Особенности дыхания под водой и в горах. Дыхание в горах. Свет и цвет
По мере подъема в горы давление кислорода в воздухе неуклонно снижается, что ведет к падению этого давления в альвеолах и, как следствие этого, к падению напряжения кислорода в крови. Если напряжение кислорода падает ниже 50-60 мм ртутного столба, насыщение кислородом гемоглобина начинает очень быстро уменьшаться.
Характеристика физиологических сдвигов при дыхании в горах
У большинства людей при дыхании в горах до высоты 2,5 км не наступает расстройств. Это не значит, что на высоте 2 км организм есть в таком же состоянии, как при барометрическом давлении на уровне моря. Хотя на высоте до 3 км кровь насыщена кислородом не меньше, чем на 90% своей емкости, но напряжение кислорода, растворенного в крови, здесь уже снижено и этим объясняется ряд наблюдаемых сдвигов при дыхании в горах. К ним относятся:
- углубление и небольшое учащение дыхания;
- учащение пульса и рост минутного объема;
- некоторое увеличение ОЦК;
- увеличенное новообразование эритроцитов;
- небольшое, улавливаемое лишь очень тонкими методами, падение возбудимости рецепторов, исчезающее через двое-трое суток пребывания на указанной высоте.
Все эти изменения при дыхании в горах у здорового человека, однако, являются именно регуляторными процессами, нормальное протекание которых обеспечивает работоспособность на высоте. Недаром пребывание на высоте 1-2 км иногда используется как терапевтический прием при борьбе с некоторыми заболеваниями.
С высоты 3 км, а у ряда людей (при отсутствии мышечной работы) лишь с высоты 3,5 км, начинают обнаруживаться разные расстройства, что преимущественно зависит от изменения деятельности высших центров. При дыхании в горах уменьшается напряжение кислорода, растворенного в крови, падает также количество кислорода, связанного гемоглобином. Симптомы дыхательной гипоксии есть, когда насыщение крови кислородом падает ниже 85% кислородной емкости крови. Если же насыщение кислородом при дыхательной гипоксии падает ниже 50-45% кислородной емкости, то у человека наступает смерть.
Когда подъем на значительную высоту совершается медленно (например, при восхождении), то развиваются симптомы гипоксии, которые не обнаруживаются при быстро развивающейся гипоксии, ведущей к потере сознания. В этом случае вследствие расстройства высшей нервной деятельности отмечаются усталость, сонливость, дрожание, одышка, сердцебиение, часто тошнота, иногда кровотечения (высотная болезнь или горная болезнь).
Изменение нервной деятельности может начаться еще до уменьшения в крови количества оксигемоглобина, завися от снижения напряжения кислорода, растворенного в крови. У собак некоторые изменения нервной деятельности отмечаются иногда уже на 1000 м, выражаясь сначала в увеличении условных рефлексов и ослаблении тормозных процессов в коре мозга. На большей высоте условные рефлексы уменьшаются, а затем (на высоте 6-8 км) исчезают. Уменьшаются и безусловные рефлексы. В коре мозга усиливается торможение. Если на небольшой высоте (2-4 км) изменения условных рефлексов отмечаются лишь в первое время, то на значительных высотах нарушения условнорефлекторной деятельности не уменьшаются при продолжающейся гипоксии, а скорее углубляются.
Обусловленные гипоксией от дыхания в горах изменения состояния коры мозга, конечно, влияют на протекание всех физиологических функций. Торможение, развивающееся в коре, может переходить и на подкорковые образования, что сказывается и в нарушении двигательных актов, и в усилении рефлексов на импульсы с интерорецепторов.
Предел переносимых высот
Зависимо от индивидуальных особенностей, тренированности высота, когда наступают расстройства при дыхании в горах, может быть разной, но эти расстройства, хотя и на разных высотах, наступают обязательно у всех.
Для здоровых людей можно указать в среднем следующую шкалу высот, где наступают определенные функциональные изменения организма:
- до высоты 2,5 км большинство людей (а некоторые лица и до высоты 3,5-4 км) не испытывают значительных расстройств. Насыщение крови кислородом здесь еще выше 85% кислородной емкости, и из сдвигов в состоянии организма характерна лишь увеличенная деятельность дыхательной, сердечно-сосудистой системы, а также усиленное новообразование эритроцитов;
- на высоте 4-5 км начинают отмечаться расстройства высшей нервной деятельности, регуляции дыхания, кровообращения (эйфория или тяжелое самочувствие, легкая утомляемость, чейн-стоксово дыхание, резкое учащение пульса, иногда коллапс);
- на высоте 6-7 км эти симптомы становятся весьма серьезными для большинства людей, за исключением лиц, специально тренированных;
- дыхание в горах на высоте 7-8 км всегда ведет к тяжелому состоянию и опасно для большинства людей, а высота 8,5 км есть пределом, выше которого без вдыхания кислорода не может подняться человек.
У животных, постоянно обитающих в горах, отмечается значительное недонасыщение крови кислородом. Например, у овец на высоте 4000 м насыщение крови кислородом составляет лишь около 65% кислородной емкости, однако какие-либо патологические симптомы гипоксемии при этом отсутствуют.
Чем выше поднимается человек в горы или чем выше поднимает его самолет, тем более разреженным становится воздух. На высоте 5,5 км над уровнем моря атмосферное давление уменьшается почти вдвое; в той же мере снижается и содержание кислорода. Уже на высоте 4 км нетренированный человек может заболеть так называемой горной болезнью. Однако путем тренировки можно приучить организм к пребыванию и на более значительных высотах. Даже при покорении Эвереста герои-альпинисты не пользовались кислородными приборами. Как же организм приспосабливается к бедному кислородом воздуху?
Основную роль здесь играет увеличение числа , а значит, и нарастание количества гемоглобина крови. У жителей горных областей количество эритроцитов доходит до 6 и более миллионов в 1 мм 3 (вместо 4 млн в обычных условиях). Понятно, что при этом кровь получает возможность захватывать больше кислорода из воздуха.
Между прочим иногда люди, побывавшие в Кисловодске, относят увеличение количества гемоглобина в их крови за счет того, что они хорошо отдохнули и поправились. Дело, конечно, не только в этом, но и просто во влиянии горной местности.
Водолазы и те, кто трудится в кессонах - особых камерах, применяемых при постройке мостов и других гидротехнических сооружений, вынуждены, наоборот, работать при повышенном давлении воздуха. На глубине 50 м под водой водолаз испытывает давление почти в 5 раз выше атмосферного, а ведь ему иногда приходится опускаться под воду на 100 м и более.
Давление воздуха сказывается очень своеобразно. Человек работает в этих условиях часами, не испытывая от повышенного давления никаких неприятностей. Однако при быстром подъеме наверх появляются острые боли в суставах, кожный зуд, ; в тяжелых случаях отмечались смертельные исходы. Отчего это происходит?
В обыденной жизни мы не всегда задумываемся над тем, с какой силой давит на нас атмосферный воздух. Между тем его давление весьма велико и составляет около 1 кг на каждый квадратный сантиметр поверхности тела. Последняя у человека среднего роста и веса равна 1,7 м 2 . В итоге атмосфера давит на нас с силой в 17 тонн! Мы не ощущаем этого огромного сдавливающего воздействия потому, что оно уравновешивается давлением жидкостей тела и растворенных в них газов. Колебания атмосферного давления вызывают ряд сдвигов в организме, что особенно ощущают больные гипертонией и болезнями суставов. Ведь при изменении атмосферного давления на 25 мм рт. ст. сила давления атмосферы на тело меняется более чем на полтонны! Организм должен уравновесить этот сдвиг давления.
