呼吸装置

閉鎖回路式リブリーザーは、貯蔵酸素の節約に非常に効果的ですが、周囲の酸素を利用しないため、貯蔵酸素の使用量を最小限に抑える効果は、使用場所によって異なります。最も適しているのは、濃縮された周囲ガスを使用できない場所、例えば、周囲ガスが存在しない（水中や宇宙空間）、圧力が低すぎる（極高高度）、有用な酸素分圧が含まれていない、あるいは汚染物質によってリスクが許容できないといった場合です。

開放回路式酸素補給は、ガス交換が行われる肺胞に吸入される呼吸サイクルの時点で行われる場合に最も効果的です。これは吸入の最初の部分です。サイクルの後半で供給される酸素は生理学的死腔に吸入され、血液中に拡散できないため、何の役にも立ちません。吸入されない呼吸サイクルの段階で供給される酸素も、一時的に貯蔵されない限り無駄になります。^{[ 42 ]}

口と鼻に一定の流量で連続的に供給される酸素は、単純なレギュレーターを使用しますが、供給されるガスの大部分が肺胞に到達せず、半分以上が全く吸入されないため、効率が悪いです。安静時と呼気時に自由流酸素を蓄積するシステム（リザーバーカニューラ、部分再呼吸マスク、非再呼吸マスク）は、吸入に利用できる酸素の割合を増やし、肺の奥深くまで到達する最初の吸入時に選択的に吸入します。また、リザーバーバッグに収容できる場合は、死腔に吸入された酸素量を回収して次の呼吸で再利用することもできます。効率を最大限に高めるには、流量を呼吸インターフェースの貯蔵容量と使用者の一回換気量および呼吸数に合わせる必要がありますが、運動量の変化により一回換気量と呼吸数は短期間で大きく変動する可能性があるため、これらの方法は活動的な使用者にはあまり効果的ではありません。

需要弁による供給は、使用者が積極的に吸入していないときの酸素の無駄を回避し、適切に調整された希釈オリフィスと組み合わせることで、貯蔵酸素の大部分を節約できますが、それでも解剖学的および機械的な死腔を満たすために酸素が無駄になり、使用者によるある程度の身体的努力が必要となります。

1980年代以降、呼吸サイクルの中で酸素が最も効果的に使用される段階で供給することで、貯蔵酸素を節約する装置が利用可能になった。これにより、貯蔵酸素の持続時間が長くなるか、より小型で軽量な携帯型酸素供給システムが実用的になる。この種の装置は携帯型酸素濃縮器にも使用でき、その効率を高めることができる。^{[ 42 ]}

パルス式酸素節約装置（またはデマンドパルス装置）は、吸入の開始を感知し、必要量に正しく適合すれば、十分かつ効果的に肺胞に吸入される定量ボーラスを供給します。このようなシステムは、空気圧または電気で制御できます。^{[ 42 ]}

適応型需要システムは、パルス需要供給方式の発展形です。これは、ユーザーの活動レベルに合わせてパルスボーラスの量を自動的に調整する装置です。この適応応答は、運動率の変動によって引き起こされる酸素飽和度低下反応を軽減することを目的としています。^{[ 42 ]}これらの装置から排出されるガスは環境に放出され、酸素が失われるため、閉鎖回路式再呼吸器よりもガス効率は劣りますが、二酸化炭素スクラバーやカウンターラングがないため、重量と容積が削減され、周囲の空気中の酸素を利用するため、低高度での効率が向上します。

登山用呼吸装置は、自然に低酸素状態にある環境において、大気中の酸素よりも高濃度の酸素を供給します。純酸素を呼吸すると、血液中の酸素分圧が上昇します。エベレスト山頂で純酸素を呼吸する登山者は、海抜で空気を呼吸するよりも動脈血酸素分圧が高くなります。これにより、高地でより大きな身体的努力が可能になります。この装置は軽量で、極寒の中でも信頼性が高くなければなりません。体温で水蒸気が飽和した呼気ガスから付着した霜で窒息しないことも条件です。^{[ 43 ]}

