Повышенное и пониженное давление окружающей газовой и водной среды
Организм человека сталкивается с факторами повышенного давления газовой и водной среды в процессе
водолазных спусков и кессонных работ, в подводных домах, при плавании с аквалангом, при лечении сжатым воздухом в камерах повышенного давления и барооперационных.
В России ежегодно работают под водой или пребывают в условиях повышенного давления газовой среды несколько десятков тысяч человек. Число аквалангистов (дайверов) систематически пребывающих под водой с каждым годом увеличивается.
Характеризуя изменения жизнедеятельности человека в условиях повышенного давления газовой и водной среды, необходимо учитывать следующие факторы:
- Величина повышенного давления (Р). Напомним, что воздух имеет массу и оказывает определенное давление, называемое атмосферным, на поверхность земли. На широте 45° на уровне моря при температуре О°С атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст. или 1 атм. Техническая атмосфера (кгс/см2) соответствует давлению 10 метров водного столба или 735,6 мм рт.ст. Давление сверх атмосферного называют избыточным и измеряют с помощью манометров. Сумма избыточного и атмосферного давления называют абсолютным давлением. Так, при плавании на глубине 20 метров на человека будет действовать избыточное давление 2 атм. или абсолютное давление 3 атм. На каждый квадратный сантиметр нашего тела давит атмосферное давление с силой 1 кг. Так как поверхность тела взрослого человека составляет в среднем 1,5-1,8 м2, то в обычных условиях на человека воздух давит с силой, равной 15-18 тонн. Это давление не только не ощущается нами, но является нормальным фактором окружающей среды. Чем глубже погружается человек, тем большее давление действует на его тело. На глубине20 м избыточное давление на поверхности тела составит примерно 30-36 тонн. Такое огромное давление раньше представлялось угрожающим жизни. С началом водолазных погружений (активное освоение глубин началось середины девятнадцатого века) была доказана сравнительная легкость, с которой переносилось такое давление. Это объясняется тем, что тело человека состоит на 62-65% из воды, которая практически не сжимается (на каждую атмосферу объем воды уменьшается приблизительно на 0,0004%). Однако при вертикальном положении давление воды более плотно обжимает ноги. У человека ростом 175 см величина добавочного давления на стопы по сравнению с верхней частью головы составит 0,175 кгс/см2. В ногах нарушается кровообращение из-за сдавления поверхностных кровеносных сосудов. Поэтому с физиологической точки зрения горизонтальное положение подводного пловца считается наилучшим, так как имеется практически одинаковое обжатие всех частей тела;
- Парциальное (частичное) давление газов (рО2, рСО2, рN2). Под ним понимают долю (часть) общего давления, приходящегося на конкретный газ, входящий в газовую смесь. Парциальное давление зависит от процентного содержания газа в газовой смеси (напомним, что воздух – это естественная газовая смесь, состоящая из 78,1% азота, 20,9% кислорода, 0,9% аргона, 0,03% углекислого газа, а также водорода, гелия, неона и других индифферентных газов в очень малых количествах) и абсолютного давления, под которым находится эта смесь: р=Р•n/100, где n-процентное содержание газа в смеси по объему. Знание парциального давления того или иного газа важно потому, что физиологическое действие газа определяется не относительным процентным содержанием его в смеси, а величиной парциального давления. Например, мы уже знаем, что в атмосферном воздухе содержится около 21% кислорода. Парциальное давление его составляет 0,21 атм. Если человек будет дышать на поверхности смесью, в которой всего 5% кислорода, то он мгновенно потеряет сознание и погибнет от недостатка кислорода (это специфическое заболевание называют «кислородным голоданием»), так как рО2 будет в данном случае равно 0,05 атм. Если же человек будет вдыхать 5%-ную смесь на глубине 30 метров, где абсолютное давление равно 4 атм., он будет чувствовать себя хорошо. Ведь рО2 на глубине 30 м увеличилось в 4 раза и стало равно 0,20 атм.;
- Быстрота повышения и понижения давления. При быстром погружении давление в воздухосодержащих полостях не успевает сравниваться с наружным давлением, что приводит к болезненным состояниям, получившим название «баротравмы уха и придаточных пазух». Реже встречается «баротравма кишечника» или «баротравма зуба». При быстром всплытии возможно развитие очень грозного заболевания «баротравмы легких».
