Глава 3.2. Физиологические особенности пребывания человека под водой.

Воздействие воздуха на организм человека под водой. Для дыхания водолазов под водой используется сжатый воздух, содержащийся в баллонах дыхательного аппарата или подаваемый от компрессора или водолазной помпы. Сжатый воздух оказывает на организм водолаза механическое и биологическое действие. Механическое действие на организм сжатого воздуха Механическое действие сжатого воздуха идентично механическому действию водной среды с той лишь разницей, что при этом существует только объемное сжатие организма без воздействия неравномерного по высоте давления, характерного для водной среды. Разность давлений может создаваться в газовых полостях организма при изменении давления окружающей газовой среды, а также в случае прилегания тела к устройствам барокамеры, через которые происходит выпуск из нее газовой среды. Создающаяся при этом разность давлений может вызывать травматические поражения прилегающих тканей. Чем больше разность давлений и меньше механическая прочность тканей, тем раньше проявляются повреждения и тем сильнее они бывают выражены. Разница давления в 0,5-1 кгс/см² может привести к чрезвычайно сильным травматическим повреждениям. В организме человека имеются полости, содержащие воздух (среднее ухо и придаточные пазухи носа, легкие, желудочно-кишечный тракт), которые при нормальных условиях сообщаются с окружающей воздушной средой. При нарушении проходимости евстахиевых труб или каналов придаточных пазух носа возникает разность давлений по обе стороны барабанной перепонки или в воздухоносных полостях по отношению к окружающему давлению, что может сопровождаться болями и даже травматическими повреждениями. Опыт водолазных погружений свидетельствует о том, что обученные и натренированные водолазы с нормальной проходимостью евстахиевых труб и каналов придаточных пазух носа могут безболезненно перенести скорость повышения давления до 5 кгс/см² в минуту и более. Разность давления в легких по отношению к давлению окружающей газовой среды может, например, создаться при произвольной или непроизвольной задержке дыхания в период изменения давления в барокамере. В случае повышения наружного давления воздух, попавший в желудочно-кишечный тракт при глотании пищи и образующийся при ее переваривании, уменьшается в объеме, что сопровождается уменьшением окружности живота. Если воздух попадает в желудочно-кишечный тракт или образуется в нем в период пребывания под давлением, то при последующем его снижении этот воздух будет увеличиваться в объеме и производить растяжение желудка и отрезков кишечника, что может сопровождаться болями. Постоянство уровня воздушной подушки в скафандре (как правило, у нижнего края грудной клетки) поддерживается подачей необходимого количества воздуха с поверхности, работой головного травящего клапана, а также пропускной способностью травящих клапанов рубахи. При уменьшении объема воздуха в скафандре может возникнуть общий обжим верхней части тела, а также появляется вероятность падения водолаза на глубину, причем падение на малых глубинах представляет большую опасность в связи с большим перепадом давления, так как на этих глубинах объемные изменения газов более значительны, чем на больших глубинах. В сжатом воздухе физические параметры воздуха, такие как плотность, теплоемкость, теплопроводность, скорость распространения звуковой волны и т.д., изменяются пропорционально величине давления. В процессе погружений под воду и тренировочных спусков в барокамере развивается адаптация организма человека к этим необычным для существования человека условиям.

При существовании человека в земных условиях жидкости и ткани его организма насыщены азотом, кислородом, углекислым газом и в меньшей степени другими газами. При нормальном атмосферном давлении во всех тканях организма человека со средней массой тела (70 кг) содержится около 1000 см³ (1 л) растворенного азота. При повышении окружающего давления, сопровождающемся ростом парциального давления того или иного индифферентного газа (в частности, азота), этот газ начинает растворяться в жидких средах и тканях организма. Растворение газа, иначе называемое процессом насыщения, будет происходить до тех пор, пока не установится динамическое равновесие между парциальным давлением данного индифферентного газа в альвеолярном воздухе и напряжением этого газа в растворенном состоянии в тканях организма. Основу процесса насыщения составляют физические законы растворимости газа в жидкости, т.е. коэффициент растворимости газа в жидкости, скорость диффузии, разность (или отношение) между величиной парциального давления данного газа над жидкостью и напряжением его в растворе, а также условия контакта газа с жидкостью. Переход молекул газа в раствор происходит путем обычной диффузии, дополненной активным физиологическим переносом газа с током крови. Процесс насыщения организма индифферентным газом, как и обратный процесс рассыщения, весьма продолжителен. Считается, что сроки полного насыщения организма могут достигать 2—3 суток.

Путь, который проделывают молекулы индифферентного газа из внешней среды в организм при компрессии, может быть разделен на следующие этапы: альвеолярный воздух → кровь (капилляры малого круга) → кровь (кровеносные сосуды большого круга) → межтканевая жидкость → клеточные элементы. При декомпрессии этот процесс идет в обратном направлении. Схематично процесс насыщения организма протекает в определенной последовательности. Вдыхаемый индифферентный газ, парциальное давление которого превышает его напряжение в тканях, поступает в легкие, проникает через стенки альвеол, растворяется в артериальной крови, транспортируется кровью к тканям и через капиллярную стенку диффундирует в ткань. Освобожденная от избыточно растворенного индифферентного газа кровь по венозной системе возвращается в легкие, где вновь насыщается индифферентным газом. Весь процесс насыщения идет путем диффузии индифферентного газа из зоны более высокого парциального давления в легких в зону более низкого напряжения в тканях. С каждым новым кругооборотом крови ткани сильнее насыщаются индифферентным газом, и постепенно их насыщение становится равным парциальному давлению индифферентного газа во вдыхаемой газовой смеси. Продолжительность декомпрессии по указанным режимам зависит от глубины спуска, времени пребывания водолаза на грунте и тяжести работы.

При неадекватно быстрой декомпрессии в организме может возникнуть декомпрессионная болезнь — комплекс патологических процессов в результате образования свободного газа в тканях из-за их перенасыщения индифферентными газами. Это патологическое состояние рассмотрено в разделе, посвященном описанию заболеваний водолазов.

При спусках водолазов под воду или в барокамере с использованием для дыхания воздуха, на организм водолаза помимо повышенного парциального давления азота действует также повышенное парциальное давление кислорода.

Ежеминутно через альвеолы при дыхании воздухом проходит 250— 350 мл кислорода в состоянии покоя и до 4500-5000 мл во время работы.

Влияние сжатого воздуха на функции слуха и речеобразование. В гипербарической воздушной среде в связи с увеличением ее плотности изменяется скорость распространения звуковой волны. Известно, что для генерирования звуковой волны необходимо вызвать в ней продольные колебания, которые распространяются в форме волн. Звуковые колебания находятся в области частот 20 Гц - 20 кГц. Сила генерируемого звука (связанная с амплитудой колебаний) и скорость его распространения зависят от основных параметров газовой среды: давления, плотности и др. Чем больше плотность газовой среды при повышении давления, тем в большей степени требуется сжимать и разрежать среду, чтобы не снижалась сила генерируемого звука. Кроме того, при изменении плотности среды происходит смещение звука по высоте.

Функции слухового анализатора, связанные с изменением акустических свойств гипербарической газовой среды, зависят в первую очередь от ее плотности и проявляются в форме обратимого повышения порогов воздушной проводимости. В еще большей мере, чем восприятие звуков в гипербарической среде, нарушается восприятие речи, особенно в гелиевой среде, поскольку речевой звукоряд не только транспонируется, но и искажается на низких частотах. Изменение плотности и других свойств гипербарической газовой среды сказывается также на артикуляции. Разборчивость речевых сигналов по мере увеличения давления понижается на 50 % на каждые 6 кгс/см². Сохранение речевого общения лиц, находящихся в условиях гипербарической газовой среды, требует функциональной перестройки работы речевого аппарата и определенных навыков. При пребывании в воздушной среде требуется овладеть артикуляцией с более активными движениями речевого аппарата для образования привычных звуков, их распространения и создания резонанса. Опытные водолазы стараются не употреблять лишних слов, четко их произносить, предпочтительно пользуясь стандартным набором команд и докладов. При длительном пребывании в кислородно-азотной среде первичные нарушения функции слухового анализатора наступают на вторые-третьи сутки экспозиции в форме симметричного повышения порогов воздушной проводимости в диапазоне звуковых частот 125—2000 Гц, а дальнейшие изменения слуха определяются динамикой развития отитов. В период длительного пребывания под повышенным давлением происходит переучивание речеобразования.

