Особенности дыхания в разных условиях

Дыхание чистым кислородом через загубник или маску позволяет  человеку сохранить нормальную работоспособность на высоте даже 11 – 12 км. При подъемах на большие высоты даже при дыхании чистым кислородом его парциальное давление в альвеолярном воздухе оказывается значительно ниже, чем в норме. Поэтому полеты в стратосферу возможны только в герметизированных кабинах или скафандрах, в которых поддерживается достаточно высокое атмосферное давление.

Устойчивость к гипоксии имеет большие индивидуальные различия. Так, у некоторых людей высотная болезнь развивается уже на высоте 2,5 км. Устойчивость к гипоксии может  быть значительно повышена путем  тренировки в барокамере, что позволяет сохранять работоспособность на высоте 7000 м (Косицкий, 1985).

Периодическое дыхание – тип Чейна-Стокса – может наблюдаться даже у здоровых людей во сне в условиях высокогорья. Такое дыхание характеризуется тем, что за несколькими глубокими вдохами следует остановка дыхания (апноэ); затем вновь возникают глубокие дыхательные движения и т.д. В данном случае дыхание Чейна-Стокса обусловлено пониженным парциальным давлением кислорода в атмосферном воздухе в сочетании с прекращением активности дыхательных центров во время снов. Кривая зависимости вентиляции легких от напряжения СО₂ в условиях недостатка кислорода во вдыхаемом воздухе имеет иную конфигурацию, чем нормальная кривая, изображенная на рис.1: при очень низких значениях напряжения СО₂ эта кривая почти горизонтальна, а при высоких значениях этого параметра её наклон резко увеличивается. При дыхании Чейна-Стокса во время фазы глубоких дыхательных движений СО₂ вымывается, и его напряжение в крови падает настолько, что достигает значений, соответствующих горизонтальному участку кривой чувствительности к О₂. В результате стимулирующее действие СО₂ на дыхательные центры практически прекращается и происходит остановка дыхания. Во время этой остановки СО₂ накапливается в крови до тех пор, пока его напряжение не достигнет величины, при которой наклон кривой возрастает; вследствие этого вновь возникает гипервентиляция. Дыхание типа Чейна-Стокса наблюдается также при патологических состояниях, в частности при отравлениях (например, при уремии, когда в результате нарушения функции почек в крови накапливаются токсичные вещества, подлежащие выделению).

Дыхание Биота (рис.2). Существует еще один тип периодического дыхания – дыхание Биота. Такой тип дыхания, по-видимому, обусловлен непосредственным поражением дыхательных центров: он наблюдается при повреждении головного мозга, повышении внутричерепного давления и т.д. В этих условиях (а также у недоношенных детей) может возникать гаспинг. Снижение рН крови в результате накопления нелетучих кислот (метаболический ацидоз, наблюдающийся, например, при сахарном диабете) приводит к гипервентиляции особого типа, с очень глубоким дыханием. Это так называемое дыхание Куссмауля (воздушный голод) может компенсировать, по крайней мере частично, эффект метаболического ацидоза (Шмидт, Тевс, 1996).

3. Дыхание при повышенном давлении вдыхаемых газов

Дыхание при повышенном атмосферном  давлении осуществляется, например, при  погружении в воду, поскольку давление на организм через каждые 10 м увеличивается  на 1 атм. Например, на глубине 20 м давление равно 3 атм., на глубине 30 м – 4 атм. и  т.д. Для обеспечения вдоха водолазу надо подавать воздух под давлением, равным давлению на данной глубине, иначе  вдохнуть невозможно, так как вода сдавливает грудную клетку. Необходимо уменьшать во вдыхаемом воздухе  содержание кислорода, так как избыток  его может привести к так называемому  кислородному отравлению, сопровождающемуся  судорогами. Давление О₂ должно соответствовать обычной его величине в альвеолах – 100 мм рт. ст. Поэтому водолазу подают соответствующую газовую смесь О₂ с азотом и гелием (Завьялов, 2009).