Однако, как уже сказано, пребывание под давлением даже в 10 атмосфер относительно неплохо переносится водолазом. Почему же быстрый подъем может оказаться смертельным? Дело в том, что в крови, как и во всякой другой жидкости, при повышенном давлении соприкасающихся с ней газов (воздуха) эти газы растворяются более значительно. Составляющий 4/5 воздуха азот, совершенно безразличный для организма (когда он находится в виде свободного газа), в больших количествах растворяется в крови водолаза. Если давление воздуха быстро снижается, газ начинает выходить из раствора, кровь «кипит», выделяя пузырьки азота. Пузырьки эти образуются в сосудах и могут закупорить жизненно важную артерию - в , мозгу и т. п. Поэтому водолазов и рабочих кессонов очень медленно поднимают на поверхность, чтобы газ выделялся только из легочных капилляров.
Как ни различны эффекты от пребывания высоко над уровнем моря и глубоко под водой, есть одно связывающее их звено. Если человек очень быстро поднимается на самолете в разреженные слои атмосферы, то выше 19 км над уровнем моря нужна полная герметизация. На этой высоте давление снижается настолько, что вода (а стало быть, и кровь) закипает уже не при 100 °С, а при . Могут возникнуть явления декомпрессионной болезни, по своему происхождению аналогичной кессонной болезни.
Позже был изобретен кессон, представляющий собой колокол, обращенный отверстием вниз. Колокол опускается на дно, и под него накачивается воздух. Находящиеся в колоколе люди могут вести необходимые подводные работы.
Даже у водолаза, не говоря о кессонных рабочих, радиус действия под водой очень небольшой, ограниченный длиной шланга, по которому поступает воздух. Естественно, что поиски ученых продолжались. Совсем недавно, уже в нашем веке, удалось создать акваланг – автономный водолазный аппарат с баллонами сжатого воздуха или кислорода для свободного передвижения под водой на значительные расстояния.
Примерно с такой же проблемой столкнулись животные, когда им пришлось переселиться в жидкую среду. Некоторые из них шли тем же путем, что и люди, и на десятки миллионов лет предвосхитили создание водолазных приспособлений.
Легко растяжимый и очень длинный сифон, как настоящий водолазный шланг, имеют личинки еристалис. Живут они на дне водоемов, зарывшись в ил. Если водоем в этом месте очень мелок, личинки имеют возможность, не вылезая из ила, выставлять на поверхность воды свой шланг и преспокойно дышать.
Предки водяных насекомых были наземными животными. Переселение в воду иногда не влекло за собой никаких существенных изменений в их дыхательной системе. Дышат они только воздухом. Единственное приспособление к водной среде выразилось в способности делать запасы воздуха, как поступают аквалангисты, отправляясь в подводное странствие. У жуков плавунцов эти запасы помещаются под надкрыльями, а у гладышей на брюшке. Пузырьки воздуха удерживаются с помощью особых не смачиваемых водой волосков. Отверстия дыхательной системы находятся в местах прикрепления воздушных пузырьков; из этих резервуаров и черпают насекомые необходимый для жизни кислород.
То же самое относится и к паукам. Подавляющее большинство из них – характерные наземные животные, дышащие при помощи особых легочных мешков. Тем замечательнее единственный в нашей фауне перебежчик в водную стихию из этого отряда животных – водяной паук серебрянка. Тело его покрыто мелким несмачиваемым пушком. Когда паук погружается в воду, к пушку пристают мельчайшие пузырьки воздуха, покрывая все тело сплошной воздушной оболочкой. В воде эта оболочка блестит, и паук становится похож на живой шарик ртути. Кроме того, выставляя из воды кончик брюшка, паук забирает более крупный пузырек воздуха и, придерживая его задними лапками, отправляется в царство Нептуна.
Среди водных растений паук натягивает нити своей паутины точно так же, как это делают его наземные сородичи. Сначала паутина имеет плоский вид. Но по мере того как паук переносит под нее пузырьки воздуха, она начинает выпячиваться, принимая форму наперстка. Получается миниатюрный кессон. В этом кессоне и проводит большую часть жизни паук. Здесь же самка откладывает яички, из которых выводятся молодые паучата.
Сходство с аквалангом и кессоном чисто внешнее. Происходящие здесь процессы гораздо сложнее. Пузырьки воздуха, которые несут на себе насекомые, с одной стороны, являются запасными резервуарами, а с другой – помогают извлекать кислород из окружающей воды. Это приспособление даже получило специальное название – физические легкие.
В воде, как известно, растворены все газы, входящие в состав воздуха, в количестве, пропорциональном их концентрации в атмосфере. По мере того как насекомое дышит, концентрация кислорода в воздушном пузырьке уменьшается, и, когда станет меньше 16 процентов, в воздушный пузырек начинается диффузия кислорода, растворенного в воде. Таким образом, запас кислорода в пузырьке все время пополняется.
Если расход кислорода небольшой, например когда насекомое находится в состоянии покоя, физическое легкое может обеспечить потребность в кислороде в течение неограниченно долгого времени. Если же расход кислорода велик, диффузия его из воды не может своевременно восполнять потерю, процентное содержание кислорода в воздушном пузырьке резко уменьшается, а процентное содержание остальных газов (и в первую очередь азота) повышается и делается значительно большим, чем это обычно бывает в воздухе. Поэтому азот начинает растворяться в воде. Объем воздушного пузырька уменьшается за счет расхода части кислорода на дыхание и растворения азота в воде, насекомое вынуждено всплывать на поверхность для пополнения своих запасов.
Количество воздуха, которое насекомое может унести на себе, невелико, и, если бы не происходило пополнения запасов кислорода из воды, его хватало бы очень ненадолго. Это отчетливо проявляется в тех случаях, когда диффузия газов невозможна. Например, если поместить плавунцов и гладышей в кипяченую воду, они вскоре погибнут, так как в кипяченой воде нет никаких растворенных газов и, следовательно, пополнять запасы кислорода неоткуда.
То же самое произойдет, если посадить этих насекомых в воду, в которой растворен только кислород, и в качестве запаса дать тот же кислород в чистом виде. Запаса хватит не больше чем на полчаса, так как в таких условиях диффузия идти тоже не будет. Обычно же гладыши могут находиться в воде, не пополняя запаса воздуха 6 часов. Так благодаря диффузии кислорода из воды в воздушный пузырек продолжительность пребывания насекомых в воде без возобновления запаса воздуха увеличивается во много раз.
Мелкие насекомые, расход кислорода у которых невелик, могут очень долго не пополнять запас воздуха. Причем, оказывается, они не так страдают от уменьшения запасов кислорода, как от убыли из воздушного пузырька азота. Если водяного клопа посадить в воду, насыщенную кислородом, предварительно тонкой кисточкой убрав под водой воздушные пузырьки и заменив их пузырьками из чистого азота, то насекомые долгое время будут чувствовать себя нормально, так как в пузырек азота очень скоро из воды выделится достаточное для дыхания количество кислорода.
Физическими легкими пользуется икра лабиринтовых рыб, для которой родителям приходится сооружать специальную постройку, так называемое гнездо. Оно строится из пузырьков воздуха, заключенных в слюнообразную жидкость. Окруженная лишь тонкой пленкой жидкости, икра, плавая среди воздушных пузырьков, получает достаточное количество кислорода. Убыль кислорода пополняется из воздуха.
Полиакант, живущий в более богатой кислородом среде, строит свои гнезда не на поверхности, а где нибудь под широким листом подводного растения, под камнем или корягой. Раз в воде есть кислород, физические легкие будут работать и на глубине. Интересно, что полиакант строит свое гнездо в любое время года, а не только в период размножения и пользуется им сам, дыша воздухом из гнезда. Это позволяет рыбе не подниматься на поверхность, где может подстерегать опасность, а оставаться у дна в густых зарослях растений, в завалах коряг. Полиакант забирает из своих кладовых воздух, богатый кислородом, а взамен для обогащения кислородом и очистки от углекислоты возвращает пузырек азота с примесью углекислого газа. Только когда в гнезде станет мало азота, полиакант поднимается на поверхность, чтобы пополнить свои запасы.
Херсонская областная федерация подводной деятельности и спортаПодготовка подводных стрелков
Занятие по теме
Подводная физиология и медицина
Подводная физиология и медицина.
1. Подводная физиология.
1.1 Механическое воздействие давления воды на человека.
1.2 Особенности зрения и слуха под водой, реакция вестибулярного аппарата.
1.3 Особенности пищеварения под водой.
1.4 Система дыхания человека, регуляция дыхания, газообмен.
1.5 Система кровообращения, состав крови, участие в газообмене.
1.6 Теплообмен в организме.
^ 2. Подводная медицина.
2.1 Гипервентиляция, кислородное голодание у ныряльщиков, причины возникновения, профилактика. Апноэ.
2.2 Баротравмы. Баротравма уха, придаточных пазух. Причины, первая помощь, профилактика. Присасывающее действие маски.
2.3 Перегревание и солнечный ожог. Причины, первая помощь, профилактика.
2.4 Переохлаждение, холодовой шок. Причины возникновения, профилактика, первая помощь. Судороги, борьба с ними.
2.5 Утопление в пресной и морской воде, первая помощь, профилактика.
Приёмы оживления утонувшего. Искусственная вентиляция лёгких, непрямой массаж сердца.
2.6 Особенности кровотечения под водой. Виды кровотечений, способы их остановки, первая помощь.
2.7 Поражение водными животными, первая помощь, профилактика.
^ 1. Подводная физиология.
Водная среда существенно отличается от воздушной по своим физическим свойствам. Организм человека вынужден приспосабливаться к ней, преодолевая значительные трудности, связанные с непривычными условиями и перегрузками. К основным свойствам воды, которые определяют условия пребывания человека под водой, относятся ее большая плотность, практическая несжимаемость, большая теплоемкость и теплопроводность, значительная проводимость звука и сильное поглощение света.
Возвращаемся к особенностям водной среды и их воздействию на жизнь, здоровье и душевное спокойствие аквалангиста. Значительная плотность воды, в особенности морской, создает необычную среду, в которой человек может почувствовать, что такое невесомость. Объект, находящийся в воде, значительно легче, чем на суше, а потеря его веса равна весу жидкости, которую он вытеснил. Если последний больше, чем вес тела, объект плавает на поверхности воды; если меньше - тонет; если же их вес одинаков, объект находится во взвешенном состоянии, т.е. в состоянии нейтральной плавучести. Таким образом, на пловца действуют сила тяжести, зависящая от массы тела, и сила плавучести, зависящая от его объема. Их равновесие и определяет положение человека в воде, в среднем удельный вес человеческого тела около единицы, т.е. почти как у пресной воды: у мужчин - чуть больше единицы, а у женщин - немного меньше. В пресных водоемах средний мужчина имеет слабую отрицательную плавучесть, а в море - нейтральную. Отрицательной плавучестью в пресной воде обладают около 10 % людей, в морской – около 2%. Подкожная жировая прослойка у женщин на 25% толще, чем у мужчин, и поэтому даже самые тонкие и стройные представительницы слабого пола обладают небольшой положительной плавучестью не только в морской, но и в пресной воде.
^ 1.1. Механическое воздействие давления воды на человека.
Человек, находясь на суше, адаптирован к существованию при нормальном атмосферном давлении. На уровне моря оно равно примерно 760мм ртутного столба. Незначительные колебания этого давления связаны с изменением метеорологических условий, однако этими колебаниями можно пренебречь. С погружением под воду давление на человека возрастает, повышаясь на одну атмосферу на каждые 10м глубины погружения. Вода является практически не сжимаемой, в то время как воздух и другие газы могут быть подвергнуты сжатию. На суше колебания атмосферного давления практически не ощущаются, в то время, как при погружении под воду резкое изменение давления наступает довольно быстро. Мягкие ткани человека ведут себя как жидкости, поэтому они (в том числе жидкости организма и костный скелет) являются практически несжимаемыми. Законы, регулирующие поведение жидкостей, могут быть применены и к тканям человека, погруженного в воду. Эти законы гласят следующее:
Если давление прикладывается к поверхности жидкости, то оно действует во все стороны;
3. В однородной жидкости давление во всех точках одной и той же горизонтальной плоскости одинаково.
Влияние давления на организм человека нельзя рассматривать отдельно от этого давления на воздух, содержащийся в полостях организма: легких, полостях среднего уха, черепа, внутренних органов. При пребывании человека под водой воздух как бы изолируется. По мере увеличения глубины погружения и повышения окружающего давления практически несжимаемые ткани тела принимают все давление на себя, не подвергаясь при этом разрушению. Однако, такое положение может существовать только тогда, когда давление воздуха в замкнутых полостях тела выравнивается с давлением окружающих тканей. Если же этого не происходит, подобная разница в давлении может привести к травмам и даже гибели. Точно соблюдая правила погружений, опасность баротравм можно полностью исключить.
^ 1.2.Особенности зрения и слуха под водой, реакция вестибулярного аппарата.
Человек при попадании в воду находится в отношении воздействия на него световых и звуковых волн в необычных условиях.
Свет и цвет.
Откройте глаза под водой. Что увидели? Лишь неясные очертания и тени. К сожалению, наши глаза в водной среде менее эффективны, чем на суше. Чтобы понять причину, вновь обратимся к физике - к разделу оптики. Явление рефракции заключается в преломлении и отражении световых лучей на границе двух сред с различными плотностями. В роговице, хрусталике и стекловидном теле глазного яблока лучи преломляются таким образом, что фокусируют изображение видимого объекта на сетчатой оболочке задней стенки глазного яблока. Сетчатка же, состоящая из чувствительных клеток - палочек и колбочек, преображает световые сигналы в нервные, которые проходят по глазному нерву в анализирующий центр мозга. Коэффициент преломления солнечных лучей в воде приблизительно равен таковому в глазах человека. Поэтому они слабее преломляются в роговице, и изображения предметов фокусируются где-то за сетчаткой, оставляя на ней лишь неясные образы. Для устранения дефекта мнимой дальнозоркости, используют маску, которая создает воздушную прослойку между глазом и окружающей водной средой. Теперь лучи перед попаданием на глаз проходят через слой воздуха, что возвращает эффективность зрению. Однако проходящие через стеклянную маску лучи преломляются еще перед рефракцией в глазных структурах, искажая действительность: все предметы кажутся крупнее и ближе приблизительно на 25%. Начинающим подводникам приходится привыкать к постоянному обману зрения под водой. Световые лучи, входящие в воду, не только отражаются и поглощаются, но и частично рассеиваются. Чем больше взвешенных частиц в воде, тем сильнее световое рассеивание и тем хуже видимость под водой. Так, высокая прозрачность в открытом океане обусловлена скудостью планктона и отсутствием органической донной взвеси. А вот видимость в устьях рек, воды которых несут в море громадную массу взвешенной органики, близка к нулю.
Во многих морях и озерах прозрачность имеет сезонную динамику. Например, часто можно услышать в разговоре выражение "вода зацвела" - это значит, что она прогрелась до определенной температуры, и одноклеточные водоросли стали бурно размножаться, создавая взвесь и уменьшая прозрачность. Скажем, в озере Байкал весной и в начале лета видимость под водой достигает 40м, и мелкие детали живописных подводных скал, круто уходящих на километровую глубину, отлично просматриваются с борта моторной лодки. В конце июня прогретая на поверхности вода "зацветает" - масса водорослей понижает видимость до расстояния вытянутой руки. Прогретые массы, однако, держатся в поверхностном слое 15 - 20м высотой, а под термоклином сохраняется байкальская ледяная вода, хрустально-прозрачная и чистая. Рассеяние световых лучей приводит к постепенному понижению освещенности с глубиной. Скорость затемнения зависит от прозрачности воды. В тропических морях с хорошей видимостью так светло, что глубину в 40м можно не заметить, если не следить по приборам. В Белом море сумерки наступают на 20м, а на 40м уже черно.
Мы с вами живем в мире белого света, который на самом деле состоит из многих цветовых составляющих, обусловленных волнами разной длины. Вода поглощает их неодинаково, поэтому цветовой спектр под водой сильно изменяется. Так, в чистой океанской воде красные лучи поглощаются на первом же метре, оранжевые - на пятом, а желтый цвет исчезает на глубине 10м. Подводный мир видится нам зелено-голубым. Для того чтобы ваш партнер или страхующий лучше вас видел, рекомендуется использовать гидрокостюмы и снаряжение ярких расцветок. Только помните, что многие цвета, ласкающие глаз ядовитой тональностью на земле, в воде теряют яркость. Например, красный становится темно-фиолетовым уже под поверхностью, а вскоре вообще кажется черным, поэтому многие предметы легководолазного снаряжения окрашены желтым: полосы на гидрокостюмах, баллоны многих аквалангов, дополнительные легочные автоматы.
^ Звук под водой.
Скорость прохождения звука в воде - 1500м/сек., в то время как в воздухе звук распространяется со скоростью - 333м/сек. На суше мы нередко ориентируемся в пространстве по звукам, поскольку расположение их источника определить, как правило, нетрудно. Подводники, увы, этим похвастаться не могут. Если источник звука находится над поверхностью воды, звуковые волны отражаются от нее, не проникая на глубину Бесполезно что - либо сверху кричать пловцу, который уже погрузился под воду. Зато в водной среде звуковые волны распространяются во всех направлениях, а их скорость увеличивается в 4 раза. Это создает массу неудобств. Например, аквалангист не сможет определить по шуму мотора, где и на каком расстоянии движется лодка. Потеряв из виду партнера в мутной воде, можно слышать вблизи его дыхание и клокотание выдыхаемых пузырей из легочного автомата, но так и не обнаружить того, кто их пускает. Щелканье и пронзительные крики дельфинов наполняют собой все окружающее пространство, но сами животные могут появиться с самой неожиданной стороны.
^ Реакция вестибулярного аппарата.
Человеку, чтобы удержаться на поверхности воды не требуется больших усилий смотр. "Плавучесть". При относительной невесомости в воде человек может потерять чувство пространственной ориентации. Воздействие силы тяжести на человека при этом нейтрализуется, чувствительность от внутренних органов резко снижается. Очень скоро люди утрачивают чувство пространственной ориентации и зачастую начинают испытывать иллюзию опрокидывания. В большей мере это относится к аквалангистам, но иногда имеет место и у подводных охотников.
^ 1.3. Особенности пищеварения под водой.
В условиях повышенного давления несколько усиливается функция желудочно-кишечного тракта, что характеризуется повышением тонуса желудка и кишечника и ускоренным их опорожнением. В связи с тем, что в кишечнике в определенной мере содержится воздух, огромное значение имеет правильное питание подводника. Пища должна быть высококалорийной и необильной. В день погружения нельзя употреблять продукты, вызывающие повышенную жажду и обильное газообразование в кишечнике (метеоризм). Несоблюдение этих правил может привести к сильному вздутию живота, рвоте, что в условиях ныряния чрезвычайно опасно.
^ Категорически запрещается употреблять алкоголь в течение двух суток перед погружением! Об употреблении алкоголя во время погружений не может быть и речи!
^ 1.4. Система дыхания человека, регуляция дыхания, газообмен.
Всякое живое существо живет за счет энергии, позволяющей клеткам делиться, а организму - функционировать. Она выделяется в результате окислительных реакций кислорода в тканях и органах с углеводородными соединениями. Одним из продуктов энергетических реакций является углекислый газ, который затем выводится из организма. Таким образом, кислород жизненно необходим для поддержания биохимических процессов, питающих нас энергией.
^ Дыхательная система и дыхание.
Дыхательные пути начинаются с ноздрей и ротовой полости. Нос ведь не только украшает лицо человека, но и утепляет, увлажняет и фильтрует вдыхаемый воздух. Когда мы дышим ртом по разным причинам, то вдыхаем более холодный, сухой и неочищенный воздух. Далее воздух проходит в горло и гортань. Она производит звуки и предохраняет легкие от засорения посторонними частицами. Когда в гортань попадает вода, звуковые мышцы (голосовые связки) закрывают вход в легкие. Комар или хлебная крошка, проскальзывая через гортань, раздражают внутренние стенки дыхательных путей и вызывают кашель, выбрасывающий мусор наружу. За гортанью следует трахея, которая раздваивается на бронхи. Их стенки покрыты ресничками, гонящими пылинки и прочие посторонние частицы с потоком слизи обратно в гортань, которые мы потом "выкашливаем" или проглатываем. Курение повреждает реснички и уменьшает слизь, что приводит к быстрому загрязнению легких. Бронхи многократно делятся на мелкие дыхательные трубки - бронхиолы. Стенки дыхательных путей имеют кольчатую структуру, что предохраняет их от опадания. Самые тонкие бронхиолы заканчиваются микроскопическими пузырьками - альвеолами, плотно упакованными в парные губчатые органы, известные под названием "легкие". Многие ошибочно полагают, что легкие - это парные полые мешки, которые, то наполняются воздухом, то сдуваются. На самом же деле, каждое легкое состоит примерно из 150 млн. альвеол, покрытых общей тонкой оболочкой - плеврой. Совокупность объемов альвеол и считают объемом легких, который варьирует у взрослых людей от трех до семи литров. Объём легких и искусство подводного плавания принципиально не связаны между собой необязательно, что под водой пловец с громадными легкими будет лучше себя чувствовать, чем товарищ с легкими малого объема.
Внутреннюю поверхность груди ограничивает плевра - мембрана, идентичная таковой на поверхности легких. Между двумя плеврами создается плевральная полость - пространство, заполненное плевральной жидкостью, предотвращающей трение легких о грудную клетку во время мышечных дыхательных сокращений. По сравнению с воздушным давление в ней отрицательное, если одна из мембран прорывается, воздух заполняет межплевральное пространство, и легкие спадаются, что грозит смертельным исходом. Расширяются легкие на вдохе за счет движений грудных межреберных мышц и сокращения диафрагмы - мышечной перегородки, отделяющей грудную полость от брюшной полости. У мужчин и женщин соотношение участия в процессе дыхания разных мышц несколько отличается: у мужчин роль диафрагмы значительно выше, чем у женщин. Приглядитесь к окружающим, и вы легко отличите красивое "грудное" дыхание женщин от "брюшного" дыхания мужчин. Именно диафрагма подвергается давлению со стороны желудка, набитого пищей. После обильной трапезы раздутый желудок прогибает диафрагму в грудную полость и затрудняет ее дыхательные движения. В этой ситуации легкие расширяются преимущественно в переднезаднем и боковом направлениях. Диафрагма, сокращаясь, в свою очередь давит на полный желудок и "выталкивает" пищу в верхний пищеварительный тракт. Человек использует лишь 10% объема легких в процессе обычного дыхания. При особенно глубоком вдохе он может вдохнуть еще примерно 1600см воздуха (добавочный объем) и столько же с силой выдохнуть (резервный объем). Сумма всех трех объемов составляет жизненную емкость легких. Кроме того, даже при самом сильном выдохе, в легких остается около 1500см остаточного воздуха, который предохраняет их от опадания.
Парциальные давления углекислого газа и кислорода в крови поддерживаются в строгих пределах. Рецепторы С0 2 , фиксирующие малейшие изменения его концентрации, находятся в дыхательном центре мозга. В спокойном состоянии человек совершает 16-18 дыхательных движений в минуту. Регуляция дыхания происходит рефлекторно, но человек способен также контролировать его за счет ограничения движений грудных мускулов. Постоянная тренировка дыхательной и контролирующей систем лежит в основе искусства ныряния с задержкой дыхания.
^ 1.5. Система кровообращения, состав крови, участие в газообмене.
Первый этап внешнего дыхания заканчивается тем, что кислород в составе атмосферного воздуха переходит в лёгких из альвеол в капилляры, опутывающие их густой сетью. Капилляры соединяются в легочные вены, которые несут кровь, насыщенную кислородом, в сердце, а точнее, в левое его предсердие. Из правого и левого предсердий кровь через клапаны поступает в желудочки, которые, сокращаясь, выталкивают кровь через полулунные клапаны в выносящие сосуды. Левый желудочек выталкивает кровь в аорту - она разветвляется на артерии, снабжающие кровью все системы органов и тканей. Кровь содержит кислород и питательные вещества, связывающиеся в клетках с образованием углекислого газа и выделением энергии. В тканях происходит газообмен СО 2 и О 2 между клетками и кровью, т.е. процесс клеточного дыхания. Насыщенная углекислым газом кровь собирается в вены и поступает в правое предсердие сердца, и большой круг кровообращения замыкается. Малый круг начинается в правом желудочке, откуда легочная артерия несет кровь на обогащение кислородом в легкие, разветвляясь и опутывая альвеолы капиллярной сетью. Состав крови человека постоянен. Кровь состоит из жидкой части – плазмы и форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Эритроциты участвуют в газообмене, перенося кислород и углекислый газ, лейкоциты выполняют защитные функции, поддерживая иммунитет, тромбоциты участвуют в свёртывании крови.
Человеческий эмбрион, будучи в утробе матери, получает все необходимые питательные вещества и кислород через плаценту. Его легкие не функционируют и кровь циркулирует по одному кругу, попадая из правого предсердия в левое через односторонний клапан в межпредсердной перегородке - patent foramen ovale (PFO). С первым криком у новорожденного открываются легкие, а кровь "устремляется" в новое русло по малому кругу кровообращения. Клапан закрывается, и у многих людей с возрастом зарастает, но у 15% человечества остается, увы, в закрытом, но не заросшем состоянии. Поскольку давление в левом - артериальном - предсердии обычно выше, чем в правом, венозном, PFO обычно ничем себя не проявляет. Давление крови в сосудах зависит от стадии работы сердца: максимальное, или верхнее, возникает при сокращении, т.е. когда левый желудочек с силой выталкивает порцию крови в аорту; нижнее наблюдается во время диастолы, т.е. в перерыве между сокращениями. Нормальным кровяным давлением принято считать соотношение верхнего и нижнего давлений в плечевой артерии, равное 120/80мм ртс. Обратному току крови из желудочков в предсердия и из артерий в желудочки препятствуют клапаны. Сердце - своего рода двигатель организма. Частота и сила сокращений, рефлекторная в спокойном состоянии, регулируется центральной нервной системой и гормонами. Когда нам страшно или мы чувствуем прилив дикой страсти, надпочечные железы вырабатывают гормон адреналин, стимулирующий сердечную деятельность. Тогда мы ощущаем громкие и частые биения сердца. Чтобы поддерживать сердце в наилучшем состоянии, лучше воздержаться от нагрузок на сердце перед погружением: от кофе, алкоголя и, по возможности, от тяжелых физических упражнений и любовных переживаний...
Организм регулирует и контролирует кровоснабжение разных органов и частей тела в зависимости от конкретного состояния. Наверное, все знакомы с временным отупением после обильной трапезы, связанным с оттоком крови от головы к желудку, или с увеличением и набуханием определенных мускулов в результате тяжелых физических упражнений. Нарушение контроля и регуляции кровообращения под водой может привести к возникновению разнообразных заболеваний.
^ 1.6. Теплообмен в организме.
Человек обладает способностью поддерживать постоянную температуру тела при значительных ее колебаниях во внешней среде. При температуре тела 36 – 37 0 С жизненно важные процессы протекают наиболее эффективно. Тепловой баланс организма поддерживается двумя процессами – теплообразованием и теплоотдачей. Для сохранения постоянства температуры внутренней среды организма необходимо, чтобы теплопродукция соответствовала теплоотдаче. Теплоотдача происходит через кожу путем проведения тепла, конвекции, лучеиспускания и испарения пота, а также испарения влаги с поверхности лёгких человека. Температура тела живого и здорового человека, которая колеблется около 36,6 "С, выше температуры воды. Поэтому при погружении возникает мощный поток тепловой энергии из организма в окружающую воду. Кстати, у воды теплоемкость в 4 раза, а теплопроводность в 25 раз выше, чем у воздуха, а кроме того, в естественных условиях вода еще и постоянно куда-нибудь течет или завихряется. Всё это ведёт к теплопотере организма и переохлаждению, что может закончиться потерей сознания, и даже смертью. Во время пребывания человека в холодной воде теплообразование в организме увеличивается в 3-9 раз, но оно не может длительно компенсировать теплопотери. Поэтому время пребывания человека в воде, даже тропической - теплой, ограничено. Степень переохлаждения зависит от температуры воды и длительности пребывания в ней, а также типа снаряжения и характера теплозащитной одежды, имеет значение и функциональное состояние организма, его закалённость и устойчивость к холоду. При этом выраженное переохлаждение нередко обусловлено тем, что при появлении первых признаков охлаждения не всегда есть возможность вовремя выйти из воды и согреться. При попадании в холодную воду включаются приспособительные механизмы человека: повышается артериальное давление, учащается дыхание, повышается мышечный тонус, обмен веществ, спазмируются кровеносные сосуды кожи и т.д. Но чем ниже температура воды, тем быстрее истощаются эти механизмы, возникшая вначале мышечная дрожь постепенно уменьшается, что является признаком сильного переохлаждения. Развивается запредельное торможение в высших отделах центральной нервной системы с явлениями угнетения основных физиологических функций. Смерть от переохлаждения наступает при снижении ректальной температуры до25-22 0 С
Как правило, температура воды постепенно понижается с глубиной, достигая в глубоководных зонах примерно 3-4 0 С, а в полярных областях опускается до нуля уже на глубине 30м. Нередко поверхностные водные массы, прогретые солнышком, в силу разных свойств отделены от холодных масс четкой видимой границей - термоклином. Термоклин в виде тонкого (1-2м высотой), мутного слоя - явление достаточно забавное. Иногда случается, что голова подводника наслаждается теплом в 10 - 12 0 С, а пальцы ног немеют в ледяной воде под термоклином. Сезонный термоклин четко выражен в озере Байкал и северных морях. Иногда водные массы имеют мозаичное распределение, и тогда холодные и теплые слои чередуются. Для уменьшения тепловых потерь подводники создают прослойку воздуха или нагретой воды между телом и окружающей водой при помощи защитной спецодежды - гидрокостюма.
