Мышечная деятельность в условиях пониженного и повышенного атмосферного давления, а также относительной невесомости

Развитие острой высотной болезни зависит от высоты, скорости восхождения и индивидуальной восприимчивости [17]. Ряд исследований был по­священ изучению частоты возникновения этой бо­лезни у групп альпинистов. Результаты оказались весьма противоречивыми и колебались от 0,1 до 53 % на высоте 3 000 - 5 500 м (9 840 - 18 044 фута). По сообщениям Форстера, у 80 % человек, поднявшихся на вершину вулкана Мауна-Коа (4 205 м, или 13 796 футов) на Гавайских остро­вах, были выявлены симптомы острой высоко­горной болезни [13]. Эти симптомы значительно колеблются на высоте 2 500 — 3 500 м (8 200 — 11 480 футов), на которую обычно поднимаются любители лыж и путешественники. Острая вы­сотная болезнь на такой высоте наблюдается у 6,5 % мужчин и 22,2 % женщин (причина такого различия пока неясна) [36].

Хотя причина возникновения острой высот­ной болезни окончательно не установлена, резуль­таты ряда исследований свидетельствуют, что у людей с максимальным проявлением заболевания наблюдается слабая вентиляторная реакция на гипоксию [18, 22, 25]. У некоторых людей в усло­виях среднегорья и высокогорья снижаются час­тота и глубина дыхания. Такая пониженная вен­тиляция приводит к накоплению в тканях диок­сида углерода, что может быть причиной возникновения большинства симптомов высотной болезни.

Острая высотная болезнь может приводить к бессоннице, несмотря на очевидное утомление;

как показывают исследования, это может быть обусловлено нарушением стадий сна [42]. Кроме того, у некоторых людей наблюдается так назы­ваемое дыхание Чейн-Стокса, не позволяющее человеку расслабиться и уснуть. Дыхание Чейн-Стокса характеризуется чередованием частого и медленного поверхностного дыхания, включаю­щего периоды почти полного его прекращения. Приступы такого дыхания учащаются с увеличе­нием высоты, и продолжаются в течение 24 % времени, проведенного на высоте 2 440 м (8 005 футов), 40 % — на высоте 4 270 м (14 009 футов) и 100 % — на высоте свыше 6 300 м (20 669 футов) [39, 43].

Как избежать острой высотной болезни? Нам хотелось бы думать, что физически лучше подго­товленные люди менее восприимчивы к этому заболеванию, однако прямых доказательств этого пока нет. Хорошо подготовленный с точки зре­ния уровня выносливости спортсмен оказывает­

ся плохо защищенным от действия гипоксии, поскольку процент снижения МПК у всех людей одинаков.

Профилактика и лечение высотной болезни, как правило, предполагают постепенное восхож­дение и проведение нескольких дней на более низких высотах. Постепенное восхождение (не более 300 м в день), начиная с высоты 3 000 м (9 843 фута), по мнению специалистов, сводит к минимуму риск возникновения высотной болез­ни. Для устранения симптомов острой высотной болезни используют два препарата: ацетазоламид и дексаметазон, которые следует применять под наблюдением врача. Эффективным средством ле­чения острой высотной болезни является, есте­ственно, возвращение на более низкую высоту.

В отличие от острой высотной болезни, отек легких, т.е. накопление жидкости в легких, пред­ставляет угрозу для жизни пострадавшего. При­чина возникновения отека легких в условиях вы­сокогорья неизвестна. Чаще всего он наблюдает­ся у тех, кто быстро взошел на высоту более 2 700 м (8 858 футов). Заболевание может возникнуть у физически здоровых людей, но чаще всего — у детей и молодых людей. Накопление жидкости мешает движению воздуха через легкие, приводя к одышке и чрезмерному утомлению. Нарушение нормального дыхания отрицательно сказывается на насыщении крови кислородом, вызывает по­синение губ и ногтей, спутанность и потерю со­знания. Лечение предполагает введение дополни­тельного количества кислорода и перемещение пострадавшего на более низкую высоту.

Известны редкие случаи возникновения в ус­ловиях высокогорья отека мозга, представляющего собой накопление жидкости в черепной плоско­сти. Это заболевание характеризуется спутаннос­тью сознания, переходящей в кому и смерть. Боль­шинство случаев отека мозга наблюдали при вос­хождении на высоту более 4 300 м (14 106 футов). Причина возникновения этого осложнения в ус­ловиях высокогорья неизвестна. Лечение предпо­лагает введение дополнительного количества кис­лорода и перемещение пострадавшего на более низкую высоту.

1. Острая высотная болезнь, как правило, со­провождается такими симптомами, как головная боль, тошнота, рвота, бессонница и одышка, ко-

2. Точная причина возникновения острой вы­сотной болезни неизвестна, по мнению многих ученых, симптомы болезни могут быть обуслов­лены аккумуляцией в тканях диоксида углерода.

