Как дышит водолаз кратко

Обновлено: 04.07.2024

ВОДОЛАЗНОЕ ДЕЛО, отрасль производственной деятельности, связанная с погружением под воду (часто на значительную глубину, что осуществляется обычно с помощью специального снаряжения и дыхательных аппаратов) и охватывающая аварийно-спасательные и монтажные работы.

Погружения подразделяют на глубоководные и неглубоководные. Глубоководным считается то погружение, после которого водолаз, возвращаясь к водной поверхности, должен через определенные интервалы времени делать остановки; погружение, после которого водолаз может сразу подняться на поверхность, считается неглубоководным. Максимальная глубина, с которой можно за один проход выйти на поверхность, равна 11 м.

Историческая справка.

Изменения давления.

На земной поверхности на тело человека действует давление приблизительно в 1 кг/см 2 (~0,1 МПа). Чтобы водолаз смог выдерживать повышенное внешнее давление, важно создать ему рабочие условия, подобные в некотором отношении тем, в каких он пребывает на земле. Это достигается подачей дыхательной смеси под тем же давлением, что и давление в окружающей воде. При этом давление в теле водолаза и давление внешней среды оказываются равными.

Давление воды.

При погружении водолаза давление на него воды возрастает приблизительно на 0,1 МПа с каждым десятком метров глубины. К этому добавляется и атмосферное давление.

Атмосферное давление.

Объем газа уменьшается пропорционально увеличению давления на него (при постоянной температуре). На глубине в 10 м давление вдвое выше, чем на поверхности, и газ займет там лишь половину своего первоначального объема (если пренебречь разностью температур). Поэтому подавать на такую глубину воздух нужно, не только повышая давление, но и поставляя его в удвоенном количестве, чтобы заполнить воздухом под водой тот же объем, который он занимал при атмосферном давлении.

Газовые смеси.

При повышении давления следует учитывать воздействие отдельных компонент дыхательной смеси. Закон о парциальных давлениях (закон Дальтона) гласит, что общее давление смеси газов равно сумме тех давлений, которые по отдельности имели бы ее компоненты, если бы каждая из них одна занимала весь объем смеси. При атмосферном давлении воздух представляет собой смесь газов, состоящую (по объему) из 79% азота, 20,96% кислорода и малых долей других газов. Соответственно в общем давлении 0,1 МПа смеси вклад от азота (79%) равен 0,079 МПа, а от кислорода (20,96%) – 0,02096 МПа. На глубине 40 м парциальное давление кислорода таково, каким оно было бы в атмосфере, если бы мы дышали чистым кислородом. Учет парциального давления кислорода очень важен, так как при повышенном давлении кислород токсичен.

Погружение без дыхательного аппарата.

При нырянии без снаряжения – как это делают ловцы жемчуга – человек целиком зависит от количества воздуха, которое он набирает в легкие на поверхности, чтобы под водой обеспечить равенство внешнего и внутреннего давлений. Глубина, до которой может погрузиться ныряльщик, определяется разностью максимального объема легких после вдоха и их минимального объема после самого сильного выдоха. Перед погружением с поверхности ныряльщик набирает в легкие как можно больше воздуха; когда он движется вглубь, объем его легких под действием растущего давления воды постепенно уменьшается, пока не дойдет до того минимума, который бывает на поверхности при самом мощном выдохе. Если после этого ныряльщик пойдет еще глубже, то может произойти баротравма легких.

Скорость подъема с глубины.

В тех случаях, когда подводник должен быстро погружаться, необходимо непрерывно подавать ему нужный поток воздуха. Газы, входящие в состав воздуха, проходят через организм водолаза и поглощаются тканями тела. При этом количество поглощенного газа пропорционально его давлению. Во время подъема к поверхности давления воды и дыхательной смеси уменьшаются и значения парциальных давлений газов, ранее поглощенных тканями тела, становятся выше их значений в подаваемом воздухе. При этом поток газов поступает в кровеносную систему водолаза, которая транспортирует их в его легкие для выноса из тела. Если водолаз поднимается слишком быстро, то растворенные газы выделяются быстрее, чем удаляются из организма, и их пузырьки в итоге закупоривают кровеносные сосуды. Воздушная эмболия (кессонная болезнь) и представляет собой результат пагубного воздействия подобных пузырьков (образующихся из-за резкого уменьшения внешнего давления), которые приводят к конвульсиям.

Ступенчатая декомпрессия.

Глубоководные погружения стали возможны после экспериментов по образованию газовых пузырьков в кровеносной системе и удалению их оттуда, проводившихся учеными – французом П.Бером (ок. 1880) и англичанином Дж.Холдейном (ок. 1910). Холдейн обнаружил, что пузырьки газа выделяются из раствора при понижении давления более чем вдвое. Это открытие привело к разработке процедуры, известной под именем ступенчатой декомпрессии, в соответствии с которой водолаз при всплытии делает остановки заданной длительности на определенных глубинах. При этом из кровеносной системы без вреда для организма удаляются излишки газов. Поскольку количество газа, растворенного в тканях человеческого организма, зависит от глубины погружения и длительности работы под водой, время, необходимое для декомпрессии при выходе с конкретной глубины, зависит от времени, проведенного на ней. В связи с этим были составлены декомпрессионные таблицы, где для каждой рабочей глубины указываются глубины остановок и их длительность.

Водолазная техника.

Обычно водолазную технику подразделяют на глубоководную и неглубоководную. Глубоководная используется практически при любых погружениях, когда необходимо обеспечить максимальную защиту организма водолаза, т.е. при спасательных операциях у затонувших судов, их подъеме и ремонте. Неглубоководная применяется для водолазных работ небольшого объема, например, при проведении осмотров или поиска под водой в условиях хорошей видимости и умеренной температуры.

Глубоководная техника.

Основными составляющими глубоководного снаряжения водолаза являются шлем, костюм, грузовой ремень, водолазные галоши, регулирующий клапан, шланг подачи воздуха, обратный клапан, система связи, а также спасательный леер и система подачи воздуха. Шлем сделан из двух частей. Верхняя часть, в которой имеются окна (лицевое и два боковых), либо соединена с нижней шарниром, либо вообще съемная. В затылочной стороне шлема расположены шарнирно закрепленные патрубки для соединения с системами подачи воздуха и связи и блокировочный замок. Сбоку шлема находится выпускной клапан, через который стравливается выдыхаемый воздух. После надевания скафандра в него накачивается воздух, пока внутреннее давление не превысит внешнее на 0,02 МПа. Если внутреннее давление отличается от внешнего на бóльшую величину, срабатывает выпускной клапан и из скафандра выходит лишний воздух.

Водолазный костюм представляет собой цельное изделие из плотной прорезиненной ткани с уплотнительной горловиной из жесткой резины, через отверстия которой проходят болты крепления шлема, вваренные в его нижнюю часть (наплечный фланец). Весь скафандр в сборе – костюм вместе с рукавицами и шлемом – совершенно герметичен. По мере того, как подается воздух, объем газа в шлеме и костюме увеличивается, скафандр вздувается и плавучесть водолаза повышается. Возросшую выталкивающую силу компенсируют грузами водолазного ремня (36 кг) и водолазных галош (пара – 18 кг). Вес ремня подгоняется индивидуально с помощью съемных отдельных грузов. Кроме того, и шлем весит около 27 кг.

Одним из самых важных устройств в снаряжении водолаза, обеспечивающем его безопасность, является обратный клапан в системе подачи воздуха. Он расположен в месте соединения шлема со шлангом подачи воздуха и пропускает воздух только внутрь шлема, а обратно его не выпускает. Это особенно важно при сбоях в системе подачи воздуха или при внезапных повреждениях воздушного шланга. При таких обстоятельствах обратный клапан не позволит воздуху выйти из скафандра.

Связь водолаза с оператором на поверхности осуществляется с помощью ручной сигнализации или электротехнических средств. При ручной сигнализации подаются простые сигналы, о значениях которых заранее условились водолаз с оператором. В соответствии с этой договоренностью водолаз дергает за спусковой леер нужное число раз. Хотя это самый распространенный вид связи, его возможности весьма ограничены. Электротехнические средства обычно представляют собой телефонную линию для одновременной двухсторонней связи между водолазом и оператором, по которой при необходимости можно обмениваться информацией.

Техника малых глубин.

Водолазная техника для малых глубин состоит, как правило, из шлема с навесными свинцовыми грузами, гидрокостюма, воздушного шланга и ручного насоса. В 1942 в легководолазном снаряжении вместо шлема стали использовать маску. В новые комплекты легководолазного снаряжения входят маска, обратный клапан, водолазный ремень, воздушный шланг, ручной насос и емкость со сжатым воздухом. Маска, в отличие от шлема, позволяет подводнику принимать любое положение на глубине.

В годы Второй мировой войны английские и итальянские моряки независимо одни от других создали свои легководолазные комплекты, которые представляли собой доработанные модификации спасательного средства Дейвиса. Такой комплект состоит из эластичного резинового гидрокостюма, плотно облегающего все тело, кроме кистей рук. В капюшоне костюма английской модели имеется смотровое отверстие, сквозь которое проходит ко рту дыхательная трубка. В итальянском комплекте маска отделена от костюма. Комплекты обоих типов снабжены дыхательными емкостями, куда подается кислород из небольших цилиндрических баллонов, закрепленных на спине подводника. В снаряжении имеется устройство с поглотителем выдыхаемого углекислого газа, что позволяет увеличить запас кислорода и исключить след из воздушных пузырьков на водной поверхности.

Погружение.

Пока водолаза облачают в скафандр, на судне идет подготовка к его погружению: опускается до дна спусковой леер, к борту крепится подвесная лестница, проверяется работоспособность систем подачи воздуха и связи. Когда водолаз готов к погружению, он сигнализирует об этом оператору. В процессе погружения подводник то и дело нажимает на регулирующий клапан подачи, чтобы выравнивать давление внутри скафандра с внешним и увеличивать необходимый объем воздуха. Скорость погружения водолаза зависит от его способности быстро подстраивать условия в скафандре к изменениям внешнего давления. Если внешнее и внутреннее давления различаются, то у водолаза прежде всего появляется боль в ушах из-за нарастания давления на барабанные перепонки. Обычно, чтобы выровнять внешнее и внутреннее давления на барабанные перепонки, достаточно зевнуть или сглотнуть либо, прижав нос к боковине шлема, сделать резкий выдох с закрытым ртом.

Работа на дне.

Достигнув дна, водолаз прежде всего поочередно несколько раз нажимает на выпускной и регулирующий клапаны и тем подлаживает свое снаряжение так, чтобы в нем хорошо дышалось и удобно работалось. То, что давление воздуха и его объем внутри скафандра достаточны после регулировки с помощью клапанов, большинство водолазов определяет по приподниманию шлема над плечами. Затем оператор оповещается, что внизу все нормально, и водолаз начинает продвигаться к рабочему месту, держась за отводной леер, закрепленный на конце спускового.

Чтобы улучшить видимость, предлагалось пользоваться светом электрических фонарей. Но оказалось, что пределы проникновения света в мутной воде весьма ограничены, и электрические фонари в таких условиях редко используются.

По завершении работы или по истечении рекомендованного времени пребывания на глубине водолаз возвращается вдоль отводного леера к спусковому, где и сообщает оператору о своем прибытии. После этого его поднимают на первую подводную остановку и начинают ступенчатую декомпрессию.

Гелио-кислородные дыхательные смеси.

С совершенствованием водолазного снаряжения и методов погружения подводники уходили все глубже и глубже, пока не обнаружилось, что ниже некоторой глубины обычный воздух становится малопригодным для дыхания. Выяснилось, что сжатый кислород токсичен, а сжатый азот оказывает наркотическое действие на водолаза, от которого тот теряет ориентацию и совершает непредсказуемые поступки. Для подавления наркотического эффекта в дыхательную смесь ввели нейтральный газ гелий, так как молекулярная масса и растворимость в крови у него ниже, чем у азота. Опыты показали, что необходимое процентное содержание кислорода в такой дыхательной смеси поддерживать нетрудно.

Хотя гелио-кислородные смеси оказались приемлемыми для погружений на большие глубины, для их использования потребовалось усовершенствовать водолазное снаряжение. В частности, для уменьшения объема и массы портативных баллонов с такой дыхательной смесью был уменьшен ее расход с помощью вделанного в шлем устройства рециркуляции газа.

Далее, оказалось, что из-за высокой теплопроводности гелия при погружениях с гелио-кислородными смесями водолазы быстро мерзнут, и в костюм подводника пришлось вводить поддевку с электрическим подогревом. Отметим также, что из-за различия плотностей гелио-кислородной смеси и нормального воздуха звучание человеческого голоса в ней изменяется, поэтому при работе с новыми дыхательными составами понадобились компенсаторы для регулировки тембра.

Газы, которые служат для обеспечения дыхания, при росте давления изменяют свою биологическую активность, причем каждый газ проявляет новые свойства, часто вредные для организма. Наш организм нуждается в постоянном притоке кислорода. Если содержание О₂ при обычном давлении ниже 16%, то наступает явление кислородного голодания, вызывающего внезапную потерю сознания. Если же дышать чистым О₂, то через двое-трое суток даже у совершенно здоровых людей наступает отек легких. При увеличении давления это явление наступает гораздо раньше: уже примерно через два часа на глубине 10-15 м при дыхании чистым кислородом могут наступить судороги, полная потеря сознания. Поэтому по мере увеличения глубины и, следовательно, степени сжатия вдыхаемого воздуха содержание в нем кислорода должно снижаться. Например, на глубине 100 м во вдыхаемой смеси допускается не более 2-6% О₂, а на глубине 200 м - всего 1-3% О₂. Весь остальной объем смеси занимает газ-разбавитель. В земной атмосфере таким газом-разбавителем служит азот. При нормальном давлении он инертен к нашему организму. Однако при погружении водолаза на глубину 40-60 м азот вызывает у человека "азотный наркоз", сходный с алкогольным опьянением: нарушение критического мышления, беззаботное отношение к собственной безопасности, веселое настроение. Были случаи, когда подобное азотное опьянение приводило к гибели водолаза. Хорошим разбавителем кислорода оказался гелий Не - химически инертный газ, не имеющий ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Гелий безвреден для человека и не вызывает при большом давлении наркотических явлений. Впрочем, есть у гелия один изъян: сжатый гелий делает человеческую речь неразборчивой, похожей на паническое утиное кряканье. Кроме того, гелий из-за высокой теплопроводности при резких движениях гидронавтов в подводном доме может вызвать переохлаждение тела.

Cайт посвящен дайвингу и погружениям в России. Наша цель - создание интересного и полезного ресурса про подводный мир и его исследование.

Легкие под водой

Для того чтобы разобраться в технических проблемах водолазного дела, необходимо знать в общих чертах строение легких и взаимосвязь дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Легкие являются тем органом, где происходит обогащение крови кислородом и очищение ее от двуокиси углерода. Этот газообмен осуществляется в альвеолах, крошечных воздушных мешочках диаметром около 0,2 мм, оплетаемых легочными капиллярами.

Газ вводится в легкие и выводится из них благодаря работе двух групп мышц. Первичным двигателем респираторной системы является диафрагма — мышца, отделяющая брюшную полость от грудной. При вдохе средняя часть диафрагмы сокращается, увеличивая объем грудной клетки. Одновременно под действием мышц грудной клетки слегка расходятся ребра, что также увеличивает объем грудной клетки.

В результате увеличения объема снижается давление в дыхательных путях и в альвеолах и в легкие через нос и рот устремляется свежий атмосферный воздух. Выдох — это пассивный процесс: происходит расслабление диафрагмы и мышц грудной клетки, объем последней сокращается и воздух исторгается из легких. На начальной стадии выдоха из дыхательных путей выходит обычно газ, не достигший альвеол. В конце выдоха, из альвеол выходит газ с высоким содержанием двуокиси углерода и малым процентом кислорода.

Эластичность грудной клетки является регулирующим фактором при свободном погружении человека на глубину. Когда ныряльщик уходит под воду, он закрывает свои дыхательные пути и его легкие подвергаются воздействию повышенного давления и сжатию. Наличие диафрагмы и мышц грудной клетки позволяет легким сжиматься, поэтому давление внутри легких всегда уравнивается с давлением окружающей человека воды,-До тех пор пока предел эластичности не превышен, разность внешнего и внутреннего давлений отсутствует и ныряльщик не испытывает неприятных ощущений.

Мышцы грудной клетки не в состоянии исторгнуть весь воздух из легких. У тренированного ныряльщика с нормальными физиологическими данными объем воздуха, который остается в дыхательных путях после форсированного выдоха, составляет примерно 20% объема легких. Обследования опытных ныряльщиков показывают, что с помощью соответствующих упражнений можно добиться увеличения объема легких. Остаточный же объем воздуха в легких у ныряльщиков почти такой же, как и у неныряльщиков.

Диффузия. Гипервентиляция. Диффузия газа из альвеол в легочные капилляры через пористые пленочные стенки происходит аналогично диффузии газа над открытым сосудом с жидкостью. Соприкасаясь с поверхностью жидкости, газ растворяется в последней пропорционально давлению газа и в соответствии с физическими свойствами этой жидкости. Если в жидкость попадает и выходит из нее одновременно одинаковое количество газовых молекул, то принято считать, что система находится в состоянии равновесия. Чем выше давление газа, тем больше его молекул бомбардирует жидкость и растворяется в ней. На границу раздела дыхательной и кровеносной систем, проходящую в альвеолах, кровь поступает с малым количеством растворенных в ней молекул кислорода и высоким содержанием молекул двуокиси углерода. Газовая смесь, находящаяся по другую сторону пористой пленки, имеет иную концентрацию указанных газов,^ в результате чего происходит газообмен, восстанавливающий состояние равновесия.

Несколько лет назад д-р Сук Ки Хонг совместно с д-м Германом Раном провел любопытное исследование газообмена у ны-рялыциц ама. Согласно опубликованным данным, альвеолярный газ у нырялыциц, находящихся на суше в состоянии покоя, имеет следующий состав: 14,3% кислорода, 5,2% двуокиси углерода и 80,5% азота. После проведения гипервентиляции1 состав альвеолярного газа изменился следующим образом: 16,7% кислорода, 4% двуокиси углерода и 79,3% азота.

При свободном погружении нырялыциц на глубину 12 м объем легких сократился немногим более чем в два раза по сравнению с обычным, и, следовательно, плотность воздуха, заключенного в легких, увеличилась вдвое по сравнению с атмосферной. Повышенное давление привело к тому, что большее количество кислорода проходило через диффузионную перегородку для восстановления равновесия системы. Уровень содержания кислорода в легких сокращался примерно до 11,1%. Одновременно имело место нежелательное явление. Уровень содержания двуокиси углерода в легких также снижался с 4% до 3,2%: в результате повышенного давления двуокись углерода вместо того, чтобы переходить из крови в альвеолы, фактически переходила из альвеол в кровь.

При всплытии нырялыциц их легкие расширялись до нормального объема с сопутствующим падением внутреннего давления и плотности газа. Избыточная двуокись углерода в крови быстро высвобождалась и диффундировала в легкие. Уменьшение плотности кислорода оказалось чреватым более серьезными последствиями. В ходе указанных опытов было обнаружено, что содержание кислорода падает фактически до такого уровня, при котором переход кислорода из легких в кровь невозможен. Некоторые исследователи утверждают, что процесс при этом становится обратным, т. е. кислород высвобождается из крови и диффундирует в легкие. Были высказаны предположения, что такое обращение процесса может послужить причиной смертельных случаев, имеющих место при свободном нырянии на глубину. Для того чтобы исключить накопление опасных для человеческого организма последствий ряда последовательных погружений, необходимо после каждого свободного погружения принимать меры для восстановления нормальной работы дыхательно-кровеносной системы.

Закон парциальных давлений. Одним из наиболее важных параметров, характеризующих газы,’ является парциальное давление, которое мы будем неоднократно рассматривать при обсуждении физиологии подводного дела, способов погружения и подводного снаряжения. Закон парциальных давлений, несмотря на свое непонятное название,— самый простой из всех законов, относящихся к газам. Для аналогии приведем такой пример: группа разновесков, положенных на весы, оказывает на чашу весов давление независимо от наличия на ней других гирь. Если мы рассмотрим поведение газовых молекул в контейнере, то установим, что часть давления, которая создается одним типом молекул и называется парциальным давлением этого вида молекул, будет неизменной независимо от наличия в контейнере любых других газов.

Возвратимся к нашему примеру с жидкостью в открытом сосуде и газом. На этот раз газом будет смесь кислорода с азотом. Газовая смесь и жидкость достигли состояния равновесия. Если теперь в газовую смесь ввести дополнительное давление кислорода, то в жидкости растворится большее количество молекул кислорода. При этом давление, оказываемое на газ азотом, останется прежним.

Токсичность газов. Организм обладает пределом восприимчивости по отношению к газам, которые человек вдыхает. Даже кислород при высоком парциальном давлении становится токсичным для организма. Кроме критического предела парциального давления газа существует индивидуальная восприимчивость (толерантность) по отношению к газам. Токсичность концентрации газа является функцией этой восприимчивости, последняя же может меняться ежедневно в зависимости от длительности вдыхания данной газовой смеси, от физической нагрузки при этом и от окружающей человека среды.

Согласно правилу, применяемому в практике водолазного дела, водолаз не должен пользоваться дыхательной смесью, в которой парциальное давление кислорода первышает 2 атм. Когда человек дышит чистым кислородом на поверхности моря, парциальное давление кислорода составляет 1 атм; при вдыхании чистого кислорода на глубине 10 м парциальное давление кислорода увеличивается до 2 атм. Указанный предел можно безболезненно превышать в течение непродолжительных периодов времени, хотя статистически риск отравления кислородом очень велик.

Доктор Эдвард X. Ланфьер вывел кривую кислородного предела для человека (рис. 6), с помощью которой легко определить границы безопасного погружения с использованием чистого кислорода в качестве дыхательного газа. Результаты более ранних экспериментов, проведенных в 1947 г. К. У. Дональдом для изучения изменения восприимчивости организма к кислороду, свидетельствуют о большом разбросе полученных данных (условия ряда последовательных экспериментов были одинаковыми). Эти эксперименты, проводимые на протяжении 90 дней, состояли в том, что один и тот же водолаз дышал чистым кислородом при давлении 3,12 атм (соответствующем глубине 21 м) до тех пор, пока не наступали симптомы кислородного отравления. В 20 отдельных экспериментах время пребывания водолаза в указанных условиях колебалось от 9 до 150 мин (рис. 7).

Непостоянство чувствительности организма одного и того же испытуемого к высокому парциальному давлению кислорода

Рис. 6. Предельные периоды времени, в течение которых человек может дышать 100%-ным кислородом. На заштрихованном участке указаны периоды, в течение которых человек на данной глубине может дышать кислородом без каких-либо вредных последствий для здоровья. На участке с двойной штриховкой показаны глубины и периоды времени, допускаемые лишь в особых случаях.

Рис. 7. Водолаз обладает различной восприимчивостью к кислороду при повышенном давлении среды. Время появления симптомов кислородного отравления (подергивание губ) в каждом из 20 экспериментов отмечено точкой.

До тех пор пока водолаз дышит обычным воздухом и кровообращение его обеспечивает постоянный приток кислорода в организм, проблемы низкого парциального давления кислорода, как правило, не возникает. Но при дыхании необычными газовыми смесями, компоненты которых смешиваются искусственно, механически, появляется вероятность того, что организм водолаза не получит достаточного количества кислорода, необходимого для жизнедеятельности. Нормальное парциальное давление кислорода составляет 0,2 атм, и организм может переносить лишь незначительные отклонения от этого значения. Дыхание газовой смесью с 15%-ным содержанием кислорода (парциальное давление 0,15 атм) вызывает у многих людей сонливость и утрату остроты мышления. При падении парциального давления до 0,10 атм (10% кислорода в смеси) происходит такое уменьшение содержания кислорода в крови, при котором нарушаются нормальные функции организма. Для обычных кратковременных подводных работ установлен предел парциального давления кислорода, равный 0,18 атм. Следовательно, независимо от глубины погружения значение парциального давления кислорода, которое считается в целом приемлемым для дыхательных смесей, находится в пределах между 0,18 и 1,8 атм. При проектировании подводного снаряжения эти пределы принимаются равными соответственно 0,20 и 1,4 атм.

Двуокись углерода, парциальное давление которой в легких составляет обычно 0,04 атм, вызывает исключительно сильные изменения в организме, если указанное давление повышается до 0,10 атм. Вначале она действует на регулирующие центры мозга, вызывая учащенное дыхание. У некоторых людей эти начальные реакции не отмечаются, и при постепенном повышении концентрации двуокиси углерода человек может ничего не ощущать даже при более высоких показателях парциального давления С02. При парциальном давлении двуокиси углерода 0,15 атм у человека начинаются судороги и наступает беспамятство. Основная причина высокого содержания СОг в организме — плохая вентиляция легких, хотя причинами могут оказаться также неисправность оборудования, неправильный режим погружения или плотность дыхательной смеси.

