جهاز إعادة التنفس

تعتمد مدة استخدام جهاز إعادة التنفس، أي المدة التي يمكن خلالها استخدامه بأمان وراحة، على كمية الأكسجين المُزوَّدة بمعدل استهلاك المستخدم، وعلى قدرة جهاز التنقية على إزالة ثاني أكسيد الكربون بمعدل إنتاجه. ترتبط هذه المتغيرات ارتباطًا وثيقًا، إذ يُعد ثاني أكسيد الكربون ناتجًا عن استهلاك الأكسجين الأيضي ، وإن لم يكن الناتج الوحيد. وهذا مستقل عن العمق، باستثناء زيادة جهد التنفس نتيجةً لزيادة كثافة الغاز. ^{[ 4 ]}

في وضعية البندول، يستنشق المستخدم الغاز من جهاز التنفس المساعد عبر خرطوم التنفس، ويعود الغاز الزفير إلى جهاز التنفس المساعد عبر نفس الخرطوم. عادةً ما يكون جهاز التنقية بين خرطوم التنفس وكيس جهاز التنفس المساعد، ويكون تدفق الغاز ثنائي الاتجاه. جميع ممرات التدفق بين المستخدم والمادة الماصة النشطة في جهاز التنقية تُعتبر حيزًا ميتًا - أي حجمًا يحتوي على غاز يُعاد تنفسه دون تعديل بواسطة جهاز إعادة التنفس. يزداد الحيز الميت مع استهلاك المادة الماصة. يجب تقليل حجم خرطوم التنفس إلى الحد الأدنى للحد من الحيز الميت.

في نظام الحلقة، يستنشق المستخدم الغاز عبر خرطوم، ويزفره عبر خرطوم آخر. يتدفق الغاز الزفير إلى جهاز التنقية من جانب، ويخرج من الجانب الآخر. قد يكون هناك جهاز تنفس مضاد كبير واحد على كل جانب من جهاز التنقية، أو جهازان أصغر حجماً، واحد على كل جانب. يكون التدفق في اتجاه واحد، ويتم التحكم فيه بواسطة صمامات عدم الرجوع، والتي توجد عادةً في خراطيم التنفس عند نقطة اتصالها بقطعة الفم. يُعد ممر التدفق في قطعة الفم قبل نقطة التقاء خرطومي الشهيق والزفير هو المساحة الميتة الوحيدة، ولا يتأثر هذا الممر بحجم الخرطوم. ^{[ 6 ]}

الرئة المضادة عبارة عن كيس محكم الإغلاق مصنوع من مادة مرنة قوية، يحتفظ بحجم الغاز الزفيري حتى يتم استنشاقه مرة أخرى. قد يكون هناك رئة مضادة واحدة، أو واحدة على كل جانب من جهاز التنقية، مما يسمح بتدفق الغاز بمعدل أكثر انتظامًا عبر جهاز التنقية، الأمر الذي يقلل من جهد التنفس ويحسن كفاءة جهاز التنقية من خلال زيادة مدة بقاء الغاز في الهواء .

جهاز التنقية عبارة عن حاوية مملوءة بمادة ماصة لثاني أكسيد الكربون، غالباً ما تكون قواعد قوية ، يمر عبرها غاز الزفير لإزالة ثاني أكسيد الكربون. قد تكون المادة الماصة حبيبية أو على شكل خرطوشة مصبوبة. ^{[ 7 ]} يمكن تصنيع المادة الماصة الحبيبية عن طريق تكسير كتل الجير وفرز الحبيبات حسب الحجم، أو عن طريق صب الحبيبات بحجم وشكل ثابتين. ^{[ 8 ]} قد يكون تدفق الغاز عبر جهاز التنقية في اتجاه واحد في جهاز إعادة التنفس الحلقي، أو في كلا الاتجاهين في جهاز إعادة التنفس البندولي. تحتوي علبة جهاز التنقية عادةً على مدخل من جانب ومخرج من الجانب الآخر.

يُعدّ الجير الصوداوي مادة ماصة نموذجية ، ويتكون من هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH) _₂ وهيدروكسيد الصوديوم NaOH. المكون الرئيسي للجير الصوداوي هو هيدروكسيد الكالسيوم، وهو رخيص نسبيًا ومتوفر بسهولة. قد تحتوي المادة الماصة على مكونات أخرى. يُضاف هيدروكسيد الصوديوم لتسريع التفاعل مع ثاني أكسيد الكربون. كما تُضاف مواد كيميائية أخرى لمنع تكوّن نواتج التحلل غير المرغوب فيها عند استخدامه مع مخدرات الاستنشاق الهالوجينية القياسية. قد يُضاف مؤشر لتحديد متى يذوب ثاني أكسيد الكربون في ماء الجير الصوداوي ويتكوّن حمض الكربونيك، مما يُغيّر الرقم الهيدروجيني من قاعدي إلى حمضي، حيث يُشير تغيّر اللون إلى أن المادة الماصة قد وصلت إلى التشبع بثاني أكسيد الكربون ويجب استبدالها. ^{[ ٨ ]}

