Nr 8-9 VI-XII.2003 r.

W NUMERZE : Trzy słowa od Prezesa Drodzy Czytelnicy -1- s s ss s ss s ss s s s s s s -2- ss TECHNIKA s s s s s s s s s s s s „Polish Hyperbaric Research” s Model ewakuacji poszkodowanych s s s nurków z morza s ss s s s s s -7- Aspekty bezpieczeństwa nawodnego i podwodnego oraz MEDYCYNA s lotów nad morzem s s s s s Przyczyny i skutki hiperkapnii u nurka s sss Perspektywy i rozwój systemów ratownictwa, s s Specyfika oględzin miejsca znalezienia bezpieczeństwa i obronności w XXI wieku s zwłok pod wodą s s s s s s 30th annual meeting of the European Underwater and ss Baromedical Society on Diving and Hyperbaric s Medicine, s s s Człowiek w ekstremalnych warunkach środowiska; s s s s s ss Proceeding Problematyka Techniczna NURMIL 2004 s s s s s s s certyfikatu lekarza nurkowego s s Fizjopatologii Nurkowania s sss s Patofizjologii hiperbarii i reanimacji, s ratownictwo nurkowe s s s s ssss s s s s s s s sss ss s s s s s ss ss ss sss n ss s s s ss s s s s s s Biuletynu s s s ss s ss s s s s Postępy Medycyny s i Techniki nurkowej. s sss s s s s s s o oooooo Gdynia 13 - 18.05.2002 s s s s s ss s s s s Organizm człowieka przystosowany jest do oddychania powietrzem atmosferycznym i każda mieszanina, która nie jest powietrzem, powinna być uznana niekonwencjonalną mieszaniną oddechową, jednakże w technice nurkowej tym mianem określa się wszystkie mieszaniny poza dwu i trójskładnikowymi mieszaninami tlenowo-helowymi () i tlenowo-helowo-azotowymi (). Do niekonwencjonalnych mieszanin oddechowych zalicza się mieszaniny: tlenowo-wodorowe (), tlenowo- helowo-wodorowe (), tlenowo-neonowe (NEOX), tlenowo-helowo-azotowo-neonowe (NEOQUAD), tlenowo-argonowe (ARGOX). Duże koszty wytwarzania takich gazów powodują, że niekonwencjonalne mieszaniny oddechowe, pomimo wielu zalet, stosowane są jedynie podczas eksperymentalnych nurkowań oraz specjalnych operacji nurkowych [6]. Projektowanie i eksploatacja systemów hiperbarycznych, wykorzystywanych do nurkowania saturowanego oraz procedury sporządzania mieszanin oddechowych, wymagają znajomości własności termodynamicznych gazów. Każda faza ekspozycji saturowanej wymaga stosowania odpowiedniego czynnika oddechowego, którego skład, ciśnienie, stopień zawilżenia oraz temperatura, mają wpływ na jego własności fizyczne. W fazie kompresji nurka, szybkość zmiany temperatury gazu wewnątrz komory dekompresyjnej zależy od szybkości kompresji, a zatem, w tej fazie ekspozycji nurka, własności mieszaniny oddechowej będą szybko się zmieniały. Na plateau saturacji utrzymywany jest stały skład i ciśnienie mieszaniny oddechowej oraz stała temperatura komfortu, a zatem własności mieszaniny oddechowej w tej fazie ekspozycji saturowanej prawie się nie zmieniają. W fazie dekompresji szybkość zmian temperatury zależy od tempa obniżania ciśnienia, czasu pobytu nurka na danym przystanku dekompresyjnym oraz od składu mieszaniny oddechowej, który dla każdego etapu dekompresji jest odpowiednio modyfikowany, aby zachować warunki bezpiecznej dekompresji. Zagadnieniom obliczania właściwości fizycznych mieszanin oddechowych poświęcono stosunkowo niewiele prac [1,6,7]. Ze względu na specyfikę stosowania niekonwencjonalnych mieszanin oddechowych, poza pracami [5,6,7] zagadnienia te nie są dobrze udokumentowane w literaturze przedmiotu. W celu ułatwienia i przyspieszenia obliczeń właściwości fizycznych różnego rodzaju mieszanin oddechowych, opracowano równania regresji, uwzględniające wpływ ciśnienia, temperatury i składu gazu na jego własności termodynamiczne. Etapem poprzedzającym obliczanie własności termodynamicznych czynników oddechowych było przygotowanie funkcji opisujących zależność własności składników mieszanin oddechowych od ciśnienia i temperatury [niepublikowana]. W tym celu wykorzystano dane uzyskane doświadczalnie [1,8] dla czystych składników mieszanin (gazy rzeczywiste). Równania regresji, opisujące własności termodynamiczne czystych gazów oraz ich mieszanin, opracowano przy pomocy programu Statistica, wykorzystując funkcje estymacji nieliniowej. O wyborze funkcji estymacji nieliniowej decydowały prostota postaci funkcji regresji oraz duża wartość współczynnika korelacji. Podstawą do sformułowania równań regresji, opisujących własności fizyczne eksperymentalnych mieszanin oddechowych, były następujące czynniki: rodzaj stosowanej mieszaniny oddechowej, dopuszczalne ciśnienie cząstkowe tlenu w mieszaninie oddechowej, dopuszczalne ciśnienia cząstkowe składników obojętnych mieszaniny oddechowej, zakres ciśnień odpowiadający ekspozycjom saturowanym. Dla eksperymentalnych mieszanin oddechowych zestawionych w Tablicy 1, opracowano [4] równania regresji, opisujące między innymi następujące własności fizyczne: ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu, entalpię właściwą, dynamiczny współczynnik lepkości, kinematyczny współczynnik lepkości, gęstość, współczynnik przewodzenia ciepła. Obliczanie własności mieszanin oddechowych jest konieczne przy rozwiązywaniu równania komfortu cieplnego [3], analizie zjawisk wymiany ciepła i masy w środowisku hiperbarycznym oraz do sporządzania różnych wykresów (np. entalpia - stopień zawilżenia mieszaniny oddechowej).

