Гипогравитация, динамическое воздействие воды и закон Архимеда.

В соответствии с законом Архимеда, тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненный им объем жидкости. Например, если человек массой 80 кг вытесняет при погружении 79 литров воды, то его вес становится равным 1 кг, поскольку масса вытесненной пресной воды при плотности 1 кг/л равна 79 кг (80 – 79 = 1). В морской воде вес тела будет еще меньше, так как морская вода обладает большей плотностью по сравнению с пресной.

Причем при неизменной массе тела человека объем его тела колеблется в соответствии с фазами дыхания, что приводит к изменению плотности тела. При вдохе средняя плотность тела составляет 0,96—0,99 кг/л что позволяет неподвижно лежать на поверхности пресноводного водоема. При выдохе плотность тела равна 1,021—1,097 кг/л, что требует проведения плавательных движений для удержания на воде. Поскольку средняя плотность воды в океанах и открытых морях составляет около 1,025 кг/л, выталкивающая сила увеличивается, и человеку значительно легче удержаться на поверхности моря. Таким образом, человек под водой находится в состоянии гипогравитации, близком к невесомости космонавта.

Водолаз может менять свою плавучесть, используя для этого снаряжение – компенсатор плавучести, гидрокостюм (гидрокомбинезон) и водолазные груза. Если выталкивающая сила больше чем сила тяжести (рис а), водолаз не сможет погрузиться под воду и будет находиться на поверхности воды. При применении лишних грузов, сила тяжести будет преобладать над плавучестью, и водолаз будет иметь отрицательную плавучесть (рис в). Для обеспечения безопасности и наибольшего комфорта водолаза под водой, в плавательном комплекте (с ластами), водолаз должен обеспечить нейтральную плавучесть, которая подбирается индивидуально под каждого человека и конкретный комплект снаряжения.

На погруженного в воду водолаза одновременно действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила плавучести действующая вертикально вверх. Точка приложения силы тяжести называется центром тяжести, а точка приложения силы плавучести - центром

плавучести. С этими двумя силами тесно связана остойчивость водолаза, т.е. его способность сохранять под водой определенное положение, а при отклонении легко к нему возвращаться.

Сохранение остойчивости особенно важно для водолаза, использующего не плавательный вариант водолазного снаряжения, а вентилируемое снаряжение с объемным скафандром, требующим для спуска и работы на грунте погашения плавучести применением грузов достаточно большой массы. Если центры тяжести и плавучести расположены на одной вертикальной линии (по оси симметрии тела), а центр плавучести находится на 10-20 см выше центра тяжести, то водолаз будет иметь нормальную остойчивость. При нахождении этих центров на различных вертикальных линиях (например, смещение груза вбок) тело водолаза будет стремиться к смещению в сторону центра плавучести, что требует применения дополнительных усилий для удержания тела в вертикальном положении и предупреждения опрокидывания. При расстоянии между центрами тяжести (центр массы) и плавучести больше 20 см остойчивость водолаза будет избыточной и ему будет трудно наклоняться (рис.1).

       Рис.1                                  Рис.2

При их близком расположении остойчивость будет низкой, а при совпадении этих точек - безразличной, что может привести к переворачиванию водолаза. Особенно опасно расположение центра тяжести выше центра плавучести, что почти неизбежно приведет к переворачиванию водолаза вверх ногами с последующим выбрасыванием на поверхность (рис.2).

При значительном отстоянии центра тяжести от центра плавучести, водолазу в плавательном варианте снаряжения, приходится затрачивать дополнительные усилия на удержание горизонтального положения при плавании под водой.

При перемещении под водой и выполнении работы водолаз испытывает сопротивление плотной водной среды, которое значительно изменяет привычные двигательные координации, что требует строить совершенно новые формы движений. Преодоление сопротивления водной среды осложняет нахождение в условиях гипогравитации при отсутствии достаточной опоры. При этом движения опытного водолаза медленные и плавные, а положения туловища и конечностей выбираются такими, чтобы уменьшить линейные размеры по фронту движения. Ходьба превращается в медленные прыжки боком или наклоненным вперед корпусом с отталкиванием двумя ногами или выполнением плавательных движений.

