Heliox — это дыхательная газовая смесь гелия (He) и кислорода (O 2 ). Она используется в качестве медицинского средства для пациентов с затрудненным дыханием, поскольку эта смесь создает меньшее сопротивление, чем атмосферный воздух, при прохождении через дыхательные пути легких, и, таким образом, требует от пациента меньших усилий для вдоха и выдоха через легкие. Она также используется в качестве разбавителя дыхательного газа для глубоких погружений под давлением окружающей среды, поскольку она не наркотическая при высоком давлении и из-за низкой работы дыхания.
Гелиокс используется в медицине с 1930-х годов, и хотя изначально медицинское сообщество приняло его для облегчения симптомов обструкции верхних дыхательных путей, с тех пор спектр его медицинского применения значительно расширился, в основном из-за низкой плотности газа. [1] [2] Гелиокс также используется при погружениях с насыщением и иногда во время глубокой фазы технических погружений . [3] [4] [5]
В медицине гелиокс может относиться к смеси 21% O2 ( такой же, как воздух ) и 79% He, хотя доступны и другие комбинации (70/30 и 60/40).
Гелиокс создает меньшее сопротивление дыхательных путей, чем воздух, и, таким образом, требует меньше механической энергии для вентиляции легких. [6] « Работа дыхания » (WOB) уменьшается за счет двух механизмов:
Гелиокс 20/80 диффундирует в 1,8 раза быстрее кислорода, а поток гелиокса 20/80 из расходомера кислорода в 1,8 раза превышает нормальный поток кислорода. [7]
Heliox имеет вязкость , схожую с воздухом, но значительно меньшую плотность (0,5 г/л по сравнению с 1,25 г/л при STP ). Поток газа через дыхательные пути включает ламинарный поток, переходный поток и турбулентный поток. Тенденция для каждого типа потока описывается числом Рейнольдса . Низкая плотность Heliox приводит к меньшему числу Рейнольдса и, следовательно, к большей вероятности ламинарного потока для любого заданного дыхательного пути. Ламинарный поток имеет тенденцию создавать меньшее сопротивление, чем турбулентный поток.
В мелких дыхательных путях, где поток ламинарный, сопротивление пропорционально вязкости газа и не связано с плотностью, поэтому гелиокс оказывает незначительное влияние. Уравнение Хагена–Пуазейля описывает ламинарное сопротивление. В крупных дыхательных путях, где поток турбулентный, сопротивление пропорционально плотности, поэтому гелиокс оказывает значительное влияние.
Также существует некоторое применение гелиокса при заболеваниях средних дыхательных путей ( круп , астма и хроническая обструктивная болезнь легких ). Недавнее исследование показало, что более низкие фракции гелия (ниже 40%) – таким образом, допуская более высокую фракцию кислорода – также могут иметь такой же полезный эффект при обструкции верхних дыхательных путей. [8]
У пациентов с этими состояниями может развиться ряд симптомов, включая диспноэ (одышку), гипоксемию (содержание кислорода в артериальной крови ниже нормы) и, в конечном итоге, ослабление дыхательных мышц из-за истощения , что может привести к дыхательной недостаточности и потребовать интубации и искусственной вентиляции легких. Гелиокс может уменьшить все эти эффекты, облегчая дыхание пациента. [9] Гелиокс также нашел применение при отлучении пациентов от искусственной вентиляции легких и при распылении ингаляционных препаратов, особенно для пожилых людей. [10] Исследования также указали на преимущества использования смесей гелия и кислорода при доставке анестезии . [11]
Гелиокс используется в медицине с начала 1930-х годов. Он был основой лечения острой астмы до появления бронходилататоров . В настоящее время гелиокс в основном используется при состояниях сужения крупных дыхательных путей (обструкция верхних дыхательных путей опухолями или инородными телами и дисфункция голосовых связок ).
Дыхательные газы, разбавленные гелием, используются для устранения или уменьшения эффектов наркоза инертным газом , а также для снижения работы дыхания из-за повышенной плотности газа на глубине. С 1960-х годов исследования физиологии погружений с насыщением проводились с гелием на глубине от 45 до 610 м (от 148 до 2001 фута) в течение нескольких десятилетий Гипербарическим экспериментальным центром, управляемым французской компанией COMEX, специализирующейся на инженерных и глубоководных операциях. [12] Из-за стоимости гелия [13] гелиокс, скорее всего, будет использоваться при глубоких погружениях с насыщением . Его также иногда используют технические дайверы , особенно те, которые используют ребризеры , которые сохраняют дыхательный газ на глубине гораздо лучше, чем акваланг открытого цикла .
Доля кислорода в смеси для дайвинга зависит от максимальной глубины плана погружения, но часто она гипоксическая и может быть менее 10%. Каждая смесь изготавливается индивидуально с использованием методов смешивания газов , которые часто включают использование бустерных насосов для достижения типичного давления в баллонах для дайвинга от 200 до 300 бар (от 2900 до 4400 фунтов на кв. дюйм ) из баллонов с низким давлением кислорода и гелия.
Поскольку звук в гелиоксе распространяется быстрее, чем в воздухе, голосовые форманты повышаются, что делает речь водолазов очень высокой и трудной для понимания людьми, не привыкшими к ней. [14] Персонал на поверхности часто использует часть коммуникационного оборудования, называемого «гелиевым дешифратором», который с помощью электроники понижает высоту голоса водолаза, когда он передается через коммуникационное оборудование, что облегчает его понимание.
Тримикс — менее дорогая альтернатива гелиоксу для глубоких погружений, которая использует только необходимое количество гелия для ограничения наркоза и плотности газа до приемлемых уровней для запланированной глубины. [15] Тримикс часто используется в технических погружениях , а также иногда используется в профессиональных погружениях .
В 2015 году Экспериментальное водолазное подразделение ВМС США показало, что декомпрессия при прыжковых погружениях с использованием тримикса не более эффективна, чем погружения с гелиоксом. [16]
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )