Физиологические основы ныряния методом апноэ

· металлический шлем при подводной сварке подвергается электролизу, а в случае прикосновения к шлему электрорезаком он может быть прорезан, что представляет опасность утопления водолаза;

· отсутствие активного обогрева в снаряжении при спусках в холодной воде может приводить к переохлаждению организма водолаза.

Воздушная подушка должна доходить примерно до нижнего края грудной клетки. Избыток воздуха в скафандре может привести к выбрасыванию водолаза на поверхность, что грозит развитием тяжелого декомпрессионного заболевания, баротравмы легких, а при разрыве фланца рубахи -- утопления. Малый объем воздуха в скафандре может привести к отравлению углекислым газом, а при нарушении подачи воздуха или проваливании на глубину - к обжиму водолаза;

При обычно имеющемся в водолазной практике расходе сжатого воздуха на вентиляцию, равном 100-120 л/мин, концентрация углекислого газа в подшлемном пространстве поддерживается около 1 %, приведенного к условиям нормального барометрического давления.

Физиолого-гигиенические характеристики водолазного снаряжения с замкнутой и полузамкнутой схемами дыхания

По сравнению с вентилируемым водолазным снаряжением снаряжения с замкнутой и полузамкнутой схемами дыхания обладают рядом преимуществ:

обеспечивают экономный расход газовой смеси;

имеют небольшие массо-габаритные характеристики аппаратов;

мало стесняют движения водолазов под водой;

позволяют проводить спуски без декомпрессии или со значительно меньшим временем декомпрессии в сравнении со спусками в вентилируемом снаряжении.

Снаряжение с замкнутой схемой дыхания обеспечивает также скрытность и бесшумность передвижений и выполнения водолазных работ.

К недостаткам снаряжений с замкнутой и полузамкнутой схемами дыхания следует отнести:

достаточную сложность их устройства;

необходимость высокой профессиональной подготовленности при их применении;

возможность развития практически всех известных видов специфических и неспецифических заболеваний водолазов при использовании этих видов снаряжения.

Условием использования аппаратов с замкнутой и полузамкнутой схемами дыхания является необходимость плотного соединения узлов аппарата с дыхательными путями водолаза, что обеспечивается применнием загубника или полумаски. Применение загубника под водой обепечивает поступление кислорода или 40 % КАС только в дыхательные пути, однако в случае применения загубника возможен подсос носом из газовой среды барокамеры или, напротив, вытравливание носом газа наружу из системы «аппарат - легкие». Длительное дыхание в загубнике вызывает раздражение слизистых оболочек рта и губ, обильную саливацию, утомляет жевательную мускулатуру, исключает привычное дыхание носом и увеличивает дополнительное сопротивление дыханию. Полумаски лишены многих из этих недостатков, но при этом обычно страдает герметичность соединения аппарата с дыхательными путями, а длительное применение полумаски может вызвать выраженные болевые ощущения и «намины» в области переносицы или спинки носа.

Направленная циркуляция газа в аппарате обеспечивается клапанами вдоха и выдоха, неисправность в работе которых увеличивает мертвое пространство, нарушает регенерацию и может быть в случае неисправности клапана вдоха причиной значительного накопления в дыхательном мешке углекислого газа, что более вероятно и опасно в снаряжении с замкнутой схемой дыхания. Количество углекислого газа в дыхательной смеси зависит также от качества поглотительного или регенеративного вещества, условий протекания реакций связывания СО₂, частоты автоматических или ручных промывок и тяжести выполняемой водолазом работы.

Дыхательный мешок аппарата выполняет функцию резервуара для газовой смеси, откуда производится вдох, а также является редуцирующей емкостью, автоматически выравнивающей давление газа, поступающего из баллонов или по шлангу с поверхности, до величины давления окружающей среды. С помощью дыхательных трубок и загубника мешок непосредственно сообщается с верхними дыхательными путями и легкими водолаза, поэтому резкое нажатие на мешок, удары по нему или недостаточное содержание в нем дыхательной смеси могут привести к баротравме легких. Неисправности в работе газоподающих частей и травяще-предохранительного клапана обусловливают несоответствие давления и могут вызвать существенные изменения функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем, барогипертензию и повреждение легочной ткани.

