Καθώς ανεβαίνετε στα βουνά, η πίεση του οξυγόνου στον αέρα μειώνεται σταθερά, γεγονός που οδηγεί σε πτώση αυτής της πίεσης στις κυψελίδες και, ως αποτέλεσμα, σε πτώση της τάσης οξυγόνου στο αίμα. Εάν η τάση οξυγόνου πέσει κάτω από 50-60 mmHg, ο κορεσμός οξυγόνου της αιμοσφαιρίνης αρχίζει να μειώνεται πολύ γρήγορα.
Χαρακτηριστικά των φυσιολογικών αλλαγών στην αναπνοή στα βουνά
Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν βιώνουν δυσφορία όταν αναπνέουν στα βουνά σε ύψος μέχρι 2,5 km. Αυτό δεν σημαίνει ότι σε υψόμετρο 2 km ο οργανισμός βρίσκεται στην ίδια κατάσταση με τη βαρομετρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας. Αν και σε ύψος έως και 3 km, το αίμα είναι κορεσμένο με οξυγόνο κατά τουλάχιστον 90% της χωρητικότητάς του, η τάση του διαλυμένου οξυγόνου στο αίμα είναι ήδη μειωμένη εδώ και αυτό εξηγεί μια σειρά από παρατηρούμενες αλλαγές στην αναπνοή. τα βουνά. Αυτά περιλαμβάνουν:
- εμβάθυνση και ελαφρά αύξηση της αναπνοής.
- αυξημένος καρδιακός ρυθμός και αύξηση του όγκου των λεπτών.
- κάποια αύξηση στο BCC?
- αυξημένο νεόπλασμα των ερυθρών αιμοσφαιρίων.
- μια μικρή πτώση στη διεγερσιμότητα των υποδοχέων που μπορεί να ανιχνευθεί μόνο με πολύ λεπτές μεθόδους, που εξαφανίζεται μετά από δύο ή τρεις ημέρες παραμονής στο υποδεικνυόμενο υψόμετρο.
Όλες αυτές οι αλλαγές κατά την αναπνοή στα βουνά σε ένα υγιές άτομο, ωστόσο, είναι ακριβώς ρυθμιστικές διαδικασίες, η κανονική πορεία των οποίων εξασφαλίζει ικανότητα εργασίας σε υψόμετρο. Δεν είναι περίεργο που η διαμονή σε υψόμετρο 1-2 km χρησιμοποιείται μερικές φορές ως θεραπευτική τεχνική για την καταπολέμηση ορισμένων ασθενειών.
Από ύψος 3 km και σε έναν αριθμό ατόμων (ελλείψει μυϊκής εργασίας) μόνο από ύψος 3,5 km, αρχίζουν να εντοπίζονται διάφορες διαταραχές, οι οποίες εξαρτώνται κυρίως από αλλαγές στη δραστηριότητα των υψηλότερων κέντρων. Όταν αναπνέουμε στα βουνά, η τάση του διαλυμένου οξυγόνου στο αίμα μειώνεται και η ποσότητα του οξυγόνου που δεσμεύεται από την αιμοσφαιρίνη επίσης μειώνεται. Τα συμπτώματα της αναπνευστικής υποξίας εμφανίζονται όταν ο κορεσμός του αίματος με οξυγόνο πέσει κάτω από το 85% της χωρητικότητας οξυγόνου του αίματος. Εάν ο κορεσμός του οξυγόνου κατά την αναπνευστική υποξία πέσει κάτω από το 50-45% της χωρητικότητας οξυγόνου, τότε ο θάνατος επέρχεται σε ένα άτομο.
Όταν η άνοδος σε ένα σημαντικό ύψος γίνεται αργά (για παράδειγμα, κατά την αναρρίχηση), τότε αναπτύσσονται συμπτώματα υποξίας, τα οποία δεν ανιχνεύονται με ταχέως αναπτυσσόμενη υποξία, οδηγώντας σε απώλεια συνείδησης. Σε αυτή την περίπτωση, λόγω διαταραχής της υψηλότερης νευρικής δραστηριότητας, σημειώνονται κόπωση, υπνηλία, τρόμος, δύσπνοια, αίσθημα παλμών, συχνά ναυτία και μερικές φορές αιμορραγία (νόσος του υψομέτρου ή ασθένεια του βουνού).
Μια αλλαγή στη νευρική δραστηριότητα μπορεί να ξεκινήσει ακόμη και πριν από τη μείωση της ποσότητας της οξυαιμοσφαιρίνης στο αίμα, ανάλογα με τη μείωση της τάσης του διαλυμένου οξυγόνου στο αίμα. Στους σκύλους, ορισμένες αλλαγές στη νευρική δραστηριότητα σημειώνονται μερικές φορές ήδη στα 1000 m, που εκφράζονται πρώτα σε αύξηση των ρυθμισμένων αντανακλαστικών και εξασθένηση των ανασταλτικών διεργασιών στον εγκεφαλικό φλοιό. Σε μεγαλύτερο υψόμετρο, τα εξαρτημένα αντανακλαστικά μειώνονται και στη συνέχεια (σε υψόμετρο 6-8 km) εξαφανίζονται. Τα αντανακλαστικά χωρίς όρους επίσης μειώνονται. Στον εγκεφαλικό φλοιό ενισχύεται η αναστολή. Εάν σε χαμηλό υψόμετρο (2-4 km) παρατηρούνται αλλαγές στα εξαρτημένα αντανακλαστικά μόνο στην αρχή, τότε σε μεγάλα υψόμετρα, οι διαταραχές στην ρυθμισμένη αντανακλαστική δραστηριότητα δεν μειώνονται με τη συνεχιζόμενη υποξία, αλλά μάλλον βαθαίνουν.
Προκαλούμενη από την υποξία από την αναπνοή στα βουνά, οι αλλαγές στην κατάσταση του εγκεφαλικού φλοιού, φυσικά, επηρεάζουν την πορεία όλων των φυσιολογικών λειτουργιών. Η αναστολή που αναπτύσσεται στον φλοιό μπορεί επίσης να μεταφερθεί σε υποφλοιώδεις σχηματισμούς, γεγονός που επηρεάζει τόσο την παραβίαση των κινητικών πράξεων όσο και την ενίσχυση των αντανακλαστικών στα ερεθίσματα από τους ενδοϋποδοχείς.
Όριο ύψους
Ανάλογα με τα ατομικά χαρακτηριστικά, το επίπεδο φυσικής κατάστασης, όταν εμφανίζονται αναπνευστικές διαταραχές στα βουνά, μπορεί να διαφέρει, αλλά αυτές οι διαταραχές, αν και σε διαφορετικά ύψη, είναι βέβαιο ότι θα εμφανιστούν σε όλους.
Για υγιή άτομα, κατά μέσο όρο, μπορεί να υποδειχθεί η ακόλουθη κλίμακα ύψους, όπου συμβαίνουν ορισμένες λειτουργικές αλλαγές στο σώμα:
- μέχρι υψόμετρο 2,5 km, οι περισσότεροι άνθρωποι (και ορισμένα άτομα μέχρι υψόμετρο 3,5-4 km) δεν παρουσιάζουν σημαντικές διαταραχές. Ο κορεσμός του αίματος με οξυγόνο εδώ είναι ακόμη υψηλότερος από το 85% της χωρητικότητας οξυγόνου, και από τις αλλαγές στην κατάσταση του σώματος, είναι χαρακτηριστικό μόνο η αυξημένη δραστηριότητα του αναπνευστικού, του καρδιαγγειακού συστήματος, καθώς και το αυξημένο νεόπλασμα των ερυθρών αιμοσφαιρίων. ;
- σε υψόμετρο 4-5 km, αρχίζουν να σημειώνονται διαταραχές της υψηλότερης νευρικής δραστηριότητας, ρύθμιση της αναπνοής, κυκλοφορία του αίματος (ευφορία ή αίσθημα αδιαθεσίας, εύκολη κόπωση, αναπνοή Cheyne-Stokes, απότομη αύξηση του καρδιακού ρυθμού, μερικές φορές κατάρρευση).
- σε υψόμετρο 6-7 km, αυτά τα συμπτώματα γίνονται πολύ σοβαρά για τους περισσότερους ανθρώπους, με εξαίρεση τα ειδικά εκπαιδευμένα άτομα.
- Η αναπνοή στα βουνά σε υψόμετρο 7-8 km οδηγεί πάντα σε μια σοβαρή κατάσταση και είναι επικίνδυνη για τους περισσότερους ανθρώπους, και ένα ύψος 8,5 km είναι το όριο πάνω από το οποίο ένα άτομο δεν μπορεί να ανέβει χωρίς να εισπνεύσει οξυγόνο.
Στα ζώα που ζουν μόνιμα στα βουνά, υπάρχει σημαντικός υποκορεσμός του αίματος με οξυγόνο. Για παράδειγμα, στα πρόβατα σε υψόμετρο 4000 m, ο κορεσμός του αίματος με οξυγόνο είναι μόνο περίπου το 65% της χωρητικότητας οξυγόνου, αλλά δεν υπάρχουν παθολογικά συμπτώματα υποξαιμίας.
Ακόμη και μια σύντομη παραμονή κάτω από το νερό απαιτεί τόσο ειδικό τεχνικό εξοπλισμό όσο και κατάλληλη εκπαίδευση ενός ατόμου. Οι μεγαλύτερες δυσκολίες στην υποβρύχια εργασία συνδέονται με την παροχή στον δύτη με ένα μείγμα αναπνοής.
Το γεγονός είναι ότι το μείγμα αερίων πρέπει να εισέλθει στους πνεύμονες του δύτη υπό την ίδια πίεση που δημιουργεί μια στήλη νερού σε ένα δεδομένο βάθος. Εάν παραβιαστεί αυτή η αναλογία, η εξωτερική πίεση απλώς θα πιέσει το στήθος, εμποδίζοντάς σας να πάρετε μια ανάσα. Με μια τέτοια αναπνοή, η εργασία των αναπνευστικών μυών αυξάνεται απότομα. Ως εκ τούτου, οι έμπειροι δύτες αναπνέουν βαθιά, αλλά αργά. Μερικοί από αυτούς παίρνουν μόνο 3-4 αναπνοές ανά λεπτό, κάθε φορά εισπράττοντας 2-2,5 λίτρα αέρα στους πνεύμονες.
Η σύνθεση του αναπνευστικού μείγματος είναι επίσης μεγάλης σημασίας για τις καταδύσεις σε βαθιά νερά. Εάν χρησιμοποιείται πεπιεσμένος αέρας για την αναπνοή κάτω από το νερό, τότε η μερική πίεση του οξυγόνου θα αυξηθεί καθώς καταδύεστε και σε βάθος 90 m θα υπερβεί την κανονική πίεση κατά 10 φορές. Σε βάθος 40 μέτρων, ο δύτης λαμβάνει ένα μείγμα που περιέχει 5% οξυγόνο και σε βάθος 100 μέτρων - μόνο 2% (αντί για το συνηθισμένο 20,9%). Με παρατεταμένη εισπνοή τόσο καθαρού οξυγόνου όσο και υπό πίεση περίπου 3 atm. , μπορεί να υπάρξει παραβίαση των λειτουργιών του νευρικού συστήματος με τη μορφή σπασμωδικής κρίσης.
Η μερική πίεση του αζώτου στο αναπνευστικό μείγμα δεν είναι επίσης αδιάφορη για το σώμα. Στην οικεία σε εμάς ατμόσφαιρα, όπου το άζωτο είναι σχεδόν 79%, αυτό το αέριο είναι ένα απλό αραιωτικό οξυγόνου και δεν συμμετέχει σε καμία διαδικασία που συμβαίνει στο σώμα. Ωστόσο, σε υψηλή πίεση, το άζωτο γίνεται ένας ύπουλος εχθρός. Προκαλεί μια ναρκωτική κατάσταση παρόμοια με τη δηλητηρίαση από το αλκοόλ. Επομένως, ξεκινώντας από ένα βάθος 60 m, οι δύτες τροφοδοτούνται με άζωτο - ένα μείγμα οξυγόνου, όπου το άζωτο αντικαθίσταται εν μέρει ή πλήρως από ήλιο, το οποίο είναι φυσιολογικά ανενεργό.
