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.
Даже кратковременное пребывание под водой требует как специального технического оснащения, так и соответствующей подготовки человека. Наибольшие трудности в подводной работе связаны с обеспечением водолаза дыхательной смесью.
Дело в том, что газовая смесь должна поступать в легкие водолаза обязательно под тем же давлением, которое создает столб воды на данной глубине. При нарушении этого соотношения внешнее давление просто сдавит грудную клетку, не давая сделать вдох. При таком дыхании резко увеличивается работа дыхательных мышц. Поэтому опытные водолазы дышат глубоко, но медленно. Некоторые из них делают всего 3 -4 вдоха в минуту, каждый раз забирая в легкие по 2– 2, 5 л воздуха.
Огромное значение для глубоководных погружений имеет и состав дыхательной смеси. Если для дыхания под водой применять сжатый воздух, то парциальное давление кислорода по мере погружения будет расти и на глубине 90 м превысит нормальное в 10 раз. На глубине 40 м водолаз получает смесь, содержащую 5% кислорода, а на глубине 100 метров – всего 2% (вместо обычных 20, 9%). При длительном вдыхании как чистого кислорода, так и под давлением около 3 атм. , может возникнуть нарушение функций нервной системы в форме судорожного припадка.
Небезразлично для организма и парциальное давление азота в дыхательной смеси. В привычной нам атмосфере, где азот составляет почти 79%, этот газ является простым разбавителем кислорода и ни в каких процессах, протекающих в организме, не участвует. Однако при высоком давлении азот становится коварным врагом. Он вызывает наркотическое состояние, похожее на алкогольное опьянение. Поэтому, начиная с глубины 60 м, водолазам подают азот - кислородную смесь, где азот частично или полностью заменяют гелием, который физиологически не активен.
Для нормальной жизнедеятельности человека, так же как и абсолютного большинства живых организмов, необходим кислород. В результате обмена веществ кислород связывается с атомами углерода, образуя диоксид углерода (углекислый газ). Совокупность процессов, обеспечивающих обмен этих газов между организмом и окружающей средой, называется дыханием.
Поступление в организм человека кислорода и выведение из организма углекислого газа обеспечивается дыхательной системой. Она состоит из дыхательных путей и легких. К верхним дыхательным путям относятся носовые ходы, глотка и гортань. Дальше воздух поступает в трахею, которая делится на два главных бронха. Бронхи, постоянно раздваиваясь и истончаясь, формируют так называемое бронхиальное дерево легких. Каждая бронхиола (самые тонкие разветвления бронхов) заканчивается альвеолами, в которых и происходит газообмен между воздухом и кровью. Общее количество альвеол у человека - приблизительно около 700 миллионов, а их суммарная поверхность равна 90-100 м2.
Строение органов дыхания.
Поверхность дыхательных путей, кроме поверхности альвеол, непроницаема для газов, поэтому пространство внутри воздухоносных путей называют мертвым пространством. Его объем у мужчин в среднем составляет около 150 мл, у женщин -100 мл.
Воздух попадает в легкие вследствие отрицательного давления, создаваемого при их растяжении диафрагмой и межреберными мышцами во время вдоха. При обычном дыхании активным является только вдох, выдох происходит пассивно, благодаря расслаблению мышц, обеспечивающих вдох. Лишь при форсированном дыхании включаются в работу мышцы выдоха, обеспечивающие в результате дополнительного сжатия грудной клетки максимальное уменьшение объема легких.
Процесс дыхания
Частота и глубина дыхания зависят от физической нагрузки. Так, в состоянии покоя взрослый человек совершает 12-24 дыхательных цикла, обеспечивая вентиляцию легких в пределах 6- 10 л/мин. При выполнении тяжелой работы частота дыхания может повышаться до 60 циклов в минуту, а величина легочной вентиляции достигать при этом 50-100 л/мин. Глубина дыхания (или дыхательный объем) при спокойном дыхании составляет обычно небольшую часть общей емкости легких. При увеличении легочной вентиляции дыхательный объем может возрасти за счет резервного объема вдоха и выдоха. Если зафиксировать разницу между самым глубоким вдохом и максимальным выдохом, то получается величина жизненной емкости легких (ЖЕЛ), в которую не входит только остаточный объем, удаляемый лишь при полном спадении легких.