Tablica 1. Eksperymentalne mieszaniny oddechowe P Zakres Lp o o2 stosowania [kPa] [m]

1 HYDROX [O 2+H 2] 30 200 -700 2 HYDRELIOX [O 2+H 2] 30 200 - 700 2 NEOX [O 2+Ne] 35 45 -180 3 NEOQUAD [O 2+Ne+N 2+He] 35 45 -180 5 ARGOX [O 2+Ar] 30 9 - 15 Spośród wymienionych własności termodynamicznych współczynnik przewodzenia ciepła mieszaniny oraz ciepło właściwe mają największy wpływ na utratę ciepła z organizmu nurka podczas kompresji, plateau saturacji oraz dekompresji. Utrzymanie homeostazy termicznej organizmu w warunkach hiperbarycznych jest jednym z podstawowych warunków niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowanie organizmu człowieka. Ponieważ kompensowanie nadmiernej utraty ciepła przekracza możliwości układu termoregulacji nurka, wobec tego wewnątrz komory hiperbarycznej należy stworzyć mikroklimat o parametrach kompensujących straty ciepła, czyli stworzyć warunki komfortu cieplnego. Drugą ważną własnością mieszanin oddechowych jest ich gęstość, która wpływa na opory oddechowe, a tym samym na pracę wykonywaną podczas oddychania. Zbyt duża gęstość wdychanego gazu powoduje duże opory oddechowe i zmniejsza wentylację płuc, co może prowadzić do groźnych następstw. Korzystając z estymacji nieliniowej oraz regresji wielokrotnej wyznaczono funkcje regresji, opisujące zmienność własności fizycznych różnych mieszanin [1,8]. Poniżej, jako przykład podano funkcje regresji uzyskane dla mieszanin NEOX. Równania regresji opisują zależność własności fizycznych mieszanin wraz z ciśnieniem ,temperaturą i udziałem molowym neonu w mieszaninie:

dynamiczny współczynnik lepkości (R=0,9999): 0,000001 0,294386 η = 0,118692 - 0,118750p + 0,000013 * T + 0,000018 xNe (1)

współczynnik przewodzenia ciepła (R=0,999) λ = -0,145456 + 0,000115p + 0,000701T + 0,058544xNe (2) - gęstość (R=0,999) :