Влияние сжатого воздуха на центральную нервную систему. Азот воздуха при повышенном давлении обладает наркотическим действием, клиническая картина которого определяется величиной его парциального давления и временем воздействия. Начальные изменения функций центральной нервной системы (ЦНС) проявляются при давлении воздуха 3-4 кгс/см², характеризуются слабовыраженной эйфорией и снижением внимания без существенного нарушения умственной и физической работоспособности. С увеличением давления воздуха до 6 кгс/см2 наркотическое действие азота становится более выраженным, но водолазы обычно продолжают сохранять общее хорошее самочувствие и почти нормальную работоспособность. При более высоких величинах давления отмечаются значительное снижение объема и устойчивости внимания, увеличение времени сенсомоторных реакций и увеличение числа ошибочных действий, уменьшение количества точных ответов, снижение объема кратковременной и долговременной памяти, увеличение размашистости движений. В ходе декомпрессии выраженность этих функциональных сдвигов прогрессивно уменьшается, а после окончания декомпрессии наступает практически полная нормализация, хотя в исследованиях обнаружено, что полное восстановление всех показателей происходит в течение ближайших часов после выхода из барокамеры. Выраженность симптомов в значительной мере зависит также от индивидуальной чувствительности, тренированности к азотному наркозу, функционального состояния организма и т.д. Учитывая то, что на глубинах до 60 м максимальное парциальное давление азота составляет 5,6 кгс/см2, при котором проявления азотного наркоза протекают у тренированных лиц в умеренно выраженной форме, эта глубина считается безопасной и является предельной глубиной для проведения рабочих водолазных спусков. С целью поддержания адаптации организма водолазов к наркотическому действию азота и готовности к работе под водой с использованием для дыхания сжатого воздуха должны проводиться тренировки в барокамере под давлением 80 м водного столба. Лица, допущенные к медицинскому обеспечению водолазных спусков, для поддержания готовности к оказанию медицинской помощи в условиях повышенного давления проходят тренировки в барокамере под давлением до 100 м водного столба. Действие на ЦНС повышенного до 2-3 кгс/см² парциального давления кислорода, содержащегося в воздухе, носит двухфазный характер. Субъективные ощущения человека в 1-й фазе (фазе активации) выражаются улучшением самочувствия и памяти, восприятия и переработки информации, сохраняются или улучшаются сложные формы умственной деятельности и тонкой координации движений. С 45—60-й минуты наступает противоположно направленная реакция.

Влияние сжатого воздуха на систему дыхания. Увеличение плотности сжатого воздуха оказывает повышенное сопротивление потоку газа в дыхательных путях. Вентиляция легких может меняться от 6—8 до 120 л/мин при очень тяжелой физической нагрузке. Практика водолазных спусков, а также многочисленные данные специальных исследований показывают, что при 5-6-кратном повышении сопротивления газовой среды люди переходят на ротовое дыхание, которое становится более редким и глубоким, а дыхательный цикл — более длительным и плавным. Работа водолазов под водой сопровождается весьма высокими энерготратами. Воздух находящийся в баллоне аппарата, проходит предварительную очистку от пыли и влаги, в результате чего, на дыхание водолазу поступает очень сухой воздух. Сухой воздух сушит слизистую дыхательных путей водолаза.