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 潛水員看這邊!一定要了解的減壓理論(一) 

減壓理論

 全文轉載自「潛水員你應該要知道的減壓理論(一) ,作者:林祐平

Q:減壓?那跟我沒關係吧⋯我只是休閒潛水呀⋯

Q:沒事啦⋯我只要看著電腦錶就好了啊,照表操課,一切 OK!

不過,事實上任何一種潛水,除非你不回水面,只要你有從水底上升就是在減壓!

  • 設定參數是什麼?
  • 電腦錶又沒扎針在我們的手上,怎麼知道我體內有多少氮氣?
  • 時而聽說有人不舒服去了減壓艙,既然戴錶了怎麼還會得減壓病?

開車如果只會照著導航走,還是有很多迷路的例子,唯有增加自己的認知,才有判斷的能力。書中自有黃金屋,希望大家一起用心閱讀這篇價值 $4,500 元的潛水課程!

減壓理論:環境壓力

首先,近代研究潛水減壓就要從哈登這位仁兄講起,1905 年哈登用山羊來做活體實驗,觀察不同深度、時間以及上升過程對羊體的影響,在犠牲了 85 頭山羊後加上哈登自己也親身下場人體實驗後得到了一個結論,安全的潛水減壓限制就是環境壓力比值 2:1。

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在加壓容器中的山羊們

下面我來幫大家舉幾個例子說明:

首先我們明白,只要待的時間夠久,身體內的氮氣就會和新的環境壓力達成「飽合平衡」,舉個生活中的例子:把一大匙的糖加到一杯水中,糖放了太多溶解不了,這時候就是一個飽合狀態。但如果你把水加熱了,溶解度增加,糖就消失了,而你就可以繼續加更多的糖直到溶化不,此時又達到了另一個新的飽合「熱水」

image 1  潛水員看這邊!一定要了解的減壓理論(一) 

你把糖水倒出來放涼,神奇的在杯底會出現糖的結晶,最終達成了另一個新的飽合(冷水);而在這放涼的過程中,糖水就是處在一個過飽合狀態,所以糖才會析出變成結晶。

此時我們把上述例子中的把水加熱變成加壓,把水變成人體,降溫變成減壓而糖則由氮氣取代。我們可以得知,在不同的壓力下,人體會有不同飽合量的氮氣。

哈登的研究發現當你在環境壓力為 2 大氣壓力的地方(水下十米)待很久達到飽合後,可以回到環境壓力為 1 大氣壓的地方(水面)身體不會有不良的影響。

而你可以在環境壓力為 4 的地方回到環境壓力2的地方停留一陣子(2:1),待過飽合的身體達成另一個新的飽合平衡後再回到水面。

 但我們知道,引起減壓病的因素是「氮氣」,環境壓力為 2 大氣壓力的地方,呼吸的空氣中氮分壓為 1.58 個大氣壓力(因空氣組成中氮氣約佔 79%,2 x 0.79=1.58),所以在水下十米待很久,身體內飽合的氮分壓就是 1.58 個大氣壓力,回到水面 1 大氣壓的環境身體雖然是過飽合狀態,但沒有不良的影響。後來的研究就改善了描述為:

人體可以耐受的過飽合氮分壓就是環境壓力的1.58倍

M 值是什麼?

因此,我們也清楚定義了人體在不同環境壓力下,氮氣的耐受上限(越深耐受度越大)。將這個上限定義為 M 值,而 M 值的高低取決於環境壓力(深度)。潛水最終是要回到水面的,所以 M 值的最低點就是在水面。簡單一句話,只要我體內氮分壓不超過 1.58 atm,我回到水面就是安全的。 潛水時只要控制體內氮分壓不超過 1.58 atm,維持安全上升速度就可以直接回到水面,中間不需要任何減壓停留,這就免減壓潛水的定義。

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但⋯我們總不可能只在十米內潛水吧?在超過十米的地方潛水,只要待太久身體內的氮分壓也就可能超過 1.58 atm 怎麼辦?此時研究氮氣進入身體的速度就是一個必要的課題了,我只要在體內氮氣達到上限前回到水面就好了!

哈登的減壓理論

哈登明白人體是複雜的生理構成,實在不可能簡單的量化,而他使用了一個大膽的假設。利用物理上放射物質的半衰期的概念,提出一個半飽合時間的模型。

就是經過一個特定的時間可以達到飽合的一半(50%),再經過第二個半飽合時間再增加到飽合的一半(75%),再經過第三個半飽合時間再增加到飽合的一半(87.5%)。

試想看看,當饑腸轆轆的你走進吃到飽火鍋店,第一輪十分鐘掃了 4 盤肉,此時胃是暖了,但只有「中飽」,下一輪十分鐘只能吃掉 2 盤肉感覺有點飽了,再下一輪十分鐘只能慢慢聊天吃掉一盤肉了。

氮氣進入人體的速度應該也是類似的模式,一開始比較快但隨著時間推移,體內累積的量變多,進入的速度也漸漸變慢。

他假設一些理論腔室(不代表人體任何器官)依照快慢給予不同的半飽合時間 5、10、20、40、75 分鐘。每一個理論腔室都依照設定的半時間對氮氣吸收與排出,例如5分鐘半飽合的快組織在經歷 5 分鐘後會達到 50%,再 5 分鐘達到 75%。如此一來經由數學的計算就可以算出五個理論腔室的氮氣的含量,用於估算出一個範圍,只要考量最接近上限的腔室做為關鍵指標即可。

5分鐘半時間10分鐘半時間20分鐘半時間吸收比率
花費時間花費時間花費時間完全吸收
0000%
5102050%
10204075%
15306087.5%
20408093.8%
255010096.9%
306012098.5%

但!這裡又是一個「但」。這套模型的重點不是在吸收,而是排出!

如果只是考慮吸收,那快組織一定永拔頭籌,但潛水總是要上升,要減壓吧!一開始就定義了快組織吸收快但排出也快呀,賺的多,花的快,最後還不是月光光花光光。如原本 5分鐘半飽合的快組織已經吸收了 10 分鐘達到 75%,但回到原點再經過5分鐘的排出就只剩 37.5%了。

image 2  潛水員看這邊!一定要了解的減壓理論(一) 
吸收最快的藍線,排出也很快,一下子就變成最低。

各位使用 Garmin 電腦錶的可以按一下左下鍵進入水面時間看到氧中毒資訊,再按下一頁就可以輕易的看到組織含氮的長條圓了,隨著水面休息時間的增加,你會發現高峰的分佈會由快組織往慢組織靠近,這是因為快組織很快就降到橘線以下了,而中與慢組織雖然吸收不多,但排出很少所以累積下來。而且這樣的現象在重覆潛水會更明顯,反而一開始不怎麼起眼的中慢組織最後都成了關鍵組織。

回到歷史,哈登利用了半飽合時間減壓模型來檢驗實驗結果,發現大部份吻合。他又進一步利用這套模型,制定了 50 米停留 30 分鐘的減壓潛水計劃,並進行潛水實測,最終証實模型是有效的。1908 年,哈登公布了他的減壓模型,時至今日我們依賴沿續著這套半時間理論做為現代潛水減壓模型的基礎。經過了百年以上的檢驗和修訂,在潛水的安全上人類開啟了一道走向真理的大門。

責任編輯:Jenny Tsai

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