Замкнутая и полузамкнутая схемы дыхания требуют постоянной коррекции состава газовой смеси ввиду прогрессирующего снижения парциального давления кислорода и возрастания доли индифферентного газа. Поэтому неисправности системы подачи газа в аппарате с полузамкнутой схемой дыхания или нарушения правил проведения периодических промывок в аппаратах с замкнутой схемой дыхания могут вызвать как кислородное голодание, так и баротравму легких.

Наличие в аппарате регенеративного патрона, клапанной коробки, дыхательного автомата и дыхательных трубок вызывает дополнительное сопротивление дыханию, к о т о р о е не должно превышать 40 мм в о д . с т . При сопротивлении д ы х а н и ю 80--100 мм вод.ст. изменяются частота и глубина дыхания, оно становится неправильным и человек быстро устает. При дыхании в аппарате под водой сопротивление дыханию возрастает в связи с увеличением легочной вентиляции и действием давления воды на дыхательный мешок. На сопротивление дыханию в значительной мере влияет объем дыхательного мешка, который должен обеспечивать полный вдох и полный выдох (т.е. объем должен быть не менее 6 л), а также расположение дыхательного мешка по отношению к грудной клетке. Правильным расположением аппарата на груди является такое, когда нижний край дыхательного мешка находится на уровне нижнего края грудной клетки. При более высоком расположении аппарата давление воды на дыхательный мешок будет меньше давления газа в легких и вдох будет затруднен. При низко опущенном аппарате давление воды на дыхательный мешок будет больше, чем на грудную клетку, в результате чего вдох будет облегчен, а выдох затруднен.

При самопроизвольном всплытии (выбрасывании) с глубины на поверхность водолаза в дыхательном аппарате с закрытой крышкой травяще-предохранительного клапана и при наличии загубника во рту газ, находящийся в дыхательном мешке, расширяется, объем его увеличивается, а давление внутри дыхательного мешка повышается. Поскольку аппарат и легкие водолаза составляют единую систему, то при повышении давления в аппарате повысится давление и в легких водолаза. При всплытии водолаза с глубины 20 м избыток газа может достигать 15-- 18 л. В этом случае пропускная способность травящего клапана дыхательного мешка должна обеспечить стравливание этого газа в водную среду, причем давление в системе «аппарат -- легкие» не должно превышать 10--15 мм рт.ст. В противном случае быстрое всплытие водолаза как с малых, так и с больших глубин может привести к образованию большой разницы между давлением в системе «аппарат - легкие» и окружающим давлением воды. При разнице давления 8 0 -- 1 0 0 мм р т . с т . может наступить разрыв легочной ткани.

Для предупреждения случаев разрыва легких при быстром всплытии водолаза с фунта на поверхность запрещается работа водолазов под водой при закрытом травящем клапане (кроме работы лежа на спине, когда травящий клапан должен быть закрыт во избежание вытравливания газа из дыхательного мешка). При вынужденном всплытии (выбрасывании) водолаза на поверхность он должен выбросить загубник изо рта и не задерживать дыхание, а по мере всплытия производить выдох в подмасочное пространство или в водную среду.

Использование в аппаратах для дыхания кислорода или 40 %-ной кислородно-азотной смеси вынуждает ограничивать глубину погружения водолазов (20 и 40 м соответственно), а также время пребывания под давлением.

Ограничение времени работы в аппаратах с замкнутой схемой дыхания, связанное с токсическими свойствами кислорода, представлено в п. 8.10.6, а по запасам кислорода и ХП-И -- в п. 3.7 приложения 2. Расчет расхода 40 % КАС на водолазный спуск при использовании снаряжения с полузамкнутой схемой дыхания представлен в п. 3.5 приложения 2.

Для включения на дыхание в аппарат с замкнутой схемой дыхания необходимо проводить пятикратную промывку системы «аппарат - легкие» кислородом. Для этого водолаз должен взять загубник в рот или надеть на лицо дыхательную полумаску, сделать полный вдох с целью освобождения дыхательного мешка, наполнить дыхательный мешок кислородом на один полный вдох (на /₄ - 1/₃ объема дыхательного мешка), затем сделать полный выдох носом наружу при использовании загубника или выдох при оттянутой от лица полумаске. Это предварительные мероприятия перед проведением 5 циклов промывки. Затем делают полный вдох из мешка и выдох в аппарат, вдох из дыхательного мешка, пополнение дыхательного мешка кислородом и выдох носом (выдох при оттянутой полумаске). Этот цикл повторяется еще 4 раза. Пятикратная промывка системы «аппарат -- легкие» проводится для удаления из аппарата и легких излишка азота. При правильном проведении такой промывки содержание кислорода в дыхательном мешке должно быть не менее 90-92 %. Очень важным элементом промывки является пополнение дыхательного мешка кислородом перед выдохом во избежание возникновения баротравмы легких при вдохе из пустого мешка, что особенно опасно в старых образцах кислородных аппаратов (типа ИСА-М-48, ИДА-51М), не имевших в своем составе дыхательного автомата. Вдох из пустого дыхательного мешка возможен при отсутствии пополнения дыхательного мешка по забывчивости водолаза, в случае потери сознания или вследствие неожиданно возникшей неисправности байпаса или дыхательного автомата.

В случае применения аппарата с загубником в барокамере требуется применение носового зажима для исключения попадания воздуха в дыхательный мешок.

В процессе дыхания кислородом при пребывании водолаза под водой или в барокамере он должен периодически делать однократные промывки, которые состоят из предварительных мероприятий и одного цикла промывки. При нахождении водолаза под водой обеспечивающие спуск могут проконтролировать факт проведения однократной промывки по появлению на поверхности воды двух пузырей. Периодичность проведения однократных промывок представлена в табл. 2.

Таблица 2. Периодичность однократных промывок системы «аппарат-легкие» во время работы водолаза под водой

Кроме визуального контроля наполнения дыхательного мешка кислородом во время проведения 5-кратной и 1-кратной промывок водолаз должен (особенно при пребывании под водой) контролировать степень его наполнения также ладонью левой руки.

При спусках под воду в снаряжении с замкнутой или полузамкнутой схемой дыхания под гидрокомбинезоном (гидрокостюмом) отсутствует воздушная подушка, которая является теплоизолятором в вентилируемом снаряжении. Отсутствие воздушной подушки приводит к более быстрому охлаждению водолаза по сравнению с вентилируемым снаряжением. Для предупреждения переохлаждения водолаз должен пользоваться шерстяным водолазным бельем, специальными утеплителями или водяным обогревом.

В последнее время снаряжения с замкнутой и полузамкнутой схемами дыхания редко применяются для спусков под воду на малые и средние глубины ввиду сложной методики использования и наличия большого количества недостатков по сравнению с вентилируемым снаряжением и снаряжением с открытой схемой дыхания. Снаряжение с замкнутой схемой дыхания кислородом чаще применяется для проведения кислородной декомпрессии и гипербарической оксигенации, а снаряжение с полузамкнутой схемой дыхания чаще используется при проведении глубоководных спусков с дыханием водолазов кислородно-гелиевыми или кислородно-азотно-гелиевыми смесями.

Физиолого-гигиенические характеристики водолазного снаряжения с открытой схемой дыхания

Водолазное снаряжение с открытой схемой дыхания по сравнению с традиционным вентилируемым снаряжением имеет как некоторые преимущества, так и недостатки.

Наиболее существенные преимущества этого снаряжения перед вентилируемым заключаются в следующем:

снаряжение с открытой схемой дыхания в отличие от вентилируемого снаряжения позволяет наряду с проведением водолазных работ с твердой опоры (грунт, затонувший объект и т.д.) осуществлять плавание под водой;

при выполнении работы в теплой воде снаряжение с открытой схемой дыхания можно использовать без защитной одежды (гидрокомбинезона или гидрокостюма), что упрощает и облегчает его использование;

снаряжение с открытой схемой дыханий не требует сложных средств обеспечения спусков, поэтому может использоваться для выполнения водолазных работ на плавсредствах различного назначения и на необорудованных участках побережья;

более экономно расходуется сжатый воздух;

исключается накопление во вдыхаемом воздухе и в подшлемном пространстве углекислого газа и связанных с ним случаев отравления углекислотой;

благодаря конструктивным особенностям обеспечивается более легкая маневренность водолаза под водой;

имеется резервный запас воздуха в заспинных баллонах аппарата, что обеспечивает безопасный выход водолаза в случае прекращения подачи воздуха по шлангу с поверхности;

предусмотренная в зарубежных образцах снаряжения система дополнительной подачи воздуха в шлем-маску для обдува стекла позволяет удалять воду из подмасочного пространства в случае разгерметизации шлема и обеспечивать дыхание водолаза свежим воздухом.

Снаряжение с открытой схемой дыхания имеет ряд недостатков, связанных с его конструктивными особенностями.

При использовании этого снаряжения в автономном варианте из-за ограниченного запаса воздуха в баллонах время работы водолаза на грунте ограничено в значительно большей степени по сравнению с вентилируемым снаряжением. Время работы водолаза в таком снаряжении зависит от запасов воздуха в баллонах и глубины спуска. Расчеты расхода воздуха или 40 %-ной кислородно-азотной смеси при использовании снаряжения с открытой схемой дыхания и максимально допустимого времени пребывания водолаза под водой будут рассмотрены позже.

Применение дыхательного автомата в аппарате вызывает по сравнению с дыханием в вентилируемом снаряжении дополнительное сопротивление. Известно , что сопротивление в 80-100 мм вод. ст. оказывает влияние на частоту и ритм дыхания: оно становится неправильным, вызывая усталость водолаза. Повышенное сопротивление дыханию создается за счет механических, аэродинамических и гидростатических составляющих. Механическое сопротивление (и частично аэродинамическое) обусловлено конструктивными особенностями деталей дыхательного автомата (рычагов, пружин, мембран). Аэродинамический компонент сопротивления находится в прямой зависимости от интенсивности и характера дыхания, величины легочной вентиляции. Гидростатическое сопротивление зависит от места размещения дыхательного автомата на аппарате, размещения аппарата на водолазе и положения водолаза под водой. Оно определяется как разность гидростатического давления на мембрану дыхательного автомата и на центр грудной клетки. Таким образом, общее сопротивление дыханию в аппарате не бывает постоянным даже при использовании одного и того же аппарата. Оно изменяется в зависимости от условий спуска, характера выполняемой работы под водой и положения тела водолаза (вертикального, горизонтального, наклонного).

Если дыхательный автомат расположен на спине, на уровне лопаток, то он почти при всех положениях водолаза находится выше центра легких, при этом расстояние между дыхательным автоматом и центром легких по высоте не превышает 100 мм. Если же автомат находится на груди, то расстояние от него до центра легких будет колебаться в таких же пределах, но при плавании автомат будет находиться ниже центра легких. В случае расположения автомата около рта при плавании водолаза он будет находиться практически на уровне центра легких, но зато при вертикальном положении будет удален от центра легких более чем на 200 мм.

При расположении дыхательного автомата ниже уровня центра легких вдох будет облегчен, а выдох затруднен. При нахождении автомата выше уровня центра легких создается затруднение при вдохе и обеспечивается более свободный выдох.

В отечественных аппаратах дыхательный автомат располагается сзади, на уровне лопаток, или спереди, на уровне рта, а в зарубежных образцах - только на уровне рта. Практика показывает, что расположение дыхательного автомата на уровне рта физиологически наиболее оправданно, так как этим обеспечивается более легкое дыхание.

Нарушения в работе дыхательного автомата могут привести к барогипертензии (при большом сопротивлении дыханию), к баротравме легких (при непрерывной подаче воздуха или прекращении подачи воздуха вследствие засорения дюз) и утоплению (при разрыве мембраны автомата).

Особую опасность представляет одноступенчатый дыхательный автомат первой модели дыхательного аппарата «Украина», поскольку при неисправности дыхательного автомата (например, при разрыве мембраны) разрыв легких происходит вследствие поступления в них воздуха высокого давления. Недостатком такого автомата является также зависимость сопротивления дыханию от давления воздуха в баллонах.

Использование сигнализатора минимального давления воздуха в баллонах, основанного на принципе постепенного увеличения сопротивления дыханию за счет перекрытия канала, по которому воздух поступает к дыхательному автомату, при форсированном дыхании во время работы под водой может привести к баротравме легких.

Наличие дыхательной полумаски или клапанной коробки и загубника увеличивает мертвое пространство, которое не участвует в газообмене легких. Это оказывает особенно неблагоприятное действие при выполнении водолазом тяжелой работы и при плавании под водой.

Отличие от вентилируемого снаряжения в отечественном снаряжении с открытой схемой дыхания водолаз полностью окружен водой со всех сторон без воздушной подушки в верхней части гидрозащитной одежды. В связи с этим при вертикальном положении водолаза под водой имеется большее неравномерное давление на тело столба воды (гидростатическое давление). Если с каждым метром глубины погружения давление воды возрастает на 76 мм рт.ст., то для водолаза среднего роста в 175 см разность давления столба воды на верхние и на нижние участки тела составит более 130 мм рт.ст. При этом создаются различные условия для тока крови по сосудам. По артериям кровь легче течет в сторону верхних участков тела, чем в сторону нижних. Поэтому у человека в положении стоя нижние конечности будут снабжаться кровью хуже, приток крови к ним будет затруднен. Отток крови по венам из участков, лежащих выше сердца, будет затруднен, а от нижних конечностей будет облегчен, так как давлением воды кровь будет выжиматься по направлению к сердцу. Это приводит к переполнению кровью верхних участков тела и к частичному обескровливанию нижних отделов. Недостаточно снабжаемые кровью нижние конечности охлаждаются быстрее, чем верхние участки тела. При горизонтальном положении водолаза кровообращение восстанавливается.

Плотное прилегание к телу водолазных гидрокостюмов (гидрокомбинезонов), особенно их жестких частей, может приводить к обжатию тела, «наминам», потертостям, а при использовании гидрокостюмов «сухого» типа «Садко» без шлем-маски -- также к местному обжиму в результате снижения давления воздуха под гидрокомбинезоном по отношению к окружающему давлению. Для ликвидации обжима должны использоваться специальные приспособления (трубочки, соединяющие подкостюмное пространство с одним из узлов подачи воздуха на дыхание).

Отсутствие воздушной подушки в верхней части гидрокоминезона (гидрокостюма) и шлема увеличивает опасность охлаждения головы и верхних конечностей, а также общего переохлаждения организма при выполнении подводных работ в холодной воде. Поскольку вода имеет теплопроводность в 25 раз больше воздуха, а теплоемкость воды в 4 раза больше теплоемкости воздуха, водолаз в облегающем гидрокостюме (гидрокомбинезоне) теряет большое количество тепла, что особенно актуально для гидрокостюмов «мокрого» типа. Объемный шлем зарубежных и некоторых отечественных образцов водолазного снаряжения защищает голову водолаза от охлаждающего действия воды и механических повреждений.

При использовании отечественных гидрокомбинезонов, имеющих шлем с открытой лицевой частью и дыхательной полумаской, может наступать баротравма уха.

Наличие в некоторых образцах снаряжения загубников в дыхательных полумасках приводит к необходимости дыхания только ртом. Удержание загубника во рту вызывает усталость жевательных мышц и обильное слюнотечение. Применение загубника снижает разборчивость речи водолаза и затрудняет связь с ним руководителя спуска.

Необходимо учитывать то, что каким бы совершенным ни было математическое обеспечение декомпрессиметров, их применение не исключает возможности появления декомпрессионной болезни, поскольку невозможно учесть все индивидуальные особенности организма, его состояние и функционирование, а также действие всего комплекса внешних факторов, оказывающих влияние на человека до начала погружения, в ходе его проведения и по завершении спуска.

Сравнительная вероятность возникновения водолазных заболеваний в зависимости от типа водолазного снаряжения (по пятибалльной системе)

Литература

Дьяченко А.И., Манюгина О.В. Математическая модель влияния дыхания подогретой кислородно-гелиевой смесью на тепломассообмен // Российский журнал биомеханики, том 7, № 3, с. 61-68,2003.

Исаков Ю.Ф., Михельсон В.А., Анохин М.И. Ингаляция гелием в комплексном лечении детей с дыхательной недостаточностью. // Хирургия,- 1970,-№4.- с. 145-149.

Кеезом В. Гелий / перевод с английского с дополнениями Е.М.Лифшица и Э.Л.Андроникашвили. М., 1949.

Кисляков Ю.Я., Бреслав И.С. Дыхание, динамика газов и работоспособность при гипербарии. Л.: Наука, 1988.

Костылев Е.Г., Гелий-кислородная терапия в профилактике легочных осложнений у больных после операций на органах брюшной полости. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук. М, 1991, с. 42.

Крысин Ю.С., Импульсная гипоксия с гелием в комплексном лечении пульмонологических больных. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. М, 2008, с. 23.

Кузнецова В.К., Любимов Г.А. Оценка физических свойств легких человека на основе исследования сопротивления дыхательных путей. // Физиология человека. Т.11, с. 55-68. 2005.

Куссмауль А.Р. Биологическое действие криптона на животных и человека в условиях повышенного давления. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. М., 2007.

Куценко М.А. Острая дыхательная недостаточность у больных с обострением хронической обструктивной болезни легких и еелечение кислородно-гелиевой смесью. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. М., 2000.

Куценко М.А., Шогенова Л.В., Чучалин А.Г. Гелий-кислородные смеси применение в медицине. Материалы 9-го Нацианального конгресса по болезням органов дыхания. М., 1999.

Леонова А.Б., Медведев В.И. Функциональные состояния человека в трудовой деятельности. М., 1981

Макашев М.А., Ханина С.И., Черноброва В.К. Применение гелио-кислородной смеси для лечения асфиксии новорожденных. В кн. «Научные труды Рязанского медицинского института».- 1976,- Т.58,-с.46-49.

Основы психофизиологии, отв. ред-р Александров Ю.И. М.,ИНФРА-М, 1997.38.0стрейков И.Ф. Применение гелий-кислородных смесей у детей в послеоперационном периоде. // Вестник Академии наук СССР,-1972,-№7.- с. 13-16.

Павлов Б.Н., Дьяченко А.И., Шулагин Ю.А., Павлов Н.Б., Буравкова Л.Б., Попова Ю.А., Манюгина О.В. Исследование физиологических эффектов дыхания подогретыми кислородно-гелиевыми смесями // Физиология человека. Сент.- окт., 29 (5), 2003. с. 69-73.

Павлов Б.Н., Логунов А.Т., Смирнов И.А., Баранов В.М. и др. «Способ формирования дыхательной газовой смеси и аппарат для его осуществления». Приоритет изобретения 20.09.1995, Патент № 2072241.

Павлов Б.Н., Плаксин С.Е., Бойцов С., Черкашин Д. Методика «Лечения подогреваемыми кислородно-гелиевыми смесями острых воспалительных и бронхо-обструктивных заболеваний легких с помощью аппарата «Ингалит». Утверждена ФУ МБЭП при МЗ РФ 26.01.2001.

Размещено на Allbest.ru