Физиология профессиональных заболеваний водолазов

При наличии у пострадавшего судорог его необходимо удерживать, оберегая от ударов голову, и принимать меры по предупреждению прикуса языка. Во время судорог у пострадавшего запрещается проводить декомпрессию, так как снижение окружающего давления при непроизвольной задержке дыхания может привести к появлению баротравмы легких. Декомпрессия возобновляется при появлении у водолаза ритмичного дыхания, которое возникает после прекращения клонических судорог.

Для снятия судорожных приступов назначают внутримышечное введение 1-2 мл 2,5 %-ного раствора аминазина, 2 мл 0,5 %-ного раствора седуксена или 1-2 мл 2 %-ного раствора димедрола. Показано также применение 10--20 мл 25 %-ного раствора сернокислой магнезии внутримышечно и 50 мл 3 %-ного раствора хлоралгидрата в клизмах.

Пострадавшего следует поместить в теплое затемненное место с хорошей звукоизоляцией. В течение суток после отравления он должен находиться под наблюдением врача, который проводит симптоматическое лечение.

При наличии показаний применяют анальгетики (анальгин, аспирин, баралгин и др.), стимуляторы дыхательной системы (3 мл 1,5 %-ного раствора этимизола внутримышечно или медленно внутривенно) и сердечной деятельности (1 мл 10 %-ного раствора коразола или 2 мл кордиамина внутримышечно или медленно внутривенно, 1 мл 0,06 %-ного раствора коргликона в 10 мл 40 %-ного раствора глюкозы внутривенно, 0,5 мл 0,05 %-ного раствора строфантина в 10--20 мл 40 %-ного раствора глюкозы внутривенно). В целях профилактики возникновения у пострадавшего пневмонии следует применять антибиотики 4--6 раз в сутки (оксациллин по 0,25 г, ампициллин по 0,5 г, олететрин по 0,125 г или др.) или сульфаниламиды.

При легочной форме отравления кислородом проводится наложение венозных жгутов на нижние и верхние конечности (на срок до 1,5 ч) в положении пострадавшего полусидя, аспирация пены из верхних дыхательных путей для устранения механической асфиксии. Для борьбы с метаболическим ацидозом внутривенно вводят 300 мл 4 %-ного раствора гидрокарбоната натрия. С целью предупреждения отека легких внутривенно вводят лазикс (1 % -- 2 мл), применяют ингаляцию парами этилового спирта, кровопускание и внутривенное введение 3-4 мл 96 %-ного этилового спирта и 30--40 мг преднизолона с 20 мл 40 %-ного раствора глюкозы (последнее при необходимости повторяется).

В случае появления первых признаков отравления кислородом в барокамере при проведении лечебной рекомпрессии по режимам 1Г, 2В или ЗВ пострадавшему назначают по 3 раза в сутки аскофен по 1 таблетке, аскорбиновую кислоту по 0,3 г, рутин по 0,02 г и витамин Е по 0,1 г.

Профилактика. При использовании для дыхания водолаза под водой 40 % КАС необходимо исключить возможность перепутывания баллонов и подачи водолазу вместо смеси чистого кислорода. Перед первым спуском водолаза под воду в течение суток и перед заменой секций баллонов с 40 % КАС должен быть сделан анализ смеси на содержание кислорода.

При дыхании кислородом в снаряжении с замкнутой схемой дыхания для предупреждения отравления кислородом необходимо исключить случаи спусков водолазов под воду на глубины более 20 м. Недопустимо проведение спусков под воду в неисправном водолазном снаряжении (особенно при неисправности клапана вдоха и кислородоподающего механизма).

Продолжительность спуска и работы водолаза под водой не должна превышать физиологически допустимого времени работы, приведенного в таблице:

Физиологически допустимое время работы водолаза под водой при дыхании кислородом

При выполнении тяжелой работы под водой в кислородном снаряжении на глубинах 15-20 м время пребывания и работы водолазов под водой должно определяться с учетом индивидуальной предрасположенности водолазов к токсическому действию кислорода. В барокамерах, где условия более благоприятные по сравнению с водной средой, физиологически допустимое время дыхания кислородом или воздухом при соответствующем парциальном давлении значительно больше.

Физиологически допустимое время непрерывного дыхания воздухом или кислородом в барокамере

При проведении декомпрессии с использованием для дыхания кислорода общее время дыхания чистым кислородом не должно превышать 3--3,5 ч, так как спускавшиеся водолазы уже длительное время дышали газовой смесью с повышенным парциальным давлением кислорода.

При наличии на кислородном этапе декомпрессии воздушных перерывов время дыхания чистым кислородом может быть увеличено до 6 ч. Если в процессе декомпрессии на кислороде у водолаза появляются предвестники отравления кислородом (боль при вдохе за грудиной, онемение кончиков пальцев рук или ног), то его следует переключать на дыхание воздухом и всю последующую декомпрессию проводить на воздухе. При этом время кислородных выдержек на остановках удваивается.

Кислородное голодание

Под кислородным голоданием понимается патологическое состояние организма, наступающее вследствие низкого напряжения кислорода в клетках и тканях организма или отсутствия способности тканей потреблять кислород. Различают кислородное голодание как нозологическую форму и как патогенетическое следствие многих заболеваний, при которых кислородное голодание возникает вторично в отдельных органах или частях тела (местная гипоксия) или во всем организме в целом (общая гипоксия).

В понятие «кислородное голодание» включаются все случаи первичной гипоксии. В зависимости от причин, вызывающих первичную гипоксию в организме, различают следующие ее формы (Peters J.P., Van SlykeD.D., 1948):

гипоксическая гипоксия, которая наступает в результате понижения парциального давления кислорода в дыхательной газовой смеси, затруднения в проникновении кислорода в кровь через альвеолярный эпителий или же в результате расстройства дыхания;

гемическая гипоксия, основной причиной которой является уменьшение в крови количества эритроцитов (анемический тип) или же инактивация гемоглобина чаще всего окисью углерода и окислами азота;

циркуляторная гипоксия, наступающая вследствие декомпенсации сердечно-сосудистой системы (застой крови или ишемия тканей);

гистотоксическая (тканевая) гипоксия, которая наступает в результате понижения способности тканей потреблять находящийся в крови кислород вследствие подавления функциональной активности различных дыхательных ферментов.

