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減圧計算モデル

投稿者: Ken 掲載日: 2003-12-16 (12229 回閲覧)

電脳潜水研究会

ダイブコンピュータの減圧計算モデル


はじめに

 「電脳潜水研究会」で開発したPROFILE1000用のプログラムには、減圧計算のシミュレーション機能がついてます。 
以下、元になった理論式を説明します。 
なお、減圧理論そのものは、ここでは取り上げません。 
これは参考文献を読んでください。


ホールデン理論

 呼吸する空気に含まれる(タンク内)の窒素分圧と、体内組織にすでに蓄積している窒素分圧との差により、 体内組織に窒素が指数関数的に蓄積・排出するという理論です。
体内組織を均一なものではなく、窒素の蓄積・排出の速度に応じて、 いつくかの組織に分割して、考えます。
呼吸気内の窒素分圧と、体内組織の窒素分圧との、差の半分だけ、窒素が蓄積・排出する時間をハーフタイムと呼びます。
ホールデンは、環境圧と体内組織の窒素圧力比が1:2なら、 減圧症にはならないというおおまかなモデルでした。 

体内組織内の窒素分圧

体内組織に窒素が蓄積・排出するときの理論式

Pt=Pnow + ( Pnit - Pnow )( 1.0 - 0.5**(t/HT) )
   Pt :時間 t 分後の組織内窒素分圧
   Pnow:現在の組織内窒素分圧
   Pnit:呼吸気内の窒素分圧
   HT :組織のハーフタイム

呼吸気内の窒素分圧は、水深に対応する環境圧で、変化します。

水深 depth [m] における呼吸気内の窒素分圧

Pnit=( AIR + WAT * depth ) * NIT [bar]
    AIR=1.013 (標準大気圧)
    NIT=0.79 (空気中の窒素分圧)
    WAT=0.1005 (海水1m当りの環境圧)


ワークマン理論

 体内組織にある限度を越えて窒素が蓄積すると、体内組織内の窒素が排出されるまで、一定水深に留まっている必要がある(すなわち、減圧する)という理論です。
この限度のことをM値といいます。

減圧時間の計算

Tdec=-HT * ( ln(1-f) / ln(2) ) f=( Pm - Pnow )/( Pnit - Pnow )
   Tdec:減圧時間    
  Pm:M値    
   Pnow:現在の組織内窒素分圧
   Pnit:減圧水深における呼吸気中の窒素分圧   
   HT:組織のハーフタイム

 M値は、水深に応じて、段階的に規定されています。
スポーツ・ダイビングでは、段階的に減圧するような潜水はしないので、3mにおけるM値(3mDEC)をM値といいます。
M値は、これが正しいと言えるものがなく、経験側から割だされています。

 一例として、U.S.NAVYに採用されている値を示します。
これが、現在のダイブテーブルの基礎になっています。

U.S.NAVY (参考文献1)

HarfTime510204080120160200240
3mDEC3.192.702.211.721.651.591.561.561.53
6mDEC3.743.192.672.152.051.961.921.901.87
9mDEC4.293.683.132.572.452.332.272.242.21
12mDEC4.844.173.593.002.852.702.622.572.54
15mDEC5.394.664.053.433.253.062.972.912.88

ビュールマン理論

 ビュールマン理論では、「Oxygen Window の概念」が採用され、呼吸気中の窒素分圧を換算する時には、肺中の水蒸気圧0.063[bar]を差し引いて計算するという理論です。
肺中の水蒸気圧は、環境圧(水深)に関係なく、体温に依存します。
体温は、36度とほぼ一定のため、肺内の水蒸気圧も0.063[bar]と一定です。

水深 depth [m] における呼吸気内の窒素分圧

Pnit=( ( AIR + WAT * depth ) - LANG ) * NIT [bar]
    AIR =1.013 (標準大気圧)
     NIT =0.79 (空気中の窒素分圧)
    WAT =0.1005(海水1m当りの環境圧)
    LANG=0.063 (肺内の水蒸気圧)


飛行機搭乗禁止時間の理論

 減圧時間と同様に、体内組織にある限度を越えて窒素が蓄積していると、体内組織内の窒素が排出されたとみなす窒素量になるまで、飛行機には搭乗できないとする理論です。
体内組織からの窒素の排出が指数関数的だとすると、大気中の窒素分圧に近づくにつれ、その排出時間は遅くなり、 いつまであっても、同じにはなりません。
そこで、ある量まで排出されたところで、 飛行機への搭乗が可能になったとみなします。
これを、飛行機搭乗可能とみなす窒素分圧といいます。

飛行機搭乗禁止時間の計算

Tfl=-HT * ( ln(1-f) / ln(2) ) f=( Pfl - Pnow )/( AIRN - Pnow )
  Tfl:飛行機搭乗禁止時間
   Pfl :飛行機搭乗可能とみなす窒素分圧
   Pnow:現在の組織内窒素分圧
  HT :組織のハーフタイム
   AIRN:0.7505[bar](大気中の窒素分圧)


最近の理論

 体内組織に窒素が蓄積する速度と、排出する速度は同じではなく、 排出する速度は遅いという理論が、提唱されています。

体内組織内の窒素分圧(蓄積時)

 Pt=Pnow + ( Pnit - Pnow )( 1.0 - 0.5**( t / HT ) )

体内組織内の窒素分圧(排出時)

Pt=Pnow + ( Pnit - Pnow )( 1.0 - 0.5**( t / (K*HT) ) )
   Pt :時間 t 分後の組織内窒素分圧
   Pnow:現在の組織内窒素分圧
   Pnit:呼吸気内の窒素分圧
   HT :組織のハーフタイム
   K :排出係数

 この理論に基づく、ダイビング・コンピュータに、 SEA&SEA社のPROFILE1000があります。

参考文献

(1) U.S.NAVY 「U.S.Navy Diving Manual」 (1979年)
(2) ビュールマン 「Decompression-Decompression Sickness」 (1984年)
(3) 大道弘昭 「減圧表作成の理論」 JUDF安全対策協会 (1987年)
(4) 関邦博 「高圧生理学」 朝倉書店 (1988年)


Updete 1996.Jul.01 大和田健一


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投稿者 スレッド
Johnson89
投稿日時: 2013-11-8 16:35  更新日時: 2013-11-8 16:35
新米
登録日: 2012-10-30
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投稿数: 2
 Re: 減圧計算モデル
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