Что такое парциальное давление кислорода. Определение парциального давления газов в атмосфере Понижение парциального давления кислорода

Снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к еще более низкому уровню его в альвеолах и оттекающей крови. Если жители равнин поднимаются в горы, гипоксия увеличивает у них вентиляцию легких, стимулируя ар­териальные хеморецепторы. Организм реагирует приспособительными реакциями, цель которых – улучшение обеспечения тканей О 2. Изменения дыхания при высотной ги­поксии у разных людей различны. Возникающие во всех случаях реакции внешнего дыхания определяются рядом факторов: 1) ско­рость, с которой развивается гипоксия; 2) степень потребления О 2 (покой или физическая нагрузка); 3) продолжительность гипоксического воздействия.

Важнейшей компенсаторной реакцией на гипоксию является гипервентиляция. Первоначальная гипоксическая стимуляция дыхания, возникаю­щая при подъеме на высоту, приводит к вымыванию из крови СО 2 и развитию дыхательного алкалоза. Это в свою очередь вызывает увеличение рН внеклеточной жидкости мозга. Центральные хемо­рецепторы реагируют на подобный сдвиг рН в цереброспинальной жидкости мозга резким снижением своей активности, что заторма­живает нейроны дыхательного центра настолько, что он становится нечувствительным к стимулам, исходящим от периферических хеморецепторов. Довольно быстро гиперпноэ сменяется непроизволь­ной гиповентиляцией, несмотря на сохраняющуюся гипоксемию. Подобное снижение функции дыхательного центра увеличивает сте­пень гипоксического состояния организма, что чрезвычайно опасно, прежде всего для нейронов коры большого мозга.

При акклиматизации к условиям высокогорья наступает адап­тация физиологических механизмов к гипоксии. После пребывания в течение от нескольких дней или недель на высоте, как правило респираторный алкалоз компенсируется за счет выделения почками НСО 3 , благодаря чему часть тормозного влияния на альвеолярную гипервентиляцию выпадает и гипервентиляция усиливается. Акклиматизация вызывает, кроме того рост концентрации гемоглобина вследствие повышения гипоксической стимуляции почками эритропоэтинов. Так, у жителей Анд, постоянно живущих на высоте 5000 м, концентрация гемоглобина в крови составляет 200 г/л. Основными средствами адаптации к гипоксии являются: 1) значительное увеличение легочной вентиляции; 2) увеличение количества эритроцитов; 3) увеличение диффузионной способности легких; 4) увеличение васкуляризации периферических тканей; 5) увеличение способности клеток тканей использовать кислород, несмотря на низкий рО 2 .

У некоторых людей при быстром подъеме на большую высоту развивается острое патологическое состояние (острая горная болезнь и высотный отек легких ). Так как из всех органов ЦНС обладает высочайшей чувствительностью к гипоксии, то при подъеме на большие высоты в первую очередь возникают неврологические нарушения. При подъеме на высоту могут остро развиться такие симптомы, как головная боль, усталость, тошнота. Часто наступает отек легких. Ниже 4500 м подобные тяжелые нарушения наступают реже, хотя возникают небольшие функциональные отклонения. В зависимости от индивидуальных особенностей организма и его способности к акклиматизации человек способен достигать большой высоты.

Контрольные вопросы

1. Как изменяются параметры барометри­ческого давления и парциального давления кислорода с увеличением высоты над уровнем моря?

2. Какие приспособительные реакции возникают при подъеме на высоту?

3. Как происходит акклиматизация к условиям высокогорья?

4. Как проявляется острая горная болезнь?

Дыхание при погружении на глубину

При производстве подводных работ водолаз дышит под давлением выше атмосферного на 1 атм. на каждые 10 м погружения. Около 4/5 воздуха составляет азот. При давлении на уровне моря азот не оказывает на организм никакого существенного влияния, но при высоком давлении он может вызывать различные степени наркоза. Первые признаки умеренного наркоза появляются на глубине около 37 м, если водолаз остается на глубине в течение часа или больше и дышит сжатым воздухом. При длительном пребывании на глубине более 76 м (давление 8,5 атм.) обычно развивается азотный наркоз, проявления которого похожи на алкогольную интоксикацию. Если человек вдыхает воздух обычного состава, то происходит растворение азота в жировой ткани. Диффузия азота из тканей происходит медленно, поэтому подъем водолаза на поверхность должен осуще­ствляться очень медленно. В противном случае возможно внутрисосудистое образование пузырьков азота (кровь «закипает») с тя­желыми повреждениями ЦНС, органов зрения, слуха, сильными болями в области суставов. Возникает так называемая кессонная болезнь . Для лечения пострадавшего необходимо вновь поместить в среду с высоким давлением. Постепенная декомпрессия может продолжаться несколько часов или суток.