يتحد ثاني أكسيد الكربون مع الماء أو بخار الماء لإنتاج حمض الكربونيك الضعيف: CO₂ ₊ H₂O _→ H₂CO₃ _{. يتفاعل} هذا الحمض مع الهيدروكسيدات لإنتاج الكربونات والماء في تفاعل طارد للحرارة. ^{[ 6 ]} في التفاعل الوسيط، يتفاعل حمض الكربونيك طاردًا للحرارة مع هيدروكسيد الصوديوم لتكوين كربونات الصوديوم والماء: H₂CO₃ ₊ 2NaOH → Na₂CO₃ ₊ 2H₂O + _حرارة . في التفاعل النهائي، تتفاعل كربونات الصوديوم مع الجير المطفأ (هيدروكسيد الكالسيوم) لتكوين كربونات الكالسيوم وهيدروكسيد الصوديوم: Na₂CO₃ ₊ Ca(OH) _₂ → CaCO₃ + _2NaOH . يصبح هيدروكسيد الصوديوم متاحًا _{مرة أخرى} للتفاعل مع المزيد من حمض _{الكربونيك} . ^{[ ٨ ]} يمكن لـ ١٠٠ غرام (٣.٥ أونصة) من هذه المادة الماصة إزالة ما يقارب ١٥ إلى ٢٥ لترًا (٠.٥٣ إلى ٠.٨٨ قدم مكعب ) من ثاني أكسيد الكربون عند الضغط الجوي القياسي. ^{[ ٦ ] [ ٨ ]} تعمل هذه العملية أيضًا على تسخين الهواء وترطيبه، وهو أمر مرغوب فيه للغوص في المياه الباردة أو تسلق المرتفعات العالية، ولكنه غير مناسب للعمل في البيئات الحارة.   

يمكن استخدام تفاعلات أخرى في ظروف خاصة. يُستخدم هيدروكسيد الليثيوم ، وخاصة بيروكسيد الليثيوم، عندما تكون الكتلة المنخفضة مهمة، كما هو الحال في محطات الفضاء وبدلات رواد الفضاء. كما يُعيد بيروكسيد الليثيوم الأكسجين أثناء تفاعل التنقية. ^{[ 9 ]}

هناك طريقة أخرى لإزالة ثاني أكسيد الكربون تُستخدم أحيانًا في أجهزة إعادة التنفس المحمولة، وهي تجميده، وهو أمر ممكن في جهاز إعادة التنفس المبرد الذي يستخدم الأكسجين السائل. يمتص الأكسجين السائل الحرارة من ثاني أكسيد الكربون في مبادل حراري لتحويل الأكسجين إلى غاز، وهو ما يكفي لتجميد ثاني أكسيد الكربون. تُبرّد هذه العملية الغاز أيضًا، وهو أمر مرغوب فيه أحيانًا، ولكن ليس دائمًا.

خرطوم التنفس، أو أنبوب التنفس في جهاز إعادة التنفس، هو أنبوب مرن يمر من خلاله غاز التنفس عند الضغط الجوي المحيط. ويختلف عن خراطيم الضغط المنخفض والمتوسط ​​والعالي التي قد تكون أيضًا جزءًا من جهاز إعادة التنفس. يتميز هذا الخرطوم بقطر داخلي واسع بما يكفي لتقليل مقاومة التدفق عند الضغط الجوي المحيط ضمن نطاق التشغيل للجهاز، وعادةً ما يكون مقطعه العرضي دائريًا، وقد يكون مموجًا ليسمح بحركة رأس المستخدم دون أن ينثني الأنبوب عند نقاط الانثناء. ^{[ 6 ]}

يحتوي كل طرف على وصلة محكمة الإغلاق مع المكون المجاور، وقد يحتوي على صمام أحادي الاتجاه للحفاظ على دوران الغاز في الاتجاه الصحيح ضمن نظام دائري. وبحسب الاستخدام، قد تُصنع هذه الخراطيم من بوليمر مرن، أو مطاط صناعي ، أو مطاط صناعي مُقوّى بالألياف أو القماش، أو مطاط صناعي مُغطى بنسيج منسوج لزيادة المتانة أو مقاومة التآكل. إذا كانت الطبقة المنسوجة مُلصقة بالسطح الخارجي، فإنها تحمي المطاط من التلف الناتج عن الخدوش، ولكنها تُصعّب إزالة الملوثات. ^{[ 6 ]} تأتي خراطيم التنفس عادةً بنوعين من التموجات. تتميز التموجات الحلقية، كما هو موضح في الصورة، بسهولة إصلاحها ميدانيًا في حالة حدوث تمزق أو ثقب، بينما تسمح التموجات الحلزونية بتصريف فعال بعد التنظيف. ^{[ 10 ]}

عادةً ما تكون خراطيم التنفس طويلة بما يكفي لتوصيل الجهاز برأس المستخدم في جميع أوضاع الرأس، ولكن يجب ألا تكون طويلة بشكل مفرط، لأن ذلك سيؤدي إلى زيادة الوزن، أو مقاومة الماء ، أو خطر التشابك، أو وجود مساحة ميتة زائدة في جهاز إعادة التنفس البندولي. يمكن تثبيت خراطيم التنفس على كتفي الغواص أو تزويدها بأوزان لتحقيق طفو محايد وتقليل الضغط على قطعة الفم.

يتم توفير قطعة فم مزودة بمقبض للعض ، أو قناع فموي أنفي ، أو قناع وجه كامل ، أو خوذة محكمة الإغلاق بحيث يمكن للمستخدم التنفس من الوحدة دون استخدام اليدين.

مخزن للأكسجين، عادة ما يكون على شكل غاز مضغوط في أسطوانة عالية الضغط، ولكن في بعض الأحيان على شكل أكسجين سائل ، يقوم بتغذية الأكسجين الغازي في حجم التنفس ذي الضغط المحيط، إما بشكل مستمر، أو عندما يقوم المستخدم بتشغيل صمام إضافة الأكسجين، أو عبر صمام الطلب في جهاز إعادة التنفس بالأكسجين، عندما ينخفض ​​حجم الغاز في دائرة التنفس وينخفض ​​الضغط، أو في جهاز إعادة التنفس بالغاز المختلط الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا، بعد أن يكتشف جهاز الاستشعار عدم كفاية الضغط الجزئي للأكسجين، ويقوم بتنشيط صمام الملف اللولبي.

يلزم وجود صمامات للتحكم في تدفق الغاز في حيز التنفس، وتغذية الغاز من حاوية التخزين. وتشمل هذه الصمامات ما يلي:

• صمامات عدم الرجوع في حلقة التنفس لأجهزة إعادة التنفس الحلقية، والتي تفرض تدفقًا أحادي الاتجاه لتقليل المساحة الميتة،
• صمامات الغوص/السطح الموجودة على أجهزة إعادة التنفس الخاصة بالغوص، والتي تمنع دخول الماء إلى حجم التنفس عند إزالة قطعة الفم، أو عندما يختار المستخدم التنفس بالهواء المحيط على السطح.
• صمامات إمداد الغاز، بما في ذلك صمام الأسطوانة، للسماح بتدفق الغاز عالي الضغط من الأسطوانة. يمكن للمستخدم تشغيلها يدويًا لتزويد الغاز مباشرةً، أو قد تُزوَّد بها منظم ضغط يخفض الضغط إلى بضعة بارات فوق الضغط الجوي، ثم يُزوِّد نظام تغذية الغاز بهذا الغاز ذي الضغط المتوسط، والذي قد يحتوي على واحد أو أكثر مما يلي:
  • صمام تغذية يعمل يدوياً،
  • فتحة تدفق كتلة ثابتة أو صمام إبرة، لتوفير تغذية مستمرة،
  • صمام الطلب الذي يضيف الغاز تلقائيًا عندما يكون حجم الرئة المضادة منخفضًا جدًا، وينخفض ​​الضغط في حجم التنفس إلى ما دون الضغط المحيط.
• صمام تخفيف الضغط، لتفريغ الغاز الزائد. يُستخدم هذا الصمام بشكل أساسي في أجهزة إعادة التنفس للغوص لتعويض التمدد أثناء الصعود. كما يمكن تصريف الغاز الزائد من خلال حافة قناع الوجه الكامل، أو عبر الأنف عند استخدام قطعة الفم.

يمكن استخدام أجهزة استشعار الأكسجين لمراقبة الضغط الجزئي للأكسجين في أجهزة إعادة التنفس بالغاز المختلط لضمان عدم خروجه عن الحدود الآمنة، ولكنها لا تستخدم بشكل عام في أجهزة إعادة التنفس بالأكسجين، حيث أن محتوى الأكسجين ثابت عند 100٪، ويتغير ضغطه الجزئي فقط مع الضغط المحيط.

يُعدّ هذا النوع من أجهزة إعادة التنفس من أقدم الأنواع، وقد شاع استخدامه في القوات البحرية لعمليات الهروب من الغواصات والغوص في المياه الضحلة، ولإنقاذ الألغام، وتسلق الجبال والطيران على ارتفاعات شاهقة، وفي التطبيقات الصناعية منذ أوائل القرن العشرين. تتميز أجهزة إعادة التنفس بالأكسجين ببساطتها وموثوقيتها الميكانيكية العالية، وقد اختُرعت قبل أجهزة الغوص ذات الدائرة المفتوحة. فهي لا تُزوّد ​​إلا بالأكسجين، لذا لا حاجة للتحكم في تركيب الغاز باستثناء إزالة ثاني أكسيد الكربون. ^{[ 11 ]}

يمكن اعتبار جميع أجهزة إعادة التنفس، باستثناء أجهزة إعادة التنفس بالأكسجين، أجهزة إعادة تنفس بالغاز المختلط، حيث يكون غاز التنفس مزيجًا من الأكسجين وغاز مخفف غير نشط أيضيًا. ويمكن تقسيم هذه الأجهزة إلى نوعين: أجهزة إعادة تنفس شبه مغلقة، حيث يكون غاز التزويد مزيجًا قابلًا للتنفس يحتوي على الأكسجين ومخففات خاملة، عادةً النيتروجين والهيليوم، ويتم تجديده بإضافة المزيد من المزيج عند استهلاك الأكسجين، بما يكفي للحفاظ على ضغط جزئي مناسب للتنفس من الأكسجين في الدائرة؛ وأجهزة إعادة تنفس مغلقة، حيث يُستخدم مصدران متوازيان للغاز: المخفف، لتوفير الجزء الأكبر من الغاز، والذي يُعاد تدويره، والأكسجين، الذي يُستهلك أيضيًا. يُعتبر ثاني أكسيد الكربون ناتجًا ثانويًا، وفي جهاز إعادة التنفس الذي يعمل بشكل صحيح، تتم إزالته بكفاءة عند مرور الغاز عبر جهاز التنقية.