ユーザーが貯蔵酸素を携行しなければならない高地登山では、ガスの効率的な使用によりセットの持続時間を最大化することが望ましい。^{[ 15 ]}理論的に利用可能な供給システムは、シンプルで信頼性が高いが極めて無駄が多いリザーバーなしの定流量システム、ユーザーの要求に合わせると単純な定流量よりも効率的で、比較的シンプルで信頼性も高いリザーバー付き定流量システム、ユーザーの要求に自動的に従うが吸入ガスのかなりの部分をデッドスペースで無駄にするデマンドバルブシステム、デッドスペースでのガスの無駄が少ないが信頼性の問題を引き起こす比較的複雑な制御システムに依存するパルスドーズデマンドシステム、または非常に効率的だが二酸化炭素スクラバーを必要とする閉回路システムである。リブリーザーの発熱二酸化炭素吸収反応は、使用中にスクラバーの内容物が凍結するのを防ぎ、ユーザーからの熱損失を減らすのに役立つが、かさばって重く、常時使用していないときは凍結しやすい。^{[ 25 ]}実験的な閉回路酸素登山システムでは、化学的に生成された酸素と圧縮ガス酸素の両方が使用されてきたが、装置が信頼できるため、比較的無駄が多いものの、通常はリザーバーマスクを使用した開回路定流量が現場で使用されている。^{[ 44 ] [ 15 ]}

航空用呼吸装置と登山用呼吸装置が使用される基本的な条件にはかなりの類似性があるものの、装備をそのまま転用することは一般的に不可能なほどの違いがある。主な考慮事項の1つは、航空機操縦士とは異なり、登山者は装備が故障した場合に安全な高度まで迅速に降下できないため、信頼性が求められることである。もう1つは、登山者が呼吸装置を自ら携行しなければならないため、補助酸素を呼吸することによって得られる利点が、装備の余分な大きさや重量を携行することによる不利益を上回らなければならないことである。その他の要件としては、呼吸の追加作業が少ないこと、装備が低温で機能すること、熱と水分の保持が望ましいことなどが挙げられる。登山の高度範囲も限られており、加圧の要件はない。^{[ 25 ]}

酸素療法は、医療療法として補助酸素を使用することです。^{[ 45 ]}急性治療の適応症には、低酸素血症（血中酸素濃度の低下）、一酸化炭素中毒、群発頭痛、減圧症などがあります。また、麻酔導入中に血中酸素濃度を維持するために予防的に投与されることもあります。^{[ 46 ]}酸素療法は、重度のCOPDや嚢胞性線維症などの疾患によって引き起こされる慢性低酸素血症によく有効です。^{[ 47 ] [ 45 ]}投与される分圧は、周囲の空気よりもわずかに増加する低流量から、減圧症やその他の適応症の高圧酸素療法で使用される2.8バール絶対圧まで多岐にわたります。酸素は、鼻カニューラ、フェイスマスク、人工気道、または高圧チャンバー内の内蔵呼吸システムデマンドマスクまたは酸素フードを介して、自発呼吸患者に供給できます。^{[ 48 ] [ 49 ]}投与方法は、連続流、バッグリザーバーマスク、オンデマンド、またはパルスオンデマンドのいずれかである。^{[ 42 ]}

自力で十分に呼吸できない患者には、人工呼吸器または蘇生器によって呼吸ガスが供給される。^{[ 50 ]}

麻酔器は、一般的に人工呼吸器、呼吸システム、吸引装置、患者監視装置と併用されます。厳密に言えば、「麻酔器」という用語はガス流を生成するコンポーネントのみを指しますが、現代の麻酔器は通常、これらの装置すべてを1つの独立したユニットに統合しており、便宜上、これを麻酔器と呼んでいます。先進国で最もよく使用されているのは連続流式麻酔器で、これは正確な濃度の麻酔蒸気と混合された医療用ガスを供給し、安全な圧力と流量で患者に連続的に供給するように設計されています。これは、患者自身の吸気によって作動した場合にのみガス流を供給する間欠流式麻酔器とは異なります。

