华人潜水网
潜水是一门科学 之 氧气(一),(本文仅代表作者本人观点,并不代表其观点能够保护读者在潜水时的安全。读者在具体计划、执行潜水过程中,应该严格依照自身所接受教育和训练标准,任何参照本文或作者相关观点采取的行动而导致的风险和损失,应由读者自行承担。) 几乎所有讲氧气的文章和书
氧中毒  减压病  
当前位置: 主页 > 潜水技巧 > 潜水是一门科学 之 氧气(一)

潜水是一门科学 之 氧气(一)

时间:2016-11-04 00:00

(本文仅代表作者本人观点,并不代表其观点能够保护读者在潜水时的安全。读者在具体计划、执行潜水过程中,应该严格依照自身所接受教育和训练标准,任何参照本文或作者相关观点采取的行动而导致的风险和损失,应由读者自行承担。)

几乎所有讲氧气的文章和书,开头总归要客客气气地说:“人类倚赖于氧气生存”。然而我的T2教练Mario却爱说一句话:“氧气是一种毒性很高的气体,我们只能在非常有限的范围耐受它。”

 

他说他在水下亲眼见过神经性氧中毒的情形。在花了六个小时给我们阐述减压病的各种症状,以及严格遵守减压程序如何重要之后,再谈到氧中毒,他说:这个时候最重要的是把中毒者尽快送上水面,而不是减压……

 

人体能够长期耐受的氧分压范围,大约在0.16到0.5之间(氧分压=氧气含量× 环境压力)。在这个范围之外,可能会造成几种不同的危险:

瞬时的极高分压,可能会造成中枢神经性氧中毒,以至于最后抽搐(convulsion)昏迷,导致溺亡;

持续的较高分压,可能会造成肺型氧中毒,导致呼吸受损,以至于死亡;

低分压(低于下限),会造成一系列的认知障碍,以至于最后低氧昏迷,导致溺亡。

 

(一)中枢神经性氧中毒(hyperoxia: CNS toxicity)

CNS毒性又叫Paul Bert efffect,因为第一个记录中毒症状的人叫做Paul Bert.

所有学过高氧课程的潜水员,对于CNS毒性应该都不陌生。如果你的教练没有给你看过相关视频,强烈建议你去网上搜几个来看看。它的主要症状与癫痫发作很类似;身体强直,抽搐,失去知觉。如果发作时处于水下,并且不能得到及时救援,在强直阶段结束而知觉尚未恢复期间溺水而死就是最后的结果。

 

说到高氧中毒,不能不提一本书:Oxygen and the Diver. 这本1992年出版的老书总结了英美两国海军自二战期间至七十年代进行的大量人体试验,包括把一群海军潜水员扔进水里,加压,加到抽搐失去知觉为止再捞起来。这本书数十年来一直处于氧中毒研究的制高点,原因很简单:因为,后来,这种可怕的人体试验就不能做了呀。

(US Navy CNS oxygen toxicity hit)

自从二战前发现纯氧循环呼吸器潜水员出得去回不来的比例很高,英美两国海军都一直想找出中毒的原因,或者至少也要找出它的预兆,或者最起码得出一个安全范围。人体试验数据占据了这本书的绝大部分篇幅,最后得出一个最重要的结论:氧气中毒未必有预兆,安全范围不好说,因为影响它的因素实在是太多了,而且我们并不知道为什么。

氧中毒最重要的影响因素当然是氧分压和曝露时间。除此之外,还有很多普通人可能根本想不到,研究者也不明白为什么的因素,比如说,水。

人在干燥环境里对高氧分压的耐受能力远远高于在水下。这张柱状图说明,经历过残酷的高氧耐受试验选择的海军潜水员,在同样的压力条件下(27米或18米),对纯氧的耐受时间,在干舱中(斜线)远远高于在海水中(黑色),并且人人如此。

(图片来自Oxygen and the Diver)

当然,从上图中也可以看出,每个人的高氧耐受能力也是不一样的。刚才说到海军潜水员挑选过程中都会经历高氧耐受力的测试,然则仔细看下去,会发现测了貌似也并没有太大用处。下图是一个人在不同测试日期中水下21米呼吸纯氧的耐受时间,可以从5分钟到两个半小时不等,而且研究者也并没有找出什么规律。也就是说,就算一个“特别厉害”的人,你也不知道他哪天会比较不耐受……

(图片来自Oxygen and the Diver)

插播:对高氧的耐受力真的越强越好吗?