При спусках в плавательном комплекте снаряжения, плавучесть водолаза должна быть приведена к нулевой, или близкой к ней. Необходимая плавучесть водолаза достигается изменением массы грузов и определяется пробным погружением водолаза.

При использовании компенсатора плавучести плавучесть регулируется водолазом при его нахождении у поверхности воды.

С неотрегулированной плавучестью спуск водолаза под воду запрещается.

При проведении работы на течении или в условиях волнения воды, она оказывает на человека динамическое воздействие. Зачастую на течении приходится передвигаться ползком и пользоваться специальными техническими приспособлениями. Водолазные работы без специальных устройств, защищающих от течения, могут проводиться на течении, скорость которого не превышает - 2 м/сек. Производственная деятельность водолазов может осуществляться при волнении моря, не превышающем 2 - 3 балла в зависимости от типа плавсредства, с которого выполняются спуски.

К водолазным работам при скорости течения один-два метра в секунду допускаются специально тренированные водолазы.

При больших перерывах в работе на течении водолазы должны пройти соответствующую тренировку (два-три спуска) под руководством руководителей водолазных спусков, обладающих навыками водолазных работ на течении.

Спуск водолаза и его работа должны проводиться с применением приспособлений и устройств, облегчающих условия работы и обеспечивающих его безопасность (щиты, водолазные беседки, дополнительные грузы и т.д.).

Работать водолазам на течении свыше двух метров в секунду без защитных технических средств запрещается.

Спуск водолаза на течении должен проводиться в утяжеленной водолазной беседке, в специальном спускоподъемном устройстве или по спусковому концу.

Водолазу запрещается всплывать или выбрасываться на поверхность. Подниматься можно только по спусковому концу или на водолазной беседке, в специальном спускоподъемном устройстве. Водолаз не должен выпускать ходовой конец из рук, пока не возвратится к спусковому концу и не возьмется за него руками или не войдет в водолазную беседку или спускоподъемное устройство.

ВОДОЛАЗНАЯ МЕДИЦИНА

Анатомия человека.

Анатомия человека - наука о строении организма человека, составляющих его органов и систем. Она изучает человеческий организм в связи с выполняемой им функцией, развитием и окружающей средой. Знание анатомии, позволяет лучше узнать о физических и физиологических изменениях в организме человека, при водолазных спусках.

Опорно-двигательный аппарат — совокупность костей скелета, их соединений, и мускулатуры, осуществляющих посредством нервной регуляции, двигательных действий, наряду с другими системами органов образует человеческое тело.

Скелет человека — совокупность костей, пассивная часть опорно-двигательного аппарата. Служит опорой мягким тканям, точкой приложения мышц (рычаг), вместилищем и защитой внутренних органов (рисунок3).

Основной единицей скелета является кость. В состав скелета входит 206 костей - 85 парных и 36 непарных. Кости составляют примерно 18% веса тела. Кости в организме человека расположены не изолированно друг от друга, а связаны между собой в одно единое целое (скелет). Прерывные соединения костей называют суставами.

Сустав имеет свои специфические конструкцию, расположение в организме и выполняет определенные функции.

Череп - скелет головы, служит вместилищем для головного мозга, органов чувств начальных отделов пищеварительной и дыхательной систем.

