Насыщение организма индифферентными газами

Насыщение организма индифферентными газами

Индифферентные газы, входящие в состав атмосферного воздуха (азот, гелий, аргон и др.)! согласно современным представлениям, в биохимические реакции в организме не вступают. Поэтому они и получили название индифферентных (недеятельных).

В атмосферном воздухе содержится около 79 % азота. Остальные индифферентные газы присутствуют в минимальных количествах. По этой причине при погружении водолаза или аквалангиста, когда он дышит под водой сжатым воздухом, основную роль в возникновении декомпрессионной   болезни   играет   азот.

Насыщение организма индифферентными газами представляет собой сложный процесс, зависящий от ряда факторов и условий. На степень и характер насыщения влияют: глубина погружения водолаза, т. е. величина перепадов давления индифферентных газов в воздухе, подаваемом водолазу, и в его организме; абсолютное время пребывания под наибольшим давлением; тяжесть физической нагрузки под водой; сорбционная емкость тканей, т. е. количество азота или других газов, которые способны воспринять различные ткани организма; температура внешней среды (воды, воздуха), состояние водолаза или аквалангиста (спокойное, возбужденное, переутомление и т. д.).

Индифферентные газы поступают в организм в основном путем диффузии. Как известно, диффузией называют поступление газа из среды с большим давлением в среду с меньшим давлением.

По закону Генри-Дальтона количество газа, растворенного в жидкости, пропорционально давлению этого газа над жидкостью. Другими словами, чем выше парциальное давление газа, находящегося над жидкостью, тем больше данного газа растворится в этой жидкости. Парциальное давление газа, растворенного в жидкости, называется напряжением данного газа.

Ленинградский ученый Г. Л. Зальцман на основании исследований пришел к выводу, что процесс насыщения азотом (и другими индифферентными газами) нельзя объяснить только диффузией. Автор высказал предположение, что проникновение индифферентных газов в организм есть процесс двухфазный. В первой фазе за сравнительно короткое время (минуты или десятки минут) происходит насыщение жидких сред (крови, лимфы, межклеточной жидкости) в соответствии с законами диффузии; во второй фазе, продолжающейся длительное время (десятки часов) проникновение индифферентных газов непосредственно в клетки организма зависит уже от особенностей протекания физиологических процессов в тканях. Причем, если в первой фазе насыщения основное значение имеет величина перепадов давления, то во второй — время пребывания под максимальным давлением.

Кратковременное нахождение водолаза или аквалангиста даже под большим давлением не влечет за собой появления декомпрессионной болезни. Например, согласно «Единым правилам безопасности труда на водолазных работах» (1980 г.), водолаза, находившегося на глубине 72 м не более 5 мин, можно поднимать на поверхность без выдержек под водой. Правда, весь подъем должен занимать не менее 10 мин, то есть не может быть быстрым.

Безостановочный выход водолаза или аквалангиста на поверхность после длительного нахождения даже на значительно меньших глубинах приведет к декомпрессионной болезни.

Водолазы и особенно аквалангисты должны иметь таблицу или график безопасного времени пребывания на различных глубинах, после которого можно выходить на поверхность без выдержек. Если аквалангисту предстоит выполнять под водой работу, связанную со  значительными  физическими усилиями, следует предусмотреть запас воздуха на производство выдержек под водой или смену акваланга на глубине. При наличии на месте работ декомпрессионной камеры вопрос решается проще — можно применить декомпрессию на поверхности.

Диффузия индифферентных газов из альвеолярного воздуха в кровь осуществляется через тончайшие стенки альвеол и кровеносных сосудов легких, представляющих собой биологические мембраны. Чем выше разность парциальных давлений (напряжений) газа по обе стороны этих стенок, тем быстрее происходит диффузия. Кроме разницы парциальных давлений проникновение индифферентных газов через мембраны зависит от их функционального состояния. Известно, что с увеличением возраста человека стенки кровеносных сосудов и альвеол уплотняются и становятся менее проходимыми для различных веществ, в том числе и газов. Этот фактор обязательно должен учитываться при выборе режима декомпрессии для водолазов или аквалангистов. При одинаковых условиях работы и времени пребывания на одной глубине для водолаза в возрасте старше 35 лет нужно брать режим, расположенный в таблице рабочих режимов декомпрессии строкой ниже, чем режим для декомпрессии молодого водолаза.

При нормальном атмосферном давлении в организме человека постоянно растворено около 1 л азота. Погружение водолаза или аквалангиста под воду сопровождается повышением   окружающего    гидростатического давления. С увеличением этого давления на каждую избыточную атмосферу в организме водолаза растворяется дополнительно еще около 1 л азота.

Когда водолаз или аквалангист достигает грунта, то в первые мгновения в его тканях парциальное давление, а точнее говоря напряжение азота, не выше, чем на поверхности перед погружением. Но к водолазу по шлангу (или к аквалангисту по дыхательной трубке) поступает сжатый воздух, в котором парциальное давление азота соответствует глубине погружения. Возникает перепад между парциальным давлением азота во вдыхаемом сжатом воздухе и напряжением азота в организме водолаза (градиент давления). За счет этой разницы начинается насыщение организма азотом.

Градиент давления ДР, или «насыщающий перепад», как его весьма удачно назвали В. А. Аверьянов и И. П. Юнкин (1972 г.), представляет собой разность между парциальным давлением азота в альвеолярном воздухе P^ilN₂ и его напряжением в крови легочных капилляров перед погружением (или в первые мгновения после достижения грунта) P^KNi.

Чем больше глубина погружения, тем больше насыщающий перепад и тем стремительнее начальное насыщение азотом.