安全记录出众的水下探索项目WKPP十多年来仅有的两起事故中,一起是心脏病发作,另一起就是资深潜水员Jim Miller的氧中毒事故。

由于操作流程失误,他在80米深度的洞穴中呼吸着原本应该留在21米深度的50%氧气瓶,也就是在4.5个大气压的氧分压下进行了一小时的潜水,这是个吓死人的耐受记录。然而也正因如此,氧中毒发作的时候,他已经处在洞穴内部很远的地方,队友必须先花很长时间把他运出洞穴,再由支援潜水员送至水面,当然已经无力回天。如果症状在刚下水不久的时候就发作,是不是可能还有获救的机会呢……

 

对高氧的耐受还受到活动量、水温、二氧化碳累积等等各方面的影响。总的来说,活动量越高,耐受能力越差;水温则是太高太低都会影响耐受;二氧化碳积累,包括水下运动过量、呼吸阻抗过高都会降低耐受能力。

那么,到最后,日常潜水活动的氧气耐受界限究竟应该划在哪里?

普通的压缩空气潜水基本上不会遇到CNS毒性的问题,因为你会先遇到氮醉。即便所谓的“氮醉管理课程”教授的大深度空气潜水也止步于70+米(氧分压1.7),说明即使认为氮醉可以“管理”的流派,对于氧中毒也还是很认真的。对于休闲高氧潜水来说,因为曝露时间较短,只需要考虑瞬时氧分压的最高值。大部分潜水组织的最高氧分压标准定在1.3左右,因为历史证明,1.3以下的氧分压不会造成抽搐。

 

而技术潜水组织对这一问题的处理有两种不同的方式。

 

第一种沿袭NOAA耐受表格的(氧分压x时间)理念,采用所谓的CNS时间,规定不同氧分压下的耐受时间。

 

在Oxygen and the Diver描述的实验之后,Bill Hamilton(这位老大可以称得上是现代减压表格的奠基人)也通过NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)进行了一系列实验,制定了单次与多次潜水的高氧耐受标准。其实在1988年-1989年间,NOAA甚至与中国海军合作进行了这个标准的验证实验,只不过,后来,发生了一件不能说的事,就停了。(这貌似是个代沟检测帖嘛。)

 

Erik Baker(就是VPM的作者)总结了NOAA的CNS耐受限度值,画成了一张图,并据此进行CNS百分比的计算。简单地说,假设NOAA表格中对应氧分压值x的耐受限度是n,那么在此氧分压下一分钟,积累的CNS比值就是1/n * 100%。把整个潜水过程中每分钟的比值加起来,就是这一次潜水总的CNS百分比。

 

通常,技术潜水电脑会在CNS值达到100%时提出警告。当然,在你做减压计划时就应该已经考虑过这一点。到最后你会发现,一次CCR潜水计划在时间上的瓶颈常常既不是减压,也不是吸附剂,而是CNS。很多CCR潜水员会把氧分压设定值从1.3调到1.2甚至1.1,也是这个原因。

(图片来自:Eric Baker, Oxygen Toxicity Calculations)

 

但是,某些经常进行大深度长时间潜水的组织(具体来源我就不说了,你们懂的),在很多探索项目中的CNS比值持续超过100,极端情况甚至上千。他们倾向于采用一个固定的氧分压限值,而不是CNS时间限值。具体的依据来自美军氦氧混合气体潜水——在美军的各种潜水标准中,只有氦氧混合气体标准是适用于bounce dive(即非饱和的深度潜水)的——大深度氧分压不超过1.3,减压时间(无工作状态)氧分压不超过1.6。

 

插播:

某教练曾经说过:我们不用CNS百分比,但还得教你们,为啥呢?免得别人说起来你们居然不知道,显得很没有知识的样子……

 

当然,在纯氧减压时间超过15-20分钟之后,很多组织也会加入所谓air break,避免长时间曝露在1.6下,即切换回背气(或旅行气)几分钟再切回来。还有一些组织采用40%和80%的氧气代替50%和纯氧,谣传是因为氧中毒的原因,不过我求证了一下,得到的答案是为了气体计划,可以在更大深度开始减压。

(DAN 关于氧气CNS的微型讲座)

其实说到底,正如搞高氧耐受的和搞减压表格/程序的都是一拨人,高氧耐受标准也和减压表格/程序一样,建立在各种惨痛的实际经验之上,而其机理至今仍然没有完全阐明。这些年来,我对于这些似是而非的潜水“理论”的耐受也已经超过了极限,所以就不再写下去了。反正如果有人告诉你他知道原理,就像有人告诉你他懂得减压的原理一样,你只要“呵呵”就可以了。真正重要的是,按照前人一步步试错定出来的标准保守地潜水,不论减压还是高氧耐受。

 

虽然不知道原理,但大家还是会关心,CNS氧中毒究竟有没有方便观察和监测的预兆呢?有人总结出了一套COVENTID规则,相关课程中均会讲到,此处不再详述。需要强调的一点是,部分人在抽搐和失去知觉之前,是完全没有预兆的。

 

因此对于CNS中毒,最重要的还是预防,也就是说,每次下水前,一定要测自己的气,亲手的。

 

本文已获作获作者授权转载自作者本人微信公众号,私人分享文章请保留出处及此版权声明,媒体及公众平台转载请先联系作者本人(denovo@gmail.com)获得授权。

本文标签:  

推荐内容