Увеличение РО₂ во вдыхаемом воздухе может привести к снижению вентиляции легких. Но происходит это лишь при кратковременном пребывании в условиях гипербарии О₂. При длительном влиянии реакция системы дыхания может быть и противоположной. Дело в том, что рост РО₂ для жителей Земли является неестественным. С таким уровнем РО₂ живое в эволюции не сталкивалось. И вскоре может проявляться токсическое действие О₂ на ткани. Одним из этих проявлений будет образование в клетках большого количества активных соединений кислорода, таких как синглетный кислород, гидроперекиси. Результатом этого является стимуляция перекисного окисления липидов, что в первую очередь приведет к нарушению функций клеточных мембран. Нарушение проницаемости мембран может вызвать отек и другие изменения. При длительном дыхании в условиях гипербарии прежде всего страдают ЦНС, легкие, система кровообращения. Время развития этих нарушений и их выраженность у разных людей не одинаковы (Филимонов, 2002).

Под повышенным давлением  воздуха человеку приходится находиться во время водолазных и кессонных  работ. При погружении под воду через  каждые 10 м давление воды на поверхность тела увеличивается на 1 атм. Это значит, что на глубине 90 м на человека действует давление около 10 атм.

При погружении под воду в водолазных костюмах без изоляции от действия гидростатического давления человек может дышать только воздухом под соответствующим погружению повышенным давлением. В этих условиях увеличивается количество газов, растворенных в крови, в том числе кислорода и азота. При высоких давлениях заметно возрастает плотность вдыхаемого воздуха, что увеличивает сопротивление воздухоносных путей. Возрастание парциального давления кислорода может привести к «кислородному отравлению», сопровождающемуся судорогами. Поэтому пребывание человека на глубинах может продолжаться лишь ограниченное время.

При погружении на большие  глубины для дыхания применяются гелиево-кислородные смеси. Гелий почти нерастворим в крови, обладает меньшей плотностью, чем азот, при дыхании им снижается сопротивление дыханию. Кислород добавляют к гелию в такой концентрации, чтобы его парциальное давление на глубине, т. е. при повышенном давлении, было близким к тому, которое имеется в обычных условиях.

После подобных работ специального внимания требует переход человека от высокого давления к нормальному. При быстрой декомпрессии, например при быстром подъеме водолаза, физически растворенные в крови  и тканях газы в большом объеме, чем обычно, не успевают выделиться из организма и образуют пузырьки. Кислород и двуокись углерода представляют меньшую опасность, так как быстро связываются кровью и тканями. Особенно опасно образование пузырьков азота, которые разносятся кровью и закупоривают мелкие сосуды (газовая эмболия). Состояние, возникающее при быстрой декомпрессии, называют кессонной болезнью. Это заболевание проявляется болями в мышцах, головокружением, рвотой, одышкой, потерей сознания, в тяжелых случаях возникают параличи. Для лечения кессонной болезни необходимо немедленно вновь подвергнуть пострадавшего действию высокого давления, чтобы вызвать растворение пузырьков азота, а затем снижать давление постепенно.

С целью повышения доставки кислорода к тканям при ряде заболеваний применяется метод лечения кислородом при повышенном давлении – гипербарическая оксигенация. Человека помещают на определенное время в специальную барокамеру, в которой давление кислорода повышают до              3 – 4 атм. При этом резко увеличивается количество кислорода, физически растворяющегося в крови и тканях. Так, при давлении кислорода 3 атм 100 мл крови содержит около 7 мл растворенного кислорода. В таких условиях кислород в достаточных количествах переносится кровью и без участия гемоглобина. Высокое напряжение кислорода в крови создает условия для быстрой диффузии его в клетки (Косицкий, 1985).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Искусственное дыхание

Искусственное дыхание –  вентиляция легких за счет внешней  подачи воздуха.

Искусственное дыхание применяют  при реанимации, для восстановления дыхания у утонувших, а также  у лиц, подвергшихся воздействию  электрического тока, и др. В этом случае используют простые приемы ритмического физического воздействия на грудную  клетку пострадавшего или осуществляют подачу воздуха в легкие через  рот или специальный воздуховод.

При выключении естественного  дыхания во время оперативного вмешательства  или в отделении реанимации в  клинике используют аппарат искусственного дыхания, который периодически нагнетает  воздух в легкие с заданной фиксированной  частотой и дыхательным объемом.

В отличие от естественного  дыхания, при котором воздух засасывается в легкие за счет некоторого разряжения, при искусственном дыхании воздух подается в легкие при избыточном положительном давлении, что менее  физиологично (Судаков, 2000).