機械換気とは、使用者がガス流を誘発する駆動力を供給できない場合に、人工呼吸器または蘇生器によって使用者に呼吸ガスを供給することです。このような人工換気は蘇生の特徴であり、必要に応じて医療用人工呼吸器によって提供されることがあります。機械換気は、制限機構によって大きく2つのタイプに分けられます。圧力制御式では、制限圧力に達すると供給が停止し、容量制御式では、1回の呼吸ごとに設定された容量が供給されます。これらの方法はいずれも限界があり、状況によっては最適に機能しない場合があります。^{[ 50 ]}

人工呼吸器は、呼吸可能な空気を肺に出し入れすることで機械的に換気を行う装置の一種で、自力で呼吸できない、または呼吸が不十分な患者に呼吸を供給します。人工呼吸器はコンピュータ制御のマイクロプロセッサ搭載機器ですが、手動式のシンプルなバッグバルブマスクでも換気を行うことができます。人工呼吸器は主に集中治療、在宅医療、救急医療（単体機器として）および麻酔科（麻酔器の構成要素として）で使用されています。

蘇生器は、意識不明で呼吸をしていない人の肺を陽圧で膨らませ、酸素供給を維持して生存させるための装置である。^{[ 52 ]}

人工呼吸器と蘇生器にはかなりの重複がある。主な違いは、機器の使用方法にあると考えられる。

人工呼吸器による呼吸の供給方法には、3 つのモードがあります。制御モードでは、各呼吸は機械的に供給されますが、タイミング機構または患者の努力によってトリガーされる場合があります。これらの呼吸は、容量制御または圧力制御される場合があります。補助モードまたは自発モードでは、各呼吸は患者によってトリガーされ、人工呼吸器によってサポートされます。組み合わせモードでは、制御呼吸と補助呼吸の組み合わせがあり、容量制御呼吸と圧力補助呼吸または制御呼吸の組み合わせがある場合があります。^{[ 53 ]}

標高1,500～3,500メートル（4,900～11,500フィート）の高地では、酸素分圧の低下による生理学的影響があり、運動能力の低下や呼吸数の増加などが含まれます。動脈血酸素飽和度は健康な人では一般的に90%以上ですが、動脈血P _{O 2}は低下します。^{[ 54 ]} 

高度が非常に高い場合、3,500～5,500メートル（11,500～18,000フィート）では、動脈血酸素飽和度が90%を下回り、動脈血酸素分圧が_低下するため、運動中や睡眠中に極度の低酸素血症が発生する可能性があり、高山肺水腫が発生することもあります。この範囲では、重度の高山病がよく見られます。^{[ 54 ]} 

5,500メートル（18,000フィート）を超える極めて高い高度では、著しい低酸素症、低炭酸症、アルカローシスが予想され、生理機能が徐々に悪化し、順応を超えます。したがって、この高度範囲には人間の居住はありません。^{[ 54 ]} 

海抜0メートルから約3,000メートル（10,000フィート）までの地域は、生理的に効率的なゾーンとして知られており、酸素濃度は通常、人間が酸素補給なしで活動できるほど高く、高地減圧症はまれである。  

生理機能不全ゾーンは、 3,600 m (12,000フィート)から約15,000 m (50,000フィート)まで広がっています。このゾーンでは、低酸素症、閉じ込めガス減圧症(体内に閉じ込められたガスが膨張する)、および発生ガス減圧症 (窒素などの溶解ガスが組織内に形成される、すなわち減圧症) のリスクが高まります。^{[ 55 ]}約4,300 m (14,000フィート)より上では、下層大気で利用可能な酸素に近づけるために酸素が豊富な呼吸混合気が必要であり、 ^{[ 22 ]} 12,000 m (40,000フィート)より上では、陽圧下で酸素を供給する必要があります。高度15,000m （49,000フィート）以上では、肺が二酸化炭素を排出する際の圧力（約87mmHg）が外気圧を超えるため、呼吸は不可能になります。アームストロング限界として知られる19,000m （62,000フィート） 以上では、喉や肺に露出した体液が通常の体温で沸騰してしまうため、加圧服が必要になります。一般的に、 3,000m （10,000フィート）相当の高度を維持するために100%酸素が使用されます。              

