Особенности дыхания под водой и в горах. Особенности дыхания под водой даже кратковременное

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.

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.

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.

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

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.