Για να διατηρηθεί η ζωή, είναι απαραίτητη, αφενός, η συνεχής απορρόφηση οξυγόνου από τα κύτταρα ενός ζωντανού οργανισμού και, αφετέρου, η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα των διεργασιών οξείδωσης. Αυτές οι δύο παράλληλες διαδικασίες αποτελούν την ουσία της αναπνοής.
Στα πολύ οργανωμένα πολυκύτταρα ζώα, η αναπνοή παρέχεται από ειδικά όργανα - τους πνεύμονες.
Οι ανθρώπινοι πνεύμονες αποτελούνται από πολλά μεμονωμένα μικρά πνευμονικά κυστίδια κυψελίδων με διάμετρο 0,2 mm. Επειδή όμως ο αριθμός τους είναι πολύ μεγάλος (περίπου 700 εκατομμύρια), η συνολική επιφάνεια είναι σημαντική και ανέρχεται σε 90 m 2.
Οι κυψελίδες είναι πυκνά πλεγμένες με ένα δίκτυο από τα λεπτότερα αιμοφόρα αγγεία - τριχοειδή. Το τοίχωμα του πνευμονικού κυστιδίου και του τριχοειδούς μαζί έχει πάχος μόνο 0,004 mm.
Έτσι, το αίμα που ρέει μέσα από τα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων έρχεται σε εξαιρετικά στενή επαφή με τον αέρα στις κυψελίδες, όπου γίνεται η ανταλλαγή αερίων.
Ο ατμοσφαιρικός αέρας εισέρχεται στα πνευμονικά κυστίδια, περνώντας από τους αεραγωγούς.
Οι αεραγωγοί ξεκινούν από τον λεγόμενο λάρυγγα στο σημείο όπου ο φάρυγγας περνά στον οισοφάγο. Τον λάρυγγα ακολουθεί μια τραχεία - τραχεία με διάμετρο περίπου 20 mm, στα τοιχώματα της οποίας υπάρχουν χόνδρινοι δακτύλιοι (Εικ. 7).
Ρύζι. 7. Ανώτερη αναπνευστική οδός:
1 - ρινική κοιλότητα: 2 - στοματική κοιλότητα. 3 - οισοφάγος; 4 - λάρυγγας και τραχεία (τραχεία). 5 - επιγλωττίδα
Η τραχεία περνά στην κοιλότητα του θώρακα, όπου χωρίζεται σε δύο μεγάλους βρόγχους - τον δεξιό και τον αριστερό, στους οποίους κρέμονται ο δεξιός και ο αριστερός πνεύμονας. Μπαίνοντας στον πνεύμονα, τα κλαδιά του βρόγχου, τα κλαδιά του (μεσαίοι και μικροί βρόγχοι) σταδιακά αραιώνουν και, τελικά, περνούν στους λεπτότερους τερματικούς κλάδους - τα βρογχιόλια, πάνω στα οποία κάθονται οι κυψελίδες.
Εξωτερικά, οι πνεύμονες καλύπτονται με μια λεία, ελαφρώς υγρή μεμβράνη - τον υπεζωκότα. Ακριβώς το ίδιο κέλυφος καλύπτει το εσωτερικό του τοιχώματος της θωρακικής κοιλότητας, που σχηματίζεται από τα πλάγια από τις πλευρές και τους μεσοπλεύριους μύες και από κάτω από το διάφραγμα ή τον θωρακικό μυ.
Κανονικά, οι πνεύμονες δεν συγχωνεύονται με τα τοιχώματα του θώρακα, απλώς πιέζονται σφιχτά πάνω τους. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν υπάρχει αέρας στις υπεζωκοτικές κοιλότητες (μεταξύ των υπεζωκοτικών μεμβρανών των πνευμόνων και των θωρακικών τοιχωμάτων), που αντιπροσωπεύουν στενά κενά. Μέσα στους πνεύμονες, στις κυψελίδες, υπάρχει πάντα αέρας που επικοινωνεί με την ατμόσφαιρα, επομένως υπάρχει (κατά μέσο όρο) ατμοσφαιρική πίεση στους πνεύμονες. Πιέζει τους πνεύμονες στα τοιχώματα του θώρακα με τέτοια δύναμη που οι πνεύμονες δεν μπορούν να απομακρυνθούν από αυτούς και να τους ακολουθήσουν παθητικά, με τη διαστολή ή τη σύσπαση του θώρακα.
Το αίμα, κάνοντας μια συνεχή κυκλοφορία μέσω των αγγείων των κυψελίδων, δεσμεύει οξυγόνο και απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα (CO 2). Επομένως, για τη σωστή ανταλλαγή αερίων, είναι απαραίτητο ο αέρας στους πνεύμονες να περιέχει την απαραίτητη ποσότητα οξυγόνου και να μην υπερχειλίζει CO 2 (διοξείδιο του άνθρακα). Αυτό εξασφαλίζεται με τη συνεχή μερική ανανέωση του αέρα στους πνεύμονες. Όταν εισπνέετε, ο φρέσκος ατμοσφαιρικός αέρας εισέρχεται στους πνεύμονες και όταν εκπνέετε αφαιρείται ο ήδη χρησιμοποιημένος αέρας.
