Влияние пониженного давления на организм человека

Понятие резервного времени. При разгерметизации кабины (скафандра) навысотах более 12 км или при прекращении подачи кислорода из кислородных приборов на высотах более 7 км парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе резко уменьшается и в течение так называемого резервного времени быстро развиваются болезненные явления, обусловленные острым кислородным голоданием.

Резервным временем называется интервал времени, протекающий с момента внезапной разгерметизации кабины (скафандра) или прекращения подачи кислорода из прибора, в течение которого человек сохраняет сознание и может принять осознанное решение о спасении. Экспериментальные данные о величине резервного времени приведены в таблице 1.1.

На высотах до 13... 14 км применение чистого кислорода для дыхания существенно увеличивает резервное время. На высоте 16 км резервное время на чистом кислороде остается таким же, как при дыхании атмосферным воздухом. Это объясняется тем, что атмосферное давление на этой высоте составляет 10,2 кПа, а так как сумма парциальных давлений паров воды 6,3 кПа и углекислого газа 4 кПа в альвеолярном воздухе также равна 10,2 кПа, то парциальное давление кислорода в альвеолах теоретически равно нулю. В этих условиях при разгерметизации кабины даже при подаче в зону дыхания чистого кислорода без избыточного давления человек через 9 секунд теряет сознание с последующим летальным исходом.

Пониженное давление воздуха помимо кислородного голодания дополнительно оказывает вредное действие на организм человека, которое проявляется в следующих формах.

Высотный метеоризм обусловлен расширением газов в кишечно-желудочном тракте (например, при подъеме на высоту 12 км объем газов увеличивается примерно в 5 раз) и проявляется в болевых ощущениях полости живота; в подъеме диафрагмы и уменьшении емкости легких, с последующим снижением легочной вентиляции. Кроме того, возникают ряд других расстройствах нормальной деятельности организма человека.

Аэроэмболизм, или декомпрессионная болезнь, проявляется при подъеме на высоты 8...13 км и вызывается выделением, растворенного в крови и тканях газообразного азота. В нормальных земных условиях в крови и тканях человека растворено около 1,0...1,5 л азота. При понижении давления растворимость газов уменьшается. В связи с этим азот, содержащийся в крови, выделяется в виде мелких пузырьков, которые оказывают механическое давление на нервные окончания определенных частей тела человека. Это создает болезненные ощущения в мышцах и суставах. Чаще всего поражаются плечевой и коленный суставы. Подобные декомпрессионные расстройства возникают и проявляются в полете тем сильнее, чем больше скорость падения давления. При снижении с больших высот до – 7 км боли в суставах исчезают.

Для профилактики декомпрессионных расстройств необходимо перед полетом в течение 40...60 мин дышать чистым кислородом. При этом происходит освобождение организма от азота. Так 45-минутная десатурация перед подъемом на высоту 12 км значительно уменьшает вероятность появления декомпрессионных расстройств.

При быстром снижении и подъеме самолета, особенно на малых высотах, где скорость изменения давления по высоте наибольшая, человек ощущает боли в полузакрытых полостях среднего уха и лобной пазухи, особенно чувствительных при заболеваниях носоглотки. Быстрое повышение давления (спуск) переносится человеком хуже, чем понижение давления (подъем).

Затяжной кашель появляется на больших высотах вследствие того, что при пониженном давлении резко выдыхаемый с большой скоростью воздух (кашель) не обладает достаточной способностью для удаления раздражающих дыхательные пути веществ.

Высотная эмфизема тканей возникает при наборе высоты более 19,2 км. Как известно, человеческий организм содержит около 70% воды. На высоте 19,2 км давление атмосферы становится равным давлению насыщенных паров воды при температуре 37°С (внутренняя температура человеческого тела). Это вызывает переход воды из жидкой фазы – в парообразную. Образовавшиеся пузырьки пара скапливаются под кожей и оттягивают ее от мышц. Например, при подъеме без соответствующей защиты рук на высоту более 19,5 км через 5...10 мин начинается вздутие кистей рук, а через 15 мин пальцы настолько увеличиваются в объеме, что работа кистью становится невозможной. После спуска ниже 17 км подкожные вздутия исчезают без последствий.

Взрывная декомпрессия. Быстрое падение давления в ГК до давления окружающей атмосферы (внезапная разгерметизация) называется взрывной декомпрессией. При взрывной декомпрессии давление в легких не может уменьшиться так же быстро, поэтому возможны механические повреждения легких – разрывы, внутренние кровоизлияния, падение кровяного давления, замедление ритма сердца. Степень расстройств, вызванных взрывной декомпрессией, зависит от интенсивности падения давления в кабине до атмосферного, называемой относительным расширением газов β_отн, а также от времени падения давления

, (1.3)

где р_ко, р_к – соответственно давление воздуха в кабине к моменту ее разгерметизации и давление, установившееся после разгерметизации.

Экспериментально установлено, что если выравнивание давлений происходит за время τ < 0,02 с, то действие взрывной декомпрессии безопасно при значениях β_отн < 3, если τ > 0,5, то β_отн может быть в несколько раз больше.

Пример 1. Воспользовавшись формулой (1.3), определить предельную высоту полета для безопасной взрывной декомпрессии, если высота в кабине составляет 1,5 км (ей соответствует давление р_ко= 86,3 кПа), искомая величина р_к= 33 кПа, чему соответствует предельная высота полета 8,5 км.

Рис. 1.3. Названия, направления и знаки перегрузок, действующих на человека в полете: nпр –продольная перегрузка; nпоп – поперечная перегрузка; пбок – боковая перегрузка

Пример 2. Найти предельно допустимое давление в кабине самолета р_ко (и соответствующую высоту) с высотой полета равной 11 км (р_к= 23,2 кПа) в случае внезапной разгеметизации салона. Искомая величина составляет р_ко= 57 кПа, что соответствует максимально допустимой высоте кабины 4,8 км.