В практике глубоководных водолазных
спусков применяются кислородно-гелиевые
и кислородно-азотно-гелиевые смеси
и среды (КГС и КГСр). Данные смеси
и среды обладают многообразным действием
на организм человека. Наиболее характерными
свойствами гелийсодержащих смесей и
сред, отличающимися от свойств воздуха,
являются:
- выраженное искажение речеобразования;
- охлаждающее действие;
- нервный синдром высоких
давлений.
При нахождении в гипербарической
КГСр или при дыхании КГС под
давлением в связи с особыми
физическими свойствами гелия и
увеличением плотности происходит
искажение произносимых звуков и
их восприятия органами слуха. Вследствие
замены азота воздуха гелием существенно
повышается скорость распространения
звука. Действие повышенного статического
давления газа на организм и изменение
скорости распространения звука приводят
к искажениям произносимых звуков и к
смещению всего речевого спектра в область
высоких частот. Физиологические исследования
показали, что при спуске на большие глубины
с использованием КГС в работе речевых
органов происходит ряд нарушений. Значительно
меняется работа голосовых связок вследствие
изменения тонуса мышц, напрягающих связки.
Повышенная плотность среды вызывает
гиперреакцию связок при произношении
слов. Такое состояние голосового аппарата
гортани искажает интенсивность речи,
нарушает ее динамическую и мелодическую
структуру. Увеличение плотности создает
затруднение как для нормального вдоха,
так и для нормального выдоха. Вследствие
этого исчезает явление так называемой
голосовой борьбы, необходимой для правильного
образования согласных, носящих взрывной
характер. Поэтому формирование смычных
согласных в этих условиях затруднено,
резко возрастает громкость речи (на 6
- 12 дБ по сравнению с уровнем в нормальных
условиях). Описанные выше нарушения в
работе голосового аппарата гортани и
дыхания вызывают выраженные изменения
в разборчивости речи. Увеличение громкости
речи вызывает уменьшение слоговой разборчивости
на 8 - 10% за счет изменения разборчивости
согласных. Повышение плотности среды
вызывает некоторое отвисание мягкого
неба. Это определяет специфический тембр
голоса водолаза, носящий характер открытой
гнусоватости. Появлению гнусавого оттенка
способствует также подъем гортани вверх,
что изменяет обычные соотношения между
резонатором носоглотки, гортани и носа.
Регистрация движений языка и губ показала,
что их состояние характеризуется большим,
чем обычно, напряжением. Эти данные сказываются
на процессе диссонанса звуковой энергии
и тем самым изменяют спектр речи. Первые
признаки нарушения речи, заметно ухудшающие
разборчивость, появляются при дыхании
КГС на глубине 50 - 60 м, затем они быстро
возрастают, достигая максимума на 120 -
150 м и затем вновь несколько ослабляются.
При дыхании воздухом нарушения разборчивости
можно отметить уже начиная с глубины
8 - 12 м. Более позднее наступление изменений
разборчивости речи при дыхании КГС объясняется
тем, что гелий обладает меньшей по сравнению
с азотом плотностью, и влияние увеличения
плотности дыхательной среды сказывается
лишь на глубинах больше 70 - 80 м. При дыхании
КГС разборчивость становится более низкой,
чем при дыхании воздухом на той же глубине.
Это происходит потому, что сниженные
компенсаторные возможности организма
уже не могут возвратить смещенные области
в исходное состояние.
Теплообмен организма
человека в гипербарической кислородно-гелиевой
среде существенно отличается от
теплообмена в воздушной среде.
Это отличие вызвано в основном теплофизическими
свойствами КГСр, из которых наиболее
важными являются в 6 раз более высокая
теплопроводность и в 5 раз более высокая
теплоемкость в сравнении с характеристиками
воздуха. Теплопередача с поверхности
кожи и с легких происходит по тем же законам
теплопередачи, что и в воздушной среде,
но потеря тепла организмом в КГСр происходит
в несколько раз быстрее и в значительно
больших количествах в единицу времени,
чем в сжатом воздухе. Особые соотношения
в потерях тепла между потерей с поверхности
тела и через дыхательные пути, установленные
в воздушной среде, сохраняются и в КГСр.
Респираторные потери тепла в КГСр особенно
сильно отличаются от потерь тепла с поверхности
тела вследствие того, что ни одна из терморегуляторных
реакций организма не влияет на них, и
эти потери происходят непосредственно
из внутренних тканей, так как связаны
с центральным кровотоком. Чем большее
количество КГС участвует в дыхании, тем
выше респираторные теплопотери. Последние
возрастают, если вдыхаемая КГС имеет
низкую влажность и низкую температуру.
В гипербарических условиях при дыхании
КГС в структуре респираторных потерь
так же, как и при дыхании воздухом, начинает
преобладать конвективный компонент.
При абсолютном давлении 30 кгс/кв. см водолаз,
который дышит газом при температуре 4
°С, теряет через дыхательные пути все
метаболическое тепло независимо от мер,
принятых для защиты поверхности его тела.
