1.2. Влияние высотных полётов на организм человека

С ростом высоты, как было показано выше, атмосферное давление понижается. Это является причиной целого ряда неблагоприятных воздействий на человека, но в первую очередь ухудшается обеспечение организма кислородом. Кислород непрерывно участвует во всех жиз­ненно важных процессах и доставляется ко всем органам, тканям и клеткам с помощью систем дыхания и кровообращения. Важно отме­тить, что в человеческом организме нет сколько-нибудь заметных за­пасов кислорода. Человек может обходиться без пищи более месяца, без воды – до двух недель, а без кислорода смерть наступает в течение нескольких минут.

При дыхании воздух через носоглотку, трахею и бронхи попадает в лё­гочные альвеолы (диаметром около 0,2 мм), густо оплетённые капилляр­ными кровеносными сосудами. Через очень тонкие стенки сосудов (0,003...0,004 мм), представляющие собой полупроницаемые мембраны, происходят насыщение крови кислородом О₂ и удаление углекислого газа СО₂ в воздух. Общая поверхность альвеол достигает 90...120 м². Кровь, насыщенная кислородом, доставляет его тканям организма и, обогатив­шись углекислым газом, вновь поступает в лёгкие.

Передача кислорода и углекислого газа по всему тракту систем дыхания и кровообращения подчиняется законам диффузии, т.е. происходит под действием разности парциальных давлений. Парциальное давле­ние – это часть общего давления смеси, обусловленная наличием в ней данного компонента (такое давление имел бы газ, входящий в состав смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре). Сумма парциальных давлений всех компонентов со­ставляет полное давление газовой смеси (закон Дальтона). Следователь­но, парциальное давление пропорционально объёмной концентрации рассматриваемого вещества. В частности, для кислорода в атмосферном воздухе

, (6)

где – парциальное давление кислорода; p_h – атмосферное давление на рассматриваемой высоте; – объёмная концентрация кислорода (в долях единицы); О₂ – процентное содержание кислорода.

Парциальное давление кислорода в альвеолах легких отличается от парциального давления кислорода в атмосфере в связи с происходя­щими в альвеолах процессами газообмена:

, (7)

где – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре человеческого тела; – парциальное давление углеки­слого газа.

Из зависимостей (6) и (7) следует, что с ростом высоты даже при неизменном газовом составе атмосферного воздуха (характерном для гомосферы) парциальное давление кислорода уменьшается. Это вызывает снижение интенсивности процессов передачи кислорода в организм че­ловека, причём его парциальное давление в альвеолах лёгких снижается в большей степени, чем в атмосфере.

При подъёме до высоты не более 2 км человек не испытывает како­го-либо ухудшения самочувствия. С этой точки зрения диапазон высот от 0 до 2 км называют индифферентной зоной. На высотах от 2 до 3,5...4 км насыщение крови кислородом продолжает снижаться, но может быть па­рировано рефлекторным усилением деятельности сердца и лёгких. Дан­ный диапазон высот называют зоной полной компенсации.

На высоте 3,5...4 км парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе становится равным 7,2...6,3 кПа (54...47 мм рт. ст.), и при даль­нейшем увеличении высоты даже в условиях гипервентиляции легких нормальный газообмен нарушается. Эффекты кислородного голодания раз­виваются достаточно интенсивно, вплоть до полной потери человеком работоспособности, а нередко и потери сознания, которая у ряда лиц происходит на высотах 5...6 км, а у подавляющего большинства – на вы­сотах 6...7 км. На высотах более 8 км возникают смертельно опасные для человека явления. Следует иметь в виду, что интенсивность кислородного голодания усиливается при выполнении человеком какой-либо работы.

Нормальная жизнедеятельность человека при подъёме на высоту мо­жет быть обеспечена поддержанием парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе на уровне = 14,7 кПа (110 мм рт. ст.). Техни­чески это можно осуществить путём поддержания соответствующего дав­ления воздуха в окружающей человека среде (в герметической кабине или скафандре) или повышением процентного содержания кислорода во вдыхаемой смеси (применение кислородных приборов).

Требуемое изменение процентного содержания кислорода во вдыхае­мом воздухе по высоте можно рассчитать с помощью формулы (8), задав­шись необходимым (например, указанным выше) уровнем . В частно­сти, можно установить, что на высоте 10 км необходимо подавать для ды­хания чистый кислород, чтобы обеспечить в альвеолах парциальное давле­ние кислорода, равное 14,7 кПа (110 мм рт. ст.). При дальнейшем подъеме будет снижаться даже при дыхании чистым кислородом. Из физиоло­гических исследований известно, что минимальным парциальным давле­нием кислорода в альвеолах лёгких, при котором кровь еще насыщается на 80...85 %, является давление 5,5...6,7 кПа (41...50 мм рт. ст.), что соответст­вует высоте 3,8...4,5 км при дыхании атмосферным воздухом или высоте 12,3...12,8 км, если для дыхания используется чистый кислород.

(8)

Понижение атмосферного давления помимо кислородного голодания может вызвать ряд других неблагоприятных эффектов, в числе которых можно назвать высотный метеоризм, аэроэмболизм, высотную эмфизему и взрывную декомпрессию.