ظهرت بعض تصاميم أجهزة إعادة التنفس (مثل جهاز أوكسيلايت) التي تستخدم فوق أكسيد البوتاسيوم ، الذي يُطلق الأكسجين عند امتصاصه لثاني أكسيد الكربون، كمادة ماصة لثاني أكسيد الكربون: 4KO₂ ₊ 2CO₂ ₌ 2K₂CO₃ ₊ 3O₂ _{. يلزم} استخدام أسطوانة أكسجين صغيرة الحجم لملء الدائرة وتنظيفها عند بدء الاستخدام. ^{[ 14 ]} يمكن تطبيق هذه التقنية على أجهزة إعادة التنفس التي تعمل بالأكسجين والغازات المختلطة، ويمكن استخدامها في الغوص وتطبيقات أخرى. يتفاعل فوق أكسيد البوتاسيوم بشدة مع الماء السائل، مُطلقًا كمية كبيرة من الحرارة والأكسجين، مما يُشكل خطرًا للحريق، ولذلك كانت التطبيقات الأكثر نجاحًا في بدلات الفضاء ومكافحة الحرائق وعمليات الإنقاذ في المناجم. ^{[ 15 ]}

يمكن استخدام مصدر الأكسجين السائل لأجهزة إعادة التنفس التي تعمل بالأكسجين أو الغازات المختلطة. عند استخدامها تحت الماء، يجب عزل حاوية الأكسجين السائل جيدًا لمنع انتقال الحرارة من الماء. قد لا تكون الأجهزة الصناعية من هذا النوع مناسبة للغوص، وقد لا تكون أجهزة الغوص من هذا النوع مناسبة للاستخدام خارج الماء نظرًا لاختلاف متطلبات انتقال الحرارة. يجب ملء خزان الأكسجين السائل في الجهاز مباشرةً قبل الاستخدام. من أمثلة هذا النوع:

• إيروفور بلاكيت
• أيورلوكس ^{[ 16 ]}

تُستخدم أنواعٌ عديدة من أجهزة إعادة التنفس في الغوص، نظرًا لتعقيد متطلبات التنفس تحت الضغط، وتوفر خيارات واسعة النطاق حسب التطبيق المحدد والميزانية المتاحة. يُعد جهاز إعادة التنفس للغوص من معدات دعم الحياة بالغة الأهمية للسلامة ، إذ قد تؤدي بعض أعطاله إلى وفاة الغواص فجأة، بينما قد تتطلب أعطال أخرى استجابة فورية ومناسبة لإنقاذه.

بدلة الغوص الجوية عبارة عن غواصة صغيرة مفصلية لشخص واحد، ذات شكل بشري تقريبًا، بمفاصل في الأطراف تسمح بالحركة تحت ضغط خارجي مع الحفاظ على ضغط داخلي يعادل ضغطًا جويًا واحدًا. يمكن تزويدها بغاز التنفس من السطح عبر حبل سري، أو من جهاز إعادة تنفس مثبت على البدلة. كما يمكن تركيب جهاز إعادة تنفس احتياطي لتزويد الغاز في حالات الطوارئ، مع إمكانية تزويدها بغاز التنفس الأساسي من السطح أو من جهاز إعادة التنفس. وبما أن الضغط الداخلي يُحافظ عليه عند ضغط جوي واحد، فلا يوجد خطر من التسمم الحاد بالأكسجين. هذا تطبيق للغوص تحت الماء، ولكنه أقرب إلى التطبيقات الصناعية منه إلى أجهزة إعادة التنفس الخاصة بالغوص ذات الضغط الجوي.

تختلف معايير التصميم المطبقة على أجهزة إعادة التنفس ذات الدائرة المغلقة (SCBA) والمخصصة للاستخدام خارج الماء فقط:

• لا يوجد أي اختلاف في الضغط المحيط على المكونات. يمكن وضع جهاز التنفس الاصطناعي المضاد لتوفير الراحة وسهولة الاستخدام.
• قد يكون تبريد الغاز في دائرة التنفس أمراً مرغوباً فيه، حيث ينتج الممتص حرارة أثناء تفاعله مع ثاني أكسيد الكربون، كما أن تسخين الغاز غير مرغوب فيه في البيئات الصناعية الحارة مثل مكافحة الحرائق والمناجم العميقة. ^{[ 24 ]}
• قد تعتمد الحاويات الماصة في بعض الحالات على الجاذبية لمنع التسرب.
• في حال استخدام قناع يغطي الوجه بالكامل، فقد يحتوي على فتحات رؤية مصممة لتوفير الراحة أو لتحسين مجال الرؤية، ولا يشترط أن تكون هذه الفتحات مسطحة ومتوازية لمنع التشوه البصري كما هو الحال تحت الماء. ^{[ 24 ]}
• في أجهزة إعادة التنفس المستخدمة في مكافحة الحرائق ، يجب مراعاة جعل الجهاز مقاومًا للهب بشكل معقول وحمايته من الحرارة وتأثيرات الحطام. ^{[ 24 ]}
• قد لا تنشأ الحاجة إلى التخلص من المجموعة بسرعة، وقد لا تحتاج أحزمة التثبيت إلى آلية فك سريعة.
• لا يُؤخذ الطفو في الاعتبار، لكن الوزن قد يكون عاملاً حاسماً. يُعد التصميم المريح الجيد لسهولة الحمل والراحة والتوازن أمراً بالغ الأهمية، خاصةً عند ارتداء الجهاز في أماكن ضيقة، أثناء التسلق والزحف عبر فجوات صغيرة. ^{[ 24 ]}
• يمكن استخدام نظام ضغط معاكس للرئة مزود بنابض لتوفير ضغط إيجابي طفيف في حلقة التنفس، لمنع دخول الغازات الضارة إذا لم يكن إحكام قناع الوجه مثالياً. ^{[ 24 ]}
• لا توجد قيود ناتجة عن التأثيرات الفسيولوجية للتنفس تحت الضغط. ولا حاجة إلى مخاليط غازية معقدة. ويمكن عادةً استخدام أجهزة إعادة التنفس بالأكسجين، مما يجعل التصميم أبسط بكثير، والآلية أكثر موثوقية.
• يمكن تركيب نظام يسمح للمستخدم بالحصول على مياه الشرب من كيس، ويمكن استخدام صمام يعمل بالضغط للتحكم في التدفق. ^{[ 24 ]}
• يمكن تركيب أجهزة اتصال صوتية لاسلكية. ^{[ 24 ]}
• يمكن استخدام نظام تدفق الكتلة الثابت لضمان الحد الأدنى من إمدادات الغاز النقي، مع صمام طلب لإضافة الغاز في حالة تفريغ الدائرة. ^{[ 24 ]}
• عادة ما يتم مطابقة إمداد الغاز ومدة الامتصاص لتحقيق الكفاءة ^{[ 24 ].}
• قد يكون من الضروري استخدام العزل لدائرة التنفس عند استخدامها في درجات حرارة تحت الصفر حيث أن تجمد المادة الماصة سيقلل من فعاليتها. ^{[ 24 ]}
• يمكن توفير مصيدة مائية لجمع الماء المكثف من تفاعل الامتصاص ومن الناتج الأيضي. ^{[ 24 ]}
• قد تشمل وظائف المراقبة ما يلي: ^{[ 24 ]}
  • ضغط الأسطوانة (التناظري والرقمي)
  • المدة المتبقية المقدرة للاستخدام حتى يتم تفعيل تحذير انخفاض الضغط المتبقي
  • مؤشر درجة الحرارة
  • التسجيل التلقائي لإشارات التحذير
• يمكن توفير إشارات تحذير بصرية و/أو صوتية من أجل: ^{[ 24 ]}
  • انخفاض ضغط الغاز في الأسطوانة
  • تم إطلاق الإنذار بسبب عدم تحرك المستخدم
  • إنذار يتم تشغيله يدويًا.

توفر أجهزة إعادة التنفس المستخدمة في تسلق الجبال الأكسجين بتركيز أعلى من تركيزه في الهواء الجوي، وذلك في بيئة منخفضة الأكسجين بطبيعتها. ويجب أن تكون هذه الأجهزة خفيفة الوزن وموثوقة في البرد القارس، بما في ذلك تجنب انسدادها بالصقيع المتراكم. ^{[ 25 ]} ولا يزال معدل أعطال هذه الأجهزة مرتفعًا بسبب البرد الشديد. يؤدي تنفس الأكسجين النقي إلى ارتفاع الضغط الجزئي للأكسجين في الدم: فالمتسلق الذي يتنفس الأكسجين النقي على قمة جبل إيفرست يكون ضغط الأكسجين الجزئي لديه أعلى من ضغط الأكسجين الجزئي الذي يتنفسه على مستوى سطح البحر. وهذا يُمكّنه من بذل جهد بدني أكبر على ارتفاعات عالية. ويساعد التفاعل الطارد للحرارة على منع تجمد محتويات جهاز إعادة التنفس، ويقلل من فقدان الحرارة من جسم المستخدم.

استُخدم كلٌّ من الأكسجين الكيميائي والأكسجين الغازي المضغوط في أنظمة الأكسجين التجريبية ذات الدائرة المغلقة، وكان أولها على جبل إيفرست عام 1938. واستخدمت بعثة عام 1953 معدات الأكسجين ذات الدائرة المغلقة التي طوّرها توم بورديلون ووالده لفريق الاقتحام الأول بقيادة بورديلون وإيفانز ؛ مع أسطوانة أكسجين مضغوطة واحدة من نوع "ديورال" سعة 800 لتر وعلبة من الجير الصودا (استخدم فريق الاقتحام الثاني (الناجح) بقيادة هيلاري وتينزينغ معدات ذات دائرة مفتوحة). ^{[ 26 ]}

تتشابه متطلبات العمل وبيئة العمل مع تسلق الجبال، لكن الوزن أقل إشكالية. كما صُنع جهاز إعادة التنفس السوفيتي IDA71 بنسخة مخصصة للارتفاعات العالية، والتي كانت تعمل كجهاز إعادة تنفس بالأكسجين.

