Работа в условиях повышенного давление

В организме человека имеются полости, содержащие воздух (среднее ухо и придаточные пазухи носа, легкие, желудочно-кишечный тракт), которые при нормальных условиях сообщаются с окружающей воздушной средой.

Разность давления в этих полостях с окружающим давлением может  приводить к баротравме уха и  придаточных пазух носа, баротравме легких и баротравме внутренних органов.

При уменьшении объема воздуха в  скафандре может возникнуть общий  обжим верхней части тела, а  также появляется вероятность падения  водолаза на глубину, причем падение  на малых глубинах представляет большую опасность в связи с большим перепадом давления, т.к. на этих глубинах объемные изменения газов более значительны, чем на больших глубинах.

В сжатом воздухе физические параметры  воздуха, такие как плотность, теплоемкость, теплопроводность, скорость распространения звуковой волны и т.д., изменяются пропорционально величине давления. В процессе погружений под воду и тренировочных спусков в барокамере развивается тот или иной уровень адаптации организма человека к этим необычным для существования человека условиям.

3. Насыщение и рассыщение организма  азотом

При спусках водолазов под воду или в барокамере с использованием для дыхания воздуха парциальное  давление содержащихся в них газов  увеличивается пропорционально  величине абсолютного давления. В табл. 2 представлены величины парциальных давлений азота и кислорода в сжатом воздухе на различных глубинах (при различных величинах повышенного давления в барокамере).

 

Таблица 2

ПАРЦИАЛЬНЫЕ ДАВЛЕНИЯ АЗОТА И КИСЛОРОДА (ОКРУГЛЕННО) В СЖАТОМ ВОЗДУХЕ НА РАЗЛИЧНЫХ ГЛУБИНАХ (ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЛИЧИНАХ ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ В БАРОКАМЕРЕ)

---------------+-------------------------+------------------------

¦Глубина  спуска¦  Избыточное давление в  ¦Парциальное давление в ¦

¦ под воду, м  ¦в барокамере, кгс/кв. см ¦  воздухе, кгс/кв. см  ¦

¦              ¦                         +------+----------------+

¦              ¦                         ¦азота ¦   кислорода    ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦       0      ¦            0,0          ¦ 0,79 ¦      0,21      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      10      ¦            1,0          ¦ 1,58 ¦      0,42      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      20      ¦            2,0          ¦ 2,37 ¦      0,63      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      30      ¦            3,0          ¦ 3,16 ¦      0,84      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      40      ¦            4,0          ¦ 3,95 ¦      1,05      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      50      ¦            5,0          ¦ 4,74 ¦      1,26      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      60      ¦            6,0          ¦ 5,53 ¦      1,47      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      70      ¦            7,0          ¦ 6,32 ¦      1,68      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      80      ¦            8,0          ¦ 7,11 ¦      1,89      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      -       ¦            9,0          ¦ 7,90 ¦      2,10      ¦

+--------------+-------------------------+------+----------------+

¦      -       ¦           10,0          ¦ 8,69 ¦      2,31      ¦

---------------+-------------------------+------+-----------------

 

Примечание. При расчете парциального давления азота воздуха обычно учитывается  суммарное процентное содержание газов  в воздухе за вычетом кислорода (100 - 20,9 приблизительно 79,0%).

В наземных условиях жидкости и ткани  организма насыщены азотом, кислородом, диоксидом углерода (углекислым газом) и в меньшей степени другими газами. При нормальном атмосферном давлении во всех тканях организма человека со средней массой тела (70 кг) содержится около 1000 куб. см (1 л) растворенного азота. При повышении окружающего давления, сопровождающемся ростом парциального давления того или иного индифферентного газа (в частности, азота), этот газ начинает растворяться в жидких средах организма, а затем в различных тканях. Растворение газа, иначе называемое процессом насыщения, будет происходить до тех пор, пока не установится динамическое равновесие между парциальным давлением данного индифферентного газа в альвеолярном воздухе и напряжением этого газа в растворенном состоянии в тканях организма. Основу процесса насыщения составляют физические законы растворимости газа в жидкости, т.е. коэффициент растворимости, скорость диффузии, разность (или отношение) между величиной парциального давления данного газа над жидкостью и напряжением его в растворе, а также условия контакта газа с жидкостью.

Путь, который проделывают молекулы индифферентного газа из внешней  среды в организм при компрессии, может быть разбит на следующие этапы: альвеолярный воздух -> кровь (капилляры  и вены малого круга) -> левое сердце -> кровь (артерии и капилляры большого круга) -> межтканевая жидкость -> клеточные элементы. При декомпрессии этот процесс идет в обратном направлении: клеточные элементы -> межтканевая жидкость -> кровь (капилляры и вены большого круга) -> правое сердце -> кровь (артерии и капилляры малого круга) -> альвеолярный воздух.

Схематично процесс насыщения  организма протекает в определенной последовательности. Вдыхаемый индифферентный газ, парциальное давление которого превышает его напряжение в тканях, поступает в легкие, диффундирует через стенки альвеол, растворяется в артериальной крови, транспортируется кровью к тканям и через капиллярную стенку диффундирует в ткань. Освобожденная от избыточно растворенного индифферентного газа кровь по венозной системе возвращается в легкие, где вновь насыщается индифферентным газом. Весь процесс насыщения идет путем диффузии индифферентного газа из зоны более высокого парциального давления в легких в зону более низкого напряжения в тканях. С каждым новым кругооборотом крови ткани сильнее насыщаются индифферентным газом, и постепенно их насыщение становится равным парциальному давлению индифферентного газа во вдыхаемой газовой смеси. Процесс насыщения организма индифферентным газом, как и обратный процесс рассыщения, весьма продолжителен. Считается, что сроки полного насыщения организма могут достигать 2 - 3 сут.

В целях предупреждения декомпрессионной болезни подъем водолазов с глубины  на поверхность производится по специальным  режимам декомпрессии.

При неадекватно быстрой декомпрессии в организме может возникнуть декомпрессионная болезнь - комплекс патологических процессов в результате образования свободного газа в тканях из-за их пересыщения индифферентными газами.

4. Насыщение организма кислородом

При спусках водолазов под воду или в барокамере с использованием для дыхания воздуха на организм водолаза помимо повышенного парциального давления азота действует также повышенное парциальное давление кислорода (см. табл. 2).

При водолазном спуске поступление  кислорода в организм происходит не только с помощью оксигемоглобина, но также за счет значительного дополнительного физического растворения кислорода в плазме крови. Этот процесс осуществляется в зависимости от величины парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе (закон Генри - Дальтона). Таким образом, дополнительное поступление кислорода в организм в гипербарических условиях происходит так же, как и транспорт кровью индифферентных газов. Однако главным и весьма существенным отличием динамики распределения кислорода в организме является тот факт, что кислород постоянно потребляется в клеточных структурах организма и обратно из них в кровь не поступает (исключение из этого правила возможно в условиях снижения давления).

Процесс проникновения кислорода  из внешней среды в организм человека физиологически организован посредством систем внешнего дыхания, кровообращения, крови и тканевого дыхания так, чтобы избежать кислородного голодания при возможных условиях и формах деятельности организма. Кислород под давлением 2 - 3 кгс/кв. см оказывает не только рефлекторное, но и прямое угнетающее влияние на дыхательный центр. В итоге всех воздействий снижается уровень функционирования внешнего дыхания (урежение и углубление дыхания, снижение легочной вентиляции), общей гемодинамики (брадикардия, снижение сердечного выброса, сужение сосудов, повышение периферического сопротивления, уменьшение скорости кровотока, депонирование крови), регионарной гемодинамики (сужение мозговых сосудов и замедление кровотока) и системы крови (эритропения, лимфопения). Все эти сдвиги, а также наступающая артериализация венозной крови приводят к затруднению выведения диоксида углерода, росту его напряжения, а также содержания водородных ионов в крови, тканях и органах, в том числе в дыхательном центре. Гиперкапния, в свою очередь, активизирует функцию внешнего дыхания и гемодинамики, способствуя частичному восстановлению этих функций. Эту реакцию следует рассматривать как приспособительную, компенсаторную, направленную на то, чтобы уменьшить действие избыточно растворенного кислорода.

При водолазных спусках с использованием для дыхания воздуха патологическая реакция организма при действии повышенного парциального давления кислорода, как правило, не наступает. Заболевание может возникнуть в  барокамере при дыхании сжатым воздухом, искусственной дыхательной газовой смесью или кислородом при его парциальном давлении более 0,5 кгс/кв. см. В водолазной практике отравление кислородом наиболее часто встречается при использовании для спусков под воду кислородного снаряжения.

5. Влияние сжатого воздуха на функции анализаторов и речеобразование

В гипербарической воздушной среде  в связи с увеличением ее плотности  изменяется скорость распространения  звуковой волны. Кроме того, при изменении  плотности среды происходит смещение звука по высоте.

Функции слухового анализатора, связанные с изменением акустических свойств гипербарической газовой среды, зависят в первую очередь от ее плотности и проявляются в форме обратимого повышения порогов воздушной проводимости. Эти пороги изменяются пропорционально величине давления. В воздушной среде при давлении 10 кгс/кв. см максимальное понижение слуха на средних частотах составляет 30 - 40 дБ. При спусках в вентилируемом снаряжении отрицательно сказывается на деятельности слухового анализатора также постоянный шум подаваемого в скафандр воздуха, что затрудняет речевое общение и может привести к хроническим заболеваниям. Большинство водолазов со значительным стажем работы в вентилируемом снаряжении в возрасте 35 - 40 лет страдают тугоухостью III степени и невритом слухового нерва.

Ухудшение слухового восприятия при  пребывании человека в гипербарической  среде может быть связано не только с изменением ее акустических свойств, но и с ощущением заложенности в ушах вследствие затрудненного  выравнивания давления или катарального воспаления верхних дыхательных путей, включая отечность тканей в районе глоточных отверстий евстахиевых труб.

Изменение плотности и других свойств  гипербарической газовой среды  сказывается также на артикуляции. Разборчивость речевых сигналов по мере увеличения давления понижается на 50% на каждые 6 кгс/кв. см. Резонансная частота голосового тракта, равная в нормальных условиях 150 - 200 Гц, возрастает как корень квадратный из плотности газа, достигая 350 Гц при 5 кгс/кв. см и 500 - 600 Гц при 10 кгс/кв. см.

Сохранение речевого общения лиц, находящихся в условиях гипербарической  газовой среды, требует функциональной перестройки работы речевого аппарата и определенных навыков. При пребывании в воздушной среде требуется  овладеть артикуляцией с более активными движениями речевого аппарата для образования привычных звуков, их распространения и создания резонанса. Опытные водолазы стараются не употреблять лишних слов, четко их произносить, предпочтительно пользуясь стандартным набором команд и докладов.

Функции зрительного анализатора не претерпевают выраженных изменений в гипербарической воздушной среде, а после двухнедельного пребывания под давлением отмечено существенное повышение порогов периферического зрения.

Отмечалось изменение вкусовых порогов: их повышение к сладкому и понижение к кислому. Отдельные случаи проявления угнетения обонятельного анализатора в гипербарической среде обычно связаны с гиперемией и воспалением слизистой оболочки носа.

6. Влияние сжатого воздуха на  центральную нервную систему

Азот воздуха при повышенном давлении обладает наркотическим действием, клиническая картина которого определяется величиной его парциального давления и временем воздействия. Начальные  изменения функций центральной  нервной системы проявляются  при давлении воздуха 3 - 4 кгс/кв. см, характеризуются слабовыраженной эйфорией и снижением внимания без существенного нарушения умственной и физической работоспособности. С увеличением давления воздуха до 6 кгс/кв. см наркотическое действие азота становится более выраженным, но водолазы обычно продолжают сохранять общее хорошее самочувствие и почти нормальную работоспособность. При более высоких величинах давления отмечаются значительное снижение объема и устойчивости внимания, увеличение времени сенсомоторных реакций и увеличение числа ошибочных действий, уменьшение количества точных ответов, снижение объема кратковременной и долговременной памяти, увеличение размашистости движений. Выраженность симптомов в значительной мере зависит также от индивидуальной чувствительности, тренированности к азотному наркозу, функционального состояния организма и т.д.

Учитывая то, что на глубинах до 60 м максимальное парциальное давление азота составляет 5,6 кгс/кв. см, при  котором проявления азотного наркоза  протекают у тренированных лиц в умеренно выраженной форме, эта глубина считается безопасной и является предельной глубиной для проведения рабочих водолазных спусков.

С целью поддержания адаптации  организма водолазов к наркотическому действию азота и готовности к  работе под водой с использованием для дыхания сжатого воздуха должны проводиться тренировки в барокамере под давлением 80 м вод. ст. Лица, допущенные к медицинскому обеспечению водолазных спусков, для поддержания готовности к оказанию медицинской помощи в условиях повышенного давления проходят тренировки в барокамере под давлением до 100 м вод. ст.

7. Влияние сжатого воздуха на  систему дыхания

Увеличение плотности сжатого  воздуха оказывает повышенное сопротивление  потоку газа в дыхательных путях.

Перемещение в дыхательных путях необходимого для вентиляции легких количества газа достигается созданием положительных и отрицательных градиентов окружающего барометрического давления и альвеолярного давления. Вентиляция легких может меняться от 6 - 8 до 120 л/мин. при очень тяжелой физической нагрузке.