^ 2. Подводная медицина.
2.1. Гипервентиляция, кислородное голодание у ныряльщиков, причины возникновения, профилактика. Апноэ.
Термин "апноэ" обозначает задержку дыхания под водой. В медицине он означает отсутствие дыхания вообще. Начнем с обычной ситуации. Человек набирает полную грудь воздуху и уходит под воду. Некоторое время - примерно минуту - он чувствует себя вполне комфортно, пока не возникает желание выдохнуть и вдохнуть свежего воздуха. Некоторое время ныряльщик терпит, но когда желание становится невыносимым, стремительно поднимается на поверхность и жадно глотает свежий воздух. Обычно говорят, что "закончился воздух". Но лишь немногие представляют, что происходит в организме и почему нам так хочется дышать. В начале погружения у нас есть запас кислорода в трех резервуарах: в легких, в составе гемоглобина в крови и миоглобина в мышцах. Когда в процессе клеточного дыхания запасы кислорода расходуются, а содержание С0 2 повышается, рецепторы газов, расположенные в каротидных артериях и дыхательном центре головного мозга, подают тревожные сигналы в мозг, стимулирующие рефлекторные дыхательные движения грудной клетки. Рефлекс вдоха может быть настолько силен, что ныряльщик, не рассчитавший собственных сил, сделает глубокий вдох, не успев добраться до поверхности. Но даже если пловец пересилит рефлекс, то, когда концентрация кислорода упадет ниже пороговой величины, мозг отключится, и человек потеряет сознание. Рецепторы С0 2 срабатывают и тем самым предотвращают падение концентрации 0 2 до предельного значения. Для продления пребывания под водой можно задержать сигнал этих рецепторов, уменьшив перед погружением парциальное давление С0 2 в легких и в крови: сделать несколько быстрых и глубоких вдохов-выдохов, немного подождать, успокоив сердечный ритм, глубоко вдохнуть и нырнуть. Этот прием называется гипервентиляцией. Если перестараться со вдохами - выдохами, вы почувствуете легкое головокружение, а перед глазами "забегают мурашки". Они означают, что вы слишком сильно понизили давление С0 2 , и организм протестует. Очищая легкие от С0 2 , мы отдаляем рефлекс вдоха во времени, но приближаем его к кислородному пределу. Злоупотребляя гипервентиляцией, можно надолго задержать сигнал рецепторов - до тех пор, пока не погаснет сознание. Поскольку рецепторов концентрации О 2 в организме нет, гипоксия наступает сразу, без предупреждающих симптомов. (Дыхательный центр в головном мозге гораздо более чувствителен к повышению парциального давления углекислоты, чем к снижению напряжения кислорода в крови). С увеличением глубины желание вдохнуть слабеет, потому что внешнее давление уменьшает объем легких, и парциальное давление 0 2 в легких и крови повышается, отодвигая рефлекс вдоха и свое пороговое значение. Во время подъема на поверхность легкие расширяются (см. первый газовый закон), и парциальное давление 0 2 резко падает. Что в этом случае происходит, нетрудно догадаться. Данное явление известно под названием гипоксии подъема. Многие профессиональные спортсмены и подводные охотники, злоупотребив гипервентиляцией и не рассчитав время и глубину, заканчивают погружение в бессознательном состоянии. Поэтому вентилировать легкие перед погружением следует осторожно. Важно научиться максимально, использовать объем легких. Обычно мы едва пользуемся 10% от него, а ведь увеличение "рабочего" пространства легких позволило бы значительно продлить наше плавание под водой. Так что дышите глубже!
^ Замедление сердечного ритма.
Скорость расходования кислорода под водой зависит от работы миокарда. Нетренированное сердце бьется сильно и часто, быстро истощая запасы кислорода. Замедление сердечного ритма - ключ к долгому пребыванию под водой. У знаменитого ныряльщика Жака Майоля сердце под водой сокращается со скоростью 20 ударов в минуту, т.е. почти в четыре раза медленнее, чем на поверхности. Это и позволяет человеку спускаться на глубины свыше сотни метров.
Для замедления работы сердца, во - первых, нужно иметь здоровое сердце и хорошую физическую форму. Во - вторых, надо полностью расслабиться и не делать под водой резких движений и мощных усилий. Для этого лучше носить длинные и жесткие ласты с большой площадью лопастей. Ползать по дну с аквалангом в них неудобно, а вот в толще воды они позволяют парить, совершая медленные и плавные гребки при высокой скорости спуска. Легкость погружения можно также обеспечить созданием небольшой отрицательной плавучести тела на поверхности воды, и тогда человек свободно и без лишних усилий опускается на дно, сохранив запас воздуха.
^ Кислород. Гипоксия.
Гипоксия, или недостаточность кислорода в организме, вызывает гибель клеток - в первую очередь мозговых. Снабжение организма кислородом производится цепью последовательных и взаимосвязанных процессов:
наружное дыхание и газообмен в легких;
транспорт растворенного кислорода кровотоком;
газообмен между кровью и тканями;
клеточное дыхание, т.е. усвоение кислорода клетками. Повреждение одного из звеньев этой цепи приводит к нарушению клеточного дыхания и последующей аноксии - полному кислородному истощению, за которым немедленно следует гибель клеток. Различают 4 типа гипоксии.
Наиболее распространенный тип гипоксии, вызванный отсутствием кислорода в альвеолах для газообмена с кровью. Это значит, что легкие неспособны накачивать воздух из-за отсутствия оного во внешней среде, блокирования верхних дыхательных путей или опадания самих легких. Таким образом, возможными причинами нарушения наружного дыхания могут быть:
утопление, т.е. наполнение легких водой;
отсутствие воздуха в акваланге;
спазмы или засорение дыхательных путей водой, рвотой и посторонними частицами;
спадание легких в результате пневмоторакса;
повреждение альвеол при попадании в легкие воды.
Циркуляторная гипоксия: "стоячая" кровь при отсутствии или замедлении циркуляции не может донести кислород до тканей.
Неспособность сердца поддерживать нормальное кровообращение в сосудах приводит к замедлению кровотока и недостаточному снабжению клеток кислородом. Возможные причины: сердечный приступ, газовая эмболия, декомпрессионная болезнь и т.д. Часто встречаемая форма локальная гипоксия. Замерзание конечностей при низкой температуре есть не что иное, как следствие замедления периферической циркуляции крови. Если оно продолжается, локальная гипоксия может вызвать необратимое омертвление клеток конечности - отмораживание. Гипоксическая кровь темного цвета, что, кстати, хороша видно при посинении пальцев, ушей и губ на морозе. Посинение языка означает наступление общей гипоксии.
Гемическая гипоксия: неспособность крови транспортировать кислород при нормальной циркуляции в сосудах. Такое случается при заболеваниях крови, влияющих на активность гемоглобина, а также после значительной потери крови при ранениях и повреждениях кровеносной системы.
Гистотоксическая гипоксия: неспособность клеток воспринимать принесенный кровью кислород. Нарушение клеточного дыхания возможно в случае общего отравления организма - например, цианидами или ядом некоторых медуз.
Профилактика.
Во избежание общей или локальной гипоксии следует придерживаться следующих правил поведения:
Проверяйте свое снаряжение перед каждым погружением.
Не погружайтесь в одиночку, а только в паре или группе.
Постоянно контролируйте запас воздуха под водой.
Не злоупотребляйте гипервентиляцией перед нырянием.
Содержание С0 2 в крови поддерживается дыхательными процессами на определенном уровне, отклонение от которого приводит к нарушению биохимического баланса в тканях. Проявляется гипокапния, она же недостаточность С0 2 , в лучшем случае в виде головокружения, а в худшем заканчивается потерей сознания. Гипокапния возникает при глубоком и частом дыхании, которое автоматически возникает в состоянии страха, паники или истерики. Искусственная гипервентиляция перед нырянием с задержкой дыхания - самая распространенная причина недостаточности С0 2 .
Гиперкапния.
При концентрации СО 2 в воздухе более 1% его вдыхание вызывает симптомы, указывающие на отравление организма: головная боль, тошнота, частое поверхностное дыхание, усиленное потоотделение и даже потеря сознания. Случаи гиперкапнии происходят при пользовании неисправным регенерационным снаряжением и в плохо вентилируемых барокамерах, где содержат группу людей. Отравление возможно также при плавании с очень длинной дыхательной трубкой: при выдохе в такой трубке остается старый воздух с повышенным содержанием С0 2 , и пловец вдыхает его в следующем дыхательном цикле. Гиперкапния возникает также при задержках дыхания под водой. Многие подводники стараются экономить воздух и задерживают выдох. Это и приводит к отравлению С0 2 , от чего начинаются головные боли. Лечение производится чистым кислородом.
Легкое дыхание под водой.В обычных условиях мы не задумываемся о собственном дыхании - это непроизвольный рефлекторный процесс. Но дышать естественным образом на поверхности не тоже самое, что во время погружения под воду с аквалангом: дыхание через регулятор - неестественный акт, но погружение с аквалангом без него невозможно. Следует уделить особое внимание этой "неестественной" составляющей подводных приключений. Погружение на небольшую глубину в теплой воде - это погружение для отдыха в комфортных и в известной степени безопасных условиях. В случае погружения, например, к затонувшему объекту на глубину порядка 40 м приводит к увеличению физической нагрузки, а дыхание через регулятор может вызвать значительное изменение уровня кислорода, двуокиси углерода и азота в различных тканях организма. Подобные перемены в свою очередь могут вызвать резкое изменение в функционировании дыхательной системы. Отсюда вывод: при погружении с аквалангом вы должны осознанно регулировать свой дыхательный процесс, с тем, чтобы избежать возникновения панических состояний и потери самоконтроля, если вдруг вы почувствуете нехватку воздуха или изменения в вашем самочувствии. Человек в состоянии паники совершает необдуманные спонтанные действия, которые могут привести к эмболии или декомпрессионным состояниям, а в случае потери сознания вы рискуете просто утонуть.
Причины возникновения панических состояний или потери сознания под водой часто трудно точно определить, но природа травм и медицинские заключения, сделанные по поводу несчастных случаев под водой косвенно подтверждают, что регуляция дыхания в этих случаях играет важную роль. К сожалению, сведения о глубинных механизмах влияния дыхания на психическое и эмоциональное состояние человека далеко не полные, т.к. исследования, по понятных причинам, проводятся достаточно редко.
Дыхание в обычных условиях осуществляется рефлекторно, такой механизм заложен природой, чтобы обеспечить физиологически необходимое содержание кислорода и двуокиси углерода в крови и тканях. Мы не задумываемся как это делается - просто дышим. Отличные от обычных уровни кислорода, двуокиси углерода и азота могут оказывать на организм независимое, кумулятивное или интерактивное влияние, которое обостряется глубиной погружения, уровнем физической нагрузки, задержкой дыхания и повышением плотности вдыхаемого газа. Ни в коем случае не следует под водой терять контроль над дыханием.
Случай 1. Последствия накопления двуокиси углерода и диспноэ (нарушение частоты дыхания).
"Мы испытывали новый велотренажер-эрогонометр в изолированной камере при повышенном давлении воздуха. В таких условиях достаточно выражено действие азотного наркоза. Наше состояние было удовлетворительным до тех пор, пока мы не перешли на дозированную подачу воздуха, которая обеспечивала нам лишь половину от необходимого притока свежего воздуха. Напарник прекратил крутить педали уже через 3 минуты эксперимента, у него упала температура тела и "закатились" глаза. Я продолжил испытание, хотя понимал, что воздуха не достаточно, но был решительно настроен завершить эксперимент. В итоге я довел себя до состояния забытья, выходя из которого я испытал самое жуткое ощущение в моей жизни - чувство удушья. Если бы я и мой напарник находились в воде мы неминуемо утонули бы."
Спецфизиолог E. Lanphier.
Накопление двуокиси углерода и нарушение частоты дыхания - причина возникновения панических состояний.
Смеси, которыми аквалангист дышит под водой, практически всегда содержат больше кислорода, чем требуется. Пусковым моментом рефлекторного акта дыхания является накопление в крови двуокиси углерода. Парциальное давление кислорода в газовых смесях для дыхания под водой выше нормы, которая составляет 0,21 атм., а биохимия крови не приспособлена к нормальному газообмену кислорода и двуокиси углерода при таких условиях. Большая часть кислорода, поступающего в организм, переносится в химическом соединении с гемоглобином, содержащемся в красных кровяных тельцах (эритроцитах), в то время как углекислый газ в большей степени растворяется в жидких фракциях крови. На поверхности содержание кислорода в венозной крови понижено, а молекулы двуокиси углерода связываются с освободившимся от кислорода гемоглобином. При повышенном парциальном давлении кислорода во время погружения под воду относительная концентрация в венозной крови связанной гемоглобином двуокиси углерода снижается, т.к. значительно количество гемоглобина по-прежнему занято кислородом, но увеличивается концентрация двуокиси углерода, растворенной в крови, что приводит к общему повышению уровня двуокиси углерода в крови и тканях. Таким образом, не смотря на то, что относительное содержание кислорода в крови достаточно, центр нервной системы, регулирующий дыхание, постоянно получает сигнал, что нужно активизировать дыхание.
При нормальных обстоятельствах высокий уровень СО2 вызывает у человека учащенное дыхание и усиление вентиляции легких приводит к выводу из организма избытка СО2. Под водой этот механизм не срабатывает - даже при учащенном дыхании уровень двуокиси углерода не понижается, повышенное давление в окружающей среде просто не позволяет легким выделить весь накопленный СО2, в результате появляется одышка (диспноэ) и субъективное ощущение "нехватки" воздуха.
Причины накопления двуокиси углерода в организме могут быть различными. На поверхности допустимые уровни физической нагрузки лимитируются, преимущественно, особенностями сердечно-сосудистой системы. Но во время дайвинга именно функции дыхательной системы становятся ограничивающим фактором. При погружении на глубину происходит перераспределение объема крови от нижних конечностей к легким, что в совокупности в повышением давления приводит к уменьшению общего объем легких и, соответственно, изменению режима дыхания. Нормальное функционирование дыхательной системы затрудняется и из-за необходимости преодолевать сопротивление потока вдыхаемого через регулятор воздуха, что вызвано ростом плотности вдыхаемого газа при увеличении с одной стороны глубины и давления, а с другой - нарастанием утомления при увеличении физических нагрузок.
Обычно дыхание через регулятор требует некоторого дополнительного усилия, чтобы открыть свободный поток воздуха через систему подачи. Это не представляет никакой проблемы для аквалангиста, совершающего несложное погружение в хорошо отрегулированном современном оборудовании. Но при определенных условиях, например, из-за разницы давления, зависящей от того, на какой глубине находятся легкие аквалангиста, а на какой - регулятор первой ступени, требуются дополнительные усилия для нормального дыхания.