Наряду с этим И.Р.Петров выделяет смешанную форму гипоксии.

В водолазной практике основными причинами кислородного голодания у водолазов являются пониженное парциальное давление кислорода во вдыхаемой газовой смеси (гипоксическая гипоксия) и гемическая гипоксия в результате инактивации гемоглобина окисью углерода и окислами азота.

Историческая справка.

Проблема кислородного голодания является одной из важнейших общебиологических и медицинских проблем.

Отдельные наблюдения по влиянию на организм разреженного воздуха появились уже в древности. Древнегреческий философ Аристотель (384-- 322 г. до н.э.) ошибочно полагал, что на горе Олимп (2985 м над уровнем моря) жизнь человека невозможна, так как он «не может дышать воздухом, слишком тонким для дыхания». Древнегреческий историк Плутарх в 336 г. до н.э. писал, что легионеры Александра Македонского при переходах через горные хребты часто жаловались на головную боль и недомогание. После этого многие путешественники (географы, купцы, монахи, естествоиспытатели) описывали в путевых заметках симптомы горной болезни. Испанский иезуит ИЛкоста во время военной экспедиции на хребты Кордильер (высота до 6000 м и более) в Перу в 1590 г. писал: «Я убедился, что воздух здесь настолько нежен и тонок, что является несоразмерным с дыханием человека, нуждающегося в более грубом воздухе, и я полагаю, что именно эта причина так сильно действует на желудок и нарушает все другие функции». Симптомы этого заболевания (общее недомогание, тошнота, рвота и головная боль) были известны аборигенам Южной Америки. В 1666 г. Роберт Бойль установил, что угасание жизни животных в условиях нарастающего разрежения воздуха совпадает с угасанием свечи, однако он не смог дать объяснения этому феномену. Кислород был открыт более чем через 100 лет после этого (Шееле К.В., 1770; Пристли Д., 1774). В 1804 г. французский воздухоплаватель Робертсон, поднявшись в воздушном шаре на высоту около 8000 м, испытывал сильные страдания. Много ценных сведений о симптомах, развитии и течении горной болезни предоставили отечественные путешественники и врачи в экспедициях П.П. Семенова-Тян-Шанского и Н.М. Пржевальского на Тянь-Шань (1870-1880), НА. Северцова и Г.Е. Грум-Гржимайло на Ала-Тау и Памир (1870-1880), А.В.Пастухова на Кавказ (1889).

До 60-х годов XIX века механизм действия разрежения объяснялся ошибочным положением о том, что уменьшение давления на поверхность тела, возникающее при снижении окружающего давления, оказывает механическое действие на поверхностно расположенные периферические кровеносные сосуды, и в эти расширенные сосуды устремляется кровь из сосудов внутренних органов и мозга (Галер А., 1758).

В 1861 г. французский врач Дени Журдане высказал предположение, что развитие горной болезни обусловлено обеднением крови кислородом, которое он назвал «аноксемией». В 1870 г. вышла диссертация Жирмунского «О влиянии разреженного воздуха на организм человека».

Честь создания теории кислородного голодания принадлежит П.Беру, который в опытах на животных и на людях, в том числе на себе, показал, что снижение давления в барокамере приводит к появлению патологических симптомов. Однако если барокамера предварительно заполнялась кислородом, то даже более высокое разрежение давления не ухудшало состояния испытуемых. Из этого факта П.Бер сделал вывод о том, что переносимость «подъема на высоту» связана не со снижением давления как таковым, а с уменьшением парциального давления кислорода. Эти работы П.Бера были начаты после создания им в 1868 г. барокамеры и описаны в его классическом труде «Барометрическое давление» (1878), посвященном Д.Журдане.

Большая роль в изучении кислородного голодания принадлежит И.М. Сеченову, его ученикам и последователям (Пашутину В.В., Альбицкому П.М., Карташевскому Е.А. и др.). 15 апреля 1875 г. французские аэронавты Тиссандье, Зивель и Кроче-Спинелли поднялись на аэростате «Зенит» на высоту 8600 м и потеряли сознание, после чего в живых остался только Тисандье, который дышал кислородно-воздушной смесью. И.М. Сеченов с исчерпывающей полнотой объяснил причину смерти аэронавтов. Он объяснил этот факт тем, что в альвеолярном воздухе поддерживается постоянное парциальное давление углекислоты и водяных паров, доля которых при подъеме на высоту возрастает, в результате чего уменьшается не только парциальное давление, но и процентное содержание кислорода в альвеолярном воздухе, причем обмен газов происходит между кровью и альвеолярным воздухом, а не между кровью и окружающей атмосферой. В.В.Пашутин (1881) в своих «Лекциях по общей патологии» описал разнообразные нарушения кислородного снабжения организма, впервые предложил термин «кислородное голодание» и ввел учение о кислородном голодании в раздел курса патологической физиологии. Он создал классификацию кислородного голодания, в основу которой был положен патогенетический принцип. Под его руководством были разработаны принципиально новые методы исследований, которые сыграли большую роль в изучении кислородного голодания. П.М. Альбицкий и Е.А. Карташевский провели исследования обмена веществ и терморегуляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе. В 1892 г. Третьяков защитил диссертацию на тему «К вопросу о горной акклиматизации».

В XX столетии в нашей стране много сделали для изучения кислородного голодания В.В. Стрельцов, Н.Н. Сиротин, Г.Е. Владимиров, М.П. Бресткин, И.Р. Петров, П.И. Егоров, А.П. Аполлонов, И.П. Разенков, М.Е. Маршак, Е.М. Крепе, А.Ф.Панин и др. Толчком к проведению исследований влияния на организм повышенного и пониженного давления, в частности кислородного голодания, явилось создание в 1940 г. на кафедре физиологии Военно-медицинской академии баролаборатории, руководителем которой стал М.П. Бресткин.

Из зарубежных исследователей кислородного голодания следует отметить Дж. Баркрофта, Дж. Холдейна, П. Армстронга, А. Моссо, Я. Гендер-сона, Э. Ван Лира.

Этиология. В водолазной практике кислородное голодание наиболее часто возникает в процессе проведения учебных спусков водолазов в снаряжении с замкнутой схемой дыхания (в изолирующих дыхательных аппаратах с подачей на дыхание кислорода).

Гипоксическая гипоксия наступает при нарушении правил использования изолирующих дыхательных аппаратов (несоблюдении правил включения на дыхание в аппарат), при неисправности кислородопода-ющего механизма (недостаточной подаче кислорода из баллонов в дыхательный мешок), при отсутствии кислорода в баллонах аппарата или при ошибочной подаче на дыхание водолазу чистого индифферентного газа (азота, гелия и др.) вместо воздуха или 40 %-ной кислородно-азотной смеси.

Одной из важных предпосылок, создающей условия для возникновения кислородного голодания при использовании кислородных дыхательных аппаратов, является неправильное выполнение водолазами пятикратной промывки системы «аппарат -- легкие» при включении в аппарат. После однократной промывки системы «аппарат - легкие» в газовой смеси дыхательного мешка аппарата остается 42-45 % азота, после двухкратной -- 22--25 %, после трехкратной -- 12--13 %, а после пятикратной -- 3--4 % азота. Количество азота, оставшееся в дыхательном мешке после промывки в процессе дыхания в аппарате, увеличивается за счет вымывания азота из организма (приблизительно 400-600 мл).

Если водолаз пойдет под воду только с однократной промывкой системы «аппарат--легкие», то после определенного времени количество азота будет продолжать увеличиваться за счет вымывания его из организма, а также за счет незначительного поступления с кислородом. В результате у водолаза может наступить кислородное голодание и на глубине.

Чаще всего кислородное голодание у водолазов встречается на этапе выхода с глубины на поверхность. К примеру, при пребывании водолаза на глубине 20 м содержание кислорода в дыхательном мешке снизилось до 7 %. При данном процентном содержании кислорода парциальное давление его на грунте будет соответствовать парциальному давлению в воздухе при нормальном барометрическом давлении (0,07 * 3,0 кгс/см² = 0,021 кгс/см², что соответствует 21 %). При таком содержании кислорода водолаз на глубине 20 м будет иметь нормальное самочувствие, так как окислительно-восстановительные процессы в тканях организма не будут нарушены. Но при подъеме наверх парциальное давление кислорода будет постепенно снижаться и на поверхности будет в 3 раза меньше нормального. Это приведет к мгновенной потере сознания.

При работе водолазов под водой в изолирующем дыхательном аппарате кислородное голодание может осложниться баротравмой легких и утоплением.

При спусках в вентилируемом водолазном снаряжении или в аппарате с открытой схемой дыхания, в которых в качестве дыхательной смеси используется сжатый воздух, кислородное голодание, как правило, исключается. В вентилируемом водолазном снаряжении оно может наступить только на малых глубинах в случае прекращения подачи воздуха в скафандр, например при обрыве водолазного шланга. При этом признаки отравления углекислым газом наступят гораздо раньше, чем кислородное голодание. Еще менее вероятно появление кислородного голодания у водолаза, находящегося на большой глубине, при отсутствии подачи воздуха. Однако при подъеме водолаза на поверхность возможно сочетание кислородного голодания с отравлением углекислым газом.

В снаряжении с открытой схемой дыхания гипоксия также мало вероятна. Она может наступить при полном расходе воздуха или при отсутствии подачи воздуха вследствие неисправной работы дыхательного автомата и редуктора. В этом случае возможно сочетание кислородного голодания с баротравмой легких.

При проведении спусков водолазов в снаряжении с полузамкнутой или открытой схемой дыхания при дыхании 40 %-ной кислородно-азотной смесью возможна молниеносная форма кислородного голодания в случае ошибочной подачи вместо этой смеси чистого индифферентного газа (азота, гелия и др.).

Гипоксическая гипоксия различной степени может проявляться при длительной задержке дыхания во время ныряния на глубину и в длину в комплекте № 1 спортивного подводного снаряжения.

Средняя продолжительность задержки дыхания у взрослых здоровых людей в состоянии покоя после обычного вдоха составляет 54,5 с, а после выдоха -- 40,0 с. Несмотря на значительную разницу в продолжительности задержки дыхания, газовый состав альвеолярного воздуха в обоих случаях практически оказался одинаковым. Так, количество О₂ после вдоха было в среднем равно 9,03 %, а после выдоха -- 8,97 %. Содержание же СО₂ после вдоха было равно 7,08 %, а после выдоха -7,02 % (Тамбиева А.П., 1964). Таким образом, спортсмен-подводник обычно вынужден вынырнуть, когда содержание СО₂ в альвеолярном воздухе составит около 7 %, а кислорода -- около 9 % (Шастин П.Н., 1964). А.П. Тамбиевой удалось установить, что наиболее эффективной является гипервентиляция в течение 1--3 мин перед задержкой дыхания. Более длительная гипервентиляция мало сказывается на времени задержки дыхания. Лабораторные опыты М.Е. Маршака (1961) показали, что глотательные движения в конце задержки дыхания увеличивают длительность апноэ на 10--20 с. По данным В.Пономарева (1975), запас кислорода при задержке дыхания не может быть более 2 л (900 мл -- в легких, 600 -- в крови, 500 -- в мышцах), а из этого запаса ныряльщик может использовать максимум 1,5 л. Гипервентиляция увеличивает в легких количество кислорода на 100--150 мл и уменьшает количество СО₂ в крови. Наиболее эффективна гипервентиляция в течение 1 мин, снижающая процентное содержание СО₂ в легких с 5,5 до 3,4 %.

Интенсивные плавательные движения при нырянии спортсмена-подводника приводят к потреблению большого количества кислорода, содержащегося в объеме легких. При этом его парциальное давление в альвеолярном воздухе и напряжение в крови и тканях будут постепенно понижаться и в определенный момент могут достигнуть опасной величины. Особенно опасна произвольная длительная задержка ныряльщика под водой после предварительной усиленной гипервентиляции на поверхности. Вымывание углекислоты лишает спортсмена естественного сигнала необходимости вдоха, вследствие чего он может внезапно потерять сознание от кислородного голодания с высокой опасностью последующего утопления. Чаще это наступает при всплытии или после всплытия на поверхность из-за снижения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и его напряжения в тканях. Для того, чтобы стимуляция дыхательного центра углекислотой происходила до критического падения содержания кислорода, в последнее время рекомендуется перед нырянием делать не более 3-4 глубоких вдохов и выдохов.

Гипоксическая гипоксия может возникнуть также в барокамере при использовании системы очистки газовой среды от СО₂ без обогащения газовой среды кислородом и без контроля его содержания.

Гемическая гипоксия при погружениях под воду вызывается инактивацией гемоглобина как основного переносчика кислорода вредными газообразными веществами выхлопных газов, среди которых особое место занимают окись углерода и окислы азота. Гемоглобин эритроцитов образует стойкие соединения с окисью углерода (карбоксигемоглобин) и с окислами азота (метгемоглобин), что приводит к гипоксии, поскольку гемоглобин фактически не участвует в переносе кислорода от легких к тканям. Этот вид патологии рассмотрен в п. 8.13.

Причиной гемической гипоксии может быть также уменьшение кислородной емкости крови (снижение содержания гемоглобина) при анемиях, вызванных кровотечением и другими причинами.

Циркуляторная гипоксия как самостоятельное заболевание у водолазов не встречается, но может иметь место при развитии декомпрессионной болезни или баротравмы легких в связи с газовой эмболией, которая нарушает нормальное кровоснабжение тканей.

Гистотоксическая (тканевая) гипоксия может парадоксально возникнуть при отравлении кислородом (гипероксическая гипоксия), когда блокируются дыхательные ферменты тканей (см. п. 8.10). В данном случае в крови существует повышенное парциальное давление кислорода, но ткани не способны утилизировать этот кислород.

Патогенез. При рассмотрении патогенеза кислородного голодания необходимо иметь в виду, что газообмен с кровью происходит в альвеолах легких. Состав альвеолярного воздуха отличается от состава вдыхаемого воздуха. В альвеолах легких при температуре тела напряжение водяных паров составляет постоянную величину, равную 47 мм рт.ст., или около 6,2 % в пересчете на атмосферное давление. В связи с этим парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе будет меньше, чем в атмосферном. Так, например, если в атмосферном воздухе содержится 20,93 % кислорода, то его парциальное давление на уровне моря будет составлять

20,93-760

рО, = = 159 мм рт.ст.

² 100 ^V

Парциальное же давление О₂ в альвеолярном воздухе при содержании его, равном 13,5-14,5 % (в среднем 14 %), за вычетом напряжения водяных паров, составляет всего:

14.(760-47))

^{V 2} 100^V

При гипоксии создаются условия для затруднения деятельности всех физиологических систем организма, в первую очередь нервной, дыхательной и сердечно-сосудистой.

При выраженной, особенно некомпенсируемой гипоксии возникают расстройства непосредственно в тканях: повышается проницаемость капилляров, появляются периваскулярный отек и разволокнение соединительной ткани, кровоизлияния по ходу мелких кровеносных сосудов в мозге и мозговых оболочках. У людей, погибших в результате острой формы кислородного голодания при быстром разрежении воздуха (при взрывной декомпрессии в летательных аппаратах или в барокамерах), наблюдаются сосудистые изменения в виде гиперемии, отека и кровоизлияния в головном мозге и различных внутренних органах. Исследованиями функционального состояния центральной нервной системы у животных и людей установлено, что по мере нарастания гипоксии вначале отмечается некоторое растормаживание дифференцировок и усиление ответов на положительные раздражители. Эти изменения свидетельствуют об ослаблении процессов внутреннего торможения и об относительном преобладании процессов возбуждения. В дальнейшем наблюдается ослабление рефлексов и на положительные раздражители, а дифференцировки становятся еще менее стойкими. Затем наступает уравнительная фаза, во время которой на сильные и слабые раздражители испытуемые дают ответы одинаковой силы. По мере усиления действия гипоксии наступают парадоксальная и ультрапарадоксальная фазы. Для первой фазы характерно наличие более сильных ответов на слабые раздражители и более слабых - на сильные, а для второй -- наличие положительных ответов на тормозные и дифференцированные раздражители и резкое ослабление или отсутствие ответов на положительные раздражители. В дальнейшем гипоксия снижает работоспособность корковых клеток настолько, что наступает запредельное охранительное торможение. Морфологически отмечаются увеличение проницаемости мембран мозга, развитие отека и кровоизлияний. Изменения в деятельности центральной нервной системы создают функциональные сдвиги в организме, характерные для кислородного голодания: начальная эйфория и повышенная возбудимость сменяются общей слабостью, невозможностью выполнения напряженной мышечной работы, затемнением сознания, резким расстройством координации движений и коматозным состоянием.