Среднее ухо — часть слуховой системы человека, обеспечивающая преобразование колебаний воздуха в нервные импульсы. Основной частью среднего уха является барабанная полость — небольшое пространство объемом около 1см³, находящееся в височной кости черепа. Полость среднего уха связана с носоглоткой посредством евстахиевой трубы, через которую выравнивается среднее давление воздуха внутри и снаружи от барабанной перепонки. При изменении внешнего давления, при плохой проходимости евстахиевых труб, «закладывает» уши, что обычно решается тем, что рефлекторно вызывается зевота. Опыт показывает, что ещё более эффективно заложенность ушей решается глотательными движениями или если в этот момент дуть в зажатый нос. Звуковая волна, пройдя наружное ухо, наталкивается на туго натянутую барабанную перепонку, приводя её в движение. Барабанная перепонка связана с системой слуховых косточек среднего уха, которые передают звуковые колебания во внутреннее ухо – улитку. Слуховые косточки приводят в движение перепонку овального окна, отделяющую внутреннее ухо от воздушного пространства среднего уха. В среднем ухе механическое колебание переводится в нервный импульс, передаваемые звуковыми слуховыми нервами в кору больших полушарий.

Вестибуля́рный аппара́т (лат. vestibulum — преддверие), орган, воспринимающий изменения положения головы и тела в пространстве и направление движения тела у позвоночных животных и человека; часть внутреннего уха. Вестибулярный аппарат — сложный рецептор вестибулярного анализатора. Из рецепторов равновесия поступают сигналы двух типов: статические (связанные с положением тела) и динамические (связанные с ускорением).

Гайморова пазуха (полость) — парная придаточная пазуха носа, занимающая практически всё тело верхнечелюстной кости (рисунок 5). Гайморова пазуха выстлана изнутри тонкой слизистой оболочкой, сосудами и особенно нервами. Верхнечелюстная пазуха сообщается с полостью носа посредством отверстия на внутренней поверхности верхнечелюстной кости, в нормальном состоянии наполнена воздухом.

 Мышцы - активная часть двигательного аппарата. Благодаря им, возможны: все многообразие движений между звеньями скелета и перемещение тела человека в пространстве (ходьба, бег, прыжки и плавание), фиксация частей тела в определенных положениях, в частности сохранение вертикального положения тела. С помощью мышц осуществляются механизмы дыхания, жевания, глотания, речи, мышцы влияют на положение и функцию внутренних органов, способствуют току крови и лимфы, участвуют в обмене веществ, в частности теплообмене. Кроме того, мышцы - один из важнейших анализаторов, воспринимающих положение тела человека в пространстве и взаиморасположение его частей. В теле человека насчитывается около 600 мышц. Большинство из них парные и расположены симметрично по обеим сторонам тела человека. Мышцы составляют: у мужчин - 42% веса тела, у женщин - 35%, в пожилом возрасте - 30%, у спортсменов - 45-52%.

Внутренние органы расположены внутри тела человека, преимущественно в его основных полостях - грудной и брюшной, отдельные органы находятся в области головы, шеи и в полости таза. Основная функция внутренних органов - участие в обмене веществ. К внутренним органам относят: органы пищеварения, дыхания, мочевые и половые органы. К органам пищеварения относятся полость рта, глотка, пищевод, желудок, тонкая кишка и толстая кишка.

Пищеварительная система начинается ротовой щелью, которая ограничена верхней и нижней губами. Полость рта ограничена: сверху - твердым и мягким небом, спереди - зубами и деснами, снизу - языком и мышцами, составляющими дно полости рта, сзади - мягким небом, в толще которого находятся мышцы. В области задней стенки расположено отверстие - зев, через которое полость рта сообщается с глоткой. Зев сверху ограничивает язычок (свисающая вниз задняя часть мягкого неба), снизу - корень языка. В верхней и нижней челюстях расположены зубы. Они производят механическую обработку пищи. Язык - это мышечный орган, участвующий в перемещении пищевого комка в ротовой полости при его механической обработке и глотании, в образовании звуков, в восприятии вкуса и общей чувствительности. Глотка расположена на уровне носа, рта и гортани, сообщаясь с ними. Верхняя, носовая, часть глотки спереди сообщается с носовой полостью, а через боковые отверстия - глоточные отверстия слуховых труб - с барабанной полостью среднего уха. В среднюю, ротовую, часть глотки открывается зев. Из нижней, гортанной, части глотки одно отверстие ведет в гортань, а другое в пищевод. Пищевод переходит в брюшной полости в желудок. После желудка в пищеварительной системе располагается кишечник.