- Насыщение (сатурация) и рассыщение (десатурация) организма индифферентными газами.Игнорирование закономерностей процессов сатурации и десатурации приводит к развитию самой распространенной и опасной специфической патологии — «декомпрессионной болезни», которая возникает при всплытии с нарушением режима декомпрессии (встречаются случаи заболевания, возникающие при всплытии без нарушений режима декомпрессии, обусловленные низкой устойчивостью конкретного аквалангиста к декомпрессионной болезни) и характеризуется образованием газовых пузырьков в организме из-за возникающего пересыщения тканей индифферентным газом, прежде всего азотом;
- Температура воды и дыхательной смеси. Недооценка этого фактора способствует развитию «переохлаждения». Ведь теплоемкость воды в 4 раза, а теплопроводность в 25 раз больше, чем у воздуха. Поэтому при подводном плавании (даже летом на юге!) происходит усиленная отдача тепла организмом. Значительно реже в водолазной практике наступает «перегревание» организма, связанное в основном с длительным нахождением в гидрокомбинезоне в жаркую погоду под прямыми лучами солнца;
- Высокая влажность и плотность дыхательной смеси.(В случае применения снаряжения регенеративного типа);
- Пониженная освещенность под водой;
- Высокая плотность воды по сравнению с атмосферным воздухом;
- Увеличенная, по сравнению с воздухом, скорость звука в воде;
- Вид подводного снаряжения и качество дыхательной смеси;
- Значительная физическая нагрузка;
- Выраженное психо-эмоциональное напряжение. Оно вызывается необычностью окружающей водной среды, некоторым риском для здоровья и жизни при каждом спуске под воду, невозможностью обычного речевого общения с людьми, находящимися на поверхности. Временная изоляция от привычной природной и социальной среды также вызывает у водолазов и аквалангистов определенные переживания. Степень психо-эмоциональной напряженности зависит и от типа высшей нервной деятельности конкретного пловца, его опыта, особенностей данного погружения и т.д.
В физиологии подводного плавания принято выделять три периода воздействия на человека повышенного давления газовой и водной среды (спуска под воду):
— период повышения давления, компрессия, сжатие воздуха, спуск водолаза или аквалангиста на максимальную глубину погружения;
— период пребывания под максимальным давлением, «на грунте» (это не обязательно дно, а наибольшая глубина спуска), изопрессия;
— период снижения давления, декомпрессия, подъем с глубины, выход на поверхность.
Воздействие повышенного давления воздуха и искусственных газовых смесей на организм человека по-разному проявляются в каждом из этих периодов. Так, мы уже отмечали, что баротравма уха преимущественно возникает при компрессии, но может быть и при декомпрессии. А декомпрессионная болезнь возникает только при декомпрессии (отсюда и название заболевания) или уже после выхода из-под повышенного давления газовой и водной среды.
При медицинском обеспечении водолазов и аквалангистов следует учитывать не только их предстартовое состояние, но и характер работы, отдыха, питания и сна в предшествующие спускам сутки. Необходимо обращать особое внимание на динамику функций организма человека в периоде последействия повышенного давления, на сроки возвращения к исходному уровню деятельности различных органов и систем организма, другими словами, как происходит восстановление после погружения.
Современная физиология подводного плавания определяет следующие возможные специфические заболевания у людей под действием повышенного давления (гипербарии): декомпрессионная болезнь, отравление кислородом, отравление диоксидом углерода (углекислым газом, СО2) отравление оксидом углерода (СО), токсическое действие азота («азотный наркоз») и гелия («гелиевая дрожь»), острое кислородное голодание, баротравма легких, баротравма уха и придаточных пазух, барогипертензионный синдром, обжим водолаза местный и общий, переохлаждение, перегревание, утопление. Именно под таким расширенным углом зрения будет рассматриваться на страницах журнала проблема медицинского обеспечения подводных работ.
