В чуждой среде

Исследования показали, что газы, входящие вдыхательную смесь, при возрастании давления изменяют свою биологическую активность в отношении человеческого организма, причем практически каждый компонент смеси начинает проявлять новые, как правило, вредные для организма свойства. Французский ученый Поль Бэр, внесший большой вклад в развитие водолаз-ной физиологии, писал: "Давление действует на живой организм не как непосредственный физический фактор, а как химический агент..."

Организм человека нуждается в постоянном притоке кислорода. Если парциальное давление его во вдыхаемой газовой смеси упадет ниже 0,16 кгс/см² (это соответствует 16% кислорода при нормальном давлении), наступит явление, известное под названием кислородного голодания. Оно характеризуется внезапной потерей сознания, наступающей без предварительных, "предупреждающих" признаков, и поэтому очень опасно.

Чрезмерное увеличение парциального давления кислорода не менее опасно для здоровья человека. У совершенно здоровых людей, дышащих чистым кислородом, даже при нормальном атмосферном давлении, через двое-трое суток начинается отек легких, переходящий в тяжелое воспаление: развивается легочная форма кислородного отравления. При увеличении давления эти явления наступают значительно раньше. Высокое парциальное давление кислорода начинает сказываться и на нервной системе. При давлении 2 - 2,5 кгс/м², соответствующем глубине всего 10 - 15 м, уже через 1,5 - 2 ч могут наступить судороги, затемнение и полная потеря сознания.

Степень кислородного отравления зависит и от глубины погружения и от времени пребывания водолаза на грунте - так называемой экспозиции. Например, на глубине 20 м безопасно дышать чистым кислородом при экспозиции 10 мин; при экспозиции же в несколько часов смерть неизбежна. Опытным путем установлен предельно допустимый уровень парциального давления кислорода для длительных экспозиций - 0,6 кгс/см², а это значит, что по мере увеличения глубины процентное содержание кислорода во вдыхаемой газовой смеси необходимо снижать: от 20 - 60% на поверхности до 2 - 6% на стометровой глубине или до 1 - 3% на глубине 200 м. Весь остальной объем смеси должен приходиться на] долю газа - "разжижителя" кислорода, который не оказывает вредного воздействия на организм человека.

Влияние на человеческий организм кислорода в зависимости от его процентного содержания в дыхательной смеси и глубины погружения водолаза при длительных экспозициях. 1 - зона кислородного голодания; 2 - безопасная зона; 3 - зона, соответствующая легочной форме кислородного отравления; 4 - зона, соответствующая поражению центральной нервной системы

В обычной земной атмосфере таким "разжижителем" является азот; при нормальном давлении он индифферентен к человеческому организму. Однако при погружении водолаза на глубину 40 - 60 м в снаряжении на сжатом воздухе именно азот, как полагают, начинает оказывать на него действие, по ряду признаков сходное с алкогольным опьянением. Азотный наркоз или азотное опьянение (так обычно называют это явление) практически лишает водолаза трудоспособности на глубине свыше 70 - 80 м. Нарушение критического мышления, беззаботное отношение к собственной безопасности, свойственное этому состоянию, безусловно представляет большую угрозу для водолаза и может даже привести к его гибели.

Наркотическое действие азота пока еще недостаточно изучено. Считается, что при парциальном давлении 4,5 - 5 кгс/см² азот, растворяющийся в тканях организма, в особенности в жиросодержащих веществах мозга, начинает воздействовать на центральную нервную систему. Некоторые исследователи склонны отрицать существование азотного наркоза и объясняют глубинное опьянение совместным влиянием кислорода и углекислого газа, в избытке растворенных в крови под повышенным давлением, а также нарушением работы нервных дыхательных центров человека, дышащего на глубине значительно более плотной и вязкой газовой смесью. Однако мнение о токсичности азота при большом парциальном давлении разделяется большинством физиологов.

Итак, водолаз, использующий для дыхания сжатый воздух, на глубинах, близких к 100 м, сталкивается со своеобразным барьером; преодолеть его он оказывается не в состоянии без риска расплатиться за это жизнью. Воздух, без которого немыслимо существование человека на поверхности, на больших глубинах превращается в его злейшего врага. Каждый компонент, входящий в состав воздуха, с повышением давления до определенных границ становится ядом, способным отравить организм.

Существование "воздушного" барьера было доказано в конце сороковых годов французскими аквалангистами Группы подводных изысканий (основанной Ж.- И. Кусто), задавшихся целью выяснить те пределы, до которых возможно использование автономного снаряжения на сжатом воздухе. Не стремясь к спортивной славе и стараясь не рекламировать свои победы, чтобы не вызвать нездоровый ажиотаж и желание перекрыть эти рекорды среди растущей, армии аквалангистов-любителей, подводники Группы подводных изысканий впервые приблизились к абсолютному рекорду глубины для акваланга. Но эти погружения обошлись дорогой ценой: член Группы с момента ее официального создания в 1945 г., опытнейший водолаз Морис Фарг погиб, доведя мировое достижение того времени до 120 м.

Как же был найден выход из этого тупика? Очевидно, преодолеть барьер глубины можно было только заменив воздух искусственно созданными газовыми смесями, из которых следовало устранить главного виновника зла - азот, а содержание кислорода несколько снизить, с тем чтобы его парциальное давление в расчетном диапазоне глубин не выходило за безопасные границы. Хорошим "разжижителем" кислорода, свободным от основного недостатка азота (токсичности при повышенном давлении), оказался гелий - химически инертный газ, второй по плотности после водорода, не имеющий ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Опыты с животными, а затем и с человеком, помещенным под искусственно созданное повышенное давление в специальных камерах с прочным корпусом (барокамерах), убедили исследователей, что гелий безвреден для человеческого организма и при больших давлениях не вызывает явлений, сходных с азотным опьянением. Единственным, но очень серьезным препятствием на пути широкого внедрения гелиевых смесей в водолазную практику была весьма высокая стоимость гелия, обусловленная трудностями и малым объемом его добычи.