Печень - одна из самых крупных желез организма человека. Она расположена под диафрагмой в правом подреберье, часть ее заходит в левое подреберье. В правой части печени, спереди расположен желчный пузырь. Печень синтезирует желчь. Поджелудочная железа расположена за желудком, на задней стенке брюшной полости, из нее выделяется поджелудочный сок.

Органы дыхания. (рисунок 6).

К органам дыхания относятся: легкие, где происходит газообмен между воздухом и кровью, и воздухопроводящие пути, по которым проходит воздух в легкие и из них обратно в окружающую среду.

Воздух из окружающей среды проходит через полость носа или рта, глотку, гортань, трахею и бронхи.

Полость носа. Большая часть слизистой оболочки носовой полости покрыта мерцательным эпителием, который задерживает пылевые частицы, попадающие в нос с воздухом, клетки этого эпителия и слизистые железы своим секретом увлажняют поверхность слизистой оболочки. Вдыхаемый воздух в носовой полости несколько очищается, увлажняется и нагревается, а находящийся здесь орган обоняния участвует в восприятии запахов. Из полости носа воздух проходит в глотку (при вдохе через рот - в зев, а затем в глотку), а оттуда в гортань. Основой гортани, являются хрящи. Внутри гортани находятся голосовая щель и голосовые связки. Трахея, или дыхательное горло, представляет собой трубку длиной около 10 см, разделяется на правый и левый главные бронхи, по направлению к легким.

Легкие - парный орган. Легкие расположены в грудной полости, по обе стороны расположены: сердце с крупными сосудами, трахея, начальные отделы главных бронхов, пищевод, аорта, лимфатические узлы, нервы и другие образования. Сердце несколько смещено влево, поэтому правое легкое короче и шире левого. Войдя в легкие, главные бронхи разделяются на все более мелкие, образуя так называемое бронхиальное дерево. Легкие, таким образом, состоят из бронхиального дерева и его конечных образований - легочных пузырьков-альвеол. В легких насчитывается до 300-400 миллионов альвеол, общая поверхность которых достигает 100 м². Важное значение для газообмена имеет альвеола, стенка которой очень тонка. Альвеолы снаружи оплетены густой сетью кровеносных сосудов. Через стенку альвеолы и совершается газообмен между кровью, протекающей по капиллярам, и воздухом, богатым кислородом.

Каждое легкое снаружи покрыто оболочкой - плеврой. Между листками плевры имеется полость, заполненная небольшим количеством серозной жидкости, увлажняющей листки, что способствует лучшему скольжению легкого при вдохе и выдохе. При сокращении и опускании диафрагмы во время вдоха смещается плевра, что приводит к увеличению и опусканию расширяющихся легких.

Диафрагма - главная дыхательная мышца, которая при сокращении увеличивает объем грудной полости и способствуя вдоху, и принимает сферически выпуклую форму при выдохе, отделяет грудную полость от брюшной.

Во время пребывания водолаза под водой, дыхательная система человека, испытывает определенные нагрузки, которые приводят к физиологическим и функциональным изменениям. Приспособление к подводному виду деятельности может привести к увеличению общего и жизненного объема легких, увеличению кровоснабжения легких, изменению частоты и глубины дыхания. Изменения гидростатического давления, приводит к натренированности дыхательных мышц.

Сердечнососудистая система.

К сосудистой системе относят различного диаметра сосуды, по которым движется жидкость; сердце, способствующее продвижению этой жидкости; органы, участвующие в кроветворении (костный мозг, селезенка, лимфатические узлы) - образовании основных форменных элементов сосудистой системы. В зависимости от характера циркулирующей жидкости сосудистую систему разделяют на кровеносную систему и лимфатическую систему. В сосудах кровеносной системы циркулирует кровь, а в сосудах лимфатической системы - лимфа. К кровеносной системе относятся сердце и кровеносные сосуды, которые разделяются на артерии, вены и капилляры.

