Дыхание при подводном плавании
Дыхание при подводном плаванииПравить
Подводное плавание создает проблемы для дыхания из-за недостатка нормального снабжения воздухом и увеличения внешнего давления на тело. Общее давление на тело под водой равно сумме давления воды (98 кПа или 735 мм рт. ст. на каждые 10 м погружения) и атмосферного давления (на поверхности воды).
При подводном плавании можно использовать специальную трубку (А), но это увеличивает мертвый объем легких, затрудняя дыхание. Также с каждым вдохом приходится преодолевать дополнительную нагрузку, которую создает давление воды на грудную клетку и брюшную полость.
Глубина, на которой можно использовать трубку, ограничена, поскольку: 1) при использовании слишком узкой и длинной трубки может недопустимо увеличиться мертвый объем или повыситься сопротивление дыхательных путей, и 2) на большой глубине давление воды препятствует вдоху. Максимальное отрицательное (подсасывающее) давление, создаваемое при вдохе, составляет —11 кПа, что эквивалентно 112 см воды (пиковое давление вдоха). Следовательно, при погружении более чем на 112 см дыхание становится невозможным из-за риска гипоксической аноксии (А).
Для дыхания на больших глубинах (до 70 м) необходимо снаряжение для подводного плавания -«скуба» [от англ, self-contained underwater breathing apparatus - дыхательный аппарат для подводного плавания). Давление воздуха при вдохе (из герметичного цилиндра) автоматически подгоняется к давлению воды, что позволяет ныряльщику дышать с нормальным усилием.
Однако дополнительное давление воды увеличивает парциальное давление азота PN2 (Б), что приводит к высокой концентрации N2 в крови. Давление на глубине 60 м примерно в 7 раз выше, чем на поверхности воды. Давление снижается, когда ныряльщик возвращается к поверхности, однако дополнительный N2 выделяется в кровь в виде газовых пузырьков. Следовательно, ныряльщик должен подниматься медленно, с тем чтобы избыток N2 мог быть выведен из легких. Слишком быстрое возвращение к поверхности приведет к появлению пузырьков N2 в тканях (что вызывает боль) и в крови, где они могут вызвать затрудненную проходимость и закупорку небольших кровеносных сосудов. Это называется кессонной (или декомпрессионной) болезнью (Б). При плавании на глубине от 40 до 60 м может наступить состояние эйфории (N2-наркоз), называемое также глубинной эйфорией. На глубине от 75 м и более может произойти отравление кислородом.
При подводном плавании без специальных приспособлений (при задержке дыхания) РСO2 в крови возрастает, поскольку образующийся СO2 не выдыхается. При достижении определенного РСO2 хеморецепторы вызывают ощущение нехватки дыхания, сигнализируя, что пора подниматься на поверхность.
Чтобы отсрочить время поднятия на поверхность, можно понизить РСO2 в крови путем гипервентиляции перед погружением. Опытные ныряльщики таким образом готовят себя к тому, чтобы дольше оставаться под водой. Изменение альвеолярного парциального давления с течением времени и направление газообмена во время подводного плавания (глубина 10м; продолжительность 40 с) показаны на рис. В: гипервёнтиляция до погружения снижает РСO2 (толстая зеленая линия) и слегка увеличивает PO2 (красная линия) в альвеолах (и в крови). Ныряние на глубину 10 м удваивает давление на грудную клетку и брюшную полость. В результате парциальное давление газов (РСO2, род %)в альвеолах резко возрастает. Увеличенные количества СО2 и О2 диффундируют из альвеол в кровь. Как только PO2 крови возрастает до определенной величины, организм получает сигнал, что пора подниматься на поверхность. Если ныряльщик всплывает на поверхность в это время, PO2 в альвеолах и крови быстро снижается (потребление О2 + снижение давления) и альвеолярный обмен Од прекращается.
На поверхности воды PO2 достигает уровня, который является приемлемым. Если ныряльщик перед погружением проделает излишнюю гипервентиляцию, сигнал к всплытию может прийти слишком поздно, и PO2 упадет до 0 (аноксия) до того, как человек достигнет поверхности воды, что может привести к бессознательному состоянию и утоплению (В, прерывистая линия).
БаротравмыПравить
Увеличенное давление, связанное с подводным плаванием, ведет к компрессии органов, заполненных воздухом, таких как легкие и среднее ухо. Объем газа, заполняющего их, уменьшается до половины от нормы при погружении на глубину 10 м, и до четверти при погружении на 30 м.
Недостающий объем воздуха в легких автоматически компенсируется при использовании скубы, но этого не происходит с воздухом в среднем ухе. Среднее ухо и горло соединены евстахиевой трубой, которая открыта только в определенные моменты времени (например, при глотании) или же не открывается совсем (например, при фарингите). Если потеря объема в ухе во время подводного плавания не компенсируется, увеличивающееся давление воды во внешнем слуховом канале распирает барабанную перепонку, что может вызвать боль и даже разрыв барабанной перепонки. В результате холодная вода может войти в среднее ухо и повредить орган равновесия, что ведет к тошноте, головокружению и дезориентации. Это можно предотвратить, проталкивая воздух из легких в среднее ухо, для чего надо зажать нос и надуваться с закрытым ртом.
Воздух в заполненных воздухом органах расширяется, когда ныряльщик поднимается на поверхность. Слишком быстрое всплытие, т. е. без вытеснения воздуха с регулярными интервалами, может вести к таким осложнениям, как разрыв легкого и пневмоторакс, а также к потенциально фатальной геморрагии и закупорке (эмболии) кровеносных сосудов.