Массачусетский профессор Эли Томпсон еще в 1919 г. предложил заменить азот гелием, однако дальше обнадеживающих опытов в барокамерах и успешного погружения на глубину 126 м, предпринятого в декабре 1937 г. на озере Мичиган американским инженером Максом Нолом, дело не пошло. Только в 1948 г. водолазы плавучей базы "Риклейм" под руководством главного инспектора водолазного дела английских ВМС капитана Шелфорда, используя гелиокислородные смеси, провели серию погружений в вентилируемом снаряжении, которая завершилась рекордным погружением Уилфорда Болларда на глубину 162 м. Это достижение в октябре 1956 г. было превышено англичанином Джорджем Вуки, которому удалось пробыть 5 мин на глубине 180 м.

Казалось бы, барьер глубины не устоял перед натиском гелиокислорода, но ... за пятиминутное пребывание на чудовищной глубине почти в две сотни метров Вуки вынужден был заплатить мучительно долгим выходом на поверхность, который длился свыше 12 ч! Рекорд остался в полном смысле рекордом - никакую полезную работу при таком графике рабочего дня водолаз, конечно, выполнять не может.

Увы, почти столь же плачевен "баланс времени" водолаза, спускающегося на глубины, далекие от рекордных. После получасовой работы на глубине 120 м водолаза, использующего для дыхания гелиокислородную смесь, нельзя поднимать на поверхность быстрее, чем за три с половиной часа. Водолаз, который дышит обычным воздухом, также должен затратить на подъем долгие часы, но только при выходе со значительно меньших глубин: если допустимое время подъема после часового пребывания на глубине 15 м составляет 2 мин, то после часа работы на глубине 30 м водолаз вынужден затратить для выхода на поверхность около часа, а за час, проведенный на глубине 60 м, он расплачивается подъемом, длящимся 6 ч!

Так на помощь пошатнувшемуся барьеру глубины пришел новый очень серьезный противник водолаза - барьер времени.

Но в чем же дело? Почему водолаз глубоководник вынужден растрачивать впустую так много драгоценного времени?

Причина, как и в случае барьера глубины, заключается не в техническом несовершенстве используемого снаряжения, а в относительной неприспособленности человеческого организма к повышенному давлению водной среды.

В организме человека всегда находится в растворенном состоянии некоторое количество инертного газа, входящего в состав той атмосферы, которой дышит человек. В соответствии с законами физики, растворимость газов в жидкостях увеличивается пропорционально повышению давления, и при погружении водолаза под воду содержание растворенного "разжижителя" в тканях его организма начинает возрастать. Количество избыточного газа, накопившегося к данному моменту в организме, зависит от продолжительности погружения, поскольку растворение его в крови и последующий переход (диффузия) в ткани - процесс относительно медленный.

При выходе на поверхность происходит снижение внешнего давления (этот процесс называется декомпрессией) и растворимость газов в тканях организма падает. Если давление уменьшается достаточно медленно, то процесс удаления излишков инертного газа - обратная диффузия из тканей в кровь и последующее выделение из крови в легких - протекает без каких-либо последствий для человека. Однако же, если скорость подъема окажется слишком большой, избыток "разжижителя" начнет переходить в газообразное состояние непосредственно в тканях и крови, вызывая закупорку сосудов и нарушение кровообращения. Это может привести к серьезным последствиям: поражению органов слуха и зрения, поражению суставов, параличам конечностей и в тяжелом случае - к смерти.

Чтобы предупредить заболевание (оно носит название декомпрессионной, или кессонной, болезни), водолаз должен выходить на поверхность, строго соблюдая безопасный режим медленного подъема - так называемый режим декомпрессии. На практике широко используются рабочие водолазные таблицы, в которых зафиксированы декомпрессионные режимы, рассчитанные с учетом как глубины погружения, так и времени пребывания водолаза на грунте. В основу этих таблиц положен метод ступенчатой декомпрессии. Суть его заключается в следующем.

Экспериментальным путем доказано, что быстрое снижение в определенных пределах внешнего давления не вызывает образования газовых пузырьков, т. е. водолаз может быстро подняться на глубину с меньшим давлением (для азота допустимый перепад - в 2 раза), не опасаясь кессонной болезни. Но дальнейший подъем нельзя продолжать до тех пор, пока излишки инертного газа не будут частично удалены из организма, т. е. необходима определенная выдержка на этой глубине, после чего становится возможным быстрый переход на следующую "ступеньку".

Опасность декомпрессионной болезни - одно из самых серьезных препятствий на пути завоевания больших глубин. Соблюдение рассчитанных режимов позволяет сохранить жизнь и здоровье водолазу при глубоководных спусках, но в то же время ставит перед ним барьер времени, долгое время считавшийся непреодолимым.

В водолазной практике иногда применяют некоторые способы, позволяющие при подъеме несколько сократить время вынужденного пребывания под водой. Минуя две-три последние "ступеньки", водолаза быстро поднимают на поверхность и немедленно помещают в барокамеру для проведения пропущенных этапов ступенчатой декомпрессии. Использование для дыхания гелио-кислородных смесей значительно сокращает время декомпрессии после длительного пребывания под водой благодаря тому, что гелий обладает значительно меньшей растворимостью, чем азот. Но ни гелий (вспомните погружение Джорджа Вуки!), ни декомпрессия на поверхности принципиально не могут дать ключ к победе над барьером времени.