3. Постепенное восхождение (не более 300 м, или 984 фута, в день) на высоту более 3 000 м (9 843 фута) обычно предотвращает возникнове­ние острой высотной болезни. Возможно также использование лекарственных препаратов.

4. Отек легких и мозга, представляющие со­бой накопление жидкости в легких или черепной полости, могут привести к летальному исходу. Ле­чение предполагает введение дополнительного количества кислорода и перемещение пострадав­шего на более низкую высоту.

Популярность подводного плавания со специ­альными дыхательными аппаратами или с аква­лангом представляет собой в своем роде уникаль­ный вызов физиологии человека. Кроме термаль-ных действий воды (см. главу 11), организм подвергается воздействию повышенного атмос­ферного давления. В этих условиях повышается давление газов, содержащихся в околоносовых пазухах, дыхательных путях, желудочно-кишечном тракте и жидкостях организма. В следующих раз­делах мы рассмотрим, как влияет на физиологи­ческие реакции организма погружение в воду.

ПОГРУЖЕНИЕ В ВОДУ И ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВ

Наполненный воздухом шар при погружении в воду быстро сжимается. Даже над поверхнос­тью воды воздух, которым мы дышим, находится под давлением атмосферы (1 атмосфера, или 760мм рт.ст. на уровне моря). При погружении на глубину 10 м (33 фута) вода оказывает на тело человека дополнительное давление, равное 760 мм рт.ст. Ввиду большой плотности воды по сравнению с воздухом давление на этой глубине (10м) равно давлению, которое испытывает че­ловек при погружении в шахту на глубину 6 000 м (19 685 футов).

Вспомним, что объем и давление имеют об­ратно пропорциональную связь: с повышением давления объем уменьшается. Как видно из рис. 12.5, объем воздуха, который мы вдохнули на по­верхности, сокращается наполовину при погру­жении в воду на глубину 10 м. При дальнейшем погружении его объем будет постепенно снижать­ся. Например, на глубине 30 м (98,4 фута) объем

легких составит всего 25 % объема на поверхнос­ти земли.

Наряду с этим объем воздуха, который вы вдох­нули, находясь на глубине 10 м под водой, увели­чится вдвое в тот момент, когда вы достигнете поверхности воды. В этой связи рассмотрим по­гружение в воду со специальными дыхательными аппаратами (аквалангами). Крайне опасно делать глубокий вдох на глубине 10 м (33 фута) под во­дой и задерживать дыхание по мере подъема на поверхность, поскольку объем воздуха в легких увеличится. Прежде чем вы достигнете поверхно­сти воды, ваши легкие чрезмерно растянутся, про­изойдет разрыв альвеол, легочное кровотечение и коллапс (спонтанный пневмоторакс, который рас­сматривается дальше). Если вследствие этих по­вреждений пузырьки воздуха попадут в систему кровообращения, могут возникнуть эмболия и блокада главных сосудов, ведущие к значитель­ным повреждениям тканей и даже смерти. По­этому любителям подводного плавания при подъе­ме наверх необходимо делать выдох.

Таблица 12.4. Влияние глубины погружения в воду на парциальное давление вдыхаемого кислорода (Ро2 ) и азота (Р„ ), мм рт.ст.

Глубина,м	Общее давление	^	^
0 760 159 600
10 1,520 318 . 1,201
20 2,280 477 1,802
30 3,040 636 2,402

В отличие от газов жидкости организма не под­даются сжатию, поэтому увеличение глубины или давления не оказывают на них заметного влияния. Вместе с тем мы не можем не учитывать давление, оказываемое водой на газы (кислород, азот и диок­сид углерода), растворенные в жидкостях организ­ма. Вдыхание воздуха на глубине 10 м увеличивает парциальное давление каждого из этих газов вдвое (табл. 12.4). На глубине около 30 м парциальное давление этих газов в 4 раза больше, чем на поверх­ности воды. Такое увеличение парциального давле­ния приводит к тому, что большее число молекул этих газов растворяется в жидкостях организма. Если во время подъема на поверхность давление снижа­ется слишком быстро, парциальное давление этих газов в жидкостях организма превысит давление воды. Вследствие этого газы тканей выходят из жид­костей, образуя пузырьки. Более подробно это яв­ление рассматривается дальше.

В ОБЗОРЕ...

1. При погружении тела в воду оно подверга­ется действию повышенного атмосферного дав­ления.

3. При погружении тела в воду в жидкостях орга­низма увеличивается число растворенных молекул газов, которые при быстром подъеме на поверх­ность выходят из жидкости, образуя пузырьки.

РЕАКЦИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ НА ПОГРУЖЕНИЕ В ВОДУ

Погружение в воду снижает нагрузку на сердеч­но-сосудистую систему. При погружении тела в воду по шею давление оказывается на нижнюю его часть, что значительно снижает скопление крови и спо­собствует ее возврату в сердце, тем самым умень­шая работу, выполняемую сердечно-сосудистой си­стемой. Кроме того, увеличивается объем плазмы о чем свидетельствует уменьшение содержания ге^ моглобина и гематокрита. Вследствие этого, даже при частичном погружении тела в воду, ЧСС в по­кое снижается на 5 — 8 ударов-мин"'. Более того,

17 ,,„-

погружение в воду лица еще больше снижает ЧСС. Это — результат атонического бульбофациального рефлекса, характерного для многих млекопитающих.

1 2 3 Потребление кислорода, л / мин

Ныряние с задержкой дыхания — старейшая форма ныряния, популярная и в наше время. Продолжительность задержки дыхания опреде­ляется "точкой разрыва непрерывности", при ко­торой человек не способен противостоять побуж­дению сделать вдох. Потребность выполнения вдоха, находясь под водой, обусловлена накоп­лением диоксида углерода в крови, что, как вы должны помнить из главы 9, является наиболее побудительным стимулом дыхания. Повышение либо частоты, либо глубины дыхания (гипервен­тиляция) непосредственно перед погружением увеличивает выведение диоксида углерода из тка­ней тела. Это может продлить период задержки дыхания [26]. Вместе с тем следует отметить, что гипервентиляция не увеличивает содержание кис­лорода в крови. Таким образом, хотя гипервен­тиляция повышает продолжительность задерж­ки дыхания, она тем не менее не увеличивает резервы кислорода. У некоторых людей артери­альные уровни кислорода могут понизиться на­столько, что человек теряет сознание, прежде чем накопление СОд в крови заставит его подняться на поверхность [II].

Плавание, как правило, не связано с возник­новением проблем, касающихся давления в со­держащих воздух органах и тканях тела (легких, дыхательных путях, пазухах, среднем ухе и т.п.). В то же время погружение на 1 — 2 м под воду очень быстро приводит к повышению давления в них. Это может вызывать ощущение дискомфор­та в ушах и пазухах, если только давление газов в них не оказывается равным давлению воды. Урав­новешивание давления осуществляется зажиманием носа и выдуванием воздуха в среднее ухо и пазухи.

При погружении под воду с задержкой дыха­ния грудная клетка сжимается, а объем воздуха, находящегося в легких, уменьшается вследствие увеличивающегося давления воды на тело. В кон­це концов объем легких может уменьшиться до величины остаточного объема легких, но не боль­ше. Вспомним, что остаточный объем— это объем воздуха, остающийся в легких после кон­ца максимального выдоха, т.е. это количество воздуха, которое нельзя выдохнуть. Если чело­век попытается опуститься ниже после этого, кровеносные сосуды легких и дыхательных пу­тей могут лопнуть, поскольку давление крови в них превысит давление воздуха. Поэтому предел погружения при задержке дыхания определяется отношением общего объема легких (ООЛ) к ос­таточному (00).

У взрослого человека среднее отношение ООЛ к 00 составляет 4 : 1 или 5:1. Давление воды на глубине 20 — 30 м вполне достаточно, чтобы сни­зить объем грудной клетки и легких до величины остаточного объема. Вместе с тем люди с боль­шим ООЛ и меньшим 00 могут погружаться на большую глубину. Так, например, японские ис­катели жемчуга ежедневно погружаются на глу­бины, почти соответствующие предельным (ис­ходя из отношения ООЛ к 00). Рекорд мира в погружении с задержкой дыхания равен 73 м. Он был установлен ныряльщиком, который почти на 12 м превысил предел, определенный отношени­ем ООЛ к 00.

Газы, содержащиеся в организме ныряльщи­ка, не единственная проблема, которую ему при­ходится решать при погружении. Сжимается так­же воздух, попавший в его очки или маску. Сжа­тие этого воздуха также ограничивает глубину погружения, поскольку при чрезмерном сжатии воздуха могут лопнуть кровеносные сосуды глаз и лица. Поэтому ныряльщики за жемчугом, ре­гулярно погружающиеся на глубину не менее 5 м (16 футов), одевают специальные очки, в ко­торые попадает очень незначительное количе­ство воздуха, что в определенной мере снижает вероятность повреждения кровеносных сосудов глаз.