Изменения кровообращения и дыхания при гипоксии происходят рефлекторно за счет возбуждения кислородных рецепторов, связанного с низким парциальным давлением кислорода, и возбуждения хеморецепторов легочных вен и аортальной системы (участков аортальных, сино-каротидных зон и других областей) вследствие повышенной кислотности крови (Бреслав И.С, 1973; Маршак М.Е., 1973; Сергиевский М.В., 1973). Кислородные рецепторы аортальной и синокаротидных зон особенно чувствительны к низкому напряжению кислорода в артериальной крови. Даже в состоянии наркоза падение напряжения кислорода в артериальной крови всего лишь на 1 мм рт.ст. вызывает безусловно рефлекторные реакции сердечно-сосудистой и дыхательной систем, направленные на восстановление нормального напряжения кислорода в артериальной крови, на ликвидацию даже малейшей гипоксии.

Типичными изменениями в деятельности сердечно-сосудистой системы при кислородном голодании у здорового человека являются увеличение минутного и ударного объема крови и рефлекторная перестройка кровообращения, направленная на преимущественное снабжение кровью головного мозга (особенно его коры), резкое сужение сосудов мышц и органов брюшной полости. Указанное перераспределение крови, происходящее на фоне усиленного кровообращения, представляет собой важную приспособительную реакцию, обусловленную деятельностью нервно-рефлекторного механизма (Барбашова З.И., 1960; Петухов В.А., 1964; Корольков В.И., 1966). В миокарде 2/3 кислорода расходуется на сократимость и 1/3 -- на остальной метаболизм. При недостатке кислорода снижается энергетика, нарушаются возбудимость и проводимость, возникают некробиозы. Клинически это проявляется тахисистолией, затем брадикардией, экстрасистолией и недостаточностью миокарда.

В легких при гипоксии возникают вазоконстрикция и интерстициальный отек, снижается продукция сурфактанта, падает растяжимость легких, возрастает обструкция из-за экспираторного закрытия дыхательных путей. Гипертензия в малом круге ведет к правожелудочковой недостаточности. Дыхательная система человека реагирует на гипоксемию углублением и учащением дыхания. Экспериментально установлено, что более или менее заметные изменения дыхания возникают при содержании кислорода во вдыхаемом воздухе 14-15 % (НО мм рт.ст.). При содержании кислорода около 10-11 % легочная вентиляция возрастает в большей степени, а при 8-8,5 % может достигать двукратной величины по сравнению с нормальными условиями. При содержании кислорода менее 6 % она возрастает многократно. При дальнейшем прогрессировании гипоксии наблюдается периодическое дыхание, которое постепенно переходит в дыхание типа Чейна -- Стокса.

Кислотно-основное состояние при кислородном голодании претерпевает двухфазные изменения. В первые минуты активная реакция крови отчетливо сдвигается в щелочную сторону вследствие вымывания из организма углекислоты за счет повышения легочной вентиляции. Наступает состояние гипокапнии, ведущее к дыхательному алкалозу. Вторая фаза характеризуется сдвигом активной реакции крови в сторону преобладания кислых эквивалентов. Время возникновения этой фазы зависит от величины уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемой газовой смеси, а также от продолжительности дыхания смесью. Это связано с нарушением обменных процессов в организме, что сопровождается усиленным образованием недоокисленных продуктов (молочной и пировиноградной кислот, ацетоновых тел), обладающих резко выраженными кислыми свойствами. Наступает фаза метаболического ацидоза. При гипоксии значительно уменьшается содержание щелочного резерва плазмы крови, которое снижается параллельно снижению напряжения кислорода в крови.

Для гипоксии характерным является также увеличение количества эритроцитов. При кратковременной гипоксии эритроцитоз и гиперхромемия возникают в результате выхода депонированной крови в общий поток. В случае продолжительной гипоксии или при повторных воздействиях пониженного парциального давления кислорода изменение количества эритроцитов и гемоглобина в них происходит вследствие образования в крови эритропоэтического фактора, оказывающего стимулирующее действие на синтез гемоглобина.

Под влиянием гипоксии претерпевают изменения белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмен (Коростовцева Н.В., 1976). Нарушается дезаминирование белков в печени (происходит увеличение аминного азота в крови), значительно усиливается анаэробная фаза гликолиза при относительном угнетении его аэробной фазы (усиленный распад гликогена), снижается окисление молочной кислоты до СО₂ и Н₂О, происходит неполное окисление жиров, что приводит к накоплению в организме ацетона, ацетоуксусной и (3-масляной кислот. Основные изменения углеводного обмена выражаются в увеличении содержания в крови сахара, молочной и пировиноградной кислот. Повышение количества свободной глюкозы в крови обусловлено усилением гликогенолиза.

Кислородное голодание приводит к расстройству системы терморегуляции, в результате чего на фоне усиленной выработки тепла понижается температура тела (Иванов К.П., 1963).

Нарушается функция пищеварения, проявляющаяся снижением секреции желез слизистой оболочки желудка и нарушением двигательной функции пищеварительного тракта. В печени развиваются центральные некрозы, выбрасывается ферритин, повышающий сопротивление портальному кровотоку, который из-за этого снижается и еще больше увеличивает гипоксию печени.

В почках при гипоксии нарушаются все функции по типу ишемического некронефроза. Гипоксемия приводит к существенному снижению диуреза за счет понижения фильтрация и усиления реабсорбции жидкости в почках.

Установлена роль гипофиза и надпочечников в формировании защитных функций организма на действие гипоксии, приводящих к развитию общего функционального напряжения (стресса). При кислородном голодании усиливается инкреторная деятельность надпочечников, так как введение в кровь гормонов коркового слоя надпочечников повышает устойчивость к гипоксии. Кислородное голодание вызывает в тканях отчетливое повышение ферментативной активности систем, относящихся к группе оксидаз (цитохромы, цитохромоксидазы и др.), особенно в нервной ткани, печени и почках. Повышение активности окислительных ферментативных систем оценивается как перестройка механизма обменных процессов, направленных на ослабление влияния гипоксемии. В то же время катехолинемия приводит к спазмированию артерий и нарушению кровотока в системе микроциркуляции, следствием чего являются нарушения реологических свойств крови, ведущие к гиповолемии.