ρ = 8,394697p - 0,00002T + 0,170571xNe (3)

ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu (R=0,9999):

cp = ,0 883348 + ,0 027469p - 0,000007T + 0,147678xNe (4)

Na Rys. 1 przedstawiono graficzną interpretację równania regresji (2), które opisuje zależność współczynnika przewodzenia ciepła mieszaniny tlenowo-neonowej od ciśnienia i molowego udziału neonu. Z wykresu, sporządzonego dla temperatury T=303 K wynika, że rosnący wraz z ciśnieniem udział neonu powoduje wzrost współczynnika przewodzenia ciepła, co przyczynia się do wzrostu strat ciepła z organizmu człowieka. Na Rys. 2 przedstawiono zmienność gęstości mieszaniny NEOX wraz z ciśnieniem i udziałem molowym neonu przy stałej temperaturze T=303 K. Z Rys.2 wynika, że wzrost ciśnienia powoduje bardzo duży wzrost gęstości mieszaniny oddechowej, co powoduje duże trudności podczas oddychania. Ze względu na dużą gęstość gazu, dopuszcza się stosowanie mieszanin NEOX w zakresie głębokości 45-200m [6].

R=0,9999 NEOX, T=303 K R=0,9999 NEOX T=303 K λ λλ = 0,066947+0,000115p+0,058544xNe ρ =8,394697p - 0,00606 + 0,170571xNe λ [W/mK]

0,125

0,124 0,122 5,419 0,123 0,122 6,488 0,122 7,557 0,122 0,123 8,626 0,123 9,696 0,980 0,123 10,765 0,968 1,7 0,123 11,834 0,955 1,3 0,124 12,903 0,942 0,9 0,124 13,972 0,124 15,042 0,930 0,5 xNe p [MPa] ponad ponad Rys.1 Zależność współczynnika przewodzenia ciepła od Rys.2 Zależność gęstości od ciśnienia i składu mieszaniny ciśnienia i składu mieszaniny NEOX NEOX Ze względu na koszt czystego neonu zaleca się stosowanie gazu Neon 75 (75% neonu + 25% helu), który otrzymuje się podczas destylacji powietrza [6].

HYDROX WYKRES KOMFORTU CIEPLNEGO DLA MIESZANINY (O 2+He+Ne) 2 o T = 300K qm=58W/m , I cl =0,25clo, φφφ = 0,7,t r =30 C λλλ [W/mK] 33

32 p= 0,2 MPa 0,188 31 p= 0,4 MPa 0,185 p= 0,6MPa 0,182 30 p= 0,8MPa 0,179 0,173 0,174 p= 1,0 MPa 0,176 0,175 29 p= 1,5 MPa 0,173 0,177 p= 2,0 MPa 0,178 28 0,995 0,179 0,988 5,5 0,18 Temperaturakomfortu [oC] , 27 0,982 4,0 0,182 0,975 2,5 0,183 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,184 x 0,969 1,0 Prêdkoœæ mieszaniny , v [m/s] H2 p [MPa] ponad

Rys. 3 Zależność temperatury komfortu cieplnego od Rys.4 Zależność współczynnika przewodzenia ciepła prędkości względnej i ciśnienia mieszaniny gazowej. mieszaniny HYDROX od ciśnienia i jej składu przy T=300K

Na Rys. 3 przedstawiono wykres komfortu cieplnego, opracowany [3] dla mieszaniny NEOX (O 2 –NEON 75). Wykres przedstawia zależność temperatury komfortu cieplnego od prędkości względnej gazu, a parametrem pęku krzywych jest ciśnienie gazu. Z przebiegu krzywych wynika, że wzrost ciśnienia powoduje wzrost temperatury komfortu cieplnego.