Концентрация двуокись углерода в организме может увеличиться во время дайвинга, если возникает стрессовая ситуация, человек испытывает волнение или, возможно, азотный наркоз препятствует нормальному дыханию. Иногда аквалангисты сознательно ограничивают дыхательную активность, тормозят дыхание, чтобы сохранить побольше воздуха, что может стать причиной головных болей, появляющихся после погружения.
Нарушение ритма дыхания, паника и быстрое всплывание на поверхность.
Избыток двуокиси углерода обычно вызывает ощущение затрудненного дыхания или одышки, в результате человек испытывает испуг, часто сопровождающийся панической реакцией. Возможна и противоположная ситуация - так как парциальное давление кислорода увеличивается, рост концентрации двуокиси углерода может стать менее эффективным сигналом к усилению вентиляции, что приводит к дальнейшему накоплению СО2.
Важность равномерного дыхания под водой не всегда в достаточной степени подчеркивается во время первоначальной подготовки аквалангистов. Неопытные новички, хотя и прошедшие специальную подготовку, особенно подвержены панической реакции на одышку, что часто приводит к неоправданно быстрому всплытию на поверхность, а это, как известно, прямой путь к декомпрессионной болезни или закупорке кровеносных сосудов, а часто и того и другого вместе.
Если человек предполагает, что дыхание под водой ничем не отличается от дыхания на поверхности, его ждет неприятный сюрприз, если на глубине ввиду реальной или кажущейся экстренной ситуации у него возникнет потребность в активизации дыхания. Хотя такая ситуация может быть очень поучительной, в плане накопления опыта поведения под водой, но, скажем прямо, это не лучший способ получать знания.
Если по какой-либо причине вам не избежать внезапного увеличения физической нагрузки, специалисты рекомендуют увеличить вентиляцию легких путем более глубокого дыхания, но не за счет учащения ритма. Это лучший способ избежать ощущения, что у вас "перехватывает" дыхание или не хватает воздуха. Как быть если вы все-таки "потеряли" дыхание? Лучший способ прекратить какие-либо движения, расслабиться и дать возможность дыханию восстановиться.
Как избежать "азотного наркоза" и уменьшить накопление двуокиси углерода в тканях.
Риск потери сознания под водой в следствие "азотного наркоза", отравления кислородом или избыточного накопление углекислого газа, прямо пропорционален глубине, на которую вы погружаетесь на обычном воздухе.
Аквалангистам, которые намерены совершать глубоководные погружения, следует использовать смеси "Гелиокс" - гелий и кислород, либо траймикс - гелий, азот и кислород. Правда использование этих смесей также имеет свои ограничения и требует дополнительной тренировки, опыта и специального оборудования.
Несчастные случаи, травмы и безопасность.
Прямые доказательства причинно-следственной связи между нарушением дыхания возникновением паники и неоправданно быстрого всплытия встречаются редко, однако, данные, опубликованные в отчете DAN "Декомпрессионные состояния и несчастные случаи при погружении с аквалангом" за 2000 год позволяют предположить, что именно неоправданно быстрое всплытие часто сопровождает несчастные случаи с получением травм вплоть до смертельного исхода. На рисунке 1 приведены сравнительные данные о том, как часто неоправданно быстрое всплытие сопровождало погружения с получение тяжелых травм, смертельным исходом и благополучные погружения без последствий для здоровья. Итак, неоправданно быстрое всплытие зафиксировано в 38 % погружений со смертельным исходом, в 23 % погружений, повлекших травмы и в 1 % благополучных, с точки зрения несчастных случаем, погружений.
Причин неоправданно быстрого всплытия может множество, в том числе потеря контроля за плавучестью или нехватка воздуха для дыхания. На рис. 2, например, приведены данные о том, что нехватка воздуха была зафиксирована в 24 % случаях со смертельным исходом, в 5 % случаев, повлекших травмы, и лишь в 0,3 % благополучных погружений.
Случай 2. Потеря сознания на глубине.
В условиях барокамеры, заполненной водой, моделировалось погружение на глубину 54 метра. Испытуемый "плыл" преодолевая сопротивление, которое создавалось тросом, прикрепленным к грузу. Потребление кислорода составляло 2 литра в минуту. В эксперименте испольховался ребризер закрытого цикла. Парциальное давление кислорода поддерживалось на уровне 1,4 атм. Остальной состав смеси - азот в концентрации дающей наркотический эффект соответствующий дыханию воздухом на глубине 53 метра. Наблюдатель зафиксировал тот факт, что испытуемый постоянно во время эксперимента увеличивал интенсивность выполнения упражнения, не смотря на указание снизить нагрузку. Неожиданно, без всякого предупреждения испытуемый потерял сознание. Эксперимент был немедленно прекращен, испытуемый был извлечен из камеры и очень быстро пришел в себя. Случись такая ситуация в условиях реального погружения, последствия могли бы быть столь же серьезные, что и описанные ниже.
Случай 3. Потеря сознания во сремя глубоководного погружения, повлекшая смерть.
Два опытных аквалангиста совершали погружение к затопленному на глубине 42-51 метр объекту. Через 15 минут нахождения на глубине один из аквалангистов дал знак своему бадди, что у него неприятности и они начали вместе подъем на поверхность. На глубине 24 метра пострадавший дайвер потерял сознание и выпустил регулятор. Попытка бадди вставить регулятор в рот товарища, окончилась неудачей. В результате пострадавший скончался в результате утопления. Аутопсия показала, что первопричиной несчастного случая послужило нарушение сердечной деятельности.
Учащенное дыхание на глубине приводит к накоплению СO2 в организме человека. Этот эффект становится очевидным при увеличении парциального давления кислорода до 1,4 атм. Повышение концентрации двуокиси углерода в организме человека может оказывать "наркотический" эффект. Азотный "наркоз" и "наркоз", вызванный накоплением двуокиси углерода, имеют взаимодополняющий эффект, т.е. если аквалангист находится под воздействием обоих "наркозов", риск потери сознания увеличивается. Эффект таких явлений как азотный "наркоз", повышенные физические нагрузки, затруднение дыхания, высокое парциальное давление кислорода и накопление двуокиси углерода проиллюстрирован вышеописанными случаями. Повышение концентрации двуокиси углерода также приводит к усилению внутричерепного кровотока, следовательно - повышенное снабжение кислородом головного мозга, возможный результат - кислородное отравление нервной ткани. Комбинированный эффект азотного и углеродного "наркозов" и кислородного отравления многократно повышает риск нарушения сознания. Усугубляющее действие оказывает повышение физической нагрузки и увеличение плотности вдыхаемого газа, что опять же влечет за собой накопление в крови двуокиси углерода. Рисунок 3 иллюстрирует связи между глубиной погружения, физическими характеристиками газов, уровнем физической нагрузки и риском потери сознания.
Не вызывает сомнений, что чувствительность или устойчивость к отравлению двуокисью углерода или кислородом, равно как и к азотному наркозу в большой степени зависит от индивидуальных особенностей организма того или иного человека. К сожалению, мы не располагаем достаточно надежными методами, которые позволили бы с уверенностью диагносцировать индивидуальную переносимость и ее изменение в тех или иных условиях.
В заключении можем лишь рекомендовать обращать особое внимание на процесс вашего дыхания при погружении под воду с аквалангом: какими бы ни были ваши индивидуальные особенности рекомендуем держаться в рамках безопасной статистики!!!
Dr. Richard Vann
DAN Research
по материалам Alert Diver IV 2000
Загрузка...