Мозг человека, масса которого составляет 2 % массы тела, поглощает 18 % кислорода, потребляемого всем организмом, причем серое вещество усваивает в 5 раз больше кислорода за единицу времени, чем участок белого вещества такой же массы. Через мозг человека протекает 740-- 750 мл крови в минуту. Деятельность мозга нарушается при снижении количества протекающей через него крови более чем на 40 %. Человек теряет сознание через 10 с после полного прекращения циркуляции крови в головном мозге. Через 40-- 100 с угасают собственные рефлексы мозга, а в среднем через 5 мин наступает смерть организма. Смерть происходит при потреблении мозговым веществом кислорода ниже 2,1 мл/мин на 100 г мозгового вещества. В зависимости от степени гипоксии и сроков воздействия на организм низкого парциального давления кислорода, а также степени проявления компенсаторных реакций организма различают три формы кислородного голодания: молниеносную, острую и хроническую.

Молниеносная форма кислородного голодания может наступить при дыхании чистым азотом, гелием, водородом и другими индифферентные газами без примеси кислорода. В этом случае вследствие быстрого вымывания кислорода из организма наступает мгновенная потеря сознания с последующей гибелью в течение 1,5--2 мин. Компенсаторные механизмы организма при этом не успевают развиться.

При острой форме кислородного голодания быстро (в течение нескольких минут) возникают компенсаторные реакции организма, а вслед за ними патологические реакции, которые могут стать ведущими и при продолжительном действии гипоксии привести к гибели пострадавшего.

Хроническая форма кислородного голодания возникает в случае длительного (дни, недели, месяцы) воздействия на организм человека порогового или подпорогового гипоксического раздражителя, когда вместо экстренных компенсаторных реакций дыхательной и сердечно-сосудистой систем происходит существенная перестройка эритропоэза и тканевого обмена.

Клиника. В водолазной практике при снижении парциального давления кислорода ниже нормы возникает гипоксическая гипоксия, течение которой можно условно разделить на четыре последовательных стадии. При интенсивной физической нагрузке, переохлаждении и других факторах, способствующих повышенному потреблению кислорода, возможен более быстрый переход состояния организма в более тяжелую стадию.

Для первой стадии гипоксии, проявляющейся при парциальном давлении кислорода во вдыхаемой смеси 140-90 мм рт.ст. (18,5--12 об.%), характерны ощущение тяжести в голове и во всем теле, невозможность сосредоточить волевые усилия на выполнении умственной и физической работы, нарушение координации движений, особенно тонких двигательных актов, замедление темпа речи, снижение умственной работоспособности. В коре больших полушарий определяются нарушение всех видов внутреннего торможения, возрастание латентных периодов условнорефлекторных реакций и растормаживание дифференцировок. На этой стадии организм в состоянии покоя достаточно легко справляется с гипоксией за счет ряда компенсаторных реакций. Со стороны сердечнососудистой системы определяются повышение артериального давления, увеличение частоты пульса на 5--30 ударов в минуту. Дыхание несколько учащается, на 20-80 % увеличивается минутный объем дыхания (МОД).

Вторая стадия гипоксии проявляется при парциальном давлении кислорода во вдыхаемой смеси 90--70 мм рт.ст. (12--9,2 %). В этой стадии гипоксемии компенсаторные реакции организма становятся недостаточными, вследствие чего наступают нарушения функции центральной нервной системы и деятельности циркуляторной системы. Сознание у пострадавшего сохраняется, но исчезает способность к реальной оценке текущих событий, появляется стремление к выполнению намеченной цели без учета реальной обстановки и опасности. Походка становится шаткой, резко снижается чувствительность, в силу чего пострадавший не замечает ушибов и травматических повреждений кожных покровов. В центральной нервной системе преобладают процессы торможения, возникают предобморочное состояние, побледнение кожных покровов. МОД увеличивается в 2 раза и более, частота сердечных сокращений может превышать исходную на 40 % (до 120 сокращений в минуту в покое). Мышечные усилия быстро вызывают сердечную декомпенсацию.

Третья стадия гипоксии проявляется при парциальном давлении кислорода во вдыхаемой смеси 70-55 мм рт.ст. (9,2-7,2 %). Происходит резкое нарушение функций центральной нервной системы, появляется спутанность мышления, даже незначительное физическое усилие приводит к потере сознания, при этом наступает церебральная кома с «ригидными стеклянными глазами». Иногда возникают гипоксемические судороги, непроизвольные мочеиспускание и дефекация, периодическое дыхание: 3--6 дыхательных движений, за которыми следует пауза. МОД существенно уменьшается по сравнению с предыдущей степенью гипоксии, но может быть несколько больше, чем при нормальном давлении. Частота сердечных сокращений уменьшается по сравнению с выраженной гипоксией при наступающей декомпенсации. При резком ухудшении общего состояния организма возможна остановка сердца.

Четвертая стадия гипоксии возникает при парциальном давлении кислорода во вдыхаемой смеси ниже 55 мм рт.ст. (7,2 об.%). Для этой стадии характерны агональное состояние, смена периодического дыхания очень редким дыханием (1--3 в 1 мин), синюшный цвет видимых слизистых оболочек и кожных покровов (цианоз). После остановки дыхания возникает резкая декомпенсация кровообращения с падением артериального давления и опасностью остановки сердца, наступает клиническая смерть.

Таким образом, характерными признаками острого кислородного голодания у человека при гипоксической гипоксии являются бледность кожи, синюшность кожных покровов и видимых слизистых оболочек, гипоксическая одышка, сменяющаяся при декомпенсации периодическим дыханием, учащение сердцебиения с последующей брадикардией, нарушение координации движений, существенные изменения психики вплоть до потери сознания и, наконец, при четвертой стадии гипоксии -- клиническая смерть.