Более того, поскольку минутный объем
дыхания возрастает прямо пропорционально
увеличению метаболизма (потреблению
кислорода), физические упражнения для
согревания не будут эффективными, так
как теплопотери будут оставаться равными
теплопродукции. Наиболее опасное действие
холодной дыхательной газовой смеси состоит
в интенсивной утечке тепла из организма
и проявляется на глубине, где используемая
водолазом дыхательная аппаратура принимает
температуру, равную температуре окружающей
воды. Предупреждение переохлаждения
организма водолазов при пребывании их
в барокамерах достигается путем повышения
температуры газовой среды и строгого
поддержания ее в пределах допустимых
величин. Предотвращение опасного действия
холода на организм в период пребывания
водолазов под водой при использовании
для дыхания КГС достигается использованием
водообогреваемой или электрообогреваемой
одежды и применением в водолазном снаряжении
устройства для нагрева дыхательной смеси.
Действие высоких парциальных
давлений гелия на центральную нервную
систему проявляется тремором конечностей,
изменениями электрической активности
головного мозга (усилением тета-активности,
снижение активности альфа-волн), психомоторным
возбуждением и нарушениями сна. Эти изменения
отличаются от наблюдаемых при воздействии
азота, при котором отсутствует тремор
и выраженное психомоторное возбуждение,
изменения ЭЭГ носят иной характер. Было
установлено, что причиной выявленных
изменений при действии на организм высокого
парциального давления гелия является
не его наркотическое действие, а высокое
механическое давление. Комплекс изменений,
наступающих в организме в условиях высоких
давлений КГС или КГСр, был назван нервным
синдромом высоких давлений, описание
которого приведено в Приложении 4.
Приложение 3
ФИЗИОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ВОДОЛАЗНОГО СНАРЯЖЕНИЯ И БАРОКАМЕР
Для спусков водолазов под воду
используется водолазная техника, которая
состоит из водолазного снаряжения и средств
обеспечения водолазных спусков, работы
водолазов под водой, подъема их на поверхность
или для обеспечения пребывания под повышенным
давлением. К средствам обеспечения спусков
относятся барокамеры.
1. Физиолого-гигиеническая характеристика
водолазного снаряжения
Под водолазным снаряжением понимается
комплект устройств и изделий, надеваемых
и закрепляемых на водолазе, обеспечивающий
его жизнедеятельность под давлением
окружающей водной и газовой среды.
При спусках под воду в
мягком типе водолазного снаряжения
нормальное дыхание возможно лишь при
условии подачи водолазу воздуха, дыхательной
газовой смеси (ДГС) или кислорода
под давлением, равным давлению окружающей
водной среды или несколько его превышающим.
Поэтому подача сжатого воздуха и ДГС
производится в шлемы, маски или полумаски
по шлангам с поверхности или из баллонов
снаряжения, а кислорода - из баллонов
аппарата или от стационарной дыхательной
системы барокамеры.
Водолазное снаряжение по способу
поддержания требуемого состава дыхательной
газовой смеси подразделяется на вентилируемое,
с замкнутой, полузамкнутой и открытой
схемами дыхания.
Под вентилируемым водолазным
снаряжением понимается такое снаряжение,
в котором дыхание водолаза под водой
обеспечивается непрерывной подачей с
поверхности сжатого воздуха по шлангу
в газовый объем снаряжения (подшлемное
пространство), где воздух смешивается
с продуктами дыхания водолаза и периодически
вентилируется (вытравливается в воду).
Стравливание излишка воздуха производится
путем периодического открывания водолазом
головного травящего клапана шлема. Длительность
пребывания под водой в вентилируемом
снаряжении зависит от запасов сжатого
воздуха на борту плавсредства (на береговом
водолазном посту), производительности
средств воздухоснабжения, а также от
температуры окружающей воды, которая
может вызвать переохлаждение организма
водолаза. Снаряжение имеет ряд конструктивных
недостатков, которые снижают возможности
перемещения и работоспособность водолазов,
не исключая возможности возникновения
у них некоторых специфических и неспецифических
заболеваний.
Вентилируемое снаряжение требует
от водолаза умения управлять своей
плавучестью и остойчивостью. Сила
плавучести водолаза может изменяться
под водой в зависимости от изменения
объема воздуха в скафандре.
К числу наиболее серьезных
недостатков указанного снаряжения
относятся следующие:
- большой объем шлема
и свободного воздуха в скафандре,
что вызывает необходимость применения
дополнительных грузов и тяжелых водолазных
галош для погашения положительной плавучести.
Большая масса и объем снаряжения, а также
грубая ткань водолазной рубахи затрудняют
передвижение водолаза под водой, создают
неудобство при выполнении работы, вызывают
большие дополнительные энерготраты и
снижают производительность труда. Чем
больше объем снаряжения, тем большее
сопротивление оказывает вода движениям
водолаза. Передвигаясь по грунту, водолаз
должен принимать такие положения, при
которых сопротивление будет наименьшим
(передвижение боком вперед, плавательные
движения руками, движения на коленях
с помощью рук);
- поступление выдыхаемого
водолазом воздуха непосредственно
в подшлемное пространство снаряжения
вызывает сравнительно быстрое
накопление в нем диоксида
углерода, для удаления которого требуется
постоянная интенсивная вентиляция скафандра
свежим воздухом 60 - 120 л/мин. в зависимости
от тяжести работы. Первым признаком плохой
циркуляции является запотевание стекла
иллюминатора шлема из-за повышенной влажности
воздуха в скафандре, что косвенно указывает
на накопление диоксида углерода;
- подача водолазу сжатого воздуха
более 100 - 120 л/мин. затрудняет
управление нормальной остойчивостью
водолаза под водой, ускоряет
наступление переохлаждения верхней
половины тела водолаза, резко
повышает и без того высокий
уровень шума в шлеме, что
является причиной снижения остроты
слуха и разборчивости речи;
- большая подача воздуха в
скафандр и сложность поддержания
нормальной плавучести водолаза
нередко являются причинами непроизвольного
всплытия (выбрасывания) водолаза с
грунта на поверхность. Непроизвольное
всплытие возможно также при потере водолазом
грузов или галош;
- ограниченная автономность снаряжения
в случае отсутствия подачи
воздуха по каким-либо причинам
с поверхности (пережатие или
разрыв шланга). Она обеспечивается
только запасами воздуха, находящегося
в подшлемном пространстве, и составляет
всего несколько минут;
- тяжелая и грубая ткань водолазной
рубахи при выполнении работы
под водой затрудняет движение
водолазов и нередко приводит
к возникновению у них потертостей
отдельных частей тела;
- при вертикальном положении
водолаза под водой происходит
неравномерное обжатие его тела
за счет разности гидростатического
давления. Наибольшее давление воды
приходится на голени и стопы.
Неравномерное обжатие водой
тела водолаза приводит к нарушению
кровообращения в области ног, в результате
чего может наступить онемение и охлаждение
стоп и пальцев ног и замедление процессов
рассыщения этих участков от азота в процессе
декомпрессии;
- в шлеме вентилируемого снаряжения
воздух имеет высокую влажность,
низкую температуру и создает сильный
шум, что может приводить к довольно быстрому
утомлению водолаза, ухудшению общего
самочувствия и появлению ранней тугоухости;
- необходимость периодического
вытравливания головным клапаном
воздуха из шлема головой создает
большое неудобство для водолаза. Воздушная
подушка должна доходить примерно до нижнего
края грудной клетки. Избыток воздуха
в скафандре может привести к выбрасыванию
водолаза на поверхность, что грозит развитием
тяжелого декомпрессионного заболевания,
баротравмы легких, а при разрыве фланца
рубахи - утопления. Малый объем воздуха
в скафандре может привести к отравлению
диоксидом углерода, а при нарушении подачи
воздуха или проваливании на глубину -
к обжиму водолаза;
- металлический шлем при подводной
сварке подвергается электролизу,
а в случае прикосновения к шлему электрорезаком
он может быть прорезан, что представляет
опасность утопления водолаза;
- отсутствие активного обогрева
в снаряжении при спусках в
холодной воде может приводить
к переохлаждению организма
водолаза.
При обычно имеющемся в водолазной
практике расходе сжатого воздуха
на вентиляцию, равном 100 - 120 л/мин., концентрация
диоксида углерода в подшлемном пространстве
поддерживается около 1%, приведенного
к условиям нормального барометрического
давления.
Под водолазным снаряжением с замкнутой
схемой дыхания понимается снаряжение,
в составе которого имеется аппарат,
обеспечивающий дыхание водолаза за
счет непрерывной регенерации циркулирующего
по замкнутому циклу выдыхаемого
газа и обогащения кислородом за
счет запаса кислорода или кислородно-азотной
смеси в баллонах. Устройство аппаратов
с полузамкнутой схемой дыхания напоминает
устройство аппаратов с замкнутой схемой
дыхания, основным принципом функционирования
которых является поддержание необходимого
парциального давления кислорода во вдыхаемой
ДГС за счет непрерывного пополнения дыхательного
мешка свежей дыхательной смесью с заданным
процентным содержанием кислорода. Отличием
является то, что в снаряжении с полузамкнутой
схемой дыхания основное газоснабжение,
как правило, осуществляется по шлангу
с поверхности, а баллоны аппарата служат
лишь резервным запасом ДГС. Вторым отличием
является то, что в аппаратах с замкнутой
схемой дыхания, как правило, для дыхания
используется чистый кислород, а в аппаратах
с полузамкнутой схемой применяются главным
образом кислородно-азотная, кислородно-гелиевая,
кислородно-азотно-гелиевая и другие дыхательные
газовые смеси.
Водолазное снаряжение с замкнутой
схемой дыхания является автономным
и не связано газообеспечением
с поверхностью.