Каждое из этих заболеваний имеет свои особенности, встречается на той или иной глубине, приводит к незначительному недомоганию или к развитию хронического процесса, на длительный период ухудшающего здоровье аквалангиста. Знание каждым водолазом и аквалангистом основ физиологии и патологии подводных погружений обеспечит профилактику возможных заболеваний и сделает плавание с аквалангом не только приятным, но и безопасным.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Мясников Анатолий Петрович, кандидат медицинских наук, врач-спецфизиолог, автор ставшей сейчас библиографической редкостью монографии «Медицинское обеспечение водолазов, аквалангистов и кессонных рабочих», издательство «Медицина», Ленинград, 1977. – 208 с. В течение 50 лет занимается проблемами гипербарической физиологии и медицины. Преподавал на кафедрах «Физиологии подводного плавания и аварийно-спасательного дела» Военно-медицинской академии и «Морской и подводной медицины» Медицинской академии последипломного образования.
Мясников Алексей Анатольевич, доктор медицинских наук. Доцент кафедры «Физиологии подводного плавания» Военно-медицинской академии.
Источник
Человек сталкивается с факторами повышенного давления газовой и водной среды в процессе водолазных спусков и кессонных работ, в подводных домах, при плавании с аквалангом, при лечении сжатым воздухом в камерах повышенного давления и барооперационных.
Факторы повышенного давления, влияющие на организм человека
Рассмотрим основные факторы изменения жизнедеятельности человека в условиях повышенного давления газовой и водной среды.
Величина повышенного давления (р).
Воздух имеет массу и оказывает определенное давление, называемое атмосферным, на поверхность земли. Па широте 45° на уровне моря при температуре 0°С атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст., или 1 атм. Техническая атмосфера (кгс/см2) соответствует давлению 10 м водн.ст. или 735,6 мм рт.ст. Давление сверх атмосферного называют избыточным и измеряют с помощью манометров. Сумму избыточного и атмосферного давления называют абсолютным давлением.
При плавании на глубине 20 м на человека будет действовать избыточное давление в 2 атм или абсолютное давление в 3 атм. На каждый квадратный сантиметр нашего тела давит атмосферное давление с силой 1 кг. Так как площадь поверхности тела взрослого человека составляет в среднем 1,5—1,8 м2, то в обычных условиях на человека воздух давит с силой, равной 15—18 т, которая не ощущается организмом и является нормальным фактором окружающей среды.
Чем глубже человек погружается в воду, тем большее давление действует на его тело. На глубине 20 м избыточное давление на поверхность тела составит примерно 30—36 т. Тело взрослого человека, состоящее на 62—65% из воды, которая практически не сжимается (на каждую атмосферу объем воды в теле человека уменьшается приблизительно на 0,0004%), сравнительно легко переносит и такое давление. Однако при вертикальном положении давление воды более плотно обжимает ноги. У человека ростом 175 см величина добавочного давления на стопы по сравнению с верхней частью головы составит 0,175 кгс/см2, что приводит к нарушению кровообращения из-за сдавления поверхностных кровеносных сосудов. Поэтому с физиологической точки зрения горизонтальное положение подводного пловца считается наилучшим, так как имеется практически одинаковое обжатие всех частей тела.
Парциальное (частичное) давление газов — доля (часть) общего давления, приходящаяся на конкретный газ, входящий в газовую смесь. Парциальное давление зависит от процентного содержания газа в газовой смеси (воздух — это естественная газовая смесь, состоящая из 78,1% азота, 20,9% кислорода, 0,9% аргона, 0,03% углекислого газа, а также водорода, гелия, неона и других индифферентных газов в очень малых количествах) и абсолютного давления, под которым находится эта смесь. Знание парциального давления того или иного газа важно потому, что физиологическое действие газа определяется не относительным процентным содержанием его в смеси, а величиной парциального давления. Например, в атмосферном воздухе содержится около 21% кислорода и парциальное давление его составляет 0,21 атм. Если человек будет дышать на поверхности смесью, в которой всего 5% кислорода, что соответствует р02 в 0,05 атм, то он мгновенно потеряет сознание и погибнет от недостатка кислорода. На глубине 30 м, где абсолютное давление равно 4 атм, человек, вдыхающий 5%-ную смесь, будет чувствовать себя хорошо, так как р02 на глубине 30 м увеличилось в 4 раза и стало равным 0,20 атм.