人々は、高地に十分な時間滞在すれば、 5,200～5,500メートル（17,000～18,000フィート）の高度に順応することができるが、高地救助活動では、救助隊を迅速に展開する必要があり、順応に必要な時間は確保できないため、約3,700メートル（12,000フィート）以上では酸素呼吸装置が必要となる。^{[ 15 ]}  

海面と同等の酸素分圧は、100%酸素を使用すれば高度10,000メートル（34,000フィート）で維持できます。12,000メートル（40,000フィート）以上では、100%酸素による陽圧呼吸が不可欠です。陽圧がないと、13,000メートル（43,000フィート）以上の高度に非常に短時間さらされただけでも意識を失うからです。^{[ 56 ]}酸素節約装置は、開放回路呼吸装置と併用することで、周囲圧力呼吸が可能な低高度でのガス使用効率を向上させることができます。   

高度が十分に高い場合、順応後であっても、空気中の酸素分圧は有用な作業や意識を維持するのに不十分であり、さらに高い高度では人間の生命を維持することは不可能です。低酸素症が問題となる高度では、周囲圧力で酸素含有量の高いガスを呼吸することが有効な解決策となります。加圧された航空機の客室と同等の高度（約8000フィート）を提供するのに十分な補助酸素は多くの用途で十分ですが、海面相当（約0.21バールの酸素分圧）のような高濃度であれば_、有酸素運動能力を高めることができます。これとバランスを取る必要があるのは、酸素を節約し、呼吸装置を使用する人の重量を最小限に抑えることです。

登山や救助活動のように、ユーザーが補助酸素供給装置を携行し、かつ比較的長時間にわたって相当な作業を行う必要がある場合、酸素利用効率と呼吸装置の信頼性がより重要となり、これらの特性と携行重量との間にはトレードオフが生じる。

吸入酸素分圧を海面気圧相当値、または周囲の大気圧よりも高い任意の固定値まで下げるために必要な補助酸素量は、高度の関数であり、高度の上昇に伴い気圧低下に正比例して増加します。実際に使用される補助酸素量は、運動量に応じて変化する呼吸分時換気量にも比例します。

電力使用に制限がなく、固定された場所で作業を行う場合、酸素濃縮器が効果的な解決策となる可能性があります。^{[ 6 ]}酸素濃縮器は、ガス供給源（通常は周囲の空気）から窒素を選択的に除去して酸素を濃縮し、酸素が豊富な生成ガス流を供給する装置です。これらは工業用および酸素療法用の医療機器としても使用されています。^{[ 57 ]}一般的に使用されている 2 つの方法は、圧力スイング吸着と膜ガス分離です。これらは、補助酸素を高い割合で必要としない場合に最も効率的です。

圧力スイング吸着式酸素濃縮器は、分子ふるいを使用してガスを吸着し、高圧下で大気中の窒素をゼオライト鉱物に急速に圧力スイング吸着させる原理で動作します。このタイプの吸着システムは、機能的には窒素スクラバーであり、他の大気ガスは通過し、酸素が主要なガスとして残ります。^{[ 58 ]}膜を介したガス分離も圧力駆​​動プロセスであり、駆動力は原料の入口と製品の出口の圧力差です。プロセスで使用される膜は一般的に非多孔質層であるため、膜を通してガスがひどく漏れることはありません。膜の性能は透過性と選択性に依存します。透過性は透過物質のサイズに影響されます。ガス分子が大きいほど拡散係数は低くなります。膜ガス分離装置は通常、ガスを膜モジュールに送り込み、目的のガスは拡散率と溶解度の違いに基づいて分離されます。^{[ 59 ]}生成ガスは、適切な呼吸装置を介してユーザーに直接供給できます。