Na Rys. 4 przedstawiono graficzną interpretację równania regresji, które opisuje zależność współczynnika przewodzenia ciepła mieszaniny tlenowo-wodorowej od ciśnienia i molowego udziału wodoru przy stałej temperaturze T=300 K. Z wykresu wynika, że rosnący wraz z ciśnieniem udział wodoru powoduje wzrost współczynnika przewodzenia ciepła, co przyczynia się do wzrostu strat ciepła z organizmu. Wzrost strat ciepła z organizmu człowieka w atmosferze mieszanin HYDROX wymaga podwyższenia temperatury komfortu cieplnego [3]. Z Rys.5. wynika, że przy stałym wydatku energetycznym nurka, wraz ze wzrostem ciśnienia mieszaniny oddechowej wzrasta temperatura komfortu cieplnego.

HYDROX Wykres komfortu cieplnego dla mieszaniny HYDROX 2 o H2+O 2 q m=58W/m ,t r=30 C, I cl =0.37clo, φφφ=0.4 2 35,0 φφφ = 0,4, clI =0,37 clo, v=0, q m=58W/m

34,5 C] o

34,0

28,23 33,5 28,632 29,033 29,435 33,0 29,836 30,238 0 30,639 32,5 0.1 m/s

31,041 Temperaturacieplnego,[ komfortU 0.2 m/s 31,443 0.3 m/s 31,844 32,0 ponad 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 Ciœnienie mieszaniny, p [MPa] Rys. 5 Zależność temperatury komfortu cieplnego od Rys..6 Zależność temperatury komfortu cieplnego od średniej temperatury promieniowania otoczenia i ciśnienia. ciśnienia i prędkości mieszaniny.

Na Rys. 6 przedstawiono wykres komfortu cieplnego ilustrujący zależność temperatury komfortu w mieszaninie HYDROX od ciśnienia i względnej prędkości mieszaniny [3] przy stałej wilgotności względnej gazu i wydatku energetycznym nurka. Z Rys. 6 wynika, że przy stałej prędkości mieszaniny, wzrost ciśnienia powoduje wzrost temperatury komfortu cieplnego. Również przy stałym ciśnieniu, wzrost prędkości gazu powoduje konieczność podwyższania temperatury niezbędnej do utrzymania komfortu cieplnego. Na Rys. 7 przedstawiono wykres komfortu cieplnego, ilustrujący zależność temperatury komfortu w mieszaninie HYDROX od ciśnienia i względnej wilgotności mieszaniny przy konwekcji swobodnej, czyli v=0, wydatku 2 energetycznym nurka q m=58 W/m . Z Rys .7 wynika, że przy stałej wilgotności względnej mieszaniny, wzrost ciśnienia powoduje wzrost temperatury komfortu cieplnego, natomiast przy stałym ciśnieniu, wzrost wilgotności gazu powoduje konieczność obniżenia temperatury niezbędnej do utrzymania komfortu cieplnego.

2 o ZALEŻNOŚĆ TEMPERATURY KOMFORTU CIEPLNEGO MIESZANINY HYDROX (O 2+H 2), q m=58 W/m , v=0, t r=30 C, HYDROX(O 2+H 2) OD ŚREDNIEJ TEMPERATURY PROMIENIOWANIA OTOCZENIA ORAZ WYDATKIEM METABOLICZNYM I cl =0,37 clo p=0,98 MPa, v=0, I cl =0,37clo , φφ = 0,7 32,0 C] o 31,5 38 36 31,0 p = 1 MPa 34 qm = 58W/m2 p = 2 MPa 32 30,5 qm = 93 W/m2 p = 3 MPa 30 qm =123 W/m2 30,0 p = 4 MPa 28 p = 5 MPa 26

cieplnego , t, [oC] [oC] t, , cieplnego 29,5 24 Temperatura komfortu komfortu Temperatura 29,0 Temperatura[ t, komfortu cieplnego 0 10 20 30 40 50

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Średnia temperatura promieniowania otoczenia, t r, [oC] Wilgotność względna, φ

Rys. 7 Zależność temperatury komfortu cieplnego od Rys. 8. Zależność temperatury komfortu cieplnego od wilgotności względnej i ciśnienia mieszaniny gazowej. wydatku energetycznego i ciśnienia otoczenia.

