Notdekompression eines Sojus-Raumschiffs und Dekompressionskrankheit?

TLDR: Besatzungen für 1-Bar-Missionen, einschließlich Sojus, scheinen noch nie vorgeatmet zu haben. Frühere Missionen, die auf langfristige Umgebungen mit niedrigerem Druck ausgerichtet waren, taten dies ebenso wie Menschen, die Weltraumspaziergänge mit niedrigerem Druck machten. Es gibt Hinweise darauf, dass das Risiko einer sauerstoffreichen Voratmung als größer angesehen wurde als das Risiko einer Dekompressionskrankheit.

Es gibt einen Bericht des NASA Human Research Program über „ Risiko der Dekompressionskrankheit “ (Link führt zu einer nicht bezahlten undatierten Version), in dem auch Voratmungsprotokolle erörtert werden. Astronauten für SpaceLab, Apollo und früher wurden in Flugumgebungen mit einem Druck von weniger als 1 bar geleitet und nutzten die Voratmung. Das Space-Shuttle-Programm, das eine 1-atm-Umgebung hatte, hatte kein Protokoll zum Voratmen vor dem Flug, verwendete es jedoch für EVA.

Die verschiedenen Beschreibungen der Zeitlinien der Sojus-Besatzung ( hier , hier , hier ) scheinen keine Zeit zum Voratmen zu haben; Die Anzüge werden erst in letzter Minute geschlossen, und Fotos der Besatzung zeigen sie beim Gehen und Sitzen ohne Atemschutzmaske.

Welche Kompromisse gibt es beim Voratmen im Vergleich zum Nichtatmen?

Ein Druck im Anzug von 0,4 bar entspricht etwa 24.000 Fuß Höhe; 0,27 entspricht etwa 32.000 Fuß.

Es gibt eine NASA-Studie von 1999 „ An Evidenced-Based Approach for Estimating Decompression Sickness Risk in Aircraft Operations “, die Obergrenzen für das Risiko vorgibt:

(Die gelben und blauen Linien wurden bei 32.000 bzw. 24.000 Fuß hinzugefügt.)

Diese sind für "gesunde Flugbesatzungen", nicht unbedingt eine medizinische Überprüfung auf Astronautenniveau, aber die 0,27-Bar-Linie zeigt eine erhebliche Wahrscheinlichkeit einer Dekompressionskrankheit bei längeren Expositionen. Diese Wahrscheinlichkeiten müssen mit der Wahrscheinlichkeit eines Dekompressionsereignisses (eine Gewissheit für einen EVA, aber hoffentlich viel weniger für einen Raketenstart) und der medizinischen Schwere der anschließenden Dekompressionskrankheit kombiniert werden.

Abgesehen davon bietet ihre Methodik einen Einblick darüber:

Das typische Flugprofil für die NASA T-38 ist ein Aufstieg auf etwa 41.000 Fuß über dem mittleren Meeresspiegel über einen Zeitraum von 15 Minuten, ein Reiseflug in der Höhe für etwa 1,3 Stunden und 10 Minuten für den Abstieg und die Landung. Der Kabinendruckplan ist Umgebungsdruck, bis man auf 8.000 Fuß (10,9 psi) aufsteigt, hält den Druck bei 8.000 Fuß äquivalent, bis man auf etwa 23.000 Fuß (5,9 psi) aufsteigt, und hält darüber hinaus den Kabinendruck bei einer Differenz von 5 psi . Die NASA-Flugbesatzung atmet nicht routinemäßig 100 % Sauerstoff vor und fliegt normalerweise mit dem Sauerstoffregler (CRU-73/A) im „normalen“ Diluter-Demand-Modus. Der prozentuale Sauerstoffgehalt im Atemgemisch ist variabel, basierend auf der normalen Variabilität des Sauerstoffreglers, ist aber so ausgelegt, dass er eine dem Meeresspiegel entsprechende Sauerstoffspannung im Blut des Fliegers aufrechterhält.