Источник
ГЛАВА 5 ПОВЫШЕННОЕ И ПОНИЖЕННОЕ АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
5.1. повышенное давление
Повышенное атмосферное давление —
фактор производственной среды, имеющий место при выполнении работ в
кессоне, работе водолазов, сеансах гипербарической оксигенации и
хирургических операциях в барокамерах, при подводном плавании.
Кессонные работы выполняются
под водой или под землей в насыщенных водой грунтах при строительстве
мостовых и других гидротехнических сооружений, при проходке стволов
шахт и туннелей. Путем закачки воздуха в замкнутое пространство вода из
него отжимается за счет выравнивания гидростатического давления.
Рабочая камера кессона имеет шлюз, в который заходят рабочие. Шлюз
герметизируется, и в него с помощью компрессора закачивается воздух до
заданного избыточного давления; при выравнивании давления воздуха в
шлюзе с давлением внутри основной камеры (кессона) рабочие входят в
кессон. При выходе из кессона давление в шлюзе постепенно снижается до
нормального.
Важнейший вредный производственный фактор при работе в кессоне — повышенное атмосферное давление. Как
правило, при этом имеются сопутствующие неблагоприятные
микроклиматические условия (повышенная относительная влажность воздуха,
его дискомфортная температура). Воздушная среда кессона может быть
загрязнена аэрозолями смазочных масел (источник — компрессоры) и
сварочных работ, метаном (из грунта) и др. Наконец, механизированные
инструменты, используемые в кессоне, могут быть источником шума и
вибрации.
Для выполнения водолазных работ
применяется специальное мягкое снаряжение, которое по способу подачи
газовой смеси для дыхания подразделяется на снаряжение с открытой
схемой дыхания, вентилируемое, инжекторно-регенеративное и
регенеративное. В водолазном снаряжении открытой схемы подача воздуха
для дыхания осуществляется из баллонов высокого давления. Это
снаряжение может быть использовано на глубине до 40 м (о причине
ограничения см. ниже). Вентилируемый
водолазный скафандр через гибкий шланг снабжается воздухом в
подшлемном пространстве с поверхности. В этом снаряжении водолазы могут
работать на глуби- не до 60 м. Инжекторно-регенеративное снаряжение позволяет спускать водолаза до 100 м, и, наконец, на глубине до 200 м
применяется специальное регенеративное оборудование. При спусках на
большую глубину используется жесткий (металлический) аппарат.
Работа
водолаза осуществляется в необычной для человека водной среде,
обладающей свойствами высоких теплопроводности и теплоемкости. В этой
связи для предупреждения переохлаждения в зависимости от температуры
воды применяются шерстяное белье и теплое обмундирование. При
передвижении и работе водолаза под водой повышается уровень энерготрат.
При
выполнении кессонных и глубоководных работ различают три периода:
повышение давления — компрессия, пребывание человека под повышенным
давлением, период понижения давления — декомпрессия. Каждому из них
присущ специфический комплекс функциональных изменений в организме. В
условиях повышенного барометрического давления в результате возрастания
парциального давления кислорода наблюдаются уменьшение объема легочной
вентиляции и урежение частоты сокращений сердца. В случае форсиро-
ванной компрессии или при нарушении проходимости евстахиевой трубы
возможно появление чувства боли в ушах вследствие разницы давлений
внешнего и внутри барабанной полости. Следует отметить, что при первых
погружениях возможно развитие состояния эйфории, которое в последующем
исчезает (в связи с привыканием). Длительное пребывание человека под
избыточным давлением около 7 атмосфер потенциально опасно, так как в
этих условиях азот воздуха обладает наркотическим действием. В этой
связи при дыхании обычным воздухом глубина спуска водолазов
ограничивается, а при глубоководных спусках азот воздуха замещается
гелием, который не обладает этим свойством при реальных глубоководных
спусках, осуществляемых в мягких костюмах.
Наиболее
опасным является период декомпрессии, во время которого или после
выхода из него в условиях нормального давления может развиться
декомпрессионная (кессонная) болезнь. Патогенетический механизм
развития этого поражения заключается в том, что при повышенном
атмосферном давлении наблюдается постепенное насыщение тканей организма
азотом и другими газами.
Равновесие
между парциальным давлением газовой среды и тканями организма,
например, по азоту возникает через 4 часа. В процессе декомпрессии
происходит выход азота из тканей (десатурация) через кровь и легкие
вследствие падения его парциального давления в окружающей среде.
Если
декомпрессия происходит быстро, в крови и других жидких средах
организма образуются множественные пузырьки азота, и, как следствие,
возникает газовая эмболия сосудов, степень которой предопределяет
клинические признаки декомпрессионной болезни. Появлению признаков
декомпрессионной болезни способствуют переохлаждение и перегревание
организма, высокая степень утомления, ведущие к замедлению скорости
освобождения тканей организма от растворенного азота. При появлении
признаков декомпрессионных расстройств пострадавший срочно помещается в
лечебную камеру, в которой создается избыточное давление,
соответствующее рабочему уровню компрессии, и после исчезновения
признаков декомпрессионных расстройств производят лечебную декомпрессию
(много медленнее обычной).
В основе
комплекса профилактических мероприятий лежат «Правила безопасности при
производстве работ под сжатым воз- духом (кессонные работы)». Эти
правила определяют время компрессии и декомпрессии и сроки работы в
кессоне. При проведении водолазных работ пользуются специальными
таблицами, регламентирующими виды деятельности, глубину погружения и
соответствующие режимы декомпрессии. Правила безопасности водолазных
работ предусматривают ступенчатую декомпрессию, при которой подъем
водолаза осуществляется с остановками на различных глубинах. Срок
пребывания на остановках зависит от глубины спуска и времени пребывания
под водой. Более совершенный способ декомпрессии — размещение водолаза в
специальной камере на первом подъеме с последующей декомпрессией в
камере уже на поверхности. Для улучшения гигиенических условий труда в
кессоне максималь- но механизируются выполняемые работы (использование
щитовой проходки в туннелях), поддерживаются нормируемая температура
воздушной среды, ее качественный состав.
При выходе из
кессона рабочим дается горячий чай или кофе, создаются условия для
принятия горячего душа. При выполнении кессонных работ организуется
здравпункт с круглосуточным дежурством медперсонала. Для лечения легких
форм декомпрес-
сионных расстройств при амбулатории организуется процедурная комната с водяной и суховоздушной ваннами.
К
работам в кессонах допускаются мужчины в возрасте 18-50 лет, женщины —
только в качестве инженерно-технических и медицинских работников при
отсутствии беременности. Утвержден список медицинских противопоказаний
для приема на кессонные и водолазные работы.
5.2. ПОНИжЕННОЕ ДАВЛЕНИЕ
Пониженное
атмосферное давление как вредный профессиональный фактор сопровождает
деятельность человека в горных условиях (геологоразведочные работы,
строительство дорог и гидротехнических сооружений, добыча полезных
ископаемых, горный туризм и альпинизм) и при выполнении полетов.
При
подъеме на высоту падение барометрического давления в тропосфере носит
экспоненциальный характер. В этой связи при подъеме на высоту в
организме человека возникает гипоксия, при- водящая к снижению
умственной и физической работоспособности, возможны высотные
декомпрессионные расстройства. Следует особо подчеркнуть, что основа
развивающегося кислородного голодания
— снижение парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе. С подъемом на высоту рСО2 (40 мм рт.ст.) и давление водяных паров (47 мм
рт.ст.) в альвеолярном воздухе практически не меняются. В этой связи
скорость падения парциального давления в альвеолярном воздухе при
подъеме на высоту более крутая, чем в окружающей среде (на уровне моря
парциальное давление О2 в окружающей среде составляет 159 мм рт.ст., в альвеолярном воздухе
— 105 мм рт.ст.). На высоте 12 км (атмосферное давление 145 мм рт.ст) парциальное давление О2
в альвеолярном воздухе при дыхании даже чистым кислородом составит
только половину от наземных условий, т.е. в этом случае для поддержания
жизненных функций необходима подача кислорода под избыточным
давлением.
Физиологические сдвиги, обусловленные гипоксией при подъеме на высоту, наблюдаются у отдельных лиц на высоте 2500-3000 м, на высоте 4500 м
у большинства людей появляются признаки «высотной», или «горной»
болезни. Ранние признаки ее проявляются в форме головокружений, апатии,
в дальнейшем развиваются нару- шение координации движений, головная
боль, мышечная слабость,
адинамия, эйфория или угнетенное состояние, ослабление памяти и внимания, падает острота зрения.
При
подъеме на высоту патологические проявления, возникающие в организме,
их глубина зависят от высоты, времени действия, скорости и кратности
перепадов барометрического давления.
При выполнении полетов расстройства, возникающие при перепадах давления в газосодержащих полостях тела, носят название барокавепатий (высотный
метеоризм, бароденталгия, баросинусо- патия, баротравма легких).
Наиболее глубокие нарушения в организме человека происходят при взрывной декомпрессии, т.е. при очень быстром перепаде давления в случае разгерметизации летательного аппарата на значительных высотах (свыше 19 000 м).
Причиной
гибели человека при взрывной декомпрессии на этой высоте может быть
декомпрессионная болезнь, острая кислородная недостаточность,
баротравма легких, обусловленная быстрым расширением объема воздуха,
находящегося в легких и не успевающего выйти через воздухоносные пути, и
высотная эмфизема, возникающая в форме парогазовых пузырьков в
участках с низким гидростатическим и внутритканевым давлениями (крупные
вены и лимфатические сосуды, подкожно-жировая клетчатка). При этом
наблюдается отслоение кожи и увеличение объема тела. Это связано с тем,
что на высоте 19 300 м
температура кипения воды становится равной температуре тела человека. С
целью профилактики указанных последствий при выполнении высотных
полетов используются высотно-компенсирующие костюмы, создающие давление
на кожные покровы, и шлемы с подачей дыхательной смеси в зону дыхания.
Высотно-компенсирующий костюм, кроме того, позволяет увеличить степень переносимости перегрузок до 2g.
Важно
подчеркнуть, что с целью повышения безопасности полетов, повышения их
надежности в военной авиации используется двойная система, включающая
использование высотно-компенсирующего костюма с подачей газовой смеси в
подшлемное пространство (индивидуальная система защиты) и герметизация
кабины летчика с поддержанием в ней независимо от высоты полета
барометрического давления, равного высоте 8000 м.
Так, при выходе из строя индивидуальной системы жизнеобеспечения у
летчика есть время (так называемое «резервное время летчика»), равное
примерно 1,5 мин, в течение которого летчик может выполнить многие
действия по спасению своей жизни и летательного аппарата. При
отсутствии герме-
тичности кабины в такой обстановке (на высоте, например, 25 000 м) потеря сознания в результате острой кислородной недостаточности наступает мгновенно.
В
целом профессиональная деятельность летного состава является предметом
изучения специального раздела профилактической медицины — авиационной медицины.
Для
ускорения адаптации людей, мигрировавших в высокогорные условия из
равнинных местностей, используются предварительная, специфическая (в
барокамерах) тренировка, рациональное питание. Важное значение в
профилактике высотной болезни занимают рациональный режим труда,
механизация и автоматизация технологических процессов, профессиональный
отбор.
Источник