パルス投与（間欠流量またはオンデマンドとも呼ばれる）携帯型酸素濃縮器は最小のユニットで、重量はわずか2.3キログラム（5ポンド）です。小型であるため、ユーザーは治療で得られたエネルギーを持ち運びに費やすことが少なくなります。このユニットは、各呼吸の開始時に一定量の酸素濃縮空気（ボーラス）を投与します。これは、生理学的死腔を超えた肺のガス交換領域に到達する可能性が最も高い呼吸の部分です。酸素を効率的に使用できることが、ユニットをコンパクトに保つ​​ための鍵となります。^{[ 60 ]} 

閉鎖回路システムでは、未使用の酸素はすべて保持されて再呼吸されるため、利用率はほぼ100%ですが、高度上昇に伴う膨張や呼吸回路からの偶発的な漏れにより、若干の損失が生じる可能性があります。

酸素圧が長時間にわたって約0.5バールを超えると、肺酸素中毒のリスクがある。これは、大気圧が海面の約半分である5500メートル以下の高度で起こりうる。^{[ 30 ]}

酸素使用効率の点では、閉鎖回路式酸素再呼吸器が最も効率的ですが、比較的かさばり、二酸化炭素吸収剤の使用が必要です。二酸化炭素吸収剤は酸素供給量に見合う量であるか、定期的に交換する必要があります。酸素供給が途絶えた場合、ループが適切にパージされていなかったり、周囲の空気で汚染されたりすると、ループガスは周囲の大気よりも低酸素状態になる可能性があります。酸素濃度のモニタリングがない場合、ユーザーは酸素濃度の低下に気づかない可能性があります。^{[ 15 ]}

閉鎖回路式酸素供給システムは、1953年のエベレスト遠征隊のトム・ブルディロンとチャールズ・エバンスによってテストされた。 ^{[ 15 ]}

希釈式需要調整器は、第二次世界大戦中に高高度飛行用に開発され、広く使用されました。希釈式需要調整器は、調整器内のオリフィスを通してマスク内に外気を吸い込み、同時に調整器内の需要弁を通して純酸素を供給します。航空用途では、外気オリフィスのサイズはアネロイド弁操作器によって制御され、大気圧に正比例します。高度が上がると気圧が低下し、オリフィスが小さくなるため、使用者にはより高い割合の酸素が供給されます。適切に校正されていれば、混合気中の酸素分圧は海面高度での0.21バールに近い値でほぼ一定に保たれます。このシステムは、外気と貯蔵酸素を効率的に組み合わせて使用​​します。^{[ 15 ]} アネロイドバルブ操作器の機能は、地上での使用においては、よりシンプルで軽量かつ頑丈な手動操作式オリフィスセレクタノブで代替でき、より軽量で信頼性が高く、効率はやや劣るものの、ユーザーによる適切な選択を必要とする段階的な濃度範囲を提供します。また、ユーザーが混合比を手動で調整して個人のニーズに合わせることもできます。手動で選択するため、飛行にはあまり適しておらず、高度を急激に変化させない歩行者により適しています。^{[ 15 ]} オリフィスとレギュレーターを通過する流量は吸入流量に敏感であり、吸入流量が高いときにやや高い酸素分圧を提供するように設計することができ、これにより、より高い運動を補償するのに役立ちます。^{[ 15 ]}

この領域では、周囲圧力下での100%酸素では不十分であり、適切な吸入酸素圧を確保するためには何らかの加圧が必要となる。選択肢としては、部分加圧と完全加圧がある。

加圧服は、高高度を飛行するパイロットが着用する防護服です。高高度では気圧が低すぎて、たとえ正圧の純酸素を呼吸しても、防護服を着ていない人は生存できません。加圧服には、完全加圧式（宇宙服など）と部分加圧式（航空機乗務員が使用）があります。部分加圧式は、機械的な加圧によって高高度での呼吸を補助します。

