Биологическое воздействие газов на организм человека

Вопрос о биологическом воздействии газов поставлен не случайно и обусловлен тем, что процессы газообмена при дыхании человека в обычных условиях и так называемых гипербарических (т. е. под повышенным давлением) существенно отличаются.

Известно, что обычный атмосферный воздух, .которым мы ды­шим, непригоден для дыхания летчиков в высотных полетах. Ог­раниченное применение он находит и для дыхания водолазов. При спусках на глубины более 60 м он заменяется специальными газо­выми смесям.

Рассмотрим основные свойства газов, которые как в чистом виде, так и в смеси с другими используются для дыхания водо­лазов.

По своему составу воздух является смесью различных газов. Основными составляющими воздуха являются: кислород — 20,9%, азот — 78,1%, углекислый газ — 0,03%. Кроме того, в небольших количествах в воздухе содержатся: аргон, водород, гелий, неон, а также пары воды.

Входящие в состав атмосферы газы по их воздействию на че­ловеческий организм можно разделить на три группы: кислород — постоянно потребляется для 'поддержания всех жизненных про­цессов; азот, гелий, аргон и др. — не участвуют в газовом обме­не; углекислый газ — при повышенной концентрации для организ­ма вреден.

Кислород (О2) —бесцветный газ без вкуса и запаха с плот­ностью 1,43 кг/м3. Имеет важнейшее значение для человека как участник всех окислительных процессов в организме. В процессе дыхания кислород в легких соединяется с гемоглобином крови и разносится по всему организму, где непрерывно потребляется клетками и тканями. Перерыв в снабжении или даже уменьшение поступления его к тканям вызывает кислородное голодание, со­провождающееся потерей сознания, а в тяжелых случаях — пре­кращением жизнедеятельности. Такое состояние может наступить при снижении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе при нормальном давлении ниже 18,5%. С другой стороны, при увели­чении содержания кислорода во вдыхаемой смеси или при дыха­нии под давлением, сверх допустимого, кислород прояв­ляет токсические свойства — наступает кислородное отрав­ление.

Азот (N) —газ без цвета, запаха и вкуса с плотностью 1,25 кг/м3, является основной частью атмосферного воздуха по объему и массе. В Обычных условиях физиологически нейтрален, не принимает участия в обмене веществ. Однако по мере повыше­ния давления с ростом глубины погружения водолаза азот пере­стает быть нейтральным и на глубинах 60 и более метров прояв­ляет ярко выраженные наркотические свойства.

Углекислый газ (СО2) — бесцветный газ с кислым при­вкусом. Он в 1,5 раза тяжелее воздуха (плотность 1,98 кг/м3), в связи с чем может скапливаться в нижних частях закрытых и плохо вентилируемых помещений.

Углекислый газ образуется в тканях как конечный продукт окислительных процессов. Определенное количество этого газа всегда имеется в организме и участвует в регуляции дыхания, а избыток переносится кровью к легким и удаляется с выдыхаемым воздухом. Количество выделяемого человеком углекислого газа з основном зависит от степени физической нагрузки и функциональ­ного состояния организма. При частом, глубоком дыхании (гипер­вентиляции) содержание углекислого газа в организме снижается, что может привести к остановке дыхания (апноэ) и даже к потере сознания. С другой стороны, увеличение его содержания в дыха­тельной смеси более допустимого приводит к отравлению.

Из других газов, входящих в состав воздуха, наибольшее при­менение у водолазов получил гелий (Не). Это инертный газ без запаха и вкуса. Обладая малой плотностью (около 0,18 кг/м3) и значительно меньшей способностью вызывать наркотическое воздействие при высоких давлениях, он широко используется как заменитель азота для приготовления искусственных дыхательных смесей при спусках на большие глубины.

Однако применение гелия в составе дыхательных смесей при­водит к другим нежелательным явлениям. Его высокая теплопро­водность, а следовательно, повышенная теплоотдача организма требуют повышенной теплозащиты или активного обогрева водо­лазов.

Давление воздуха. Известно, что окружающая нас атмосфера имеет массу и оказывает давление на поверхность земли и все предметы, находящиеся на ней. Измеренное на уровне моря ат­мосферное давление уравновешивается в трубках сечением Г см2 столбиком ртути высотой 760 мм или воды высотой 10,33 м. Если взвесить эту ртуть или воду, их масса будет равна 1,033 кг. Это значит, что 'нормальное атмосферное давление равно 1,033 кгс/см2, что в системе СИ эквивалентно 103,3 кПа *.(* В системе СИ единицей давления является паскаль (Па). При необходи-сти пересчета используются соотношения: 1 кгс/см1 = 105 Па = 102 кПа = =* 0,1 МПа.).

Однако в практике водолазных расчетов пользоваться такими точными единицами измерения неудобно. Поэтому за единицу измерения давления принимают давление, численно равное 1 кгс/см2, которое называют технической атмосферой (ат). Одна техническая атмосфера соответствует давлению 10 м водяного столба.

Воздух при повышении давления легко сжимается, уменьшая объем пропорционально давлению. Давление сжатого воздуха измеряется манометрами, которые показывают избыточное дав­ление, т. е. давление сверх атмосферного. Единица избыточного давления обозначается ати. Сумма избыточного и атмосферного давления называется абсолютным давлением (ата).

В обычных земных условиях воздух со всех сторон равномерно давит на человека. Учитывая, что поверхность тела человека в среднем равна 1,7—1,8 м2, сила давления воздуха, приходящаяся на него, составляет 17—18 тыс. кгс (17—18 тс). Однако человек не ощущает этого давления, так как тело его на 70% состоит из практически несжимаемых жидкостей, а во внутренних полостях — легких, среднем ухе и др. — оно уравновешивается противодав­лением находящегося там и сообщающегося с атмосферой воз­духа.

При погружении в воду человек подвергается воздействию избыточного давления, находящегося над ним столба воды, которое увеличивается на 1 ати через каждые 10 м. Изменение дав­ления может вызывать болевые ощущения и обжим, для преду­преждения которых водолазу необходимо подавать воздух для дыхания под давлением, равным абсолютному давлению окружаю­щей среды.

Поскольку водолазам приходится иметь дело со сжатым воз­духом или газовыми смесями, уместно вспомнить основные законы, которым они подчиняются, и привести некоторые формулы, необ­ходимые для практических расчетов.

Воздух, как и другие реальные газы и газовые смеси, с извест­ным приближением подчиняется физическим законам, абсолютно справедливым для идеальных газов.

ВОДОЛАЗНОЕ СНАРЯЖЕНИЕ

Водолазным снаряжением называют комплект ус­тройств и изделий, надеваемых водолазом, для обеспечения жиз­недеятельности и работы в водной среде в течение заданного про­межутка времени.

Водолазное снаряжение отвечает своему назначению, если оно может обеспечить:

дыхание человека при выполнении им работы под водой;

изоляцию и тепловую защиту от воздействия холодной воды;

достаточную подвижность и устойчивое положение под водой;

безопасность при погружении, выходе на поверхность и в про­цессе работы;

надежную связь с поверхностью.

В зависимости от решаемых задач водолазное снаряжение раз­деляется:

по глубине использования — на снаряжение для малых (сред­них) глубин и глубоководное;

по способу обеспечения дыхательной газовой смесью — на ав­тономное и шланговое;

по способу теплозащиты — на снаряжение с пассивной тепло­защитой, электро- и водообогреваемое;

по способу изоляции — на снаряжение с водогазонепроницае-мыми гидрокомбинезонами «сухого» типа и проницаемыми «мок­рого» типа.

Наиболее полное представление о функциональных особенно­стях работы водолазного снаряжения дает его классификация по способу поддержания необходимого для дыхания состава газовой смеси. Здесь различают снаряжение:

вентилируемое;

с открытой схемой дыхания;

с полузамкнутой схемой дыхания;

с замкнутой схемой дыхания.