يمكن تهيئة أجهزة التخدير كأجهزة إعادة تنفس لتزويد المريض بالأكسجين وغازات التخدير أثناء الجراحة أو الإجراءات الأخرى التي تتطلب التخدير. يوجد في الجهاز مادة ماصة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الدائرة. ^{[ 27 ]}

يمكن استخدام أنظمة الدوائر شبه المغلقة والمغلقة بالكامل في أجهزة التخدير، كما تُستخدم أنظمة الدفع والسحب (البندول) ثنائية الاتجاه وأنظمة الحلقة أحادية الاتجاه. ^{[ 28 ]} تحتوي دائرة التنفس في جهاز الحلقة على صمامين أحاديي الاتجاه، بحيث يتدفق الغاز المُعقّم فقط إلى المريض بينما يعود الغاز الزفير إلى الجهاز. ^{[ 27 ]}

يمكن لجهاز التخدير أيضًا تزويد المرضى الذين لا يستطيعون التنفس بشكل طبيعي بالغاز. ^{[ 29 ]} ويقوم نظام سحب الغازات العادمة بإزالة أي غازات من غرفة العمليات لتجنب التلوث البيئي. ^{[ 30 ]}

تتمثل إحدى وظائف بدلة الفضاء في تزويد مرتديها بغاز التنفس. ويتم ذلك عبر وصلة من أنظمة دعم الحياة في المركبة الفضائية أو الموئل، أو من نظام دعم حياة أساسي مُثبّت على البدلة. يعتمد كلا النظامين على تقنية إعادة التنفس، حيث يقومان بإزالة ثاني أكسيد الكربون من غاز التنفس وإضافة الأكسجين لتعويض النقص. عادةً ما تستخدم بدلات الفضاء أجهزة إعادة تنفس الأكسجين، مما يسمح بضغط أقل داخل البدلة، وبالتالي يمنح مرتديها حرية حركة أكبر.

تعتبر الغواصات والمساكن تحت الماء وملاجئ القنابل ومحطات الفضاء وغيرها من أماكن المعيشة التي يشغلها العديد من الأشخاص لفترات متوسطة إلى طويلة مع إمدادات محدودة من الغاز، بمثابة أجهزة إعادة التنفس ذات الدائرة المغلقة من حيث المبدأ، ولكنها تعتمد بشكل عام على الدوران الميكانيكي لغاز التنفس من خلال أجهزة التنقية.

بعض المخاطر ناتجة عن طريقة عمل المعدات، بينما يرتبط البعض الآخر بالبيئة التي تُستخدم فيها المعدات، حيث تُستخدم أجهزة إعادة التنفس عادةً في الأماكن التي لا يتوفر فيها جو محيط قابل للتنفس.

في حوالي عام 1620، اكتشف كورنيليس دريبل أن تسخين نترات البوتاسيوم (ملح البارود ) سيولد الأكسجين. ^{[ 34 ]}

حصل بيير ماري توبوليك من بريست ، وهو ميكانيكي في البحرية الإمبراطورية لنابليون ، على براءة اختراع أول جهاز تنفس أساسي يعتمد على امتصاص ثاني أكسيد الكربون في فرنسا عام 1808. كان هذا التصميم المبكر لجهاز التنفس يعمل بخزان أكسجين، حيث يُضخ الأكسجين تدريجيًا من قِبل الغواص ويدور في دائرة مغلقة عبر إسفنجة مشبعة بماء الجير ، وهو محلول من هيدروكسيد الكالسيوم في الماء. ^{[ 35 ] [ 36 ]} أطلق توبوليك على اختراعه اسم "إشتيواندري" (كلمة يونانية تعني "رجل السمكة"). ^{[ 37 ]} لا يوجد دليل على تصنيع نموذج أولي.

تم بناء نموذج أولي لجهاز إعادة التنفس في عام 1849 بواسطة بيير إيمابل دي سانت سيمون سيكارد ، ^{[ 38 ]}

في عام 1853، قدم البروفيسور ت. شوان جهاز إعادة تنفس في الأكاديمية البلجيكية للعلوم . ^{[ 39 ] [ 36 ]} كان الجهاز مزودًا بخزان أكسجين كبير مثبت على الظهر بضغط تشغيل يبلغ حوالي 13.3 بار، وجهازين للتنظيف يحتويان على إسفنجات مشبعة بمحلول الصودا الكاوية . ^{[ 36 ]}

صُمم أول جهاز غوص عملي تجاريًا ذو دائرة مغلقة وبُني على يد مهندس الغوص هنري فلوس عام 1878، أثناء عمله لدى سيب جورمان في لندن. ^{[ 40 ] [ 12 ]} يتكون جهاز التنفس المستقل الخاص به من قناع مطاطي متصل بكيس تنفس، مع ما يُقدر بنسبة 50-60% من الأكسجين _{المُزود} من خزان نحاسي، وثاني أكسيد الكربون _{المُزال} بواسطة خيوط حبل مغموسة في محلول من البوتاس الكاوي؛ ويُتيح النظام مدة غوص تصل إلى ثلاث ساعات تقريبًا. ^{[ 12 ] [ 41 ]} اختبر فلوس جهازه عام 1879 بقضاء ساعة مغمورًا في خزان مياه، ثم بعد أسبوع بالغوص إلى عمق 5.5 متر في المياه المفتوحة، حيث أُصيب إصابة طفيفة عندما سحبه مساعدوه فجأة إلى السطح.

استُخدم جهازه لأول مرة في ظروف تشغيلية عام 1880 على يد ألكسندر لامبرت، كبير الغواصين في مشروع بناء نفق سيفرن ، الذي تمكن من قطع مسافة 1000 قدم في الظلام لإغلاق عدة أبواب مغمورة في النفق؛ وقد عجز عن ذلك رغم بذله قصارى جهده باستخدام ملابس الغوص التقليدية بسبب خطر تشابك خرطوم إمداد الهواء بالحطام المغمور، والتيارات المائية القوية في الأنفاق. ^{[ 12 ]} وفي عام 1880، استخدم فلوس جهاز إعادة التنفس لتفقد منجم سيهام للفحم في المملكة المتحدة بعد انفجار غازي. ^{[ 36 ]}

قام كل من فلوس وسيبي غوربان بتطوير جهاز التنفس الأولي لإنقاذ الألغام في عام 1911. ^{[ 36 ]}

واصل فليوس تطوير جهازه، مضيفًا منظمًا للأكسجين وخزانات قادرة على استيعاب كميات أكبر من الأكسجين تحت ضغط أعلى. وفي عام 1910، قام السير روبرت ديفيس ، رئيس شركة سيب جورمان ، بتطوير جهاز إعادة التنفس بالأكسجين ^{[ 12 ] [ 41 ]} باختراعه جهاز ديفيس للهروب من الغواصات ، وهو أول جهاز عملي لإعادة التنفس يُصنع بكميات كبيرة. ورغم أنه صُمم في الأساس كجهاز هروب طارئ لأطقم الغواصات ، إلا أنه سرعان ما استُخدم أيضًا للغوص ، كونه جهاز غوص عملي في المياه الضحلة، يتمتع بقدرة تحمل تصل إلى ثلاثين دقيقة، ^{[ 41 ]} كما استُخدم كجهاز تنفس صناعي .

يتألف الجهاز من كيس تنفس/طفو مطاطي يحتوي على عبوة من هيدروكسيد الباريوم لتنقية _ثاني أكسيد الكربون الزفير ، وفي جيب أسفل الكيس، أسطوانة ضغط فولاذية تحتوي على حوالي 56 لترًا من الأكسجين بضغط 120 بار. زُودت الأسطوانة بصمام تحكم، وكانت موصولة بكيس التنفس . يؤدي فتح صمام الأسطوانة إلى دخول الأكسجين إلى الكيس وشحنه بضغط الماء المحيط. كما احتوى الجهاز على كيس طفو احتياطي في مقدمته للمساعدة في إبقاء المستخدم طافيًا. اعتمدت البحرية الملكية البريطانية جهاز DSEA بعد تطويره من قبل ديفيس عام 1927. ^{[ 42 ]} وقد اشتُقت منه العديد من أجهزة إعادة التنفس الصناعية بالأكسجين، مثل Siebe Gorman Salvus و Siebe Gorman Proto ، وكلاهما اختُرع في أوائل القرن العشرين.

اخترع البروفيسور جورج جوبير مركب أوكسيليث الكيميائي عام 1907. وهو شكل من أشكال بيروكسيد الصوديوم (Na₂O₂ ₎ أو فوق أكسيد الصوديوم (NaO₂ ₎ . يمتص هذا _المركب ثاني أكسيد الكربون في جهاز تنقية غازات جهاز إعادة التنفس ، ثم يُطلق الأكسجين. أُدمج هذا المركب لأول مرة في تصميم جهاز إعادة التنفس من قِبل الكابتن إس إس هول والدكتور أو. ريس من البحرية الملكية عام 1909. ورغم أنه كان مُصمماً للاستخدام كجهاز هروب من الغواصات، إلا أن البحرية الملكية لم تقبله قط، واستُخدم بدلاً من ذلك للغوص في المياه الضحلة. ^{[ 41 ]}

في عام 1912، بدأت شركة درايغر الألمانية الإنتاج الضخم لنسختها الخاصة من بدلة الغوص القياسية المزودة بجهاز إعادة التنفس. وكان هيرمان ستيلزنر، وهو مهندس في شركة درايغر، قد اخترع هذا الجهاز قبل بضع سنوات ^{[ 43 ]} لأغراض الإنقاذ من الألغام . ^{[ 44 ]}

في ثلاثينيات القرن العشرين، وبعد بعض الحوادث المأساوية في عشرينيات القرن العشرين، بدأت البحرية الأمريكية في تجهيز غواصات من فئة بوربويز وسالمون بأجهزة إعادة تنفس بدائية تسمى رئات مومسن ، والتي ظلت قيد الاستخدام حتى ستينيات القرن العشرين.