1) одного или нескольких баллонов с возду­хом под давлением до 5,74 — 8,61 М-м~² (2 000 — 3 000 фунтов на квадратный дюйм);

2) первого регулирующего клапана, обеспечи-

Рис. 12.7. Акваланг с незамкнутой цепью:

1 — гибкий шланг, по которому подается воздух; 2 — выпускной клапан; 3 — дополнительный выпускной кла­пан; 4 — второй регулирующий клапан; 5 — мундштук;

6— первый регулирующий клапан; 7— баллон с возду­хом под давлением 3 000 фунтов на квадратный дюйм

вающего понижение давления воздуха, поступа­ющего из баллона, до нормального для дыхания (около 0,40 М-м~², или 140 фунтов на квадратный дюйм);

3) второго регулирующего клапана, обеспечи­вающего выпускание воздуха (по потребности), давление которого равно давлению воды;

4) одностороннего дыхательного клапана, по­зволяющего вдыхать сжатый воздух в легкие и выдыхать в воду.

Поскольку выдыхаемый воздух не возвраща­ется в баллон, этот тип аппарата называется ак­валангом незамкнутого потребления. Продолжи­тельность пребывания под водой зависит от глу­бины погружения: чем глубже находится человек под водой, тем больший необходим поток возду­ха, чтобы компенсировать давление воды. По­скольку объем воздуха, необходимого человеку, изменяется в зависимости от глубины погруже­ния, его поступление из баллона ограничивается глубиной погружения. Содержание одного бал­лона, например, можно израсходовать всего за несколько минут при погружении на глубину 60 — 70 м (197 — 230 футов), тогда как на глубине 6 — 7 м (20 —23 фута) его хватит на 30 — 40 мин.

В ОБЗОРЕ...

1. Вода снижает нагрузку на сердечно-сосудис­тую систему. При погружении тела в воду увеличи­вается также объем плазмы. Вследствие этих фак­торов ЧСС в покое уменьшается даже при частич­ном погружении тела в воду. Еще больше уменьшается ЧСС при погружении в холодную воду.

2. Для увеличения продолжительности задер­жки дыхания при погружении в воду без дыха­тельных аппаратов часто практикуют гипервен­тиляцию. Однако это может привести к опасному понижению уровней кислорода в организме, след­ствием которого может быть потеря сознания при нахождении под водой.

3. При погружении в воду с задержкой дыха­ния на глубину всего 1 — 2 м (3 — 6 футов) давле­ние газов в организме может повыситься. На боль­шой глубине объем воздуха в легких может умень­шиться до величины остаточного объема, но не меньше.

4. Глубина погружения с задержкой дыхания определяется отношением общего объема легких к остаточному объему. Люди, имеющие большое отношение ООЛ к 00, могут опускаться на боль­шую глубину.

5. Многие из проблем, возникающих при по­гружении с задержкой дыхания, решает специ­альный дыхательный аппарат — акваланг, дающий возможность дышать находящимся под давлени­ем воздухом.

ФАКТОРЫ РИСКА, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ УСЛОВИЯМИ ПОВЫШЕННОГО АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Совершенствование подводных дыхательных аппаратов позволяет человеку опускаться все глуб­же и на более продолжительное время. Однако это также повышает степень риска для здоровья. При погружении человека в воду давление возду­ха в дыхательном аппарате должно соответство­вать давлению воды. Это повышает парциальное давление всех газов дыхательной смеси и увели­чивает градиент давления, обеспечивающий по­ступление кислорода и азота в ткани тела, а по­вышенное парциальное давление диоксида угле­рода в альвеолах приводит к снижению градиента давления, способствующего его выведению лег­кими. Таким образом, вдыхание находящихся под давлением кислорода, СО^ и азота может привес­ти к аккумуляции токсичных уровней этих газов.

Кислородное отравление

Кислород при парциальном давлении от 318 до 1 500 мм рт.ст. оказывает серьезное действие, особенно на легкие и центральную нервную сис-

тему [5, 33]. Высокое /⁾, во вдыхаемом воздухе может направить достаточное количество кисло­рода в раствор плазмы, и растворенный кислород удовлетворит метаболические потребности чело­века. В результате этого из гемоглобина может диссоциировать меньше кислорода, и гемоглобин венозной крови останется значительно насыщен­ным кислородом.

В свою очередь, диоксид углерода хуже связы­вается с гемоглобином, полностью насыщенным кислородом, поэтому процесс выведения диок­сида углерода через гемоглобин нарушается. Бо­лее того, когда человек вдыхает кислород, 7⁵, ко­торого превышает 318 мм рт.ст. (в 2 раза выше обычного атмосферного р(, ), может произойти сужение мозговых кровеносных сосудов, что зна­чительно ограничивает кровоток в центральной нервной системе. Это может привести к появле­нию таких симптомов, как искажение зрения, быстрое и поверхностное дыхание, судороги. В некоторых случаях такое высокое /⁾, может выз­вать раздражение дыхательных путей, постепен­но приводя к пневмонии. Состояние, обусловлен­ное вдыханием чрезмерного количества кислоро­да, называется кислородным отравлением.

жүктеу/скачать 4.27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: