СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ВОДОЛАЗНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЛЯ ДЫХАНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2006 года по МПК B63C11/00 

Изобретение относится к области водолазного дела и может быть использовано для оказания помощи аварийному водолазу и личному составу затонувшей подводной лодки на глубинах 60-80 м при невозможности применения режимов декомпрессии, предусматривающих использование кислородно-азотно-гелиевых смесей.

Известные в настоящее время способы выполнения водолазных работ с использованием для дыхания воздуха, применяемые в России и за рубежом, предусматривают проведение безостановочной линейной компрессии до глубины "грунта" со скоростью 10 м/мин с последующей декомпрессией (Медицинское обеспечение водолазов Военно-морского флота // Правила водолазной службы Военно-морского флота (ПВС ВМФ - 85): Ч.III. Разд.I. - М: Воениздат, 1987; NOAA Diving Manual: Diving for Sience and Technology / Ed. J.W. Miller. - 2nd ed. - US Department of Commerce, Washington, 1979; US Navy diving manual, 1995). Общими недостатками аналогов являются выраженное наркотическое воздействие азота сжатого воздуха на водолазов на глубинах более 60 м, а также большая вероятность возникновения деком - прессионного заболевания, которое может быть вызвано образованием в крови и тканях газовых пузырьков, обусловленного избыточным пересыщением "быстрых" тканей организма человека азотом уже начальном этапе декомпрессии и повышенным пересыщением "медленных" тканей в конце декомпрессии. Анализ величин пересыщения тканей азотом при использовании известных способов показал, что пересыщение "быстрых" тканей с периодами полурассыщения (Т_1/2) 5 и 30 мин достигает в процессе декомпрессии 280 и 55-60 кПа соответственно, а "медленных" тканей с периодами полурассыщения от 300 до 360 мин - 55-60 кПа (Обоснование технологии водолазных спусков на глубины свыше 60 метров при дыхании воздухом // Отчет НИР "Лунка", СПб-Ломоносов, 1999).

Изменения со стороны центральной нервной системы, наблюдаемые при применении сжатого воздуха, обусловлены не только воздействием повышенного парциального давления азота (Behnke A.R., Thompson R.M., Motley E.P., 1935), но и особенностями динамики насыщения тканей головного мозга при повышении давления.

Результаты исследований погружений с использованием экскурсионных спусков указывают на возможность предварительной адаптации к азотному наркозу (Беннет П.Б., 1988; Deeper Diving..., 1981). Наркотический эффект потенциируется скоростью компрессии, причем действию повышенного давления воздуха подвержены не только центральные структуры нервной системы, но и перефирические нервные проводники, возбудимость которых изменяется в зависимости от скорости компрессии (Действие гипербарической Среды..., 1980). Замедление компрессии при "воздушных" спусках оказывает положительное влияние на функциональное состояние центральной нервной системы у водолазов (Смолин В.В. с соавт., 1999).

Из выявленных аналогов наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ проведения водолазных работ, описанный в NOAA Diving Manual: Diving for Sience and Technology / Ed. J.W.Miller. - 2nd ed. - US Department of Commerce, Washington, 1979.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно - снижение "наркотического" влияния азота на глубинах более 60 м и повышение безопасности режимов декомпрессии, с целью снижения риска развития декомпрессионных расстройств.

Задача решается применением ступенчатого профиля компрессии, а также режимов декомпрессии, не создающих пересыщения "быстрых" тканей на начальном этапе декомпрессии и обеспечивающих меньшее пересыщение "медленных" тканей в процессе декомпрессии и после ее завершения.

Предлагаемый способ проведения водолазных погружений на глубины более 60 м с использованием для дыхания воздуха, направленный на повышение безопасности водолазных погружений за счет применения ступенчатой компрессии с остановками на глубинах 40 и 60 м позволяет значительно снизить наркотическое влияние азота на человека, а также повысить безопасность режимов декомпрессии в отношении возникновения декомпрессионного заболевания.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Погружение водолазов проводят по ступенчатому режиму компрессии, учитывающему диффузный градиент по азоту не более 250 кПа для предупреждения выраженных проявлений азотного наркоза. Декомпрессию осуществляют таким образом, чтобы на всем ее протяжении, за исключением заключительного этапа, напряжение азота в жидких средах и клеточных структурах не превышало величину внешнего давления, а во время заключительного этапа декомпрессии составляла среднюю для водолазов величину допустимого пересыщения азотом клеточных структур организма, равную 40 кПа.

Для разработки профиля компрессии оперируют двумя базовыми параметрами: периодом полурассыщения ткани, принятой в качестве ведущей, и допустимой величиной градиента субсатурации. Аналогом явилось вычисление ступенчатого режима декомпрессии по "однотканевой" модели. Расчет профиля компрессии сведен к обеспечению условий, при которых на этапе компрессии градиент субсатурации ведущей ткани не превышает допустимую величину. Для оценки допустимого градиента субсатурации рассматривалась глубина 40 м (парциальное давление азота 0,4 МПа), как нижняя граница наркотического действия, при которой у наименее устойчивых водолазов при скорости компрессии 10 м/мин возможны начальные проявления азотного наркоза. Градиент субсатурации для ткани с периодом полунасыщения 5 мин составил 245,7 кПа.

Режимы ступенчатой компрессии приведены в таблице 1.

Таблица 1
Режим компрессии для спусков на глубины более 60 м с использованием для дыхания воздухаДиапазон глубин, мВремя перехода, минВремя выдержки, мин0-4004-40-0540-6002-60-0460-8002-Время суммарное, мин0809Общее время компрессии, мин17Примечание: Скорость компрессии на переходах: 10 м/мин

Режим компрессии рассчитан по ведущей ткани с периодом полунасыщения 5 мин. Участки переходов чередуются с остановками на промежуточных глубинах 40 и 60 м. Продолжительность выдержек на каждой остановке определяется таким образом, чтобы в начале следующей остановки градиент субсатурации ведущей ткани соответствовал допустимой величине. Продолжительность остановок соответствует периоду полунасыщения ведущей ткани, то есть время пребывания на глубине каждой промежуточной остановки обеспечивает "донасыщение" рассматриваемой ткани до уровня S=50%.

Опасность развития декомпрессионной болезни снижается в связи с применением режимов декомпрессии, методика расчета которых предусматривает, что для предупреждения декомпрессионного газообразования и обеспечения безопасности декомпрессии, расчет рассыщения организма от азота должен осуществляться так, чтобы на всем протяжении декомпрессии, за исключением заключительного этапа, напряжение азота в жидких тканях и клеточных структурах не превышало величину внешнего давления воздуха. При расчете режимов декомпрессии учитывалось парциальное давление кислорода в различных типах водолазного снаряжения во время пребывания водолаза на достигнутой глубине.

Декомпрессионная модель организма, предусматривает проведение декомпрессии водолазов с минимальным пересыщением тканей азотом, которое не вызывает асимметрии процессов насыщения-рассыщения и обеспечивает рассыщение по реальным тканям организма.

Двухтканевая декомпрессионная модель предполагает следующие этапы. Скорость начального снижения давления до первой декомпрессионной остановки должна быть такой, чтобы напряжение азота в тканевой жидкости равнялось окружающему давлению и при подъеме не создавалось перенасыщение крови азотом. Безопасная с точки зрения газообразования в быстрой ткани скорость снижения давления до первой остановки составляет 100 кПа/мин (10 м/мин). Основной этап декомпрессии рассчитывается по ведущей ткани, определяемой путем оптимизации на компьютере.

Расчетная методика предусматривает, что насыщение и рассыщение организма человека азотом описывается двухкомпонентной газотранспортной моделью, представленной жидкими средами и клеточными структурами, которые можно охарактеризовать двумя границами периодов полунасыщения-полурассыщения (табл.2).

Таблица 2
Характеристика реальных тканей организма, принимающих участие в процессах насыщения - рассыщения азотомПроцессыРеальные ткани организма, T_1/2 минЖидкие средыКлеточные структуры1234Насыщение3030300360Рассыщение530300360Насыщение530300360Рассыщение530300360

При оптимизации для расчета режимов используются условные ткани организма, представленные в виде "плавающей" ткани с Т_1/2 от 30 до 80 мин по азоту. Контроль пересыщения тканей азотом производится по реальным тканям организма на всем протяжении декомпрессии. Величина пересыщения азотом реальных тканей на остановках и после завершения декомпрессии не превышает 60-65 для жидких сред и 40-44 кПа для клеточных структур. Все остановки выбраны кратными 20 кПа (2 м).

Новый способ предусматривает проведение работ для двух видов водолазного снаряжения СВГ-200 и трехболтового, каждому из которых соответствуют определенные режимы декомпрессии, учитывающие парциальное давление кислорода в данном снаряжении во время пребывания водолаза на заданной глубине. Парциальное давление кислорода воздуха на "грунте": для трехболтового водолазного снаряжения составляет 20 кПа; для СВГ-200 - 17 кПа, при декомпрессии парциальное давление кислорода имеет величину 20 кПа для всех типов водолазного снаряжения.

Новый способ имеет существенные отличия от способа-прототипа. Основными отличиями является применение ступенчатого профиля компрессии и режима декомпрессии, не создающего пересыщения азотом быстрых тканей на начальном этапе декомпрессии и имеющего меньшую величину пересыщения азотом клеточных структур после ее завершения, а также учитывающего величину парциального давления кислорода в снаряжении во время пребывания водолаза на заданной глубине.

Новый способ обеспечивает снижение наркотического влияния азота и уменьшает риск возникновения декомпрессионных расстройств при проведении водолазных погружений на глубины 60-80 м с использованием для дыхания воздуха.

В обоснование возможности использования нового способа в феврале-марте 2001 года на базе войсковой части 20914 были проведены экспериментальные погружения водолазов в снаряжении на глубины более 60 м. В исследованиях участвовало 25 человек, на каждый спуск назначалась группа испытателей из шести человек. Всего было проведено 40 человеко-спусков.

Экспериментальная проверка показала, что ступенчатый профиль компрессии для кратковременных водолазных спусков на глубины 60-80 м с использованием для дыхания воздуха способствуют сохранению умственной и физической работоспособности водолазов на уровне достаточном для выполнения типовых работ, а режимы декомпрессии обеспечивают проведение безопасной декомпрессии. Средняя интенсивность постдекомпрессионного газообразования составила 0,2±0,05 балла по шкале Спенсера. Случаев возникновения декомпрессионных заболеваний не отмечено.

Определено, что максимальное время пребывания водолаза в снаряжении под водой при температуре воды у поверхности плюс 10°С и ниже должно составлять не более 60 мин. Сразу после завершения работы "на грунте" перед началом декомпрессии водолазы заходят в водолазный колокол. Декомпрессия по режимам должна проходить только в водолазном колоколе и затем в барокамере спасательного судна.

Изобретение полностью готово к использованию. Его реализация в масштабах ВМФ потребует внесения изменений в соответствующие статьи руководящих документов.

Способ выполнения водолазных работ с использованием для дыхания воздуха осуществляют путем погружения на рабочую глубину, работы водолаза в течение 30-60 мин и декомпрессии. При этом погружение водолазов проводят по ступенчатому режиму компрессии, учитывающему диффузный градиент по азоту не более 250 кПа для предупреждения выраженных проявлений азотного наркоза. Декомпрессию осуществляют таким образом, чтобы на всем ее протяжении, за исключением заключительного этапа, напряжение азота в жидких средах и клеточных структурах не превышало величину внешнего давления, а во время заключительного этапа декомпрессии составляла среднюю для водолаза величину допустимого пересыщения азотом клеточных структур организма, равную 40 кПа. Такое осуществление способа обеспечивает снижение риска развития декомпрессионных расстройств. 2 табл.

Способ выполнения водолазных работ с использованием для дыхания воздуха путем погружения на рабочую глубину, работы водолаза в течение 30-60 мин и декомпрессии, отличающийся тем, что погружение водолазов проводят по ступенчатому режиму компрессии, учитывающему диффузный градиент по азоту не более 250 кПа для предупреждения выраженных проявлений азотного наркоза, а декомпрессию осуществляют таким образом, чтобы на всем ее протяжении, за исключением заключительного этапа, напряжение азота в жидких средах и клеточных структурах не превышало величину внешнего давления, а во время заключительного этапа декомпрессии составляла среднюю для водолаза величину допустимого пересыщения азотом клеточных структур организма, равную 40 кПа.