في ثلاثينيات القرن العشرين، بدأ صيادو الأسماك الإيطاليون الرياضيون باستخدام جهاز إعادة التنفس من طراز ديفيس ؛ وحصل المصنعون الإيطاليون على ترخيص من أصحاب براءات الاختراع الإنجليز لإنتاجه. وسرعان ما لفتت هذه الممارسة انتباه البحرية الإيطالية ، التي طورت نموذجًا مُحسَّنًا بشكل كبير صممه تيسيو تيسي وأنجيلو بيلوني، والذي استخدمته وحدة الضفادع البشرية التابعة لها، الأسطول العاشر، بنتائج جيدة خلال الحرب العالمية الثانية. ^{[ 41 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية ، أثرت أجهزة إعادة التنفس الخاصة بالضفادع البشرية الإيطالية التي تم الاستيلاء عليها على تصميمات أجهزة إعادة التنفس البريطانية. ^{[ 41 ]} استخدمت العديد من أجهزة التنفس الخاصة بالضفادع البشرية البريطانية أسطوانات أكسجين مخصصة لأطقم الطائرات تم انتشالها من طائرات سلاح الجو الألماني (لوفتفافه) التي أُسقطت . ربما كانت أقدم هذه الأجهزة عبارة عن أجهزة ديفيس للنجاة من الغواصات مُعدّلة ؛ وكانت أقنعتها الكاملة للوجه من النوع المُصمم لجهاز سيبي جورمان سالفوس ، ولكن في العمليات اللاحقة، تم استخدام تصميمات مختلفة، مما أدى إلى قناع كامل للوجه بنافذة كبيرة واحدة، دائرية أو بيضاوية في البداية، ثم مستطيلة (مسطحة في الغالب، ولكن جوانبها منحنية للخلف لتحسين الرؤية الجانبية). احتوت أجهزة إعادة التنفس البريطانية المبكرة للضفادع البشرية على رئتين مضادتين مستطيلتين على الصدر مثل أجهزة الضفادع البشرية الإيطالية، ولكن التصميمات اللاحقة احتوت على تجويف مربع في الجزء العلوي من الرئة المضادة بحيث يمكن أن تمتد لأعلى باتجاه الكتفين. في الأمام، كان هناك طوق مطاطي يُثبّت حول علبة الامتصاص. ^{[ 41 ]} استخدم بعض غواصي القوات المسلحة البريطانية بدلات غوص ضخمة وسميكة تسمى بدلات سلادن ؛ وكان أحد إصداراتها يحتوي على لوحة وجه واحدة قابلة للطي لكلا العينين للسماح للمستخدم بوضع المنظار على عينيه عندما يكون على السطح.

استُخدمت أجهزة إعادة التنفس من نوع درايغر، وخاصةً طرازَي DM20 وDM40، من قِبَل غواصي الخوذات الألمان وغواصي الضفادع الألمانية خلال الحرب العالمية الثانية . وقد طوّر الدكتور كريستيان ج. لامبرتسن أجهزة إعادة التنفس للبحرية الأمريكية لأغراض الحرب تحت الماء. ^{[ 45 ] [ 46 ]} وقدّم لامبرتسن أول دورة تدريبية على أجهزة إعادة التنفس بالأكسجين ذات الدائرة المغلقة في الولايات المتحدة لوحدة الخدمات الاستراتيجية البحرية في الأكاديمية البحرية في 17 مايو 1943. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية وبعدها ، برزت حاجة القوات المسلحة للغوص إلى أعماق تتجاوز ما يسمح به الأكسجين النقي. وقد دفع ذلك، على الأقل في بريطانيا، إلى تصميم نسخ بسيطة من أجهزة إعادة التنفس ذات التدفق الثابت، تُعرف باسم "أجهزة إعادة التنفس المختلطة"، وهي نسخ معدلة من بعض أجهزة إعادة التنفس المستخدمة في الغوص بالأكسجين (ما يُعرف الآن باسم " نيتروكس "): جهاز SCMBA المُشتق من جهاز SCBA ( جهاز تنفس السباح وراكب الزورق )، وجهاز CDMBA المُشتق من جهاز Siebe Gorman CDBA ، وذلك بإضافة أسطوانة غاز إضافية. قبل الغوص باستخدام هذه الأجهزة، كان على الغواص معرفة أقصى عمق للغوص، أو عمق التشغيل، وسرعة استهلاك جسمه للأكسجين، ومن ثم حساب معدل تدفق الغاز في جهاز إعادة التنفس.

استخدم رائد الغوص هانز هاس أجهزة إعادة التنفس بالأكسجين من شركة درايجر في أوائل الأربعينيات من القرن الماضي للتصوير السينمائي تحت الماء.

نظراً للأهمية العسكرية لجهاز إعادة التنفس، والتي تجلّت بوضوح خلال الحملات البحرية في الحرب العالمية الثانية ، ترددت معظم الحكومات في إتاحة هذه التقنية للعامة. في بريطانيا، كان استخدام جهاز إعادة التنفس من قبل المدنيين ضئيلاً، وحظرت الجمعية البريطانية لعلوم الطيران (BSAC) رسمياً استخدامه من قبل أعضائها. في البداية، باعت شركتا بيريللي وكريسي -ساب الإيطاليتان نموذجاً من أجهزة إعادة التنفس للغوص الرياضي، لكنهما توقفتا عن إنتاج هذه النماذج لاحقاً. كما استخدم غواصو الكهوف بعض أجهزة إعادة التنفس محلية الصنع لاختراق أحواض الكهوف .

يستخدم معظم متسلقي الجبال على ارتفاعات عالية معدات الأكسجين ذات الدائرة المفتوحة؛ استخدمت بعثة إيفرست عام 1953 معدات الأكسجين ذات الدائرة المغلقة والمفتوحة: انظر الأكسجين المعبأ في زجاجات .

وفي نهاية المطاف انتهت الحرب الباردة ، وفي عام 1989 انهار المعسكر الشيوعي ، ونتيجة لذلك تضاءل الخطر المتصور لهجمات التخريب التي يشنها غواصو القتال ، وأصبح لدى القوات المسلحة الغربية سبب أقل للاستيلاء على براءات اختراع أجهزة إعادة التنفس المدنية ، وبدأت أجهزة إعادة التنفس للغوص الترفيهي الآلية وشبه الآلية المزودة بمستشعرات الضغط الجزئي للأكسجين في الظهور.