32 Круговорот кислорода в организме
Акт дыхания
Во время вдоха усилием дыхательных мышц грудная клетка расширяется. Лёгкие, пассивно следуя за грудной клеткой, всасывают воздух через дыхательные пути. Затем грудная клетка уменьшается в объёме, лёгкие сжимаются и выталкивают избыток воздуха в атмосферу. Происходит выдох.
При нормальном дыхании в лёгкие человека во время каждого вдоха поступает около 500 мл воздуха. Такое же количество он выдыхает. Этот воздух называется дыхательным, а его объём за 1 минуту дыхания называется лёгочной вентиляцией. Но если сделать глубокий вдох, то в лёгкие поступает ещё 1500 - 3000 мл воздуха. Его называют дополнительным. Кроме того, при глубоком выдохе, после нормального вдоха, из лёгких может удалиться 1000 - 2500 мл так называемого резервного воздуха. Однако и после этого в лёгких остаётся еще около 1000 - 1200 мл остаточного воздуха. Сумма объёмов дыхательного, дополнительного и резервного воздуха называется жизненной ёмкостью лёгких. Её измеряют при помощи спирометра. У здоровых людей жизненная ёмкость лёгких колеблется от 3000 до 6000 - 7000 мл.
Цикл дыхания при средней физической нагрузке следующий :
на воздухе - вдох, выдох, задержка
под водой - вдох, задержка, выдох.
Чем больше объём лёгких, тем большим резервом времени пребывания под водой располагает ныряльщик.
Дыхание регулируется особыми нервными клетками, так называемым дыхательным центром, который находится в головном мозгу.
Дыхательный центр очень чувствителен к избытку углекислого газа в крови. Повышение
содержания СОг раздражает дыхательный центр и ведет к учащению и углублению дыхания. И
наоборот, уменьшение содержания СОг в крови ведёт к кратковременной остановке дыхания (апноэ) ~ на 1 - 1.5 мин.
Дыхательный центр работает автоматически, обеспечивая у здорового человека 16-18 циклов дыхания (вдох - выдох) в 1 минуту.
Особенности дыхания человека при повышенном давлении.
При погружении в воду подводный пловец использует акваланг. При включении в акваланг с дыхательным автоматом, расположенным у загубника, величина вредного пространства увеличивается за счёт добавления объёма камеры дыхательного автомата. Это приводит к ухудшению лёгочной вентиляции.
При выполнении физической работы частота дыхания и количество воздуха, поступающего в лёгкие при каждом вдохе, увеличиваются. Возрастает и минутный объём дыхания - лёгочная вентиляция. При дыхании в покое минутный объём воздуха равен 8 - 10 л (лёгочная вентиляция). При работе средней тяжести 20 - 30 л/мин. Во время выполнения тяжёлой физической работы он может увеличиваться до 80 - 100 л/мин., а в исключительных случаях до 120 - 150 л/мин.
Это происходит из-за увеличения глубины и частоты дыхания при выполнении более тяжёлой работы. Однако только учащение дыхания без увеличения его глубины не улучшает газообмен, так как большой процент вдыхаемого воздуха остаётся во "вредном пространстве" и не принимает участия в газообмене. Очень часто у начинающих подводных пловцов после включения в акваланг из-за волнения и отсутствия достаточной тренированности наблюдается учащённое дыхание, которое ведет к значительному перерасходу воздуха.
При погружении в аппаратах на сжатом воздухе необходимо научиться экономно расходовать запас воздуха, что зависит от контроля за собственным дыханием и тренированности. Спокойствие и уверенность в себе и используемом снаряжении, отработка оптимального дыхания по частоте и глубине позволит Вам использовать наилучшим образом Ваш запас воздуха.
Теперь, чтобы иметь полное представление о газообмене, познакомимся с работой сердца, системой кровообращения, составом крови и той ролью, которую они выполняют в организме.
Сердце
Сердце - это мышечный насос, нагнетающий кровь в кровеносные сосуды. Сплошной перегородкой оно разделено на правую и левую половины. Каждая половина сердца состоит из предсердия и желудочка, соединённых клапаном.
Из левой половины сердца (левого желудочка) кровь под большим давлением попадает в аорту, от которой отходят артерии, разветвляющиеся по всему телу. Мельчайшие артерии, разветвляясь, образуют сеть капилляров, тончайших сосудов.
Капилляры пронизывают все участки нашего тела. Через капилляры кровь отдаёт тканям кислород и питательные вещества и приносит от них к лёгким углекислый газ, который должен быть выведен наружу. Капилляры сливаются друг с другом и образуют вены. По самым крупным венам нашего тела кровь попадает в правое предсердие.
Путь крови от левого желудочка по артериям, капиллярам и венам нашего тела до правого предсердия называется большим кругом кровообращения.
Во время сокращения правого предсердия кровь попадает в правый желудочек, который проталкивает
её в лёгочную артерию. Отсюда кровь, бедная кислородом, и богатая углекислым газом (СО2), попадает в лёгкие.
Лёгочная артерия разветвляется по капиллярам, оплетающим альвеолы. Протекая через лёгкие кровь
обогащается кислородом и отдаёт углекислый газ (СО2). Сливаясь друг с другом, лёгочные капилляры образуют вену, впадающую в левое предсердие. Ток крови от правого желудочка сердца через лёгкие к левому предсердию называется малым кругом кровообращения.
Кровь ярко алого цвета, богатую кислородом, называют артериальной кровью. Кровь темно вишнёвого цвета, бедную кислородом, называют венозной кровью.
Итак, основное назначение сердца - обеспечить непрерывный ток крови по сосудам. Если сердце перестаёт работать, то через 5-6 минут человек умирает. Нормальная работа сердца, 70 - 75 сокращений в минуту.
Кровь.
Кровь - жидкая ткань организма, заполняющая кровеносные сосуды. Протекая через тот или иной
участок тела, кровь отдаёт кислород и питательные вещества, обогащается углекислым газом (СО2) и другими продуктами обмена. Последние через органы выделения выводятся из организма. Кроме того, кровь, благодаря присутствию в ней особых клеток и веществ, предохраняет организм от воздействия ядов и бактерий. В состав крови входят плазма и форменные элементы - эритроциты или красные кровяные тельца, лейкоциты - белые кровяные тельца и тромбоциты - кровяные пластинки.
Больше всего в крови эритроцитов, в 1 мм3 крови присутствует 4.5 - 5 млн. эритроцитов. У человека примерно 5 литров крови, следовательно, в ней находится 25 триллионов эритроцитов.
Для чего же человеку необходимо такое количество эритроцитов ? Человек потребляет за 1 мин. примерно 300 мл и более кислорода. При газообмене через лёгкие кровь получает и отдаёт тканям за
1 мин. 49 - 50 мл кислорода (О2) но этого недостаточно. Здесь приходят на помощь эритроциты. Гемоглобин, входящий в состав эритроцитов, соединяется с кислородом в нестойкое химическое
соединение - оксигемоглобин, который распадается в тканях на гемоглобин и кислород (О2). Эритроциты в 10 раз увеличивают содержание кислорода в крови.
Обмен газов в лёгких и тканях происходит в результате диффузии, благодаря разности парциальных давлений газов в альвеолярном воздухе и крови. Венозная кровь, поступающая к лёгким, бедна
кислородом (О2) и богата углекислым газом (СО2). Парциальное давление кислорода (О2) в венозной
крови значительно меньше (37 мм рт. ст.), чем в альвеолярном воздухе (105 мм рт. ст.), и кислород (О2)
свободно переходит из альвеол в кровь. Зато парциальное давление углекислого газа (СО2) в венозной крови (48 мм рт.ст.) выше, чем в альвеолярном воздухе (41.8 мм рт.ст.), что заставляет углекислый газ
(СО2) покинуть кровь и перейти в альвеолы, откуда он удаляется во время выдоха.
Между кровью и тканями этот процесс происходит в обратной последовательности. К этому следует
добавить, что высокое процентное содержание углекислого газа (СО2) в крови и тканях способствует разложению оксигемоглобина на гемоглобин и кислород, а высокое процентное содержание кислорода
(О2) в крови способствует удалению углекислого газа из крови через лёгкие.
Особенности кровообращения под повышенным давлением.
Находясь на земле, человек испытывает практически одинаковое давление атмосферного воздуха на все участки человеческого тела. При погружении человека под воду давление воды на нижние участки тела будет больше, чем на верхние. У человека ростом 170 см эта разница составит около 0.17кгс/см.2. В результате этого в верхних и нижних участках тела создаются различные условия для тока крови по сосудам. Отток крови из участков, лежащих выше сердца, будет затруднён. От нижних конечностей кровь будет оттекать легко, т.к. давление столба воды будет выжимать кровь по направлению к сердцу. В результате неравномерного давления воды на тело человека, спустившегося под воду, происходит механическое перераспределение крови. Наблюдается полнокровие верхних частей тела, увеличение нагрузки на сердце и сосуды, и недостаточное снабжение кровью нижних конечностей, их быстрое охлаждение и утомление.
Нервная система.
Кора головного мозга получает сигналы из внешней среды через органы чувств. В основном, через органы зрения и слуха. Под водой зрение и слух человека значительно ухудшаются. Эти изменения приводят к большому напряжению нервной системы. Человек значительно быстрее утомляется и устаёт под водой, чем на поверхности.
Каждый спуск под воду таит в себе элемент риска. Он сопряжён с большим нервно-психическим напряжением. Поэтому подводные пловцы должны быть эмоционально устойчивыми.
Первые признаки изменения функций центральной нервной системы появляются при абсолютном давлении воздуха 2-3 кгс/см.2. Однако эти изменения носят функциональный характер и практически не отражаются на работоспособности. При дальнейшем увеличении давления изменения возрастают. В этих условиях на фоне кажущегося благополучия снижается самоконтроль, отмечается нарушение логического мышления. При абсолютном давлении воздуха более 7 кгс/см.2 у человека в той или иной степени, а в ряде случаев и полностью, утрачивается работоспособность.
Рассмотрим некоторые несчастные случаи и их профилактику :
Утопление
Причины утопления - попадание воды в дыхательные пути.
Во время плавания под водой утопление может наступить в следующих случаях :
Из-за израсходованного запаса воздуха в баллонах и невозможности немедленно выйти на поверхность
При потере сознания под водой (холодовой шок, азотный "наркоз", кислородное голодание, отравление окисью углерода, травма головы и т.д.)
По признакам, различают два вида утопления :
Белая асфиксия (удушье) или мнимое утопление, характеризуется рефлекторным прекращением дыхания и работы сердца. Причиной может быть небольшое количество воды, попавшее в дыхательные пути, которое вызывает спазм голосовой щели (рефлекторный ларингоспазм). Спазм голосовой щели, возникающий в начальный период утопления, стойко держится и препятствует попаданию воды в альвеолы. При белой асфиксии человека иногда можно спасти даже через 20 - 30 минут после утопления.
Синяя асфиксия ("истинное" утопление) - возникает в результате проникновения воды в альвеолы, при этом происходит разжижение крови и её гемолиз, т.е. разрушение эритроцитов, а также фибрилляция - неравномерное сокращение сердца. Лицо утонувшего и особенно ушные раковины, кончики пальцев и слизистая оболочка губ, приобретают фиолетово-синюю окраску. Оживить при этом пострадавшего значительно труднее и возможно не более, чем через 4-6 минут после утопления.
Утонувших в морской воде оживить легче, чем утонувших в пресной воде, т.к. в пресной воде преобладают нарушения, вызванные гемолизом эритроцитов. Однако при утоплении в море у пострадавших после оживления, как правило, развивается отёк лёгких.
Первая помощь - необходимо быстро поднять пострадавшего из воды. Освободить от снаряжения. По возможности удалить воду из дыхательных путей, лёгких и желудка, очистить полость рта, извлечь и зафиксировать язык, начать искусственное дыхание и непрямой массаж сердца. При возобновлении самостоятельного дыхания дать ему кислород и срочно доставить в больницу.
Наиболее эффективный способ искусственного дыхания - изо рта в рот по формуле : 3 выдоха на 5 массажей сердца (при условии, что первую помощь оказывает один человек).
СЕРДЕЧНО - ЛЕГОЧНАЯ РЕАНИМАЦИЯ
Критический уровень расстройства жизнедеятельности с катастрофическим падением артериального давления, с глубоким нарушением газообмена и метаболизма обобщенно именуется терминальным состоянием. А, в первые 5-6 мин. после полной остановки кровообращения и дыхания - клинической смертью. В это время обменные процессы резко понижаются, однако полностью не прекращаются. В связи с этим клиническая смерть является состоянием обратимым, а ее продолжительность определяется жизнеспособностью мозга в условиях полной остановки кровообращения и дыхания (гипоксии).
На ранних этапах умирания все виды смерти определяет следующая триада клинических признаков :
Отсутствие дыхания (апноэ) Остановка кровообращения Выключение сознания (кома)
Фундаментальное значение имеет знание трех приемов метода оживления (правило ABC):
air way open - восстановление проходимости дыхательных путей.
breathe for victim - начать искусственную вентиляцию легких.
circulation this blood -приступить к массажу сердца.
Диагноз полной остановки спонтанного дыхания (апноэ) ставят визуально - по отсутствию дыхательных экскурсий. Нельзя тратить драгоценное время на прикладывание ко рту и носу зеркала, блестящих предметов и т.п.
Схема восстановления проходимости дыхательных путей следующая :
Пострадавшего укладывают горизонтально на спину.
Немедленно освобождают шею, грудную клетку и область живота от давящих предметов (шлем, г/костюм, грузовой пояс и т.п.).
Для того чтобы убедиться в проходимости верхних дыхательных путей, открывают рот, быстро осматривают ротовую полость. При наличии жидкости или инородных тел полость рта освобождают от них. Для этого на палец наматывают бинт, марлю и круговым движением очищают полость рта.
Положение реаниматора - сбоку (сторона значения не имеет). Реаниматор одной рукой берет пострадавшего за подбородок, другая рука кладется на теменную область головы пострадавшего. При помощи обеих рук голова пострадавшего запрокидывается (Рис.1).