Сердце человека представляет собой полый мышечный орган, имеющий форму неправильного конуса. У человека сердце четырехкамерное. В нем различают два предсердия - правое и левое и два желудочка - правый и левый (рисунок 7). Сердце - это центральный орган кровообращения. Оно не только проталкивает кровь в сосуды и принимает кровь из них, но и регулирует движение жидкости в сосудах. Средний вес сердца у мужчин - около 300 г, а у женщин - 220 г (0,5% веса тела). У спортсменов вес сердца несколько больше. Длина сердца колеблется от 10 до 15 см, ширина - 9-10 см, переднезадний размер - 6-7 см. Принято считать, что сердце по величине приблизительно равно кулаку данного человека.

Артерии - кровеносные сосуды, по которым кровь течет от сердца к органам и тканям. Вены - это кровеносные сосуды, по которым кровь возвращается к сердцу. Между артериями и венами находятся тончайшие кровеносные сосуды, - капилляры.

С кровью доставляются тканям питательные вещества. Кровь транспортирует газы: к тканям - кислород, от тканей - углекислый газ. С током крови разносятся гормоны, ферменты и другие активные химические вещества, которые вместе с нервной системой принимают участие в регуляторных процессах организма. В кровь поступают продукты обмена веществ, подлежащих удалению, она переносит их к органам выделения: почкам, коже, легким.

Кровеносная система принимает участие в теплорегуляции, способствует выравниванию температуры в различных участках тела. Например, при пониженной температуре окружающей среды кожные сосуды рефлекторно суживаются, уменьшается прилив крови к коже, а следовательно, и теплоотдача. И, наоборот, при повышенной температуре внешней среды кожные сосуды расширяются, кровь усиленно притекает к коже, теплоотдача увеличивается, поэтому перегревания организма не происходит. При этом улучшается кровоснабжение потовых желез, находящихся в толще кожи, и их функция также усиливается. Кровеносная система выполняет и защитные функции, к которым относят фагоцитоз (защита организма от микроорганизмов), процесс свертывания крови и иммунологические реакции, связанные с образованием, так называемых антител - защитных веществ, обеспечивающих невосприимчивость организма к ряду инфекционных заболеваний.

Нервная система состоит из нейронов. Нейрон (от греч. néuron — нерв) - нервная клетка, основная функциональная и структурная единица нервной системы.

Нервная система едина, но условно ее делят на центральную и периферическую. К центральной нервной системе относят головной мозг и спинной мозг, а к периферической - нервы, отходящие от головного и спинного мозга (рисунок 8). Нервная система связывает все системы организма в единое целое и обеспечивает связь организма с внешней средой.

Регуляция и управление функциями всех систем обеспечивается нервной системой (головным мозгом) в соответствии с постоянно поступающей информацией из внутренней и внешней среды организма. Нервы являются теми проводниками, по которым идет передача информации. Вся информация, поступающая в головной мозг, обрабатывается, чтобы «принять решение», сформировать программу действия и совершить наиболее соответствующий данным условиям приспособительный акт.

В водолазном деле, при различных видах водолазных работ - нервная система постоянно обеспечивает приспособление организма - адаптацию к подводному виду деятельности.

Спинной мозг представляет собой нервный тяж, лежащий внутри позвоночного канала. Спинной мозг взрослого человека около 40-50 см в длину и 1 см в диаметре. С левой и правой стороны спинного мозга выходят нервные волокна - образуя спинномозговые нервы. Спинной мозг соединяет головной мозг и периферическую нервную систему. Из центральной нервной системы (ЦНС), по периферической нервной системе, импульсы посылаются в отдельные органы, и из отдельных органов в ЦНС.