Etwa 600 Flüge pro Jahr werden in NASA T-38 durchgeführt. Eine Überprüfung von 20 Jahren Sicherheitsdaten des Flugzeugbetriebs zeigt ungefähr alle zwei Jahre einen Ausfall des Kabinendrucksystems und keine gemeldeten Vorkommnisse von DCS (persönliche Mitteilung, NASA/JSC Safety Office, Ellington Field). Unter der Annahme von 20 Jahren mit 600 Flügen pro Jahr und keinem beobachteten DCS ist die DCS-Wahrscheinlichkeit nicht größer als 0,025 % für jeden Flug (95 % oberes Konfidenzlimit als n 1/n, ausgedrückt durch Lösen von (1-p) = 0,05 oder p = 1-(0,05) ). Eine analoge Überprüfung des Flugbetriebs von USAF T-38 ergab 294 Fälle von Ausfall des Kabinendrucksystems für die Jahre 1987 bis 1992 in Höhen von 17.000 bis 43.000 Fuß (persönliche Mitteilung, Hauptquartier, Air Force Safety Center, Kirtland AFB).

Das Dekompressionsrisiko muss gegen die Risiken des Voratmens von reinem Sauerstoff abgewogen werden. Sauerstoff mit einem Partialdruck von über 0,4 atm (0,3 in einigen Literaturstellen) wird über mehrere Stunden hinweg als medizinische Gefahr angesehen. Zum Beispiel:

Eine längere Exposition gegenüber übernormalen Sauerstoffpartialdrücken oder eine kürzere Exposition gegenüber sehr hohen Partialdrücken kann oxidative Schäden an den Zellmembranen verursachen, die zum Kollaps der Alveolen in der Lunge, Netzhautablösung und retrolentaler Fibroplasie im Auge sowie Krampfanfällen führen. Eine Verschlechterung der Lungenfunktionstests kann innerhalb von 24 Stunden nach kontinuierlicher Exposition gegenüber 100 % Sauerstoff auftreten. Nach 48 Stunden unter 100 % Sauerstoff können diffuse Alveolarschäden, Atelektase und akutes Atemnotsyndrom (Lungenödem) auftreten.

(von JS Cooper et al ) Andere neuere Arbeiten zeigen die Möglichkeit des Beginns zu kürzeren Zeiten:

Bei gesunden Menschen, die bei normalem atmosphärischem Druck (0,1 MPa) mehr als 95 % Sauerstoff einatmen, entwickelt sich die Tracheobronchitis nach einer Latenzzeit von 4 bis 22 Stunden

Vier Stunden sind nur unwesentlich länger als übliche Zeitpläne vor dem Atmen:

Bei allen NASA-Programmen wurde vor dem Start eine mindestens 3-stündige PB im Anzug durchgeführt, bevor die Shuttle-Symptome (Maio et al. 1970) bei 5,0 psia mit DCS übereinstimmten. Michael Collins glaubte während Gemini X und später während Apollo 11, dass er Symptome einer reinen Schmerz-DCS in seinem linken Knie hatte, die sich schließlich in der 100%igen O2-Atmosphäre im Verlauf der Missionen auflösten (Hawkins & Zieglschmid 1975). Dies war kein unerwartetes Ergebnis, basierend auf früheren PB-Validierungsstudien, über die Maio et al. berichteten. (1969, 1970). Astronauten auf nachfolgenden EVAs vom Apollo-Raumschiff und Skylab sowie auf Mondspaziergängen von der Mondlandefähre in Anzügen mit einem Druck von 3,7 psia waren während ihrer längeren Zeit in der hypobaren und hyperoxischen Atemumgebung keinem DCS-Risiko aufgrund von Denitrogenierung ausgesetzt.

Abgesehen davon gibt es neben High-O2/Low-N2-Voratemgas noch andere Möglichkeiten: Mischungen mit entweder Helium oder Argon vermeiden N2. Aber beide dieser Gase fügen andere Komplikationen hinzu: Atmosphären mit hohem Heliumgehalt neigen dazu, in Systeme und Verpackungen zu diffundieren, und Argon hat physiologische Probleme, die eine umfassende Überwachung während des Atmens erfordern. Ich habe keine Beweise dafür gefunden, dass beide jemals für den Einsatz in der Voratmung in der Raumfahrt entwickelt wurden.