Wpływ wydatku energetycznego nurka na temperaturę komfortu cieplnego w mieszaninie HYDROX przedstawiono na Rys.8, sporządzonym w układzie temperatura komfortu cieplnego – średnia temperatura promieniowania otoczenia, gdzie parametrem pęku prostych jest wydatek energetyczny nurka. Z Rys.8 wynika, że wzrost wydatku energetycznego powoduje konieczność obniżania temperatury komfortu cieplnego w mieszaninie HYDROX. W podobny sposób określono własności fizyczne mieszanin HYDRELIOX oraz NEOQUAD oraz przeanalizowano zagadnienie komfortu cieplnego w atmosferze tych mieszanin oddechowych.

W podsumowaniu należy stwierdzić, że wykorzystując dane doświadczalne [8] dla czystych składników mieszanin, uzyskano równania regresji [4] o dużych współczynnikach korelacji. Równania te umożliwiają szybkie i dokładne obliczanie właściwości termodynamicznych eksperymentalnych mieszanin oddechowych w funkcji ciśnienia, temperatury oraz udziału składnika obojętnego. Uzyskane zależności przydatne są przy modelowaniu mikroklimatu środowiska hiperbarycznego na podstawie wcześniej opracowanego równania komfortu cieplnego [3].

Oznaczenia:

cp pojemność cieplna mieszaniny przy stałym ciśnieniu, J/kgK i entalpia właściwa mieszaniny oddechowej, J/kg Icl opór cieplny odzieży, clo p ciśnienie całkowite gazu, MPa pi ciśnienie cząstkowe składnika mieszaniny oddechowej, kPa & 2 qm wydatek energetyczny nurka , W/m T temperatura bezwzględna gazu, K o tr średnia temperatura promieniowania otoczenia, C Tr średnia temperatura bezwzględna promieniowania otoczenia, K v względna prędkość mieszaniny oddechowej, m/s xi udział molowy składnika w mieszaninie oddechowej ϕϕϕ wilgotność względna mieszaniny oddechowej λλλ współczynnik przewodzenia ciepła mieszaniny oddechowej, W/mK ηηη dynamiczny współczynnik lepkości mieszaniny oddechowej , kg/ms 2 ννν kinematyczny współczynnik lepkości mieszaniny oddechowej , m /s 3 ρρρ gęstość mieszaniny oddechowej, kg/m

ooo ssss s s s s s s s sss s ss s s s sssss s s s s s s s ss sss s s s s s s s s s sssss ss sssssssss s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s ss s s s s s s s s s s s s s s sssss s sssss s s   s  sss ss sss sss ss sssss sss s ss • s • • sss • s • • s s s s ss ss s s ssss ss s ss oo sssss sss ssss s s s s ssss sss sss s s s s s sss ss sss ss ssss s ss s s s sssss sssss s ssss sss sssssss ss sss s ssss s ss s s s s ssss s ss sss sss s s Dicka Clarke s sssss s s ss s ss s s s s sssss sss ssssss ss SCHEMAT 4-MINUTOWEGO BADANIA NEUROLOGICZNEGO 1. ŚWIADOMOŚĆ

sss ss ss 2. NERWY CZASZKOWE

A] sss sssss sss sss sss sss ssss B] ss sss ss sssss ss sss C] s sss s ssss s s s s s s s ssss s ss s s s s s s s ssss sss ssss sssssss ssssss s s s s ss D] sssss s E] s ssss ssss sssss s s s ss s ssss F] ss sss G] sssss s H] sss 3. UKŁAD RUCHU

sss sssss sss sssss sss ssss ssss ssss sssss ssssss s ssssss SCHEMAT BADANIA s B: BARKI ss s A: GŁOWA C: KOŃCZYNY GÓRNE s s s s s s s s s ss s sss D: KLATKA PIERSIOWA s s E. KOŃCZYNY DOLNE s ss s sss s s √ ss s

