Погружение человека под воду

Возможности спусков человека под воду зависят от способности его организма приспосабливаться и нормально функционировать в необычных условиях. При этом определяющими факторами являются не плотность и другие физические свойства воды, а быстро возрастающее давление.

Давление воды возрастает, как известно, на 1 атм через каждые 10 м; таким образом, находясь на глубине 30 м, человек подвергается воздействию абсолютного давления в 4 атм. Однако само по себе давление, даже на больших глубинах, когда оно достигает десятков атмосфер, воспринимается человеком сравнительно без затруднений, так как его организм состоит на 90% из практически несжимаемых жидкостей.

По заключению специалистов-физиологов при соблюдении условия равенства внутреннего и внешнего давлений человеческий организм способен выдержать механическое воздействие поистине колоссальных давлений - порядка 300-400 атм. Более существенно не механическое, а биологическое воздействие газов, входящих в состав воздуха или искусственных газовых смесей, когда они находятся под повышенным давлением. Большим опытом спусков под воду и многочисленными специальными исследованиями доказано, что влияние газа на человеческий организм определяется одновременно его процентным содержанием во вдыхаемой смеси и давлением последней, т. е. парциальным давлением, которое, как известно, является произведением процентного содержания газа в смеси и ее давления.

Оказалось, что кислород - газ, определяющий возможность существования организма, уже при парциальном давлении в 2 атм оказывает вредное воздействие, а при парциальном давлении в 3 атм является отравляющим веществом. Это обстоятельство ограничивает глубины спусков при дыхании воздухом до 140 м, а дыхании чистым кислородом - всего до 20 м.

Другой газ - азот, содержащийся в воздухе в количестве 78,13% по объему, свое вредное действие на организм начинает проявлять при парциальном давлении в 4,7 - 6,2 атм. Наркотическое действие азота также ограничивает допустимые глубины спусков до 60 м (при дыхании воздухом). Только хорошо тренированным водолазам разрешаются спуски до глубины в 80 м.

Проведенный в последние годы ряд исследований и в первую очередь многочисленные опыты швейцарского математика Ганса Келлера и врача-физиолога Альберта Бюльмана подвергли сомнению правильность теории азотного наркоза. Из этих опытов следует, что причиной наркоза является не азот, а одновременное воздействие кислорода и углекислого газа под повышенным давлением. Известно, что интенсивность дыхания регулируется человеческим организмом непроизвольно, в зависимости от количества углекислого газа, растворенного в крови. С его увеличением убыстряется темп дыхания и его глубина, что ускоряет легочную вентиляцию. Однако повышение содержания растворенного в крови кислорода замедляет темп и глубину дыхания. Эти два процесса в обычных атмосферных условиях и регулируют дыхание.

Так, при увеличении физических нагрузок человеческий организм выделяет в кровь большое количество углекислого газа, который и активизирует интенсивность дыхания, что увеличивает растворение в крови вдыхаемого кислорода, и это, в свою очередь, снижает интенсивность дыхания.

Иная картина наблюдается при дыхании человека под высоким давлением. За счет усиленного растворения в крови кислорода, находящегося под увеличенным парциальным давлением во вдыхаемом воздухе, интенсивность дыхания уменьшается, углекислый газ медленнее выделяется из крови, что создает активизацию дыхания. Таким образом в организме одновременно возникают две противоположные тенденции. Это нарушает нервное равновесие и ведет к глубинному наркозу.

Уменьшая с глубиной содержание кислорода во вдыхаемых газовых смесях, Келлеру удалось избежать азотного наркоза. Но надо отметить, что он одновременно замещал азот во вдыхаемых смесях другими газами. Это делалось и до него при глубоководных спусках, когда во избежание наркоза азот в дыхательной смеси частично или полностью замещался гелием. Учитывая то, что Келлер пользуется при спусках несколькими смесями, меняя их с глубиной, и то, что их составы он держит в строжайшем секрете, вопрос о причинах глубинного наркоза нельзя еще считать окончательно решенным.

Однако важно знать, что независимо от причин и механизма возникновения глубинного наркоза, при дыхании сжатым воздухом он наступает на глубинах порядка 60 м, поэтому при погружениях на большие глубины надо использовать искусственные газовые смеси.

Кроме газов, входящих в состав воздуха, не менее важное действие на организм оказывает и растворимость азота или других нейтральных газов в крови, ее насыщение и рассыщение газами в зависимости от давления.

Как известно, количество газа, способного раствориться в жидкости, увеличивается пропорционально увеличению давления, поэтому с погружением на глубину и увеличением давления азот или другой нейтральный газ, содержащийся в дыхательной смеси, все более интенсивно растворяется в крови. Процесс насыщения крови газами происходит для человека незаметно, не вызывая каких-либо физических отклонений, что позволяет водолазам довольно быстро погружаться.

Совсем иная картина при подъеме на поверхность. Если вести его с такой же скоростью, как и спуск, пузырьки газа будут выделяться во всей массе крови и, не успевая выноситься в легкие, закупорят кровеносные сосуды. Закупорка сосудов ведет к очень тяжелому заболеванию, именуемому кессонной или декомпрессорной, болезнью, которая может возникнуть как во время подъема, так и после него.

Предупреждается кессонная болезнь ограничением времени пребывания человека на глубине и длительным подъемом с остановками, предусмотренными специальными водолазными таблицами. Так, в соответствии с указанными таблицами, рабочее время пребывания человека на глубине 60 м при дыхании воздухом составляет 20 мин., а подъем после этого длится 1 час 08 мин. С увеличением глубины спуска время подъема значительно удлиняется, что существенно препятствует глубоководным погружениям.

Время подъема на поверхность можно сократить, используя искусственные газовые смеси, в которых содержание кислорода увеличивается с таким расчетом, чтобы, начиная с глубины 15-12 м, водолаз дышал чистым кислородом.

В последние годы вышеупомянутыми Келлером и Бюльманом проведен ряд успешных экспериментов по сокращению времени подъема на поверхность после пребывания на больших глубинах. Подсчитав на электронно-вычислительных машинах несколько десятков тысяч вариантов использования различных газовых смесей, они выбрали наиболее благоприятные из них, позволившие резко сократить время подъема. Келлер, как указывалось выше, держит в строжайшем секрете составы используемых газовых смесей. Однако можно предположить, что в своих экспериментах он использует для каждого спуска большое количество газовых смесей, каждая из которых соответствует определенному диапазону глубин. И, безусловно, в качестве нейтральных газов в состав смесей вводятся или чередуются азот, гелий, аргон, возможно, и водород, причем количество кислорода поддерживается в максимально допустимых количествах.

Рис. 2. График допустимого времени пребывания на глубине с последующим выходом без выдержек

Таким образом, важно знать, что насыщение крови и всего организма растворенными газами происходит постепенно, поэтому, если пребывание на глубине было кратковременным, подъем на поверхность можно производить без остановок для выдержек, предусмотренных водолазными таблицами. Такое допустимое время естественно будет уменьшаться с глубиной.

Но надо помнить, что подъем на поверхность даже после кратковременного нахождения на глубине должен производиться с небольшой скоростью, не превышающей 5- 8 м/мин.