最大作動深度

飽和潜水、テクニカルダイビング、ナイトロックスダイビングなどの水中潜水活動において、呼吸ガスの最大作動深度（MOD ）とは、混合ガス中の酸素分圧（pO2 _）が許容限度を超える深度を指します。この限界は中枢神経系酸素毒性のリスクに基づいており、ある程度恣意的であり、ダイバートレーニング機関や行動規範、予想される水中での運動レベル、予定されている潜水時間によって異なりますが、通常は1.2～1.6 barの範囲です。^[1]

ヘリオックス、ナイトロックス、トライミックスなどのガスを用いたダイビングを計画する際には、MOD（酸素濃度）が重要です。混合ガス中の酸素濃度によって、そのガスを許容リスクで呼吸できる最大深度が決まるからです。MODを超えると、急性酸素中毒のリスクがあります。 ^[1]以下の表は、様々な酸素混合ガスのMODを示しています。大気中には約21%の酸素が含まれており、MODは同じ方法で算出されます。

酸素分圧の安全限界

急性または中枢神経系の酸素毒性は、ダイバーの部分圧曝露履歴に対する時間的に変化する反応であり、複雑であり、完全には理解されていません。

中枢神経系酸素中毒は、視覚変化（特にトンネル視野）、耳鳴り、吐き気、痙攣（特に顔面）、行動変化（易刺激性、不安、混乱）、めまいなどの症状として現れる。その後に強直間代発作が起こることがある。強直間代発作は2つの段階から成る：数秒間の強い筋収縮（強直期）；続いて筋弛緩と収縮を交互に繰り返す急速な痙攣により、けいれん性のけいれんが生じる（間代期）。この発作は意識不明の状態（発作後状態）で終了する。^[2]^{[3]発作の発症は、}呼吸ガス中の酸素分圧と曝露時間に依存する。しかし、発症前の曝露時間は予測不可能であり、試験では個人間および同一個人でも日によって大きな変動があることが示されている。^[2]^[4]^[5]さらに、水中への浸漬、寒冷への曝露、運動など、多くの外的要因が中枢神経系症状の発症までの時間を短縮します。^{[6]耐性の低下は}二酸化炭素の保持と密接に関連しています。^[7]^[8]^[9]暗闇やカフェインなどの他の要因は実験動物の耐性を高めますが、これらの効果はヒトでは証明されていません。^[10]^[11]

NOAA潜水マニュアルで推奨されている最大単回曝露限度は、1.6 barで45分、1.5 barで120分、1.4 barで150分、1.3 barで180分、1.2 barで210分です。^[1]

式

この式は、許容できる酸素の絶対分圧（atmまたはbarで表す）を呼吸ガス内の酸素分率で割るだけで、混合ガスを呼吸できる絶対圧力を計算します（たとえば、50% ナイトロックスは 100% 酸素の 2 倍の圧力で呼吸できるため、0.5 で割るなど）。ダイバーが耐えられるこの総圧力のうち、1 気圧は地球の空気の表面圧力によるもので、残りは水中の深さによるものです。したがって、空気による 1 気圧または 1 bar を差し引くと、水深による圧力が得られます。水中の深さによって生じる圧力は、適切な変換係数（atm あたり 33 fsw、または bar あたり 10 msw）を掛けて、海水フィート（fsw）または海水メートル（msw）単位の圧力に変換されます。

フィート

$MOD(fsw)=33\mathrm {~fsw/atm} \times \left[\left({pO_{2}\mathrm {~ata} \over FO_{2}}\right)-1\right]$

ここで、pO ₂は絶対気圧における酸素の最大分圧、FO ₂は混合物中の酸素分率です。例えば、ある気体が36%の酸素を含み（FO _{2 = 0.36）、pO}_{2 の}最大値として1.4絶対気圧を選択した場合、海水フィート（fsw）でのMODは^{[注 1]} 33 fsw/atm x [(1.4 ata / 0.36) − 1] = 95.3 fswとなります。^[12]

メートル単位

$MOD(msw)=10\mathrm {~msw/bar} \times \left[\left({pO_{2}\mathrm {~bar} \over FO_{2}}\right)-1\right]$

ここで、pO ₂は選択された最大酸素分圧（bar）、FO ₂は混合物中の酸素分率です。例えば、気体中の酸素含有量が36%で、最大pO ₂が1.4 barの場合、MOD (msw) は10 msw/bar x [(1.4 bar / 0.36) − 1] = 28.9 mswとなります。

テーブル

最大作動深度（MOD）（海水フィート、pO ₂ 1.2～1.6 ）
MOD（FSW）		％酸素
MOD（FSW）		4	8	12	16	20	21	24	28	32	36	40	50	60	70	80	90	100
最大pO2（バール）	1.6	1287	627	407	297	231	218	187	156	132	114	99	73	55	42	33	26	20
	1.5	1205	586	380	276	215	203	173	144	122	105	91	66	50	38	29	22	17
	1.4	1122	545	352	256	198	187	160	132	111	95	83	59	44	33	25	18	13
	1.3	1040	503	325	235	182	171	146	120	101	86	74	53	39	28	21	15	10
	1.2	957	462	297	215	165	156	132	108	91	77	66	46	33	24	17	11	7

これらの深さは最も近いフィートに丸められます。

最大作動深度（MOD）（メートル）海水（msw）pO ₂ 1.2～1.6
MOD（msw）		％酸素
MOD（msw）		4	8	12	16	20	21	24	28	32	36	40	50	60	70	80	90	100
最大pO2（バール）	1.6	390	190	123	90	70	66	57	47	40	34	30	22	17	13	10	8	6
	1.5	365	178	115	84	65	61	53	44	37	32	28	20	15	11	9	7	5
	1.4	340	165	107	78	60	57	48	40	34	29	25	18	13	10	8	6	4
	1.3	315	153	98	71	55	52	44	36	31	26	23	16	12	9	6	4	3
	1.2	290	140	90	65	50	47	40	33	28	23	20	14	10	7	5	3	2

これらの深さは最も近いメートルに丸められます。

参照

酸素毒性 – 高分圧酸素吸入による毒性作用
最小行動深度 – 酸素濃度が低くなりすぎて安全に呼吸できない深度

注記

^ フィート海水（fsw）は圧力の単位です。1 fswは、通常の地球の重力下で高さ1フィートの標準海水柱が及ぼす静水圧に相当します。33 fswは、1標準気圧（atm）にほぼ相当します。fswで示される圧力は、特に指定がない限り、ゲージ圧（表面圧力に対する相対圧力）です。

参考文献

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出典

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[12] フィート海水（fsw）は圧力の単位です。1 fswは、通常の地球の重力下で高さ1フィートの標準海水柱が及ぼす静水圧に相当します。33 fswは、1標準気圧（atm）にほぼ相当します。fswで示される圧力は、特に指定がない限り、ゲージ圧（表面圧力に対する相対圧力）です。

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