Η αναπνοή γίνεται με τον ακόλουθο τρόπο. Κατά την εισπνοή, το στήθος διαστέλλεται με την προσπάθεια των αναπνευστικών μυών. Οι πνεύμονες, ακολουθώντας παθητικά το στήθος, απορροφούν αέρα μέσω της αναπνευστικής οδού. Τότε το στήθος, λόγω της ελαστικότητάς του, μειώνεται σε όγκο, οι πνεύμονες συσπώνται και σπρώχνουν τον περίσσιο αέρα στην ατμόσφαιρα. Υπάρχει μια εκπνοή. Κατά τη διάρκεια της ήρεμης αναπνοής, 500 ml αέρα εισέρχονται στους ανθρώπινους πνεύμονες κατά τη διάρκεια κάθε αναπνοής. Εκπνέει την ίδια ποσότητα. Αυτός ο αέρας ονομάζεται αναπνευστικός. Εάν όμως, μετά από μια κανονική αναπνοή, πάρετε μια βαθιά αναπνοή, τότε άλλα 1500-3000 ml αέρα θα εισέλθουν στους πνεύμονες. Ονομάζεται επιπλέον. Επιπλέον, με μια βαθιά εκπνοή μετά από μια κανονική εκπνοή, μπορούν να αφαιρεθούν από τους πνεύμονες έως και 1000-2500 ml του λεγόμενου εφεδρικού αέρα. Ωστόσο, μετά από αυτό, περίπου 1000-1200 ml υπολειπόμενου αέρα παραμένουν στους πνεύμονες.
Το άθροισμα του όγκου του αναπνευστικού, του πρόσθετου και του εφεδρικού αέρα ονομάζεται ζωτική ικανότητα των πνευμόνων. Μετράται χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή - ένα σπιρόμετρο. Σε διαφορετικούς ανθρώπους, η ζωτική χωρητικότητα των πνευμόνων κυμαίνεται από 3000 έως 6000-7000 ml.
Η υψηλή ζωτική ικανότητα είναι απαραίτητη για τους δύτες. Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα των πνευμόνων, τόσο πιο υποβρύχιος μπορεί να είναι ο δύτης.
Η αναπνοή ρυθμίζεται από ειδικά νευρικά κύτταρα - το λεγόμενο αναπνευστικό κέντρο, το οποίο βρίσκεται δίπλα στο αγγειοκινητικό κέντρο στον προμήκη μυελό.
Το αναπνευστικό κέντρο είναι πολύ ευαίσθητο στην περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα. Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα ερεθίζει το αναπνευστικό κέντρο και επιταχύνει την αναπνοή. Αντίστροφα, μια απότομη μείωση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στο αίμα ή στον κυψελιδικό αέρα προκαλεί βραχυπρόθεσμη αναπνευστική ανακοπή (άπνοια) για 1-1,5 λεπτό.
Η αναπνοή είναι υπό τον έλεγχο της θέλησης. Ένα υγιές άτομο μπορεί να κρατήσει οικειοθελώς την αναπνοή του για 45-60 δευτερόλεπτα.
Η έννοια της ανταλλαγής αερίων στο σώμα(εξωτερική και εσωτερική αναπνοή). Η εξωτερική αναπνοή παρέχει ανταλλαγή αερίων μεταξύ του εξωτερικού αέρα και του ανθρώπινου αίματος, διαποτίζει το αίμα με οξυγόνο και απομακρύνει το διοξείδιο του άνθρακα από αυτό. Η εσωτερική αναπνοή εξασφαλίζει την ανταλλαγή αερίων μεταξύ του αίματος και των ιστών του σώματος.
Η ανταλλαγή αερίων στους πνεύμονες και τους ιστούς συμβαίνει ως αποτέλεσμα της διαφοράς των μερικών πιέσεων των αερίων στον κυψελιδικό αέρα, το αίμα και τους ιστούς. Το φλεβικό αίμα που εισέρχεται στους πνεύμονες είναι φτωχό σε οξυγόνο και πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα. Η μερική πίεση του οξυγόνου σε αυτό (60-76 mm Hg) είναι πολύ μικρότερη από ό, τι στον κυψελιδικό αέρα (100-110 mm Hg) και το οξυγόνο περνά ελεύθερα από τις κυψελίδες στο αίμα. Από την άλλη πλευρά, η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στο φλεβικό αίμα (48 mm Hg) είναι υψηλότερη από τον κυψελιδικό αέρα (41,8 mm Hg), γεγονός που προκαλεί το διοξείδιο του άνθρακα να φεύγει από το αίμα και να περνάει στις κυψελίδες, από όπου αφαιρείται κατά την εκπνοή. Στους ιστούς του σώματος, αυτή η διαδικασία συμβαίνει διαφορετικά: το οξυγόνο από το αίμα εισέρχεται στα κύτταρα και το αίμα είναι κορεσμένο με διοξείδιο του άνθρακα, ένα αέριο που βρίσκεται σε περίσσεια στους ιστούς.
Η σχέση μεταξύ των μερικών πιέσεων οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα στον ατμοσφαιρικό αέρα, το αίμα και τους ιστούς του σώματος φαίνεται από τον πίνακα (οι τιμές των μερικών πιέσεων εκφράζονται σε mm Hg).
Σε αυτό θα πρέπει να προστεθεί ότι ένα υψηλό ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα ή στους ιστούς συμβάλλει στην αποσύνθεση του οξειδίου της αιμοσφαιρίνης σε αιμοσφαιρίνη και καθαρό οξυγόνο και η υψηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο συμβάλλει στην απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από το αίμα μέσω των πνευμόνων.
Χαρακτηριστικά της αναπνοής κάτω από το νερό. Γνωρίζουμε ήδη ότι ένα άτομο δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό για την αναπνοή, αφού οι πνεύμονές του χρειάζονται μόνο αέριο οξυγόνο.
Για να εξασφαλιστεί η ζωτική δραστηριότητα του οργανισμού κάτω από το νερό, είναι απαραίτητο να χορηγείται συστηματικά το αναπνευστικό μείγμα στους πνεύμονες.
Αυτό μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους: μέσω ενός αναπνευστικού σωλήνα, με χρήση αυτόνομης αναπνευστικής συσκευής και παροχή αέρα από την επιφάνεια του νερού σε μονωτικές συσκευές (κοστούμια, λουτρά, σπίτια). Αυτά τα μονοπάτια έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Είναι γνωστό εδώ και καιρό ότι, όντας κάτω από το νερό, μπορείτε να αναπνεύσετε μέσω ενός σωλήνα σε βάθος όχι μεγαλύτερο από 1 m.
Σε μεγαλύτερα βάθη, οι αναπνευστικοί μύες δεν μπορούν να ξεπεράσουν την πρόσθετη αντίσταση της στήλης του νερού, η οποία πιέζει το στήθος. Επομένως, για υποβρύχια κολύμβηση, χρησιμοποιούνται αναπνευστικοί σωλήνες που δεν υπερβαίνουν τα 0,4 m.
Αλλά ακόμη και με έναν τέτοιο σωλήνα, η αντίσταση αναπνοής είναι ακόμα αρκετά μεγάλη, επιπλέον, ο αέρας που εισέρχεται στην αναπνοή είναι κάπως εξαντλημένος σε οξυγόνο και έχει μια μικρή περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα, η οποία οδηγεί σε διέγερση του αναπνευστικού κέντρου, η οποία εκφράζεται σε μέτρια δύσπνοια (ο αναπνευστικός ρυθμός αυξάνεται κατά 5-7 αναπνοές σε ένα λεπτό).
Για να εξασφαλιστεί η φυσιολογική αναπνοή σε βάθος, είναι απαραίτητο να παρέχεται αέρας στους πνεύμονες με πίεση που θα αντιστοιχεί στην πίεση σε ένα δεδομένο βάθος και θα μπορούσε να εξισορροπήσει την εξωτερική πίεση του νερού στο στήθος.
Σε μια στολή οξυγόνου, το αναπνευστικό μείγμα συμπιέζεται στον απαιτούμενο βαθμό πριν εισέλθει στους πνεύμονες, στον αναπνευστικό ασκό, απευθείας από την πίεση του περιβάλλοντος.
Σε μια αυτόνομη αναπνευστική συσκευή πεπιεσμένου αέρα, αυτή η λειτουργία εκτελείται από έναν ειδικό μηχανισμό. Ταυτόχρονα, είναι σημαντικό να τηρούνται ορισμένα όρια αντίστασης στην αναπνοή, καθώς μια σημαντική τιμή της έχει αρνητική επίδραση στο ανθρώπινο καρδιαγγειακό σύστημα, προκαλεί κόπωση των αναπνευστικών μυών, με αποτέλεσμα το σώμα να μην μπορεί να διατηρήστε το απαραίτητο αναπνευστικό σχήμα.
Στις πνευμονικές-αυτόματες συσκευές, η αντίσταση στην αναπνοή είναι ακόμα αρκετά μεγάλη. Η αξία του υπολογίζεται λόγω της προσπάθειας των αναπνευστικών μυών, η οποία δημιουργεί κενό στους πνεύμονες, στους αεραγωγούς, στον εισπνευστικό σωλήνα και στην υπομεμβρανική κοιλότητα του πνευμονικού αυτομάτου. Υπό συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης, καθώς και στην κατακόρυφη θέση του αυτοδύτη στο νερό, όταν η πνευμονική μηχανή βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με το «κέντρο» των πνευμόνων, η αντίσταση αναπνοής κατά την εισπνοή είναι περίπου 50 mm νερού . Τέχνη. Στην οριζόντια αυτόνομη κατάδυση, η πνευμονική μηχανή της οποίας βρίσκεται πίσω από την πλάτη σε κυλίνδρους, η διαφορά μεταξύ της πίεσης του νερού στη μεμβράνη της πνευμονικής μηχανής και στο στήθος του δύτη είναι περίπου 300 mm νερού. Τέχνη.
Επομένως, η αντίσταση στην εισπνοή φτάνει τα 350 mm νερού. Τέχνη. Για να μειωθεί η αντίσταση στην αναπνοή, το δεύτερο στάδιο μείωσης σε νέους τύπους εξοπλισμού αυτόνομης κατάδυσης τοποθετείται στο επιστόμιο.
Σε αεριζόμενο εξοπλισμό, όπου ο αέρας τροφοδοτείται μέσω εύκαμπτου σωλήνα από την επιφάνεια, συμπιέζεται χρησιμοποιώντας ειδικές καταδυτικές αντλίες ή συμπιεστές και ο βαθμός συμπίεσης πρέπει να είναι ανάλογος με το βάθος της κατάδυσης. Η τιμή της πίεσης σε αυτή την περίπτωση ελέγχεται από ένα μανόμετρο που είναι εγκατεστημένο μεταξύ της αντλίας και του εύκαμπτου σωλήνα κατάδυσης.
Αργότερα, εφευρέθηκε ένα κισσόνι, το οποίο είναι ένα κουδούνι με την τρύπα προς τα κάτω. Το κουδούνι βυθίζεται στον πυθμένα και ο αέρας αντλείται κάτω από αυτό. Οι άνθρωποι στο κουδούνι μπορούν να πραγματοποιήσουν τις απαραίτητες υποβρύχιες εργασίες.
Ακόμη και για έναν δύτη, για να μην αναφέρουμε τους εργάτες του caisson, η εμβέλεια κάτω από το νερό είναι πολύ μικρή, περιορίζεται από το μήκος του σωλήνα από τον οποίο εισέρχεται ο αέρας. Όπως ήταν φυσικό, η αναζήτηση επιστημόνων συνεχίστηκε. Πιο πρόσφατα, ήδη στον αιώνα μας, ήταν δυνατό να δημιουργηθεί ένα aqualung - μια αυτόνομη συσκευή κατάδυσης με κυλίνδρους πεπιεσμένου αέρα ή οξυγόνου για ελεύθερη κίνηση υποβρύχια σε μεγάλες αποστάσεις.
Περίπου το ίδιο πρόβλημα αντιμετώπισαν τα ζώα όταν έπρεπε να μετακινηθούν σε υγρό περιβάλλον. Μερικοί από αυτούς ακολούθησαν τον ίδιο δρόμο με τους ανθρώπους και προμήνυαν τη δημιουργία καταδυτικών συσκευών για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.
Εύκολα εκτάσιμο και πολύ μακρύ σιφόνι, σαν πραγματικός καταδυτικός σωλήνας, έχουν προνύμφες eristalis. Ζουν στον πυθμένα των δεξαμενών, θαμμένοι σε λάσπη. Εάν η δεξαμενή σε αυτό το μέρος είναι πολύ ρηχή, οι προνύμφες έχουν την ευκαιρία, χωρίς να βγουν από τη λάσπη, να εκθέσουν τον εύκαμπτο σωλήνα τους στην επιφάνεια του νερού και να αναπνεύσουν ήρεμα.
