أجهزة التنفس على ارتفاعات عالية

في المرتفعات العالية ، من 1500 إلى 3500 متر (4900 إلى 11500 قدم) ، تظهر آثار فسيولوجية لانخفاض الضغط الجزئي للأكسجين، تشمل انخفاض القدرة على ممارسة الرياضة وزيادة معدل التنفس. ومع ذلك، يبقى تشبع الأكسجين الشرياني أعلى من 90% لدى الأشخاص الأصحاء، لكن ضغط الأكسجين الشرياني ( _{PO2 )} يكون منخفضًا. ^{[ 2 ]} 

في المرتفعات الشاهقة ، من 3500 إلى 5500 متر (11500 إلى 18000 قدم) ، ينخفض ​​تشبع الأكسجين الشرياني إلى أقل من 90%، وينخفض ​​ضغط الأكسجين الشرياني _(PO2 ) _إلى درجة قد تؤدي إلى نقص حاد في الأكسجين أثناء ممارسة الرياضة والنوم، وفي حال حدوث وذمة رئوية ناتجة عن الارتفاعات العالية . وفي هذا النطاق، يشيع مرض الارتفاعات الشديد. ^{[ 2 ]} 

في المرتفعات الشاهقة ، التي تتجاوز 5500 متر (18000 قدم) ، يُتوقع حدوث نقص حاد في الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم ، بالإضافة إلى القلاء ، مع تدهور تدريجي في الوظائف الفسيولوجية يتجاوز قدرة الجسم على التأقلم. ونتيجة لذلك، لا توجد مستوطنات بشرية في هذا النطاق الارتفاعي. ^{[ 2 ]} 

فوق هذا النطاق، يصبح الأكسجين النقي بنسبة 100% عند الضغط الجوي غير كافٍ، ويتطلب الأمر شكلاً من أشكال الضغط لتوفير ضغط أكسجين مناسب للاستنشاق. وتشمل الخيارات الضغط الجزئي باستخدام بدلات الضغط ، والضغط الكامل باستخدام بدلات الفضاء .

في المنطقة الممتدة من مستوى سطح البحر إلى حوالي 3000 متر (10000 قدم) ، والمعروفة باسم المنطقة الفعالة من الناحية الفسيولوجية ، تكون مستويات الأكسجين عادةً عالية بما يكفي لكي يتمكن البشر من العمل دون الحاجة إلى أكسجين إضافي ، ومرض تخفيف الضغط الناتج عن الارتفاعات العالية نادر الحدوث.  

تمتد المنطقة ذات النقص الفسيولوجي من 3600 متر (12000 قدم) إلى حوالي 15000 متر (50000 قدم) . في هذه المنطقة، يزداد خطر نقص الأكسجين ، واضطراب الضغط الناتج عن الغازات المحتبسة (حيث يتمدد الغاز المحتبس في الجسم)، واضطراب الضغط الناتج عن الغازات المتصاعدة (حيث قد تتشكل غازات مذابة مثل النيتروجين في الأنسجة، أي مرض تخفيف الضغط ). ^{[ 3 ]} فوق حوالي 4300 متر (14000 قدم) ، يلزم استخدام خليط تنفس غني بالأكسجين لتقريب كمية الأكسجين المتوفرة في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي، ^{[ 4 ]} بينما فوق 12000 متر (40000 قدم) ، يجب توفير الأكسجين تحت ضغط موجب. على ارتفاع يزيد عن 15000 متر (49000 قدم) ، يصبح التنفس غير ممكن لأن الضغط الذي تُخرج به الرئتان ثاني أكسيد الكربون (حوالي 87 ملم زئبق، 11.6 كيلو باسكال ) يتجاوز ضغط الهواء الخارجي. وعلى ارتفاع يزيد عن 19000 متر (62000 قدم) ، والمعروف بحد أرمسترونغ ، تبدأ السوائل المكشوفة في الحلق والرئتين بالغليان عند درجة حرارة الجسم الطبيعية، مما يستدعي ارتداء بدلات الضغط. وعمومًا، يُستخدم الأكسجين النقي بنسبة 100% للحفاظ على ما يعادل ارتفاع 3000 متر (10000 قدم) .                

يبلغ ارتفاع منطقة الموت 8000 متر (26000 قدم) أو أعلى. 

يمكن للأشخاص التأقلم مع ارتفاع يتراوح بين 5200 و5500 متر (17000 إلى 18000 قدم) إذا بقوا على ارتفاعات عالية لفترة كافية، ولكن بالنسبة لأعمال الإنقاذ على ارتفاعات عالية، يجب نشر فرق الإنقاذ بسرعة، ولا يتوفر الوقت اللازم للتأقلم، مما يجعل معدات التنفس بالأكسجين ضرورية فوق حوالي 3700 متر (12000 قدم) . ^{[ 5 ]}  

في مجال الطيران، لا توجد عادة فرصة للتأقلم، وعادة ما تفترض ضرورة استخدام أجهزة التنفس أن يبدأ المستخدم الرحلة عند مستوى سطح البحر أو بالقرب منه.

في الارتفاعات العالية، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء غير كافٍ لدعم العمل المفيد والوعي، حتى بعد التأقلم، وفي الارتفاعات الأعلى لا يكفي لدعم الحياة البشرية. في الارتفاعات التي تُعاني من نقص الأكسجين، يُعدّ استنشاق غاز يحتوي على نسبة أكسجين أعلى عند الضغط الجوي حلاً عملياً. يكفي الأكسجين الإضافي الذي يُعادل ضغط مقصورة طائرة مضغوطة (حوالي 8000  قدم) للعديد من الأغراض، ولكن التركيزات الأعلى، مثل ما يُعادل مستوى سطح البحر (ضغط _{جزئي للأكسجين} حوالي 0.21 بار)، تُتيح قدرة أكبر على العمل الهوائي. في المقابل، تبرز الحاجة إلى ترشيد استهلاك الأكسجين وتقليل وزن جهاز التنفس.

عندما يتعين على المستخدم حمل إمدادات الأكسجين الإضافية، والقيام بعمل كبير على مدى فترة طويلة إلى حد ما، كما هو الحال في تسلق الجبال وأعمال الإنقاذ، فإن كفاءة استخدام الأكسجين وموثوقية جهاز التنفس تكون أكثر أهمية، وهناك مقايضة بين هذه الخصائص والوزن الذي يجب حمله.

تعتمد كمية الأكسجين الإضافي اللازمة لرفع الضغط الجزئي المستنشق إلى مستوى مكافئ لمستوى سطح البحر، أو أي قيمة ثابتة أخرى أعلى من الضغط الجوي المحيط، على الارتفاع، وتزداد مع ازدياد الارتفاع بما يتناسب طرديًا مع انخفاض الضغط. كما تتناسب كمية الأكسجين الإضافي المستخدمة فعليًا مع حجم التنفس الدقيق ، والذي يعتمد بدوره على مستوى الجهد المبذول.

لتجنب حمل وزن جميع أسطوانات الأكسجين صعودًا وهبوطًا على القمة، يمكن تخزين أسطوانة أو أكثر على طول الطريق لاستعادتها عند العودة. وهذا يعني استخدام أسطوانتين أو أكثر لتوفير الأكسجين اللازم ليوم الصعود إلى القمة، والذي قد يستمر حتى 18 ساعة، مما يجعل مدة تحمل حوالي 6 ساعات لأسطوانة ممتلئة خيارًا عمليًا. ^{[ 7 ]} لا يمكن تطبيق هذه الاستراتيجية باستخدام أسطوانة واحدة.

توفر أجهزة التنفس المستخدمة في تسلق الجبال الأكسجين بتركيز أعلى من تركيزه في الهواء الجوي في بيئة منخفضة الأكسجين بطبيعتها. ويجب أن تكون هذه الأجهزة خفيفة الوزن وموثوقة في البرد القارس، بما في ذلك تجنب الاختناق بالصقيع المتراكم من الزفير، المشبع ببخار الماء عند درجة حرارة الجسم. ^{[ 8 ]}

استُخدم كلٌّ من الأكسجين المُنتَج كيميائيًا والأكسجين الغازي المضغوط في أنظمة الأكسجين التجريبية المغلقة المستخدمة في تسلق الجبال، ولكنّ الدائرة المفتوحة هي الأكثر استخدامًا، على الرغم من كونها مُهدرة نسبيًا، نظرًا لموثوقية الجهاز. ^{[ 9 ] [ 5 ]} في تسلق الجبال على ارتفاعات عالية حيث يتعيّن على المستخدم حمل الأكسجين المُخزّن، يُمكن استخدام نظام الدائرة المفتوحة أو الدائرة المغلقة لزيادة عمر الجهاز إلى أقصى حد. ^{[ 10 ]}

يؤدي استنشاق الأكسجين النقي إلى ارتفاع الضغط الجزئي للأكسجين في الدم: فالمتسلق الذي يتنفس الأكسجين النقي على قمة جبل  إيفرست يكون لديه ضغط جزئي للأكسجين في الدم الشرياني أعلى من ضغط الأكسجين عند تنفسه الهواء على مستوى سطح البحر. وهذا يُمكّنه من بذل جهد بدني أكبر على ارتفاعات عالية. يساعد تفاعل امتصاص ثاني أكسيد الكربون الطارد للحرارة في جهاز إعادة التنفس على منع تجمد محتويات جهاز التنقية أثناء استخدامه، ويساعد على تقليل فقدان الحرارة من المستخدم، ولكنه يكون عرضة للتجمد خلال فترات عدم استخدامه. ^{[ 9 ]}

تتشابه متطلبات وبيئة عمل الطائرات غير المضغوطة والقفز بالمظلات على ارتفاعات عالية مع متطلبات وبيئة عمل تسلق الجبال، لكن الوزن يمثل مشكلة أقل. ^{[ 10 ]}

في نظام الدائرة المغلقة، يتم الاحتفاظ بأي أكسجين غير مستخدم وإعادة تنفسه، لذا فإن الاستخدام يقترب من 100٪، مع بعض الخسائر المحتملة بسبب التمدد على ارتفاعات متزايدة والتسرب العرضي من حلقة التنفس.

هناك خطر الإصابة بتسمم الأكسجين الرئوي إذا تجاوز ضغط الأكسجين حوالي 0.5  بار لفترات طويلة، وهو ما قد يحدث على ارتفاعات أقل من 5500  متر، حيث يكون الضغط الجوي حوالي نصف قيمته عند مستوى سطح البحر. ^{[ 11 ]}

يُعد جهاز إعادة التنفس بالأكسجين ذو الدائرة المغلقة الأكثر كفاءة من حيث استخدام الأكسجين، ولكنه كبير الحجم نسبيًا ويتطلب استخدام مادة ماصة لثاني أكسيد الكربون، والتي يجب أن تكون كافية لتوفير الأكسجين أو يجب استبدالها دوريًا. في حال انقطاع إمداد الأكسجين، قد يصبح غاز الدائرة أكثر نقصًا في الأكسجين من الهواء المحيط إذا لم يتم تنظيف الدائرة بشكل كافٍ أو إذا تلوثت بالهواء المحيط. في غياب مراقبة الأكسجين، قد لا يلاحظ المستخدم انخفاض تركيز الأكسجين. ^{[ 10 ]}

من المزايا الإضافية المحتملة لجهاز إعادة التنفس أن تفاعل تنقية ثاني أكسيد الكربون طارد للحرارة، مما يحافظ على دفء الغاز في دائرة التنفس إذا تم عزله بشكل كافٍ. كما أنه يحافظ على الرطوبة، مما يقلل من الجفاف. أما عيوبه فتتمثل في وزن جهاز التنقية، ومشاكل تكثف الرطوبة في الدائرة وتجمدها، مما قد يسد ممرات الغاز ويتسبب في اختناق الجهاز. في حال تجمد جهاز التنقية، يجب إذابته قبل استئناف التفاعل، ويستغرق ذلك بعض الوقت حتى يسخن إلى درجة حرارة كافية لإتمام التفاعل.

طُوِّر منظم الطلب المُخفِّف للتحليق على ارتفاعات عالية خلال الحرب العالمية الثانية. ^{[ 5 ]} يسحب هذا المنظم الهواء المحيط إلى القناع عبر فتحة فيه، بينما يُزوَّد في الوقت نفسه بالأكسجين النقي عبر صمام طلب في المنظم. في التطبيقات الجوية، يُتحكَّم في حجم فتحة الهواء المحيط بواسطة مُشغِّل صمام لا سائل، ويتناسب هذا الحجم طرديًا مع الضغط الجوي. ^{[ 12 ]} مع ازدياد الارتفاع، ينخفض ​​الضغط، وتصغر الفتحة، ما يُتيح للمستخدم الحصول على نسبة أعلى من الأكسجين. عند معايرته بشكل صحيح، يظل الضغط الجزئي للأكسجين في الخليط ثابتًا نسبيًا عند قيمة تُقارب 0.21  بار عند مستوى سطح البحر. يُحسِّن هذا النظام الاستخدام الأمثل لمزيج من الأكسجين المحيط والأكسجين المُخزَّن. ^{[ 12 ]} يمكن استبدال وظيفة مشغل صمام الأكسجين السائل في الاستخدام الأرضي بمقبض اختيار فتحة يعمل يدويًا، وهو أبسط وأخف وزنًا وأكثر متانة، مما يوفر نطاقًا متدرجًا من التركيزات، وهو أخف وزنًا وأكثر موثوقية، ولكنه أقل كفاءة بعض الشيء، ويتطلب اختيارًا مناسبًا من المستخدم. كما يسمح للمستخدم بضبط الخليط يدويًا ليناسب احتياجاته الشخصية. ونظرًا لاختياره يدويًا، فهو أقل ملاءمة للطيران وأكثر ملاءمة للمشاة، الذين لا يغيرون ارتفاعهم بسرعة. ^{[ 12 ]} تتأثر معدلات التدفق عبر الفتحة والمنظم بمعدل تدفق الاستنشاق، ويمكن تصميمها لتوفير ضغط جزئي للأكسجين أعلى قليلًا عند معدلات تدفق استنشاق أعلى، مما يساعد على تعويض الجهد المبذول. ^{[ 13 ]}

الأكسجين المعبأ ، والمعروف أيضاً بالأكسجين المضغوط عالي الضغط، والأكسجين الطبي، وأكسجين الطيارين، هو أكسجين مُعبأ في أسطوانات صغيرة محمولة عالية الضغط. في مجال الطيران، لا يُعد وزن الأسطوانة عاملاً حاسماً في العادة، وقد يتأثر اختيار المادة باعتبارات اقتصادية كالسعر وعمر الخدمة. أما في مجال تسلق الجبال، فيُفضل العديد من المستخدمين دفع مبلغ إضافي مقابل الحصول على أسطوانة أخف وزناً تحتوي على كمية كافية من الغاز للتسلق، مما يُرجح استخدام أسطوانات الأكسجين عالية الضغط ذات اللفائف الخيطية.

عندما لا توجد قيود على استخدام الطاقة، ويُنفَّذ العمل في موقع ثابت، قد تكون مُركِّزات الأكسجين حلاً فعالاً. ^{[ 14 ]} مُركِّز الأكسجين هو جهاز يُركِّز الأكسجين من مصدر غاز (عادةً الهواء المحيط) عن طريق إزالة النيتروجين بشكل انتقائي لتوفير تيار غاز مُخصَّب بالأكسجين. كما تُستخدم هذه المُركِّزات صناعيًا وطبيًا في العلاج بالأكسجين . ^{[ 15 ]} من الطرق الشائعة الاستخدام: امتزاز تأرجح الضغط وفصل الغازات بالأغشية . وتكون هذه الطرق أكثر كفاءة عندما لا تكون هناك حاجة إلى نسبة عالية من الأكسجين المُضاف.

تستخدم مُركِّزات الأكسجين بالامتزاز المتأرجح للضغط منخلًا جزيئيًا لامتزاز الغازات، وتعمل وفق مبدأ الامتزاز السريع المتأرجح للنيتروجين الجوي على معادن الزيوليت تحت ضغط عالٍ. ولذلك، يُعد هذا النوع من أنظمة الامتزاز بمثابة مُنقِّي للنيتروجين، حيث يسمح بمرور الغازات الجوية الأخرى، بينما يبقى الأكسجين هو الغاز الأساسي. ^{[ 16 ]} كما أن فصل الغازات عبر الغشاء عملية تعتمد على الضغط، حيث تتمثل القوة الدافعة في فرق الضغط بين مدخل المادة الخام ومخرج المنتج. وعادةً ما يكون الغشاء المستخدم في هذه العملية طبقة غير مسامية، مما يقلل من تسرب الغاز عبره. ويعتمد أداء الغشاء على نفاذيته وانتقائيته. وتتأثر النفاذية بحجم المادة المتغلغلة، حيث تتميز جزيئات الغاز الأكبر حجمًا بمعامل انتشار أقل. وعادةً ما تقوم معدات فصل الغازات بالغشاء بضخ الغاز إلى وحدة الغشاء، ويتم فصل الغازات المستهدفة بناءً على اختلاف معامل الانتشار والذوبان. ^{[ 17 ]} يمكن توصيل غاز المنتج مباشرة إلى المستخدم من خلال جهاز تنفس مناسب.

أجهزة تركيز الأكسجين المحمولة ذات الجرعات النبضية (وتُسمى أيضًا أجهزة التدفق المتقطع أو أجهزة الأكسجين عند الطلب) هي أصغر الوحدات، إذ قد لا يتجاوز وزنها 2.3 كيلوغرام (5 أرطال). يُمكّن صغر حجمها المستخدم من توفير الطاقة المُهدرة من العلاج في حملها. تُعطي الوحدة حجمًا مُحددًا (جرعة) من الهواء المُخصب بالأكسجين في بداية كل نفس، وهو الجزء من النفس الذي يُرجح وصوله إلى مناطق تبادل الغازات في الرئتين خارج الحيز الميت الفسيولوجي. تُعد قدرتها على الاستخدام الفعال للأكسجين عاملًا أساسيًا في الحفاظ على صغر حجم هذه الوحدات. ^{[ 18 ]} 

الأكسجين السائل هو الشكل السائل للأكسجين الجزيئي. تبلغ كثافته 1.141 كيلوغرام لكل لتر (71.2 رطل/ قدم مكعب) ، وهي أعلى كثافة بقليل من الماء السائل، وهو مُبرّد بدرجة حرارة منخفضة للغاية ، حيث تبلغ درجة تجمده 54.36 كلفن (-218.79 درجة مئوية؛ -361.82 درجة فهرنهايت) ودرجة غليانه 90.19 كلفن (-182.96 درجة مئوية؛ -297.33 درجة فهرنهايت) عند ضغط 1 بار (15 رطل/بوصة مربعة) . يتميز الأكسجين السائل بنسبة تمدد تبلغ 1:861 ^{[ 19 ] [ 20 ]} ، ولذلك يُستخدم في بعض الطائرات التجارية والعسكرية كمصدر متنقل للأكسجين للتنفس. ^{[ 21 ]}          

مولد الأكسجين الكيميائي هو جهاز يُطلق الأكسجين عبر تفاعل كيميائي . عادةً ما يكون مصدر الأكسجين فوق أكسيد ^{غير عضوي} ، أو ^كلورات ، أو بيركلورات ؛ وتُعد الأوزونيدات مجموعة أخرى واعدة من مصادر الأكسجين. تُشعل هذه المولدات عادةً بواسطة إبرة إشعال ، ويكون التفاعل الكيميائي عادةً طاردًا للحرارة ، مما يجعل المولد مصدرًا محتملاً للحريق . استُخدم فوق أكسيد البوتاسيوم كمصدر للأكسجين في البعثات المأهولة الأولى لبرنامج الفضاء السوفيتي .

تُزوّد ​​الطائرات التجارية الركاب بالأكسجين في حالات الطوارئ لحمايتهم في حال انخفاض ضغط المقصورة. ويتم تزويد طاقم قمرة القيادة عادةً بالأكسجين المضغوط من أسطوانات. يتكون قلب المؤكسد من _كلورات الصوديوم ( NaClO₃ )، ممزوجًا بأقل من 5% من بيروكسيد الباريوم ( BaO₂ ) وأقل من 1% _من بيركلورات البوتاسيوم ( KClO₄ _{) .} أما المتفجرات الموجودة في كبسولة التفجير فهي مزيج من ستيفنات الرصاص والتترازين . التفاعل الكيميائي طارد للحرارة ، وتصل درجة الحرارة الخارجية للعبوة إلى 260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت) . ويستمر إنتاج الأكسجين لمدة تتراوح بين 12 و22 دقيقة . ^{[ 23 ] [ 24 ]}  

تُركّب أجهزة تنفس واقية ثابتة لاستخدام طاقم الطائرة، ويجب توفير وحدة محمولة واحدة على الأقل في قمرة القيادة أو بالقرب منها لاستخدام أحد أفراد الطاقم. كما يجب توفير أجهزة تنفس واقية محمولة إضافية لأفراد الطاقم لمكافحة الحرائق في أي مقصورة يمكن الوصول إليها أثناء الطيران. ويجب توفير المعدات لأكبر عدد ممكن من أفراد الطاقم الذين يُحتمل وجودهم في المنطقة أثناء الطيران. ^{[ 25 ]}

يجب أن توفر معدات الوقاية الشخصية الحماية للمستخدم من الدخان وثاني أكسيد الكربون والغازات الضارة الأخرى أثناء العمل على سطح الطيران أو مكافحة الحرائق، ويجب أن تشمل قناعًا يغطي العينين والأنف والفم (قناع كامل للوجه) أو الأنف والفم (قناع أنفي فموي) مع حماية إضافية للعينين. يجب أن يسمح قناع الوجه بالتواصل الفعال مع أفراد الطاقم الآخرين واستخدام أجهزة الراديو. يجب أن تسمح حماية العينين بارتداء النظارات دون أن تؤثر سلبًا على الرؤية. ^{[ 25 ]}

يجب أن يوفر الجهاز غاز التنفس لجميع المستخدمين لمدة 15 دقيقة على الأقل عند ارتفاع مقصورة الطائرة 8000 قدم وبمعدل تنفس دقيق يبلغ 30 لترًا في الدقيقة، إما عن طريق التدفق المستمر أو عبر نظام حسب الطلب، ويجب ألا يتسبب في زيادة كبيرة في محتوى الأكسجين في البيئة المحلية. ^{[ 25 ]}

أنظمة الأكسجين الطارئة للطائرات أو أقنعة الأكسجين هي معدات طوارئ تُركّب في الطائرات التجارية المضغوطة ، وتُستخدم عند تعطل نظام ضغط المقصورة وارتفاع ضغط المقصورة فوق المستوى الآمن. تتكون هذه الأنظمة من عدد من أقنعة الأكسجين الصفراء الفردية المخزنة في حجيرات بالقرب من مقاعد الركاب وبالقرب من أماكن مثل دورات المياه والمطابخ، بالإضافة إلى مصدر أو مصادر للأكسجين، مثل أسطوانة أكسجين غازية مركزية عالية الضغط أو مولدات أكسجين كيميائية لا مركزية .

يستخدم نظام شائع الاستخدام من إنتاج شركة بويسك ثلاث أسطوانات مركبة عالية الضغط، مملوءة بضغط 260 بار عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. أبعاد الأسطوانات هي 480 مم (19 بوصة ) طولًا، و 108 مم (4.25 بوصة ) قطرًا، ووزنها أقل من 2.7 كجم (6.0 رطل) . عند معدل تدفق لترين في الدقيقة، تدوم كل أسطوانة حوالي 6.5 ساعات. ^{[ 7 ]} وتشير بويسك إلى أن السعة الداخلية ( سعة الماء ) تتراوح بين 3 و4 لترات. ^{[ 27 ] [ 28 ]} يُستخدم نوعان من أقنعة التنفس: أحدهما للتسلق والآخر للراحة والنوم، ويحتوي على مبادل حراري ورطوبة. تُحكم هذه الأقنعة إغلاقها على مناطق مختلفة من جلد الوجه لتقليل مشاكل ضغط التلامس. يستخدم كلا نوعي القناع كيسًا احتياطيًا يُسهم في ترشيد استهلاك الأكسجين عند ضبط معدل التدفق بما يتناسب مع معدل التنفس الحالي، وذلك بضمان تفريغ الكيس بالكامل في نهاية الشهيق وانتفاخه بالكامل في نهاية الزفير. ويمكن إجراء بعض الصيانة الميدانية باستخدام مجموعة قطع الغيار. ويوضح الرسم التخطيطي نوع قناع إعادة التنفس الجزئي . ^{[ 28 ]}   

منظم بويسك هو جهاز تدفق ثابت يمكن ضبطه بين 1 و 4 لترات في الدقيقة بزيادات قدرها 0.25 لتر في الدقيقة. تبلغ كتلته 0.35  كجم. ^{[ 7 ]}

استخدم نظام Summit قناعًا صغيرًا مزودًا بقنية أنفية ، وكان يوصل الأكسجين على شكل نبضات، يتم تنشيطها بانخفاض الضغط عند بدء الشهيق. يُعد هذا النظام فعالًا في استخدام الغاز، ويقلل من كمية الغاز التي يجب حملها، ولكنه يعتمد على الإلكترونيات والبطاريات التي لا تدوم طويلًا في درجات الحرارة المنخفضة. كما أنه أقل حجمًا ويحجب الرؤية بشكل أقل من أنظمة أقنعة إعادة التنفس ^{[ 27 ].} وُجد أن النظام غير موثوق، فعادت شركة Summit إلى نظام التدفق المستمر. ولا تزال القنية المصنوعة من السيليكون متوفرة كمكون طبي. ^{[ 29 ]}

يستخدم نظام Summit Oxygen، الذي طُرح في الأسواق عام 2023، منظم تدفق ثابت بخطوات 0.5 لتر في الدقيقة حتى 4 لترات كحد أقصى في الدقيقة. ومن الابتكارات وجود مُحدد معدل التدفق على خرطوم الإمداد، ما يسهل الوصول إليه، وبالتالي يُرجح تعديله بشكل متكرر ليناسب الجهد المبذول، ما يُحسّن كفاءة استخدام الأكسجين. الأسطوانات المستخدمة سعتها 4 لترات وضغطها 300 بار، وكتلتها 3.89  كجم عند امتلائها. يمنع صمام مدخل الهواء المحيط استنشاق الهواء المحيط حتى يتم استنشاق الأكسجين الموجود في الخزان، بينما يوفر صمام العادم ضغطًا خلفيًا كافيًا لتحويل غاز الزفير إلى كيس الخزان في بداية الزفير، عندما يكون محتواه من ثاني أكسيد الكربون ضئيلاً جدًا كما هو الحال في الحيز الميت الفسيولوجي . ^{[ 30 ]}

استخدمت جميع البعثات البريطانية أجهزة الأكسجين ذات الدائرة المفتوحة، كما دعا إليها رواد التسلق جورج فينش ونويل أوديل وبيتر لويد . وقد جُرّبت هذه الأجهزة في بعثتي إيفرست البريطانيتين عامي 1922 و 1924 ؛ أما الأكسجين المعبأ في أسطوانات والذي استخدمته بعثة عام 1921 فلم يُستخدم. وكان وزن إطار حمل جهاز الأكسجين ذي الدائرة المفتوحة، الذي صممه جورج فينش واستُخدم عامي 1922 و1924 مع أربع أسطوانات أكسجين، 14.5  كيلوغرامًا ( 32  رطلاً). ووصل فينش، برفقة جيفري بروس ، إلى ارتفاع 8450 مترًا (27250 قدمًا) على جبل إيفرست عام 1922. ^{[ 31 ]}

كان المتسلقون يحملون أحيانًا أسطوانتين فقط لكل منهم. احتوت أربع أسطوانات على 960 لترًا من الأكسجين، تكفي لمدة ثماني ساعات بمعدل استهلاك قياسي يبلغ لترين في الدقيقة، أو سبع ساعات بمعدل 2.2 لتر/دقيقة. ^{[ 32 ]} كانت محاولة جورج مالوري وأندرو إيرفين تسلق قمة إيفرست عام 1924 أول محاولة للوصول إلى القمة باستخدام الأكسجين. ^{[ 31 ]} حمل مالوري وإيرفين أسطوانتين لكل منهما. ^{[ 32 ]}

أجرت البعثة البريطانية لتسلق جبل إيفرست عام 1938 تجارب على أجهزة الدائرة المغلقة وأجهزة الدائرة المفتوحة، لكن أجهزة الدائرة المغلقة لم تكن ناجحة. ^{[ 33 ]}

في عام 1953، استخدم فريق التسلق الأول بقيادة توم بورديلون وتشارلز إيفانز أجهزة إعادة تنفس الأكسجين ذات الدائرة المغلقة ، التي طورها بورديلون ووالده، وتسلقوا بسرعة غير مسبوقة حتى وصلوا إلى مسافة 90  مترًا من القمة، لكنهم لم يبلغوها بسبب عطل في أحد أجهزة إعادة التنفس أثناء إعادة تعبئة جهاز تنقية الأكسجين. ^{[ 34 ] [ 10 ] [ 35 ]} ويُعزى قدرتهم على التسلق بهذه السرعة إلى الميزة الفسيولوجية المتمثلة في تنفس الأكسجين النقي الذي توفره أجهزة إعادة التنفس. استخدم متسلقون آخرون معدات مماثلة في الفترة من ثلاثينيات إلى خمسينيات القرن العشرين، ولكن وُجد أن أجهزة إعادة التنفس المتوفرة ثقيلة جدًا وغير مريحة لتسلق الجبال، فتم تطوير معدات دائرة مفتوحة أخف وزنًا، وتم تجاهل الدائرة المغلقة طوال الخمسين عامًا التالية. ^{[ 35 ]}

بعد يومين من وصول بورديلون وإيفانز، وصل فريق الهجوم الثاني بقيادة إدموند هيلاري وتينزينغ نورغاي إلى القمة مزودين  بنظام تدفق مستمر ذي دائرة مفتوحة مُحسّن بشكل كبير يزن 22 رطلاً. ^{[ 31 ]} بعد عشر دقائق من التقاط الصور على القمة دون استخدام جهاز الأكسجين، قال هيلاري إنه "أصبح أخرق الأصابع وبطيئ الحركة". ^{[ 36 ]}

رأى جون هانت أن استخدام مجموعتين هجوميتين من النوع التجريبي ذي الدائرة المغلقة ينطوي على مخاطرة كبيرة، على الرغم من تحقيق المستخدمين معدل تسلق أسرع، وإمكانية زيادة مدى التغطية بوحدة أكسجين محددة (بحيث يُمكن الوصول إلى القمة من معسكر على الممر الجنوبي). لذا، اقترح هجومًا واحدًا بدائرة مغلقة، يتبعه مباشرةً هجوم بدائرة مفتوحة (وهجوم ثالث إذا لزم الأمر). كانت الأسطوانات المستخدمة إما من سبائك الديورال الخفيفة، سعة كل منها 800 لتر، أو أسطوانات سلكية فولاذية تابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني، سعة كل منها 1400 لتر من الأكسجين (كلاهما بضغط 3300 رطل لكل بوصة مربعة؛ 227.5 بار أو 22.75 ميجا باسكال). ضمّت البعثة 8 مجموعات بدائرة مغلقة و12 مجموعة بدائرة مفتوحة؛ استخدمت المجموعة ذات الدائرة المفتوحة أسطوانة واحدة من أسطوانات سلاح الجو الملكي البريطاني، أو أسطوانة واحدة أو اثنتين أو ثلاث أسطوانات من الديورال. بوزن إجمالي يتراوح بين 28  و18 و  29.5 رطلًا ( 12.7، 8.2، 13.4، أو 18.6 كيلوغرامًا ). ^{[ 9 ]} كان النائمون على ارتفاع يزيد عن 6600 متر (21500 قدم) يستخدمون "أكسجين الليل" بمعدل لتر واحد في الدقيقة؛ وباستخدام محولات، كان بإمكانهم استخدام الأكسجين من خزانات شركة دراغرفيرك التي تركها السويسريون عام 1952. ^{[ 37 ]} كانت كلتا مجموعتي الدائرة المفتوحة والمغلقة تتجمدان؛ وتتجمد مجموعة الدائرة المغلقة عند إدخال عبوة جديدة باردة من الصودا والجير. ^{[ 38 ]}   

كان عالم وظائف الأعضاء غريفيث بوغ قد شارك أيضاً في البعثة البريطانية إلى تشو أويو عام 1952 لدراسة تأثيرات البرد والارتفاع. وقدّم بوغ ومايكل وارد التوصيات التالية لعام 1953، استناداً إلى تجارب أُجريت على ممر مينلونغ لا على ارتفاع 6100 متر (20000 قدم) عام 1952: ^{[ 39 ]} 

• كلما زاد الأكسجين الذي يتم تنفسه، زادت الفائدة الذاتية.
• وقد عوض الوزن إلى حد كبير زيادة الأداء
• كان الحد الأدنى المطلوب هو معدل تدفق 4 لترات/دقيقة. قبل الحرب، تم استخدام معدل تدفق 2 لتر/دقيقة لفترة وجيزة (1 أو 2 دقيقة) (1924؛ أوديل وما إلى ذلك) أو 2.25 لتر/دقيقة (1922 فينش وبروس) و(1938، لويد ووارن).
• كان هناك انخفاض كبير في التهوية الرئوية
• كان هناك شعور كبير بالراحة من ثقل وإرهاق الساقين (على الرغم من أنه لم يتم اختبار ما إذا كانت القدرة على التحمل قد تحسنت).

لاحظوا أيضًا تباينًا كبيرًا بين الأفراد، فبعض الرجال لم يتمكنوا من تجاوز ارتفاع 6400 متر (21000 قدم) ، وربما لم يتمكن سوى رجال استثنائيين من تجاوز ارتفاع 8200 متر (27000 قدم) دون أكسجين إضافي، وقلة منهم استطاعوا تجاوز ارتفاع 7900 متر (26000 قدم) مرتين خلال رحلة استكشافية واحدة. كان الأداء أفضل قليلًا مما كان متوقعًا منذ عام 1952؛ وكان الأثر الرئيسي هو زيادة العمل المنجز يوميًا، وتحسن كبير في حالتهم النفسية، مما زاد من تقديرهم للمحيط. واستمر الشعور بالراحة لمدة ساعة أو أكثر بعد التوقف عن استخدام الأكسجين. كما أوصى بو بالتأقلم على ارتفاع يزيد عن 4600 متر (15000 قدم) لمدة 36 يومًا على الأقل، واستخدام أجهزة الدائرة المغلقة.    

قام الطبيب والمتسلق الجبلي في البحرية الأمريكية، توم هورنبين، بتعديل تصميم قناع التنفس الذي كان يستخدمه طيارو البحرية، والذي صنعته شركة مايتاغ للبعثة الأمريكية عام 1963. كان هذا القناع من نوع "غير مُعاد تدويره" ، ويحتوي على صمام أحادي مانع للرجوع لمنع ارتداد الأكسجين إلى كيس الخزان الذي كان يجمع الأكسجين من منظم تدفق ثابت، ويُطلقه عند بدء الشهيق. وحتى عام 2013، لا يزال هذا التصميم الأساسي يُستخدم في أجهزة التنفس ذات الدائرة المفتوحة المستخدمة في تسلق الجبال ^{[ 31 ].}

في 8 مايو 1978 ، حقق راينهولد ميسنر وبيتر هابيلر أول صعود لجبل إيفرست بدون أكسجين إضافي. ^{[ 40 ]} وبحلول عام 1986، كان ميسنر قد صعد جميع القمم الـ 14 التي يزيد ارتفاعها عن 8000 متر بدون أكسجين إضافي.

وقد لوحظ أن نفاد الأكسجين المعبأ في أسطوانات كان أحد العوامل التي أدت إلى وفاة راي جينيت وهانيلور شماتز على جبل إيفرست عام 1979. ^{[ 41 ]}

تُزوّد ​​شركة بويسك الروسية المصنّعة أجهزة التنفس منذ عام 1982، باستخدام أسطوانة صغيرة وخفيفة الوزن مصنوعة من خيوط التيتانيوم والكيفلار ، تزن 3.5 كجم، وتدوم لمدة 6 ساعات بمعدل تدفق 2 لتر في الدقيقة، مع منظمات قابلة للتعديل بزيادات قدرها 0.25 لتر في الدقيقة حتى 4 لترات في الدقيقة. ^{[ 31 ]} وتتيح الأسطوانات الصغيرة المتعددة إمكانية التخزين المؤقت.

اختارت منظمة المرشدين الجبليين الدوليين أسطوانة أكبر في عام 1991 يمكنها توفير الأكسجين لمدة 10 ساعات بمعدل 3 لترات في الدقيقة. ^{[ 31 ]}

بحلول القرن الحادي والعشرين، كان أحد أنظمة الأكسجين الشائعة على جبل إيفرست يستخدم أسطوانات من الألومنيوم المقوى بألياف الكربون، حيث تزن أسطوانة الأكسجين سعة 3 لترات 7 أرطال (3.2 كجم ) عند ملئها بضغط 3000 رطل لكل بوصة مربعة (210 بار) . ^{[ 42 ]}   

في عام 2003، قدمت شركة Summit Oxygen نظامًا تجريبيًا مزودًا بقنية أنفية ونظام نبضات حسب الطلب مع تحكم كهربائي باستخدام بطارية، ولكن معدل التدفق لم يكن كافيًا لتلبية الطلب، فعادوا إلى نظام قناع إعادة التنفس الجزئي ذي التدفق المستمر الأكثر تقليدية . ^{[ 31 ]}

تم طرح قناع TopOut في عام 2004، وهو مبني على قناع جهاز التنفس 3M R6311. ^{[ 31 ] [ 43 ]}

من بين أكثر من 6500 قمة إيفرست حتى عام 2013، كان أقل من 100 قمة بدون أكسجين. ^{[ 31 ]}

شهد جبل إيفرست عددًا كبيرًا من الوفيات المرتبطة بأعطال أجهزة التنفس. ففي إحدى الرحلات الاستكشافية عام 2019، تعطلت تسعة أجهزة تنفس في اليوم نفسه، لكن المجموعة كانت قد بدأت بالنزول، وبفضل مشاركة المعدات، تمكنت من تجنب الوفيات. لم تُجرَ تحقيقات رسمية لتحديد أسباب وآليات هذه الأعطال، لكن شهود عيان أفادوا بوقوع 21 حالة أخرى على الأقل من أعطال أجهزة التنفس الخطيرة خلال العقدين الماضيين. يجب أخذ هذا في الاعتبار عند النظر إلى إجمالي عدد عمليات الصعود باستخدام الأكسجين، والذي يتجاوز 6500 عملية، ما يعني أن معدل تعطل أجهزة دعم الحياة الحيوية يبلغ حوالي 0.5% وفقًا للتقديرات الأولية. ذكرت صحيفة نيويورك تايمز أن ممارسات صيانة وإعادة تعبئة المعدات مشكوك فيها. ومن المنطقي أن الشركات المصنعة للمعدات لا تتحمل مسؤولية الأسطوانات التي لم تُعبأ في مرافقها الخاصة، ولم يُسجل ما إذا كانت أي من حالات التعطل ناتجة عن تعبئة المصنع. المعروف أن الأسطوانات غالبًا ما تُعاد تعبئتها محليًا. وتشمل أسباب الأعطال المبلغ عنها تسربات الأسطوانات، وعطل منظمات الضغط، وخطأ المتسلقين غير المتمرسين. من المرجح أن معظم الأعطال كانت في معدات بويسك ، نظرًا لكونها العلامة التجارية الأكثر شيوعًا، ولكن وردت تقارير أيضًا عن أعطال في منظمات الأكسجين من شركة ساميت أوكسجين . تتمتع كل من بويسك وساميت أوكسجين بسمعة طيبة عمومًا من حيث الجودة. تشير مقالة صحيفة نيويورك تايمز إلى أن غياب التنظيم في هذا القطاع في نيبال وسوء صيانة المعدات قد يكونان من أسباب المشكلة. ^{[ 44 ]}

• دريك، فريدريك م. (يناير 1974). معدات التنفس بالأكسجين للعمليات على ارتفاعات عالية (ملف PDF) . التقرير رقم 74-06 (تقرير). أبردين بروفينغ غراوند، ماريلاند: مختبر الحرب البرية التابع للجيش الأمريكي. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 15 يوليو 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يوليو 2023 .
• جيل، مايكل (2017). إدموند هيلاري: سيرة ذاتية . نيلسون، نيوزيلندا: بوتون وبورتون. ISBN 978-0-947503-38-3.
• هانت، جون (1953). صعود إيفرست . لندن: هودر وستوكتون.