Плотность газа. При увеличении глубины погружения задержка организмом С02 ввиду нарушения нормального газообмена становится труднопреодолимым препятствием. Одна из главных причин задержки — увеличение плотности самого газа. На глубине 210 м плотность дыхательной смеси будет примерно в 22 раза выше ее плотности на поверхности океана, и для вдыхания и выдыхания такого плотного газа потребуется пропорционально больше затрат энергии. Кроме того, с увеличением плотности повышается турбулентность газовых молекул, в результате чего эффективность вентиляции легких и одновременного удаления из них двуокиси углерода значительно снижается.

Техника освоения морских глубин. Пер. с англ. Л., “Судостроение”
Дж.Кенни.

Задержать дыхание человек может только на относительно небольшое время, до нескольких минут. Поэтому для глубоководных длительных погружений необходимо дополнительное снаряжение и запас смеси газов, который обеспечит ныряльщику дыхание под водой. На сегодняшний день существуют дыхательные смеси различных типов, отличные друг от друга составом и свойствами.

Некоторые из них применяют, чтобы сократить или вовсе убрать эффект декомпрессии. Другие служат для погружений на большие глубины и призваны предотвратить отравление, которое могут вызвать в этих условиях газы, растворяясь в крови человека.

Так чем же дышат под водой водолазы?

Самой первой дыхательной смесью, которую человек использовал для дыхания под водой, был воздух. Еще в трудах древнегреческого ученого Аристотеля можно найти упоминание о погружениях с перевернутым котлом, заполненным воздухом. Впоследствии эта технология стала прототипом водолазного колокола. Воздух и сейчас применяется для погружений на малые глубины.

Обогащенный воздух помогает водолазу дольше оставаться под водой. При этом риск развития кессонной болезни меньше, чем при использовании воздуха. Но, такие смеси нельзя использовать на больших глубинах. Чем глубже опускается под воду ныряльщик, тем большее давление оказывает на его организм толща воды. При этом кислород начинает проявлять токсические свойства. Чем больше процент кислорода в смеси, тем короче становится время безопасного нахождения под водой и уменьшается глубина, на которой нет риска отравиться.

Обедненный воздух – это еще один вариант смесей из серии нитрокс. В них процент кислорода понижен. Их использование предотвращает отравление кислородом. К сожалению, при их применении необходимо затрачивать больше времени на всплытие. Современные водолазы почти не пользуются этим видом смеси.

Следующим этапом развития дыхательных смесей стала замена в них азота гелием. Эти смеси называются геликсными. Их недостатком оказалось возбуждающее действие, проявляемое ими на больших глубинах. На сегодняшний день такие смеси применяются крайне редко.

Тримиксные смеси являются наиболее употребляемыми дыхательными смесями для самых глубоких погружений. Их используют при длительных водолазных работах на глубинах до пятисот метров. Например, при спасении людей с затонувших подводных лодок. Единственный существенный недостаток этих смесей – это их высокая цена.

Разработка новых дыхательных смесей продолжается. Она основывается на все более полном познании биофизических процессов, происходящих в организме человека на больших глубинах под воздействием давления.

Давление воды на большой глубине несколько изменяет процесс дыхания человека. На берегу организму для полноценного дыхания требуется около семнадцати процентов кислорода. На глубине примерно в двадцать метров эта потребность снижается до шести процентов.

Избыток кислорода на глубине вызывает отравление, которое может привести к отеку легких, судорогам, конвульсиям и даже к смерти. Применение чистого кислорода делает опасным погружение ниже шести метров.

Использование дыхательных смесей под водой имеет несколько направлений. Они служат для заполнения баллонов аквалангов. С помощью этих смесей создаются необходимые условия для декомпрессии в барокамерах. Из специальных дыхательных смесей создается пригодная для дыхания атмосфера в подводных лодках. Разные смеси применяют для поддержания дыхания ныряльщика в водолазном скафандре.

Современные водолазные скафандры инжекторно-регенеративного типа оборудуются воздушно – кислородным или гелиокислородным снаряжением. Оно позволяет проводить работы на глубине около ста метров и более. Глубина погружения в этом случае зависит от состава дыхательной смеси и конструкционных возможностей скафандра. В регенеративной коробке таких скафандров дыхательная смесь может полностью или частично восстанавливаться. Длительность пребывания под водой регулируется мощностью регенеративной коробки.

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.

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.

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.

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.

В период декомпрессии и некоторое время после нее ЖЕЛ также оказывается уменьшенной в связи с увеличенным притоком крови в легкие.

Отрицательно влияет на дыхательную систему 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.

Читайте также: