組員にダイビング品質の空気またはナイトロックス呼吸ガスを供給することを目的としています。^{[9] [10]}

供給ガスは高圧貯蔵バンクから自動的に内部の周囲圧力を補正した圧力で供給され、必要に応じて呼吸ユニットを接続できるポイントまで容器の周囲に分配されます。^{[9] [11] [10]}