Существует три способа  искусственного дыхания: 1) периодическое нагнетание воздуха в легкие через воздухоносные пути, 2) ритмическое расширение и сжатие грудной клетки, 3) периодическое раздражение диафрагмальных нервов.

Для осуществления первого  способа обычно производят интубацию – вводят трубку через рот в трахею. Воздух поступает в легкие под нужным давлением из баллона. Специальное устройство регулирует поступление воздуха в легкие. Когда воздух в легкие не подается, они пассивно спадаются – происходит выдох. В других случаях используются насосы, приводимые в действие электромотором или вручную. Имеются аппараты, производящие активно не только вдох, но и выдох. Эффективным способом искусственного дыхания, которое применяется в экстренных случаях, является дыхание методом рот в рот. При этом оказывающий первую помощь периодически вдувает свой выдыхаемый воздух в рот пострадавшего.

Второй способ искусственного дыхания применяется в форме  периодического сжатия руками грудной  клетки. При прекращении сдавления грудная клетка расширяется ив легкие поступает воздух. Для длительного искусственного дыхания применяют аппарат, который называют «железными легкими». Это камера (плетизмограф тела), в которой человек располагается лежа. В передней стенке камеры имеется отверстие для головы и шеи, а также специальный воротник, герметизирующий камеру. Голова человека находится вне камеры. Компрессором в камере создают чередующееся положительное и отрицательное давление. При снижении давления в камере происходит пассивный вдох, при повышении – выдох. С помощью такого метода удавалось осуществлять искусственную вентиляцию легких в течение многих месяцев и даже лет.

Третий способ искусственного дыхания – сокращение диафрагмы путем раздражения диафрагмальных нервов – пока используется относительно редко.

По существу искусственное  дыхание проводится также при использовании аппаратов искусственного кровообращения (АИК). Так называются сложные устройства, включающие насос, нагнетающий кровь в одну из крупных артерий. Поступающая из вен пациента кровь направляется в оксигенатор, в котором она становится артериальной и после этого вновь поступает в систему кровообращения. АИК применяют во время операций, требующих временного выключения деятельности сердца оперируемого (Косицкий, 1985).

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Дыхание чистым кислородом

Применение О₂ в клинике с лечебной целью широко распространено. Основной задачей кислородотерапии является устранение гипоксемии и тканевой гипоксии. Однако длительное применение О₂ может привести к повреждению легких. Основные патологические изменения затрагивают эндотелиальные клетки легочных капилляров.

Дыхание чистым кислородом у недоношенных новорожденных может  приводить к так называемой ретролентальной фиброплазии (образование фиброзной ткани за хрусталиком), в результате чего развивается слепота. Механизм формирования этого процесса объясняется тем, что в ответ на высокое напряжение О₂ в кувезе развивается местный сосудистый спазм (во избежание этого явления поддерживают такой режим подачи О₂, чтобы напряжение О₂ в артериальной крови не превышало 140 мм рт. ст.) (Покровский, Коротько, 2003).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

При мышечной работе, пониженном или повышенном атмосферном давлении меняются особенности дыхания: увеличивается  потребление кислорода, также увеличивается  вентиляция легких. Это приводит к  опасным для жизни нарушениям дыхательной системы и кровообращения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Органы дыхания осуществляют газообмен между атмосферным  воздухом и организмом. В легких кислород из воздуха, поглощаемого при  вдохе, переходит в кровь и  доставляется в клетки. Здесь большая  часть кислорода связывается  с углеродом и водородом, которые  выделяются в процессе обмена веществ  из высокомолекулярных органических соединений, входящих в состав клеток. Образующиеся при этом углекислый газ и водяные  пары удаляются из легких при выдохе. Меньшая часть кислорода входит в состав клеток организма. Энергия, освобождающаяся при расщеплении  органических веществ, используется для  жизнедеятельности, для восстановления разрушающихся клеток и развития организма.

Дыхание разделяют на внешнее, или легочное – газообмен между  атмосферным воздухом и кровью, и  внутреннее, или тканевое – газообмен  между кровью и тканями, обеспечивающий обмен веществ в клетках.

Без дыхания жизнь человека невозможна; через короткое время  после его прекращения останавливается  сердце и начинается разрушению организма, в первую очередь клеток нервной  системы. Особенно велико значение дыхания  для растущего организма детей, так как рост и развитие осуществляются в результате интенсивного обмена веществ (Гальперин, 1974).