Οι πρόγονοι των υδρόβιων εντόμων ήταν ζώα της ξηράς. Η μετακίνηση στο νερό μερικές φορές δεν συνεπαγόταν σημαντικές αλλαγές στο αναπνευστικό τους σύστημα. Αναπνέουν μόνο αέρα. Η μόνη προσαρμογή στο υδάτινο περιβάλλον εκφράστηκε στην ικανότητα παροχής αέρα, όπως κάνουν οι αυτοδύτες όταν πηγαίνουν σε ένα υποβρύχιο ταξίδι. Στα σκαθάρια της κολύμβησης, αυτά τα αποθέματα τοποθετούνται κάτω από την ελύτρα και στα λεία σκαθάρια στην κοιλιά. Οι φυσαλίδες αέρα συγκρατούνται από ειδικές αδιάβροχες τρίχες. Τα ανοίγματα του αναπνευστικού συστήματος βρίσκονται στα σημεία σύνδεσης των φυσαλίδων αέρα. Από αυτές τις δεξαμενές, τα έντομα αντλούν το απαραίτητο οξυγόνο για τη ζωή.
Το ίδιο ισχύει και για τις αράχνες. Η συντριπτική τους πλειοψηφία είναι χαρακτηριστικά χερσαία ζώα, που αναπνέουν με τη βοήθεια ειδικών πνευμονικών σάκων. Ακόμη πιο αξιοσημείωτο είναι ο μόνος αποστάτης στην πανίδα μας στο υδάτινο στοιχείο από αυτή την τάξη των ζώων - η ασημένια υδάτινη αράχνη. Το σώμα του καλύπτεται με μικρό, μη βρέξιμο πούπουλο. Όταν η αράχνη βυθίζεται στο νερό, οι μικρότερες φυσαλίδες αέρα κολλάνε στο κανόνι, καλύπτοντας ολόκληρο το σώμα με ένα συνεχές κέλυφος αέρα. Στο νερό, αυτό το κέλυφος λάμπει και η αράχνη γίνεται σαν μια ζωντανή μπάλα υδραργύρου. Επιπλέον, εκθέτοντας την άκρη της κοιλιάς από το νερό, η αράχνη παίρνει μια μεγαλύτερη φυσαλίδα αέρα και, κρατώντας την με τα πίσω πόδια της, πηγαίνει στο βασίλειο του Ποσειδώνα.
Μεταξύ των υδρόβιων φυτών, η αράχνη τεντώνει τα νήματα του ιστού της με τον ίδιο τρόπο που κάνουν οι επίγειοι συγγενείς της. Στην αρχή, ο ιστός έχει μια επίπεδη εμφάνιση. Αλλά καθώς η αράχνη μεταφέρει φυσαλίδες αέρα κάτω από αυτήν, αρχίζει να φουσκώνει προς τα έξω, παίρνοντας τη μορφή δακτυλήθρας. Αποδεικνύεται ένα μικροσκοπικό κισσόνι. Σε αυτό το κιβώτιο, η αράχνη περνά το μεγαλύτερο μέρος της ζωής της. Εδώ το θηλυκό βάζει όρχεις, από τους οποίους εκκολάπτονται νεαρές αράχνες.
Η ομοιότητα με τον εξοπλισμό κατάδυσης και το κιβώτιο είναι καθαρά εξωτερική. Οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα εδώ είναι πολύ πιο περίπλοκες. Αφενός, οι φυσαλίδες αέρα που μεταφέρουν τα έντομα είναι αποθεματικές δεξαμενές και, αφετέρου, βοηθούν στην εξαγωγή οξυγόνου από το περιβάλλον νερό. Αυτή η συσκευή έλαβε ακόμη και ένα ειδικό όνομα - φυσικοί πνεύμονες.
Όπως γνωρίζετε, όλα τα αέρια που συνθέτουν τον αέρα διαλύονται στο νερό σε ποσότητα ανάλογη με τη συγκέντρωσή τους στην ατμόσφαιρα. Καθώς το έντομο αναπνέει, η συγκέντρωση οξυγόνου στη φυσαλίδα αέρα μειώνεται και όταν πέσει κάτω από το 16 τοις εκατό, το οξυγόνο διαλυμένο στο νερό αρχίζει να διαχέεται στη φυσαλίδα αέρα. Έτσι, η παροχή οξυγόνου στη φούσκα αναπληρώνεται συνεχώς.
Εάν η κατανάλωση οξυγόνου είναι μικρή, όπως όταν το έντομο είναι σε ηρεμία, ο φυσικός πνεύμονας μπορεί να παρέχει τη ζήτηση οξυγόνου για απεριόριστα μεγάλο χρονικό διάστημα. Εάν η κατανάλωση οξυγόνου είναι υψηλή, η διάχυσή του από το νερό δεν μπορεί να αναπληρώσει έγκαιρα την απώλεια, το ποσοστό οξυγόνου στη φυσαλίδα αέρα μειώνεται απότομα και το ποσοστό άλλων αερίων (και κυρίως του αζώτου) αυξάνεται και γίνεται πολύ μεγαλύτερο από ό,τι συμβαίνει συνήθως στον αέρα. Επομένως, το άζωτο αρχίζει να διαλύεται στο νερό. Ο όγκος της φυσαλίδας αέρα μειώνεται λόγω της κατανάλωσης μέρους του οξυγόνου για την αναπνοή και της διάλυσης του αζώτου στο νερό, το έντομο αναγκάζεται να βγει στην επιφάνεια για να αναπληρώσει τα αποθέματά του.
Η ποσότητα αέρα που μπορεί να παρασύρει ένα έντομο είναι μικρή και αν δεν υπήρχε η αναπλήρωση οξυγόνου από το νερό, δεν θα ήταν αρκετή για πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Αυτό εκδηλώνεται ξεκάθαρα σε περιπτώσεις που η διάχυση των αερίων είναι αδύνατη. Για παράδειγμα, εάν τοποθετήσετε κολυμβητές και λεία ψάρια σε βρασμένο νερό, σύντομα θα πεθάνουν, καθώς δεν υπάρχουν διαλυμένα αέρια στο βρασμένο νερό και, επομένως, δεν υπάρχει πουθενά αναπλήρωση των αποθεμάτων οξυγόνου.