В водолазной практике при использовании снаряжения с замкнутой схемой дыхания, как правило, водолаз внезапно теряет сознание, не замечая предвестников, характерных для вышеприведенных стадий.

Оказание помощи и лечение. Первая помощь при кислородном голодании заключается в подъеме пострадавшего водолаза из воды на поверхность. Если водолаз запутался и поднять его за сигнальный конец невозможно, под воду немедленно спускают страхующего водолаза При спусках в снаряжении с замкнутой схемой дыхания страхующий водолаз перед подъемом должен у пострадавшего заменить кислородом газовую смесь в дыхательном мешке, контролируя степень его наполнения, проверить степень открытия крышки травяще-предохранительного клапана на дыхательном мешке, взять пострадавшего поудобнее и дать сигнал о подъеме. На поверхности пострадавшего переключают на дыхание воздухом и быстро освобождают от снаряжения. При потере сознания вследствие кислородного голодания загубник в первые 2-3 мин обычно бывает крепко зажат зубами. Для удаления его изо рта в начальный период кислородного голодания надо разжать челюсть роторасширителем.

Пострадавшего укладывают на койку, тепло укрывают и проводят лечение в соответствии с состоянием пострадавшего. При возможности дают дышать кислородом в соответствии с режимом, представленным в таблице от стационарной системы с использованием кислородного ингалятора или аппарата для кислородной декомпрессии.

Режимы лечебной рекомпрессии с использованием кислорода для лечения кислородного голодания, утопления, отравления выхлопными газами и нефтепродуктами

Примечание. Продолжительность дыхания кислородом под наибольшим давлением определяется состоянием пострадавшего. В случае легкой степени заболевания это время должно составлять 30 мин, а при заболевании средней тяжести и при тяжелой его форме -- 60 мин. Время перехода с остановки на остановку -- 2 мин. В целях повышения эффективности лечения целесообразно перевести пострадавшего водолаза на дыхание кислородом в условиях нормального давления при подготовке к помещению в барокамеру и, не выключая его из кислородного аппарата, поместить в барокамеру и начать компрессию.

При использовании для дыхания кислородом в барокамере кислородных ингаляторов с открытой схемой дыхания или изолирующих кислородных аппаратов (например, аппарата ИДА-57 или ИДА-72Д2 с отсоединенной трубкой выдоха) с целью исключения накопления в атмосфере барокамеры кислорода более 25 % барокамеру периодически вентилируют воздухом в соответствии с расчетом, приведенным в п.3.1.5 приложения 2.При отсутствии кислорода давление в камере повышается воздухом до 70 м с последующим снижением давления по лечебному режиму 2А.

В тех случаях, когда при кислородном голодании у пострадавшего отсутствует дыхание при наличии сердечной деятельности, следует делать искусственную вентиляцию легких способом «изо рта в рот» или «изо рта в нос» до восстановления естественного дыхания или до появления явных признаков смерти (см. приложение 18). При ослаблении сердечной деятельности применяются сердечные гликозиды в терапевтических дозах: кордиамин (1-2 мл внутримышечно) или коргликон (1 мл 0,06 %-ного раствора в 10 мл 40 %-ного раствора глюкозы внутривенно). При прогрессирующем падении артериального давления подкожно или внутримышечно вводят 0,5--1 мл 0,1 %-ного раствора адреналина или строфантин (0,5 мл 0,05 %-ного раствора в 10-- 20 мл 40 %-ного раствора глюкозы внутривенно). При остановке сердца применяют непрямой массаж сердца (см. приложение 18) и другие мероприятия по восстановлению жизненных функций. При этом необходимо для согревания пострадавшего укрыть теплым одеялом и резиновыми грелками, заполненными водой с температурой 40--45 °С. Симптоматическое лечение должно быть направлено прежде всего на стимуляцию дыхания и кровообращения. Введение фармакологических стимуляторов дыхания (1 мл 0,15 %-ного раствора цититона внутривенно или внутримышечно) показано лишь при появлении естественного дыхания или при ослабленном естественном дыхании. В противном случае внутривенное введение этого мощного стимулятора дыхательного центра может еще больше усугубить запредельное торможение в нервных клетках дыхательного центра, возникшее в результате тяжелой гипоксемии.

Последствия кислородного голодания зависят от его тяжести и своевременности оказанной первой и врачебной помощи.

При гипоксии первой стадии, как правило, на другой день пострадавший уже не испытывает неприятных субъективных ощущений. После тяжелых форм гипоксии в течение продолжительного времени могут наблюдаться общая слабость, недомогание и головная боль, расстройства высшей нервной деятельности и другие патологические явления. Таких пострадавших следует рассматривать как тяжелобольных, нуждающихся в тщательном врачебном наблюдении и лечении в стационарных условиях.

Профилактика. Мероприятия по профилактике кислородного голодания у водолазов сводятся к тщательному контролю правильности проведения рабочей проверки водолазного снаряжения с замкнутой и полузамкнутой схемами дыхания, методики приготовления и контроля состава 40 % КАС, соблюдения правил использования снаряжения и методики проведения водолазных спусков. Запрещаются соревнования спортсменов-подводников без использования дыхательного аппарата по нырянию на максимальное время нахождения под водой, максимальную глубину и максимальную дистанцию.

Гипервентиляция перед нырянием в комплекте № 1 должна включать не более 3-4 глубоких вдохов и выдохов. При появлении сильной потребности сделать вдох ныряльщик должен незамедлительно всплывать на поверхность. Перерыв между ныряниями должен быть достаточным для восстановления нормальной деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Спортсменам-подводникам целесообразно знать свое индивидуальное максимально допустимое время ныряния при задержке дыхания с использованием комплекта № 1 в соответствии с расчетом п. 3.8 приложения 2.

При использовании для дыхания водолазов 40 % КАС перед первым спуском водолаза в течение рабочего дня и перед заменой секций баллонов с 40 % КАС должен быть сделан анализ смеси на содержание кислорода. Особенно опасна возможность перепутывания баллонов и подачи водолазу на дыхание чистого азота в случае приготовления смеси из кислорода и азота.