SZYBKIE BADANIE NEUROLOGICZNE NURKA s ss s

ss GŁOWA I SZYJA

GŁOWA I SZYJA s sss s s s s s ss s s s OBJAW BABIŃSKIEGO (podeszwowy) s Tak Nie CZUCIE s s CZYNNOŚCI RUCHOWE CZUCIE ss s ss sss ss

sss CZYNNOŚCI RUCHOWE s ss ss ss ss s s s

DODAJ WYJAŚNIENIE DO WSZYSTKICH NIEPRAWIDŁOWOŚCI !

nn Katedra i Zakład Fizjologii Pomorskiej Akademii Medycznej ss ss s s s s s s sss s s s s s sss ss s ss ssss s s s ss s s s s s ss s s s VCO 2dyf = DLCO 2 (PcCO 2 - PACO 2) [1] s s ss s s s s s s s s s s s s s s s ss s s s ss s s ss s s s s s s s ss s s VCO 2dyf =RQ x VO 2 =VECO 2 = f(VA x V%CO 2/100)=(MV – f VDa)V%CO 2/100 [2] VECO 2 = (MV – f VDa) x K x PACO 2 [3] s ssss sss VCO 2dyf = VCO 2met + VCO 2buf = RQ x VO 2akt + VCO 2buf [4] ss s s ΣΣΣPgaz = Palv – 6,25kPa [5] s s s s s s s s s s s s s ss sss s sss s s s s PACO 2= ∆ata x K x %VCO 2/100 [6] sssss VECO 2 = (Yata – Xata) x PACO 2 x K x [MV – f( VDa + VDs)] [7] s s s s s s s s s sss s s s s sssss s s s ss s s s ssssss sssss ssss s s ss s s s s s s sss s s s s ss s s s s s ssssss s sssss ss ssss s s s s s s s s o s s s s s ssss s s s s s s sssss sssss s s s s sss s s s s s sssss s sss ss s s s s o sss s s s s s s s s ssss s s s s s s ssss s s s s sssss sss ss ss s sss ssssss ssss sss s s ss s sss sssss s s ss s s s ss s sss s sss sss sss sss s s s ss s s s s ssss sss ss n ss sssssssss ss sss s s s s ssssss ssss s s s s s s s s ss ok. niespodziewanych oddechów s s s s s ok. oporu s s s s ok. wydatnych ruchów oddechowych - sss ss ok. zamartwicy - ss s ok. oddechów końcowych s s s s s s s s s s sssss s s s sss sss s s s s s s s s s ssss ssss s s ssssss s s ss a) b) c) ssss

Ad. a) s s s s ssss sss s s s s s s s n s sssss sssss s s s sss sssssss s s s s s s ss s s s sss s s s s s s s s s sss sssss ssss sss sss sss s s s sss sssss s s s s s ss ssssss ss Ad. b) sss sssssss sssss s s s s s s s s s s s s s s s s s embrionalną sss s s ss s s s s s s s ss sssss s s ssss s s s s s ss ss s s ssss s s s s ssss s zawsze sssss sss ssssss sss sss s s s s Ad. c) ssss s s s s sssss s s ssssss ss s s sss s s s ssss s s s s s s s s s s s ss s s s s ssssss s sss s s s sss s s ss ssssss sss s s s sss s s ss ss s ssss ss s s s s s s s s s sss s s s s s s ssssss sss s s s s s s s ssss ssss ssss s s s s s s s s sss s ssssss ss termokliny, s +4 C o. ss s s s s ssss s sss s ssss sssss ssss sssss ss s sssss sss ss ss sss s s s sss s sss ssssssssss s sss s s s s s s ss sss sss ssssss ss s ss ss s s s s s ss ss sss s s s s s s s s s s ssss ssss ssssss ssssss s s s s ss ss ss s ssss sssssss s s s s s s s s s ss s s s ss sssssss s s s s ssss s s s s s s s s ss s nnnn