Когда водолаз или аквалангист находится на глубине, поступление в организм азота вначале идет быстро (большой насыщающий перепад), но по мере того, как разница между парциальным давлением азота во вдыхаемом воздухе и напряжением его в тканях уменьшается, насыщение газом замедляется и в конце концов прекращается.

Различные газы ведут себя в организме по-разному. Кислород, поступающий в организм, постоянно потребляется клетками. Углекислый газ, являясь конечным продуктом обмена веществ, поступает из венозной крови легочных капилляров в легкие и вдыхается. Азот же не принимает участия в обменных процессах и накапливается в тканях, медленно насыщая их. Согласно исследованиям Г. Л. Зальцмана, для полного насыщения организма азотом требуется не менее 27 ч.

Чем дольше водолаз или аквалангист находился под повышенным давлением, тем в большей степени его организм насыщен азотом. Поэтому при выборе режима декомпрессии после второго спуска в течение рабочего дня необходимо учитывать суммарное время пребывания водолаза под повышенным давлением за первый и второй спуски. Суммирование времени вызвано тем, что после первого спуска организм еще длительное время находится в состоянии некоторого пресыщения азотом. Азот не может выйти из него быстро.

При физической работе под водой насыщение организма азотом идет особенно интенсивно из-за ускорения сердечной деятельности, увеличения скорости кровотока, учащения дыхания. Однако следует отметить, что между частотой дыхания и степенью насыщения организма азотом зависимость весьма сложная. Ускорение насыщения будет происходить только в том случае, если учащенное дыхание сопровождается увеличением числа сердечных сокращений, так как перенос газов осуществляется за счет ускорения кровообращения. С другой стороны, замедление дыхательных движений ведет к меньшему поступлению в организм азота или других индифферентных газов.

Если водолаз или аквалангист, находящийся под водой, делает неглубокие и редкие вдохи, то минутный объем дыхания у него будет меньше и поступление азота в кровь снизится. При этом повышенное парциальное давление кислорода на глубине вполне обеспечит нормальное снабжение крови и тканей кислородом. Приведенные соображения о частоте и глубине дыхания касаются в первую очередь аквалангистов, у которых запас воздуха в баллонах ограничен.

Растворение газа в жидкости, а значит насыщение последней зависит от коэффициента растворимости. Коэффициентом растворимости называют количество газа в кубических сантиметрах, растворяющегося в 1 см³ жидкости при парциальном давлении этого газа, равном 1 атм.

Коэффициент растворимости зависит от парциального давления данного газа, находящегося над жидкостью, и температуры газа и жидкости. Чем ниже температура, тем выше коэффициент растворимости, тем больше данного газа растворится в жидкости.

К тому же, по данным В. А. Аверьянова (1962 г.), влияние температуры внешней среды связано с изменениями деятельности сердечнососудистой и дыхательной систем: минутной вентиляции легких, скорости кровообращения, объема циркулирующей крови в некоторых органах и тканях за счет расширения или спазма кровеносных сосудов. Это также, несомненно, отражается на процессах насыщения организма индифферентными газами.

Опытами ленинградских ученых А. П. Фокина (1954 г.), В. А. Аверьянова (1962 г.), В. Ф. Никитина (1965 г.) и других доказано, что температурные факторы в различных условиях деятельности водолазов и аквалангистов имеют большое практическое значение. В холодное время года количество случаев декомпрессионной и кессонной болезней среди водолазов и рабочих резко увеличивается.

Недопустимо перегревание водолаза или аквалангиста перед погружением под воду. Это резко увеличивает заболеваемость, так как уже во время спуска под воду деятельность дыхательной и сердечно-сосудистой систем, а значит, и доставка азота тканям ускорена. И наоборот, согревание тела после выхода на поверхность уменьшает количество заболеваний декомпрессионной болезнью. Поэтому самым распространенным является метод декомпрессии, когда водолаз первые выдержки делает под водой, а последние, самые длительные, в теплой декомпрессионной камере.

На насыщение организма индифферентными газами влияет и сорбционная емкость тканей, то есть их способность растворять и воспринимать газ.

Сорбционная    способность    ткани зависит и от ее биологической природы, условий ее кровоснабжения, физических особенностей газа. Ученый Верной (1907 г.) нашел, что азот растворяется в масле значительно лучше, чем в воде. Это в равной степени относится и к другим индифферентным газам. Такая физическая особенность индифферентных газов оказывает влияние на характер и степень насыщения организма.

Отношение количества растворенного газа в масле к  это го газа, растворенного в воде, носит название коэффициента распределения К

Коэффициенты распределения и растворимости аргона, азота и гелия

Из приведенной таблицы видно, что чем больше коэффициент распределения при данной температуре, тем интенсивнее этот газ будет насыщать организм.

Из особенностей коэффициента распределения следует, что наибольшей сорбционной емкостью обладает жировая ткань, растворимость азота в которой в 5,24 раза выше, чем растворимость азота в крови. Жировая клетчатка является тканью физиологически мало активной и плохо снабжена кровеносными сосудами. Она является своеобразным «депо» для азота, накапливая большое количество последнего, если человек длительное время дышит воздухом под повышенным давлением. В связи с плохим кровоснабжением жировая ткань медленно накапливает азот, но также медленно отдает его в кровь при рассыщении. Ткани с интенсивным обменом и хорошо снабженные кровеносными сосудами, например головной мозг, щитовидная железа, быстро насыщаются азотом и быстро его отдают. Исследования ученых и наблюдения из водолазной практики показали, что у людей с избыточным весом симптомы декомпрессионной болезни обнаруживаются значительно чаще, чем у людей худощавых, с нормальным весом, что необходимо учитывать аквалангистам и водолазам при подводных погружениях на глубины более 12,5 м.