Το ίδιο θα συμβεί εάν αυτά τα έντομα φυτευτούν σε νερό στο οποίο διαλύεται μόνο οξυγόνο και δίνεται το ίδιο καθαρό οξυγόνο ως απόθεμα. Το απόθεμα δεν θα διαρκέσει περισσότερο από μισή ώρα, αφού υπό τέτοιες συνθήκες δεν θα πάει ούτε η διάχυση. Συνήθως τα smoothies μπορούν να είναι μέσα στο νερό χωρίς να αναπληρώσουν την παροχή αέρα τους για 6 ώρες. Έτσι, λόγω της διάχυσης του οξυγόνου από το νερό στη φυσαλίδα αέρα, η διάρκεια παραμονής των εντόμων στο νερό χωρίς να ξαναρχίσει η παροχή αέρα αυξάνεται πολλαπλάσια.
Τα μικρά έντομα, των οποίων η κατανάλωση οξυγόνου είναι χαμηλή, ενδέχεται να μην αναπληρώσουν την παροχή αέρα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι δεν υποφέρουν τόσο από τη μείωση των αποθεμάτων οξυγόνου, όσο από τη μείωση του αζώτου από μια φυσαλίδα αέρα. Εάν ένα ζωύφιο νερού φυτευτεί σε νερό κορεσμένο με οξυγόνο, αφού αφαιρέσετε τις φυσαλίδες αέρα κάτω από το νερό με μια λεπτή βούρτσα και τις αντικαταστήσετε με φυσαλίδες καθαρού αζώτου, τότε τα έντομα θα αισθάνονται καλά για μεγάλο χρονικό διάστημα, αφού πολύ σύντομα θα απελευθερωθεί αρκετό οξυγόνο από το νερό στη φυσαλίδα αζώτου για αναπνοή.
Οι φυσικοί πνεύμονες χρησιμοποιούνται από το χαβιάρι των ψαριών του λαβυρίνθου, για το οποίο οι γονείς πρέπει να φτιάξουν ένα ειδικό κτίριο, τη λεγόμενη φωλιά. Είναι κατασκευασμένο από φυσαλίδες αέρα που περικλείονται σε ένα σιελογόνο υγρό. Περιτριγυρισμένο μόνο από ένα λεπτό φιλμ υγρού, το χαβιάρι, που επιπλέει ανάμεσα σε φυσαλίδες αέρα, λαμβάνει επαρκή ποσότητα οξυγόνου. Η απώλεια οξυγόνου αναπληρώνεται από τον αέρα.
Ο Πολύακανθος, που ζει σε ένα περιβάλλον πιο πλούσιο σε οξυγόνο, χτίζει τις φωλιές του όχι στην επιφάνεια, αλλά κάπου κάτω από ένα φαρδύ φύλλο ενός υποβρύχιου φυτού, κάτω από μια πέτρα ή μια εμπλοκή. Δεδομένου ότι υπάρχει οξυγόνο στο νερό, οι φυσικοί πνεύμονες θα λειτουργήσουν σε βάθος. Είναι ενδιαφέρον ότι ο polyacantus χτίζει τη φωλιά του οποιαδήποτε στιγμή του χρόνου, και όχι μόνο κατά την περίοδο αναπαραγωγής, και τη χρησιμοποιεί μόνος του, αναπνέοντας αέρα από τη φωλιά. Αυτό επιτρέπει στα ψάρια να μην ανεβαίνουν στην επιφάνεια, όπου μπορεί να περιμένει ο κίνδυνος, αλλά να παραμένουν στο βυθό σε πυκνά πυκνά φυτά, σε μπλοκαρίσματα από εμπλοκές. Ο Polyacantus παίρνει αέρα πλούσιο σε οξυγόνο από τα ντουλάπια του και σε αντάλλαγμα για εμπλουτισμό με οξυγόνο και καθαρισμό από διοξείδιο του άνθρακα επιστρέφει μια φυσαλίδα αζώτου με ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα. Μόνο όταν η φωλιά είναι χαμηλή σε άζωτο, ο πολυάκανθος ανεβαίνει στην επιφάνεια για να αναπληρώσει τις προμήθειες του.
Υπάρχει μια ευρέως διαδεδομένη άποψη ότι οι πρόγονοί μας, σε περίπτωση ακραίας κατάστασης κατά τη διάρκεια των εχθροπραξιών, μπορούσαν να αναπνεύσουν επιτυχώς χρησιμοποιώντας τις απλούστερες συσκευές όπως ένας σωλήνας, βυθισμένοι στο νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα και το βάθος βύθισης υποτίθεται ότι μετρήθηκε σε μέτρα, ο χρόνος - σε ώρες, ο σωλήνας - ένα απλό καλάμι (για παράδειγμα, κρυφή διέλευση από φράγμα νερού, φυγή δίωξης κ.λπ.).
Λαμβάνοντας υπόψη ότι το άτομό μας είναι μια δημιουργική φιγούρα, ό,τι είναι γνωστό ή ακούγεται επιδιώκει να επαληθευτεί άμεσα στην πράξη, θεωρούμε ότι είμαστε υποχρεωμένοι να προειδοποιήσουμε για πιθανά σφάλματα που σχετίζονται με την αναπνοή σε ειδικές συνθήκες. Αυτό οφείλεται ιδιαίτερα στη δυνατότητα αναπνοής κάτω από το νερό χρησιμοποιώντας αυτοσχέδια μέσα. Πριν ξεκινήσετε τέτοιους ελέγχους, ειδικά σε βάθη άνω του 1 μέτρου, θα πρέπει να κατανοήσετε ξεκάθαρα τη φυσική της διαδικασίας.