宇宙服は、主に真空と極端な温度から身を守るために、宇宙空間の過酷な環境で人間を生存させるために着用する衣服です。呼吸ガスは純粋な酸素であり、これによりスーツ内の圧力を最も低く抑えることができます。宇宙服は、船内圧力が失われた場合の安全対策として宇宙船内で着用されることが多く、船外活動（EVA）には不可欠です。現代の宇宙服は、基本的な加圧衣服に、着用者の快適さを維持し、手足を曲げるのに必要な労力を最小限に抑え、柔らかい加圧衣服が真空に対して硬くなる自然な傾向に抵抗するように設計された複雑な機器システムと環境システムを追加しています。宇宙船とは独立して、より大きな動きの自由度を可能にするために、自己完結型の酸素供給および環境制御システムが使用される場合があります。^{[ 20 ]}

宇宙服には、用途に応じて 3 種類あります。IVA (船内活動)、EVA (船外活動)、IEVA (船内/船外活動) です。IVA スーツは加圧された宇宙船内で着用することを想定しており、そのため軽量で快適です。IEVA スーツは、ジェミニ G4Cスーツのように、宇宙船内外での使用を想定しています。微小隕石や極端な温度変化からの保護など、宇宙の過酷な環境に対する保護機能が強化されています。EMU などの EVA スーツは、惑星探査や船外活動のために宇宙船外で使用されます。着用者を宇宙のあらゆる環境から保護するとともに、機動性と機能性も提供する必要があります。^{[ 20 ]}

マスクが過酷な環境で使用されることを想定しており、ガス供給の汚染を防ぐ必要がある場合、マスクは使用者の位置に関係なく、縁の周囲に気密または水密のシールを形成する必要があります。このシールは、マスクのエラストマースカートと顔の皮膚の間にあります。マスクのフィット感はシールと快適性に影響し、顔の形や大きさのばらつきを考慮する必要があります。これはフルフェイスマスクでは問題が少なく、ダイビングヘルメットではさらに問題が少なくなりますが、頭全体のサイズ、首の長さと周囲など、他の問題がこれらに影響するため、調整といくつかのサイズオプションが依然として必要です。^{[ 30 ]}

シールは、毛髪がシールの下に入り込むことで損傷を受ける可能性があり、漏れの量は毛髪の量と、場合によってはシールの損傷部分の位置によって異なります。^{[ 30 ]}

呼吸マスク内のガス空間は、比較的緩やかな圧力変化に対して本質的に自己平衡化します。マスクを周囲の圧力が大きく変化する可能性のある場所で使用する場合、使用者は中耳の圧力を平衡化できる必要があり、多くの人にとって鼻孔を塞ぐ方法が必要となります。^{[ 30 ]}

ダイビングヘルメットやほとんどのフルフェイスマスクでは、使用者が指で鼻に触れることができないため、さまざまな機械的補助具が試されてきましたが、快適性や利便性のレベルは様々でした。^{[ 75 ] [ 30 ]}補助酸素用のマスクは、装着したまま鼻を塞ぐのに十分な柔らかさを持つものもあれば、一時的に取り外せるものもあります。汚染された雰囲気で使用するマスクは通常、一定の周囲圧力で使用されるため、この問題は発生しない可能性があります。

フルフェイス呼吸マスクまたはヘルメットのユーザーの視野は、ヘルメットまたはマスクの不透明な部分によって制限されます。特に下部では、デマンドバルブの体積のために周辺視野が制限されることがあります。ヘルメットの設計は、低質量と慣性の妥協点であり、内部容積とビューポートが比較的小さいと視野が制限され、内部容積が大きいとビューポートが大きくなります。ビューポートを目の近くに配置することで視界は改善されますが、さまざまなダイバーのために鼻の前に十分なクリアランスを確保する必要があるため複雑になります。円筒形の湾曲したビューポートは、水中での視覚的な歪みを引き起こし、ダイバーの距離判断の有効性を低下させる可能性がありますが、空気中で使用されるマスクでは一般的です。球面ビューポート表面は、構造上の理由から最近の大気スーツで一般的に使用されており、内部容積が十分に大きい場合にうまく機能します。十分な周辺視野を確保するために、十分に広くすることができます。ヘルメットの視野は、ヘルメットの可動性によって影響を受けます。頭部に直接支えられるヘルメットは頭部と共に回転するため、ユーザーは視野を目標に向けることができますが、周辺視野は視野の寸法によって制限されます。空気中の重量と水中での不均衡な浮力は首で支えなければならず、慣性荷重と流体力学的荷重も首で支えなければなりません。胸当てや宇宙服に固定されたヘルメットは胴体で支えられており、胴体ははるかに大きな荷重を安全に支えることができますが、頭部と共に回転しません。視野を向けるには上半身全体を回転させる必要があります。そのため、体を回転させるのが現実的でない場合でもユーザーが許容できる視野を確保できるように、より大きな視野を使用する必要があります。回転しないヘルメット内で頭部を回転させる必要があるため、内部空間が必要となり、大きな容積が必要となります。

マスクやヘルメットのビューポートの内面は、外気温が内部ガスの露点よりも低い場合、曇りやすい傾向があります。これは、凝縮した微細な水滴が透明な素材を通過する光を分散させ、視界をぼやけさせるためです。内面を曇り止め界面活性剤で処理することで曇りを軽減できますが、それでも曇る可能性があり、水で洗い流すか、乾燥空気を吹き付けて曇りを解消するなど、積極的に曇りを除去できる必要があります。標準的なヘルメットには、すすぎ用のスピットコックが備えられている場合があります。デマンドヘルメットには、フェイスピースの内側に乾燥空気を送るフリーフロー供給バルブが備わっている場合があります。フルフェイスダイビングマスクは、主にスキューバ用か水面供給用かによって、すすぎ式またはフリーフロー式のいずれかを使用します。フルフェイスマスクやヘルメットでは、吸入前に新鮮で乾燥したガスをビューポートの内面に流し込み、排気経路に逆止弁付きの鼻口インサートを使用することで、温かく湿った呼気がフェイスプレートに到達するのを防ぐことができます。すすぎができない場合は、ビューポートの表面に曇り止め界面活性剤を塗布して、水滴の発生を防ぐことができます。ビューポートの結露を除去するために、手動式のワイパーブレードが使用されることもあります。

視力矯正が必要なユーザーには選択肢があります。コンタクトレンズは、あらゆる種類のマスクやヘルメットの下に装着できます。通常の眼鏡はほとんどのヘルメットで着用できますが、調整はできません。一部のフルフェイスマスクの内側に矯正レンズを取り付けることができますが、目からレンズまでの距離が最適ではない場合があります。遠近両用レンズも利用可能です。接着レンズの曇り止めは、通常のガラスレンズと同じです。

ダイビング用の開放回路式呼吸装置は、排気口から呼気ガスの気泡を発生させます。フリーフローシステムは最も多くの気泡を発生させますが、排気口は視界を遮らないようにビューポートの後ろに配置できます。デマンドシステムでは、呼吸仕事量を最小限に抑えるため、セカンドステージのダイヤフラムと排気口を口または肺とほぼ同じ深さに配置する必要があります。ダイバーがとる可能性のあるさまざまな姿勢で一定の呼吸努力を得るには、排気口とバルブが口の近くにあるのが最も実用的であるため、ヘルメットやマスクのビューポートから気泡を遠ざけるためのダクトが必要です。これにより、排気ガスは一般的に頭の側面を回り込むように迂回され、気泡が耳を越えて上昇する際にかなり大きな音を立てる傾向があります。閉鎖回路式システムは、ダイバーの後ろで放出できるガスの排出量がはるかに少なく、大幅に静かです。ディフューザーシステムが試されましたが、開放回路式装置では成功していません。ただし、リブリーザーではステルス性を向上させるために使用されています。

調節可能なストラップで固定するタイプのマスクは、衝撃で外れたり、正しい位置からずれたりすると、周囲の空気や水が侵入し、呼吸ガスが漏れることがあります。フルフェイスタイプの呼吸マスクはサイズが大きいため外れやすく、よりしっかりと固定する必要があります。通常は後頭部で4本または5本の調節可能なストラップで固定しますが、それでも外れる可能性があるため、使用者がマスクを再び装着し、呼吸を続けられるようにマスク内の空気を十分に排出できる必要があります。ヘルメットははるかにしっかりと固定されており、頭から外れた場合は緊急事態とみなされます。

デッドスペースの容積は、あらゆる呼吸装置にとって重要です。ヘルメットやフルフェイスマスクの内部デッドスペースを最小限に抑えるために、内部に装着する鼻口マスクがよく用いられ、また、ビューポートの内面が曇る傾向を軽減する効果も期待できます。

軽量の要求型ダイビングヘルメットは、水中ではほぼ中性浮力になるようにバラストが調整されているため、首に過度の静的負荷がかかりません。

フリーフロー式ダイビングヘルメットは、高いガス流量によって潜在的に大きなデッドスペースを補い、呼気を再呼吸する前に排出します。内部容積が大きく、デマンド式ヘルメットよりも重く、首への過度の負担を防ぐために肩に装着するタイプなので、頭の動きに合わせて動くことはありません。水中では、過剰な浮力はダイバーのウェイトシステムまたはジョッキングストラップに接続することで相殺されます。

ユーザーがガス供給装置を携行する必要がある場合、装置の重量、バランス、慣性、およびハーネスの荷重配分は、快適性と安全性に大きな影響を与える可能性があります。特に、消防、救助、登山など、困難な状況下で重労働を強いられる可能性がある場合はなおさらです。ユーザーは、合理的に実行可能な範囲で最大限の動きの自由度を持ち、少なくとも想定される作業を安全に遂行できるだけの自由度を確保する必要があります。また、必要な動作中は装置がしっかりと所定の位置に留まる必要があります。バルブと圧力計へのアクセスはガス管理にとって重要であり、チームで装置を共有する場合は、フィット感を個人に合わせて簡単かつ迅速に調整できると便利です。ダイビングでは、浮力と浮力配分が安全性にとって重要です。

ガス管理の最も基本的な側面は、現在使用可能なガスの予想される持続時間と、予見可能な状況下での運動によってこれがどのように影響を受けるかを現実的に把握することです。^{[ 9 ]}残圧の定期的なチェックが通常の監視方法であり、そのためには、レギュレーターの第1段に取り付けられたシリンダー圧力計が通常使用されます。ユーザーが作業負荷が大きすぎてガス圧力の確認を怠る可能性が高い場合は、低ガス警報、手動予備切り替え、またはその両方が賢明です。これら3つはすべて、救助や消火活動に使用される産業用呼吸器セットに備わっている場合があります。水中ダイビングでは、圧力計が標準装備されており、代替ガス供給システムは、状況に応じて許容されるスキューバベイルアウトセット、バディダイバーによるガス供給、または緊急浮上のいずれかから選択されます。選択はリスク評価に依存し、場合によっては標準作業手順または実施規範に依存します。予備バルブは、視界不良の状況でも時折使用されます。バディシステムと緊急浮上は、計画的な減圧義務のない浅い外洋でのレクリエーションダイバーによって頻繁に使用されます。職業ダイバーは独立した緊急脱出装置を携行する義務がある場合があり、^{[ 68 ]}テクニカルダイバーは呼吸ガス供給を損なう可能性のある合理的に予測可能な状況に対して複数の緊急時対応計画を持っている場合があります。^{[ 76 ]}

複数の呼吸ガス混合物が利用可能な場合、現在の状況に適さないガスを選択するリスクを最小限に抑える必要がある。^{[ 76 ]}

医療機器では、制御および監視システムのユーザーインターフェースがオペレーターエラーの発生確率に影響を与える可能性がある。^{[ 77 ]}