Регуляция частоты и глубины дыхания происходит рефлекторно и зависит от количества в крови углекислого газа, кислорода и от рН крови. Главным стимулом, управляющим процессом дыхания, является уровень углекислого газа в крови (с этим параметром связана также величина рН крови): чем выше концентрация СО2, тем больше легочная вентиляция. Уменьшение количества кислорода влияет на вентиляцию легких в меньшей степени. Это связано со спецификой связывания кислорода с гемоглобином крови. Значительное компенсаторное увеличение легочной вентиляции наступает только после падения парциального давления кислорода в крови ниже 12-10 кПа.
Как же влияет на процесс дыхания погружение под воду ? Рассмотрим сначала ситуацию плавания с трубкой. Дыхание через трубку значительно затрудняется уже при погружении на несколько сантиметров. Это происходит вследствие того, что повышается сопротивление дыханию: во-первых, при погружении мертвое пространство увеличивается на величину объема дыхательной трубки, а во-вторых, чтобы совершить вдох, дыхательные мышцы вынуждены преодолевать повышенное гидростатическое давление. На глубине 1 м человек может дышать через трубку не более 30 с, а на больших глубинах дыхание практически невозможно в первую очередь из-за того, что дыхательные мышцы не могут преодолеть давление столба воды, чтобы сделать вдох с поверхности. Оптимальными считаются дыхательные трубки длиной 30-37 см. Использование более длинных дыхательных трубок может привести к нарушениям работы сердца и легких.
Еще одной важной характеристикой, влияющей на дыхание, является диаметр трубки. При малом диаметре трубки не поступает достаточно воздуха, особенно если возникает необходимость выполнить какую-либо работу (например, быстро плыть), а при большом диаметре значительно увеличивается объем мертвого пространства, что также сильно затрудняет дыхание. Оптимальные значения диаметра трубки 18-20 мм. Использование нестандартной по длине или по диаметру трубки может привести к непроизвольной гипервентиляции.
При плавании в автономных дыхательных аппаратах основные затруднения при дыхании также связаны с повышением сопротивления вдоху и выдоху. Менее всего влияет на повышение сопротивления дыханию расстояние между так называемым центром давления и коробкой дыхательного автомата. «Центр давления» был установлен Джарреттом в 1965 г. Он находится на 19 см ниже и на 7 см сзади от яремной впадины. При разработке различных моделей дыхательных аппаратов его всегда учитывают и коробку дыхательного автомата размещают как можно ближе к этой точке. Вторым фактором, влияющим на повышение сопротивления дыханию, является объем дополнительного мертвого пространства. Особенно велик он в аппаратах с толстыми гофрированными трубками. Большую роль играет также суммарное сопротивление различных клапанов, мембран и пружин в системе понижения давления дыхательной смеси. И последним фактором является повышение плотности газа вследствие возрастания давления при увеличении глубины.
В современных моделях регуляторов конструкторы стремятся свести к минимуму эффекты повышения сопротивления дыханию, создавая так называемые сбалансированные дыхательные автоматы. Но у подводников-любителей до сих пор находится довольно много аппаратов старых моделей с повышенным сопротивлением дыханию. Такими аппаратами, в частности, являются легендарные АВМ-1 и АВМ-1м. Дыхание в этих аппаратах приводит к большим энерготратам, поэтому в них не рекомендуется выполнять тяжелую физическую работу и совершать длительные погружения на глубину свыше 20 м.
Оптимальным типом дыхания при плавании с автономным дыхательным аппаратом следует считать уреженное и углубленное дыхание. Рекомендуемая частота - 14-17 вдохов в минуту. При таком характере дыхания обеспечивается достаточный газообмен при минимальной работе дыхательных мышц, облегчается деятельность сердечно-сосудистой системы. Частое дыхание затрудняет работу сердца и ведет к его перегрузке.