Σημειώστε ότι μια πρακτική δοκιμή της δυνατότητας αναπνοής κάτω από το νερό χρησιμοποιώντας αυτοσχέδια μέσα και σε βάθη άνω του 1 μέτρου, κατά κανόνα, τελειώνει πολύ άσχημα: οι «πειραματιστές» καταλήγουν σε κρεβάτι νοσοκομείου για μεγάλο χρονικό διάστημα με σοβαρές κυκλοφορικές διαταραχές . Οι ιστορίες των «έμπειρων», η δική τους εμπειρία κολύμβησης με μάσκα με αναπνευστήρα (αν υπάρχει) ή η εξάρτηση από την εμπειρία κολύμβησης σε μάσκα με αναπνευστήρα κάποιου άλλου θείου χωρίς σαφή κατανόηση των φυσικών διεργασιών που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια αυτού είναι θανατηφόρα!
Γιατί; Υπάρχουν διάφοροι λόγοι.
1. Για να εξασφαλιστεί η αναπνοή κάτω από το νερό, ένα αυτοσχέδιο αντικείμενο μέσω του οποίου πραγματοποιείται η αναπνοή πρέπει να έχει τουλάχιστον ένα τμήμα διόδου που να εξασφαλίζει τη ροή του αέρα στους πνεύμονες στον όγκο που απαιτείται για την πράξη της αναπνοής, αφενός, και πρέπει να είναι πάνω από την επιφάνεια του νερού, ακόμη και όταν αυτό αναδεύεται - από την άλλη, επειδή η επίδραση του νερού που εισέρχεται στους πνεύμονες κατά την αναπνοή δεν χρειάζεται σχολιασμό.
2. Η ανισότητα των πιέσεων που δρουν μέσα και έξω από το σώμα όταν βυθίζεται στο νερό, με όλες τις επακόλουθες συνέπειες.
Εξετάστε ένα διάγραμμα της αλληλεπίδρασης της πίεσης του αέρα (εξωτερικά και μέσα) σε ένα άτομο (δείτε το διάγραμμα στο Σχ. 2.10.), ξαπλωμένο σε έναν καναπέ και υπό την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης του αέρα.
Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, η εσωτερική υπεζωκοτική κοιλότητα βρίσκεται υπό πίεση ίση με την ατμοσφαιρική, ενώ ολόκληρη η εξωτερική επιφάνεια του σώματος (συμπεριλαμβανομένου του θώρακα) είναι επίσης υπό πίεση ίση με την ατμοσφαιρική, δηλ. 1 kgf / cm 2.
Έτσι, μπορούμε να μιλήσουμε για την ισότητα της εσωτερικής και εξωτερικής πίεσης που δρα στο ανθρώπινο σώμα, και επομένως, για την απουσία (στη γενική περίπτωση) παρεμβολής που εμποδίζει την κανονική κυκλοφορία του αίματος υπό την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης.
Μια εντελώς διαφορετική εικόνα της αλληλεπίδρασης της πίεσης του αέρα (εξωτερικά και μέσα) σε ένα άτομο εμφανίζεται όταν βυθίζεται κάτω από το νερό αναπνέοντας μέσω ενός σωλήνα που συνδέεται με την ατμόσφαιρα (δείτε το διάγραμμα στο Σχ. 2.11.).
Σε αυτή την περίπτωση, από το εσωτερικό, από την πλευρά των πνευμόνων, ο αέρας πιέζεται με τη δύναμη μιας ατμόσφαιρας (δηλαδή, το ίδιο 1 kgf / cm 2) και έξω από το σώμα (συμπεριλαμβανομένου του στήθους):
Αέρας με την ίδια δύναμη μιας ατμόσφαιρας (1 kgf / cm 2).
Μια στήλη νερού με ύψος ίσο με το βάθος βύθισης.
Τι συμβαίνει σε αυτή την περίπτωση;
1. Άρα, σε βάθος βύθισης, για παράδειγμα, ίσο με 50 cm από την επιφάνεια του νερού, το στήθος υπόκειται σε υπερβολική πίεση από έξω, που δημιουργείται από μια στήλη νερού με ύψος ίσο με το βάθος βύθισης, δηλ. σε αυτήν την περίπτωση, 50 cm στήλης νερού ή 50 gf / cm 2 (5 kgf / dm 2). Αυτό δυσκολεύει αισθητά την αναπνοή, γιατί. Λαμβάνοντας υπόψη την περιοχή του στήθους, δημιουργούνται συνθήκες όταν κάποιος πρέπει να αναπνεύσει ήδη σε συνθήκες ισοδύναμες με εκείνες όταν ένα φορτίο 15–20 κιλών πιέζει το στήθος.
Αλλά αυτές είναι καθαρά σωματικές δυσκολίες που συνοδεύουν την πράξη της αναπνοής κάτω από τέτοιες συνθήκες.
2. Δεν είναι μόνο αυτές οι καθαρά σωματικές δυσκολίες. Πολύ πιο επικίνδυνη και πιο σοβαρή είναι η εκδήλωση διαταραχών του κυκλοφορικού. Υπό την επίδραση της υπερβολικής πίεσης που δημιουργείται από μια στήλη νερού και ενεργεί σε ολόκληρη την επιφάνεια του σώματος, το αίμα εξαναγκάζεται να βγει από μέρη του σώματος όπου η πίεση είναι υψηλότερη (πόδια, κοιλιακή κοιλότητα), σε περιοχές με χαμηλότερη πίεση - σε το στήθος και το κεφάλι. Τα γεμάτα αίμα αγγεία αυτών των τμημάτων του σώματος εμποδίζουν την κανονική εκροή αίματος από την καρδιά και την αορτή: η τελευταία επεκτείνεται υπερβολικά από την περίσσεια αίματος και ως αποτέλεσμα - αν όχι θάνατος, τότε μια σοβαρή ασθένεια.
Πειραματικές μελέτες που διεξήγαγε ο Αυστριακός γιατρός R. Stiegler και περιέγραψε ο ίδιος στο βιβλίο Bathing, Swimming and Diving (Βιέννη) επιβεβαίωσαν πλήρως τα παραπάνω. Έκανε πειράματα στον εαυτό του, βυθίζοντας το σώμα και το κεφάλι του στο νερό με ένα σωλήνα που βγαίνει από το στόμα του.
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων παρουσιάζονται στον πίνακα 2.