Fyzikální vlastnosti materiálu při dýchání v simulovaném lavinovém sněhu

Abstract

Podle statistik zemřou pod lavinou až stovky lidí ročně, a proto se touto problematikou zabývá ve světě hned několik výzkumných týmů. Tento výzkum by mohl pomoci pochopit jednotlivé děje, které nastávají při dýchání pod lavinovým sněhem, protože většina obětí zemře právě v důsledku asfyxie. Cílem práce bylo navrhnout, sestavit a otestovat vhodnou aparaturu, která by umožňovala studium konvekčních a difuzních vlastností respiračních plynů v simulovaném lavinovém sněhu. Aparatura se skládala z plastového válce (1200 mm dlouhý, 300 mm vnitřní průměr) se 13 vzorkovacími jehlami připojenými k monitoru vitálních funkcí S/5 (Datex-Ohmeda, GE Healthcare, Chicago, USA) s modulem pro analýzu plynů. Suchý perlit, mokrý perlit a sníh byly použity jako materiál simulující lavinový sníh. Byly studovány dvě situace distribuce respiračních plynů: jednoduchá difuze bez nuceného podélného průtoku a kombinace konvekce a difuze. Směs kyslíku (16%) a oxidu uhličitého (5%) vyvážená dusíkem byla použita jako sledovaná plynná směs. V průběhu experimentů byly měřeny změny koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého v podélném směru aparatury po 50 mm. Bylo zjištěno, že kyslík se šíří ve všech použitých materiálech rychleji než oxid uhličitý vlivem difuze bez konvekce. Za určitých podmínek by mohl simulovat difuzní vlastnosti sněhu použitý perlit. Oba respirační plyny se šíří stejnou rychlostí při konvekčním pohybu v suchém perlitu. Na základě popsaných mechanismů v této práci vyplynuly rychlejší difuzní vlastnosti kyslíku, které by mohly zajišťovat vyšší dodávku kyslíku pro lidský organismus při dýchání pod lavinovým sněhem.

According to statistics, up to hundreds of people die annually under the avalanche, which is why several research teams in the world deal with this issue. This research could help to understand processes occurring during breathing under the avalanche snow, as most victims die because of asphyxia. The aim of the study is to design, construct and test a laboratory apparatus suitable for studying convective and diffusive properties of respiratory gases in simulated avalanche snow. The model consisted of a plastic cylinder (1200 mm long, 300 mm ID) with 13 gas sampling needles connected to a gas analyzer of S/5 (Datex-Ohmeda, GE Healthcare, Chicago, USA) anesthesia monitor. Dry perlite, wet perlite and snow were used as materials simulating the avalanche snow. Two gas transfer situations were studied using the apparatus: simple diffusion without forced longitudinal flow and a combination of convection and diffusion. A mixture of oxygen (16%) and carbon dioxide (5%) balanced with nitrogen was used as a tracing gas mixture. Changes of concentrations of oxygen and carbon dioxide were measured at different vertical positions in the snow model during the experiments. It was found that oxygen propagates through the studied materials faster than carbon dioxide during the sole diffusion without a convection. Both the gases propagates the same speed when the combination of diffusion and convection is studied in dry perlite. Based on the described mechanisms, this work showed faster diffusion properties of oxygen that could provide a higher oxygen delivery for the human body while breathing under the avalanche snow.