Влияет на функционирование дыхательной системы и скорость погружения в глубину. При быстром повышении давления (компрессии) жизненная емкость легких уменьшается, при медленной - практически не изменяется. Снижение ЖЕЛ обусловлено несколькими причинами. Во-первых, при погружении в глубину для компенсации внешнего давления в легкие устремляется дополнительный объем крови и, по-видимому, при быстрой компрессии происходит пережатие некоторых бронхиол «отекшими» кровеносными сосудами; этот эффект сочетается с быстрым увеличением плотности газа, и в результате происходит закупорка воздуха в некоторых участках легких (возникают «воздушные ловушки »). «Воздушные ловушки » чрезвычайно опасны, так как значительно повышают риск возникновения баротравмы легких как при продолжении погружения, так и при всплытии, особенно если не соблюдается режим и скорость всплытия. Чаще всего такие «ловушки» образуются у водолазов, находящихся под водой в вертикальном положении. Существует еще один нюанс, связанный с вертикальным положением водолаза. Это неоднородность газообмена в вертикальном положении: под действием силы тяжести кровь поступает в нижние отделы легких, а газовая смесь скапливается в верхних, обедненных кровью. Если же водолаз находится под водой в горизонтальном положении лицом вниз, значительно, по сравнению с вертикальным его положением, увеличивается относительная величина альвеолярной вентиляции, улучшается газообмен и насыщение артериальной крови кислородом.
В период декомпрессии и некоторое время после нее ЖЕЛ также оказывается уменьшенной в связи с увеличенным притоком крови в легкие.
Отрицательно влияет на дыхательную систем у еще и тот факт, что воздух, поступающий из баллонов, обычно холодный и практически не содержит влаги. Вдыхание холодного газа способно вызвать нарушения дыхания, проявляющиеся дрожью дыхательных мышц, болями в грудной клетке, повышенной секрецией слизистых оболочек носа, трахеи и бронхов и затруднением акта дыхания. При плавании в холодной воде особенно обостряется проблема секреции слизи: затрудняются глотательные движения, необходимые для выравнивания давления в полости среднего уха. А из-за того, что поступающий воздух практически не содержит влаги, могут развиться раздражения слизистых глаз, носа, трахеи, бронхов. Усугубляющим фактором здесь является также охлаждение организма.
Для поддержания жизни необходимо, с одной стороны, непрерывное поглощение клетками живого организма кислорода и, с другой, удаление углекислого газа, образующегося в результате процессов окисления. Эти два параллельно протекающих процесса и составляют сущность дыхания.
У высокоорганизованных многоклеточных животных дыхание обеспечивается специальными органами - легкими.
Легкие человека состоят из множества отдельных маленьких легочных пузырьков альвеол диаметром 0,2 мм. Но так как число их очень велико (около 700 миллионов), то общая поверхность значительна и составляет 90 м 2 .
Альвеолы густо оплетены сетью тончайших кровеносных сосудов - капилляров. Стенка легочного пузырька и капилляра вместе имеет толщину всего 0,004 мм.
Таким образом кровь, протекающая по капиллярам легких, чрезвычайно близко соприкасается с воздухом, находящимся в альвеолах, где происходит газообмен.
Атмосферный воздух попадает в легочные пузырьки, проходя через воздухоносные дыхательные пути.
Собственно дыхательные пути начинаются так называемой гортанью в том месте, где глотка переходит в пищевод. За гортанью следует дыхательное горло - трахея в диаметре около 20 мм, в «стенках которой имеются хрящевые кольца (рис. 7).
Рис. 7. Верхние дыхзтельньге пути:
1 - носовая полость: 2 - ротовая полости; 3 - пищевод; 4 - гортань и дыхательное горло (трахея); 5 - надгортанник
Трахея проходит в грудную полость, где делится на два больших бронха - правый и левый, на которых висят правое и левое легкие. Войдя в легкое, бронх ветвится, его разветвления (средние и мелкие бронхи) постепенно утоньшаются и, наконец, переходят в самые тонкие конечные веточки - бронхиолы, на которых сидят альвеолы.
Снаружи легкие покрыты гладкой, слегка влажной оболочкой - плеврой. Точно такая же оболочка покрывает изнутри стенки грудной полости, образуемой с боков ребрами и межреберными мышцами, а снизу диафрагмой или грудобрюшной мышцей.
В норме легкие не сращены со стенками грудной клетки, они только плотно к ним прижаты. Это происходит оттого, что в плевральных полостях (между плевральными оболочками легких и грудных стенок), которые представляют робой узкие щели, нет воздуха. Внутри легких, в альвеолах всегда находится воздух, сообщающийся с атмосферным, поэтому в легких имеется (в среднем) атмосферное давление. Оно и прижимает легкие к стенкам груди с такой силой, что легкие не могут оторваться от них и пассивно следуют за ними, при расширении или сжатии грудной клетки.
Кровь, совершая по сосудам альвеол непрерывный кругооборот, захватывает кислород и выделяет углекислый газ (СО 2). Следовательно, для правильного газообмена необходимо, чтобы воздух, находящийся в легких, содержал необходимое количество кислорода и не переполнялся бы СО 2 (углекислым газом). Это обеспечивается постоянным частичным обновлением воздуха в легких. При вдохе в легкие поступает свежий атмосферный воздух, а при выдохе - удаляется уже использованный.
Дыхание происходит следующим образом. Во время вдоха усилием дыхательных мышц грудная клетка расширяется. Легкие, пассивно следуя за грудной клеткой, всасывают воздух через дыхательные пути. Затем грудная клетка в силу своей эластичности уменьшается в объеме, легкие сжимаются и выталкивают избыток воздуха в атмосферу. Происходит выдох. При спокойном дыхании в легкие человека во время каждого вдоха поступает 500 мл воздуха. Такое же количество он выдыхает. Этот воздух называется дыхательным. Но если после нормального вдоха сделать глубокий вдох, то в легкие поступит еще 1500-3000 мл воздуха. Его называют дополнительным. Кроме того, при глубоком выдохе после нормального выдоха из легких можно удалить еще до 1000- 2500 мл так называемого резервного воздуха. Однако и после этого в легких остается около 1000-1200 мл остаточного воздуха.
Сумма объема дыхательного, дополнительного и резервного воздуха называется жизненной емкостью легких. Ее измеряют при помощи специального прибора - спирометра. У разных людей жизненная емкость легких колеблется от 3000 до 6000-7000 мл.
Высокая жизненная емкость легких имеет важное значение для ныряльщиков. Чем больше объем легких, тем больше под водой может находиться ныряльщик.
Дыхание регулируется особыми нервными клетками - так называемым дыхательным центром, который находится рядом с сосудо-двигательным центром в продолговатом мозгу.
Дыхательный центр очень чувствителен к избытку углекислоты в крови. Повышение содержания углекислого газа в крови раздражает дыхательный центр и учащает дыхание. И наоборот, резкое, уменьшение содержания углекислого газа в крови или альвеолярном воздухе вызывает кратковременную на 1-1,5 мин остановку дыхания (апноэ).
Дыхание находится под некоторым контролем воли. Здоровый человек может произвольно задержать дыхание на 45-60 сек.
Понятие о газообмене в организме (внешнее и внутреннее дыхание). Внешнее дыхание обеспечивает газообмен между наружным воздухом и кровью человека, насыщает кровь кислородом и выводит из нее углекислоту. Внутреннее дыхание обеспечивает обмен газами между кровью и тканями организма.