При применении дыхательных аппаратов, в которых регенеративные патроны заряжены химическим поглотителем ХП-И, а баллоны -- кислородом, исключение кислородного голодания достигается соблюдением следующих мероприятий:

применением для дыхания медицинского кислорода;

проведением перед спуском под воду проверки давления в кислородном баллоне (оно должно быть не менее 90 % рабочего давления) и постоянной подачи кислорода редуктором;

правильным включением на дыхание в аппарат с 5-кратной промывкой системы «аппарат -- легкие» в соответствии с п. 3.5.3;

проведением замен кислорода в дыхательном мешке аппарата (однократных промывок) в соответствии с п. 3.5.3 во время работы под водой с периодичностью, представленной в табл. 10;

обязательным проведением однократной кислородной промывки системы «аппарат -- легкие» перед подъемом с глубины на поверхность.

Отравление углекислым газом

Отравление углекислым газом представляет собой патологическое состояние, возникающее вследствие нарушения выведения углекислого газа из организма и увеличения его напряжения в тканях.

Историческая справка. Впервые наблюдал химическое выделение СО₂ («лесного духа») Ян ван Гельмонт в 1620 г. Однако открывателем углекислого газа считается шотландский физик и химик Джозеф Блэк, который в 1754 г. его получил и отметил токсическое действие на организм. Факт образования углекислого газа в организме впервые был установлен французским химиком Антуаном Лавуазье в 1778 г., который записал, что «доброкачественная часть воздуха, пройдя через легкие, превращается в воздухообразную меловую кислоту». В дальнейшем А.Лавуазье и К.Бернар установили, что во время пребывания животных в герметичных камерах содержание кислорода снижается, а содержание углекислого газа возрастает. В 1837 г. Г. Магнус извлек из крови подопытных животных газ и показал, что в его состав входят азот, кислород и углекислый газ. И.М. Сеченов в 1858--1859 гг. установил, что при развитии асфиксии содержание кислорода в крови у подопытного животного снижается, а содержание углекислого газа возрастает. В 1861 г. немецкий физик Бюккуа обнаружил в кессонах повышенное содержание углекислого газа (до 8,9 %). П.Бер (1878) доказал, что жизнь животных в герметических камерах в нормобарических условиях ограничивается токсическим действием углекислого газа, а не дефицитом кислорода. Исходя из исследований Бюккуа, П. Бер предложил проводить очистку воздуха в кессонах для удаления из них углекислого газа и вредных веществ. В 1879 г. И.М. Сеченов открыл закон постоянства парциального давления углекислого газа в альвеолярном воздухе, зависимость между концентрацией СО₂ во вдыхаемом воздухе и минутным объемом дыхания, а в 1880 г. установил взаимосвязь газового состава альвеолярного воздуха и крови.

Значительный вклад в учение о влиянии повышенного парциального давления углекислого газа на организм внесли ученики и последователи И.М. Сеченова (Пашутин В.В., Альбицкий П.М., Бресткин М.П., Голодов И.И., Маршак М.Е., Сулимо-Самуйлло З.С. и др.), Кривошеенко Н.К., Савичев И.И., Кулешов В.И., а также зарубежные исследователи (Холдейн Дж., Девис Р., Шефер К.) и др.

Этиология. Углекислый газ (угольный ангидрид, двуокись углерода) -- бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом. Он почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В атмосферном воздухе углекислый газ содержится в виде примеси (около 0,03 об.%) и пополняется в основном за счет активности вулканов, жизнедеятельности микроорганизмов почвы и сжигания топлива. Относительное постоянство содержания СО₂ в атмосферном воздухе поддерживается благодаря поглощению его Мировым океаном и усвоению растительным миром. Однако концентрация углекислого газа в атмосфере Земли повышается в связи с деятельностью человека. По концентрации изотопов углерода в годовых кольцах деревьев ученые выдвинули гипотезу о том, что в середине XIX в. в атмосфере было 0,0268-0,0270 % СО₂. За 22 года наблюдений (1958-1980) среднегодовая концентрация СО₂ в атмосфере над Гавайскими островами увеличилась с 0,033 до 0,036 %. Содержание СО₂ в атмосфере оказывает большое влияние на климат. В случае увеличения его концентрации в атмосфере Земли на 30 % растают все морские льды вследствие «парникового эффекта».

В организме животных и человека СО₂ образуется как конечный продукт окислительных процессов пищевых веществ. Отравление углекислым газом у водолазов возникает, как правило, в результате накопления его по разным причинам в дыхательной газовой смеси при использовании водолазного снаряжения или при нахождении в барокамере.

В водолазной практике различают первичные и вторичные гиперкапний. Последние представляют собой патогенетические звенья других специфических и неспецифичеких заболеваний водолазов. Классификация гиперкапний, возникающих у водолазов, представлена в табл. 34.

Таблица 34. Классификация гиперкапний, возникающих v водолазов ("по Кулешову В.И.. 19861

Гиперкапническая гиперкапния может возникнуть во всех видах водолазного снаряжения.

При использовании вентилируемого водолазного снаряжения отравление углекислым газом может быть в следующих случаях:

при недостаточной (менее 80 л/мин) подаче воздуха в скафандр для вентиляции подшлемного пространства;

при выполнении интенсивной физической работы без соответствующего увеличения вентиляции скафандра; при подаче водолазу в скафандр воздуха с повышенным содержанием СО₂;

при обрыве, пережатии или закупорке шланга.

При использовании снаряжения с замкнутой схемой дыхания отравление СО₂ может наступить в следующих случаях:

при использовании дыхательного аппарата с неисправным клапаном вдоха, через который при выдохе часть выдыхаемого газа поступает в дыхательный мешок, минуя патрон с ХП-И;