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上次文章中提到在19世纪中叶,随着潜水技术的提高,人们逐渐在潜水实践中发现了减压病。但当时人们并不清楚为什么会产生这样的疾病,60年代未(de Mericout)知道这种得病主要由于上升太快;70年代初(Bucquoy)也知道了上升太快会引起体内气泡形成。
1878年法国著名科学家Paul Bert发现,如果环境压力减压太快引起体内气泡,其主要成分是氮气。他认为氮气在高压下溶于体内后,减压过快时来不及由肺部扩散排出体外,而在体内形成气泡。据此,他提出:在压缩空气中逗留后,必须缓慢减压,使溶解的氮气得以从容扩散出去不至于在体内形成气泡。但他也未提出明确的实施办法。
为了找到一种安全高效的减压方法,即可预防减压病的发生,又有较高的潜水(高气压)作业效率,许多潜水医学工作者进行了长期的探讨和摸索。到1890年von Schrotter等提出并开始实施了缓慢减压的具体方法:下潜和上升都缓慢地等速进行。他们对于当时空气通风式潜水认为每分钟上升0.5 m(即每上升10 m用20 min)的减压速度是安全的;后来,又有人认为每分钟上升0.4 m(即每上升10 m用25 min)才安全。这样的方法就是所谓的“等速减压(uniform decompression)。
使用等速减压法后,比盲目地快速出水要安全得多,但下潜与上升费时太多,降低了潜水(高气压)作业效率;而且发现这种方法并不能完全避免减压病的发生。因此等速减压方法的安全性高效性均不尽人意。
1907~1908年,J.S.Haldane在系统调查和实验研究的基础上,提出了新的理论和更加有效的减压方法,即阶段减压法(stage decompression)。有关此法的理论和实践,不但使潜水减压病的发病率比以前更显著地降低,而且为此后的理论和实践开辟了先河。其基本规律和概念,至今仍被遵守和运用,尤其在常规的空气通风式潜水中。
关于减压的问题,我们需要了解一些概念。首先要了解潜水惰性气体,空气中的氮就是一种惰性气体,这与化学上的惰性气体概念不同。当人体暴露在高压环境中,压缩空气中的惰性气体会逐渐溶解在血液中,血液中的惰性气体又进一步溶解在组织中。这样一个过程是需要一定时间才能达到平衡,一般情况下,需要10多个小时才能达到平衡。因此在短时间内,身体内的惰性气体是按照一定规律上升的。人们根据气体扩散的原理和血液循环的知识推算出这种上升的规律是符合指数规律的。也就是说上升的速度是逐渐变慢的。
显然,潜水时间越长,体内惰性气体溶解的量越多。当体内惰性气体的量达到一定水平后,在返回水面逐渐上升过程,周围环境压力逐渐下降,体内的惰性气体就需要按照物理学定律向外界扩散。如果上升速度太快,例如直接回到水面。那么就会出现类似我们打开一个啤酒瓶的情况,组织和血液中的惰性气体可以在局部生成气泡,就会产生减压病。
Haldane在系统调查和实验研究的基础上,发现一个重要现象。他们发现只要潜水深度不超过12米,这个深度下无论潜水时间多长,即使直接出水也几乎没有人发生减压病。他们从这个现象中推测,体内惰性气体是周围环境压力的2-2.2倍(这个就是过饱和安全系数),不会有减压病的危险。那么按照这样的推测,如果在30米(4个大气压)水中潜水无论时间再长,直接上升到10米(2个大气压)是安全的,在10米的深度下,停留一段时间,体内的惰性气体会逐渐释放出来,达到平衡后,就可以直接出水了。
当然,实际潜水的时候,例如在10米这个深度,不需要等到完全平衡,只要体内惰性气体减少一部分,例如从4个大气压降低到3个大气压,就可以上升到5米(1.5个大气压),这样作不仅可以尽快回到水面,而且由于周围环境压力下降可加快体内惰性气体的安全释放。另外即使在深度达到30米,只要时间不太长(7小时以内,实际也远少于这个时间),体内的实际惰性气体并没有达到最多,经过计算,如果体内惰性气体只溶解到3个大气压,可能直接上升到5米(1.5个大气压)进行停留,都是安全的。
经过详细的理论计算,按照在安全的前提下,减少水下停留的时间的原则,潜水医学家把各种深度和时间的潜水都制定了比较安全的减压程序。这些程序汇总成表格,就是减压表。现在这些减压表可以做成计算机软件,可以让潜水员在水下使用。
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