Обмен газами в легких и тканях происходит в результате разности парциальных давлений газов в альвеолярном воздухе, крови и тканях. Венозная кровь, поступающая к легким, бедна кислородом и богата углекислым газом. Парциальное давление кислорода в ней (60-76 мм рт. ст.) значительно меньше, чем в альвеолярном воздухе (100-110 мм рт. ст.), и кислород свободно переходит из альвеол в кровь. Зато парциальное давление углекислого газа в венозной крови (48 мм рт. ст.) выше, чем в альвеолярном воздухе (41,8 мм рт. ст.), что заставляет уплекислый газ покинуть кровь и перейпи в альвеолы, откуда он удаляется во время выдоха. В тканях же организма этот процесс происходит по-другому: кислород из крови поступает к клеткам, а кровь насыщается углекислым, газом, который в избытке содержится в тканях.
Взаимоотношение парциальных давлений кислорода и углекислого газа в атмосферном воздухе, крови и тканях организма видно из таблицы (величины парциальных давлений выражены в мм рт. ст).
К этому следует добавить, что высокое процентное содержание углекислого газа в крови или тканях способствует разложению окиси гемоглобина на гемоглобин и чистый кислород, а высокое содержание кислорода способствует удалению углекислого газа из крови через легкие.
Особенности дыхания под водой . Мы уже знаем, что человек не может использовать для дыхания имеющийся в воде растворенный кислород, т. к. легкие его нуждаются только в газообразном кислороде.
Чтобы обеспечить жизнедеятельность организма под водой, необходимо систематически доставлять дыхательную смесь к легким.
Это может быть осуществлено тремя путями: через дыхательную трубку, при помощи автономных дыхательных аппаратов и подачей воздуха с поверхности воды в изолирующие устройства (скафандры, батискафы, домики). Указанные пути имеют свои особенности. Издавна известно, что, находясь под водой, можно дышать через трубку на глубине не более 1 м.
На большей глубине дыхательные мышцы не могут преодолеть дополнительного сопротивления столба воды, которое давит на грудную клетку. Поэтому для плавания под водой применяются дыхательные трубки длиной не более 0,4 м.
Но и при такой трубке сопротивление дыханию все же достаточно велико, к тому же воздух, поступающий на вдох, несколько обеднен кислородом и имеет небольшой избыток углекислоты, что приводит к возбуждению дыхательного центра, выражающемуся в умеренной одышке (частота дыхания увеличивается на 5-7 вдохов в минуту).
Чтобы обеспечить нормальное дыхание на глубине, необходимо подавать в легкие воздух под таким давлением, которое соответствовало бы давлению на данной глубине и могло бы уравновесить внешнее давление воды на грудную клетку.
В кислородном скафандре дыхательная смесь перед поступлением в легкие сжимается до нужной степени, в дыхательном мешке- непосредственно давлением окружающей среды.
В автономном дыхательном аппарате на сжатом воздухе эту функцию выполняет специальней механизм. При этом важным является соблюдение определенных пределов сопротивления дыханию, так как значительная величина его оказывает отрицательное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека, вызывает утомление дыхательной мускулатуры, вследствие чего организм не в состоянии поддержать необходимый режим дыхания.
У аппаратов легочно-автоматического действия сопротивление дыханию пока еще достаточно большое. Величина его оценивается потому усилию дыхательных мышц, которое создает разрежение в легких, дыхательных путях, трубке вдоха и в подмембранной полости легочного автомата. В условиях атмосферного давления, а также в вертикальном положении аквалангиста в воде, когда легочной автомат находится на одном уровне с «центром» легких, сопротивление дыханию на вдохе равно около 50 мм вод. ст. При горизонтальном плавании с аквалангом, легочный автомат которого расположен за спиной на баллонах, разница между давлением воды на мембрану легочного автомата и на грудь аквалангиста составляет около 300 мм вод. ст.
Поэтому сопротивление вдоху достигает 350 мм вод. ст. Для уменьшения сопротивления дыханию вторая ступень редукции в новых типах аквалангов размещается в загубнике.
В вентилируемом снаряжении, где воздух подается по шлангу с поверхности, сжатие его производится при помощи специальных водолазных помп или компрессоров, причем степень сжатия должна быть пропорциональна глубине погружения. Величина давления в этом случае контролируется манометром, установленным между помпой и водолазным шлангом.