Вероятность возникновения кессонной болезни может быть зна­чительно снижена при дыхании специальными газовыми смесями, например кислородно-гелиевой смесью. Это связано с тем, что рас­творимость гелия меньше, чем азота, и он быстрее диффундирует из тканей, так как его молекулярная масса в 7 раз меньше, чем у азота. Кроме того, эта смесь обладает меньшей плотностью, поэтому уменьшается работа, затрачиваемая на внешнее дыхание.

Контрольные вопросы

5. Как изменяются параметры барометри­ческого давления и парциального давления кислорода с увеличением высоты над уровнем моря?

6. Какие приспособительные реакции возникают при подъеме на высоту?

7. Как происходит акклиматизация к условиям высокогорья?

8. Как проявляется острая горная болезнь?

7.3 Тестовые задания и ситуационная задача

Выберите один правильный ответ.

41. ЕСЛИ ЧЕЛОВЕК НЫРЯЕТ БЕЗ СПЕЦИАЛЬНОГО СНАРЯЖЕНИЯ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ГИПЕРВЕНТИЛЯЦИЕЙ, ПРИЧИНОЙ ВНЕЗАПНОЙ ПОТЕРИ СОЗНАНИЯ МОЖЕТ СТАТЬ НАРАСТАЮЩАЯ

1) асфиксия

2) гипоксия

3) гипероксия

4) гиперкапния

42. ПРИ ПОГРУЖЕНИИ ПОД ВОДУ С МАСКОЙ И ТРУБКОЙ НЕЛЬЗЯ УВЕЛИЧИВАТЬ ДЛИНУ СТАНДАРТНОЙ ТРУБКИ (30-35 см) ИЗ-ЗА

1) возникновения градиента давления между давлением воздуха в альвеолах и давлением воды на грудную клетку

2) опасности возникновения гиперкапнии

3) опасности возникновения гипоксии

4) увеличения объёма мёртвого пространства

Ситуационная задача 8

Чемпионы по нырянию погружаются на глубину до 100 м без акваланга и возвращаются на поверхность за 4-5 минут. Почему у них не возникает кессонная болезнь?

8. Эталоны ответов к тестовым заданиям и ситуационным задачам

Эталоны ответов к тестовым заданиям:

Эталоны ответов к ситуационным задачам:

Решение ситуационной задачи № 1:

Если речь идет об естественном дыхании, то прав первый. Механизм дыхания всасывающий. Но, если иметь в виду искусственное дыхание, то прав второй, так как здесь механизм нагнетательный.

Решение ситуационной задачи № 2:

Для эффективного газообмена необходимо определенное соотношение между вентиляцией и кровотоком в сосудах легких. Следовательно, у этих людей имелись различия в величинах кровотока.

Решение ситуационной задачи № 3:

В крови кислород находится в двух состояниях: физически растворенном и связанном с гемоглобином. Если гемоглобин работает плохо, то остается только растворенный кислород. Но его очень мало. Значит необходимо увеличить его количество. Это достигается путем гипербарической оксигенации (пациента помещают в камеру с высоким давлением кислорода).

Решение ситуационной задачи № 4:

Малат окисляется НАД-зависимым ферментом малатдегидрогеназой (митохондриальной фракцией). Причем при окислении одной молекулы малата образуется одна молекула НАДН·Н + , которая вступает в полную цепь переноса электронов с образованием из трех молекул АДФ трех молекул АТФ. Как известно АДФ является активатором дыхательной цепи, а АТФ - ингибитором. АДФ по отношению к малату взято заведомо в недостатке. Это приводит к тому, что из системы исчезает активатор (АДФ) и появляется ингибитор (АТФ), что, в свою очередь, приводит к остановке дыхательной цепи и поглощению кислорода. Гексокиназа катализирует перенос фосфатной группы с АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата и АДФ. Таким образом, при работе этого фермента в системе расходуется ингибитор (АТФ) и появляется активатор (АДФ), поэтому дыхательная цепь возобновила работу.

Решение ситуационной задачи № 5:

Фермент сукцинатдегидрогеназа, катализирующий окисление сукцината, относится к ФАД-зависимым дегидрогеназам. Как известно ФАДН 2 обеспечивает поступление водорода в укороченную цепь переноса электронов в ходе которой образуется 2 молекулы АТФ. Амобарбитал блокирует дыхательную цепь на уровне 1-го сопряжения дыхания и фосфорилирования и на окисление сукцината не влияет.

Решение ситуационной задачи № 6:

При очень медленном пережатии пуповины соответственно очень медленно будет нарастать содержание углекислого газа в крови и нейроны дыхательного центра не смогут возбудиться. Первый вдох так и не произойдет.

Решение ситуационной задачи № 7:

Ведущую роль в возбуждении нейронов дыхательного центра играет углекислый газ. При агональном состоянии возбудимость нейронов дыхательного центра резко снижается и поэтому они не могут возбуждаться при действии обычных количеств углекислого газа. После нескольких дыхательных циклов наступает пауза, во время которой накапливаются значительные количества углекислого газа. Теперь они уже могут возбудить дыхательный центр. Происходит несколько вдохов-выдохов, количество углекислого газа снижается, снова наступает пауза и т.д. Если не удается улучшить состояние больного, неизбежен летальный исход.

Решение ситуационной задачи № 8:

Водолаз на большой глубине дышит воздухом под высоким давлением. Поэтому растворимость газов в крови значительно возрастает. Азот в организме не потребляется. Поэтому при быстром поднятии его повышенное давление быстро снижается, и он бурно выделяется из крови в виде пузырьков, что приводит к эмболии. Ныряльщик же во время погружения вообще не дышит. При быстром поднятии ничего страшного не происходит.

Приложение 1

Таблица 1

Наименование показателей легочной вентиляции на русском и английском языках

Приложение 2

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЫХАНИЯ

ЖЕЛ (VC = Vital Capacity) - жизненная ёмкость лёгких (объём воздуха, который выходит из лёгких при максимально глубоком выдохе после максимально глубокого вдоха)

РOвд (IRV = inspiratory reserve volume) - резервный объём вдоха (дополнительный воздух) - это тот объём воздуха, который можно вдохнуть при максимальном вдохе после обычного вдоха

РOвыд (ERV = Expiratory Reserve Volume) - резервный объём выдоха (резервный воздух) - это тот объём воздуха, который можно выдохнуть при максимальном выдохе после обычного выдоха

ЕВ (IC = inspiratory capacity) - емкость вдоха - фактическая сумма дыхательного объёма и резервного объёма вдоха (ЕВ = ДО + РОвд)

ФОЕЛ (FRC = functional residual capacity) - функциональная остаточная емкость легких . Это объём воздуха в лёгких пациента, находящегося в состоянии покоя, в положении, когда закончен обычный выдох, а голосовая щель открыта. ФОЕЛ представляет собой сумму резервного объёма выдоха и остаточного воздуха (ФОЕЛ = РОвыд + ОВ). Данный параметр можно измерить с помощью одного из двух способов: разведения гелия или плетизмографии тела. Спирометрия не позволяет измерить ФОЕЛ, поэтому значение данного параметра требуется ввести вручную.

ОВ (RV = residual volume) - остаточный воздух (другое название - ООЛ, остаточный объём лёгких) - это объём воздуха, который остается в лёгких после максимального выдоха. Остаточный объём нельзя определить с помощью одной спирометрии; это требует дополнительных измерений объёма легких (с помощью метода разведения гелия или плетизмографии тела).

ОЕЛ (TLC = total lung capacity) - общая емкость легких (объём воздуха, находящийся в лёгких после максимально глубокого вдоха). ОЕЛ = ЖЕЛ + ОВ

(В по­следнем столбце приведено содержание О 2 , по кото­рому можно воспроизвести соответствующее парциаль­ное давление на уровне моря (100 мм рт. ст. = 13,3 кПа)

Рис. 4. Зоны влияния кислородной недостаточности при подъеме на высоту

3. Зона неполной компенсации (зона опасности). Реализуется на высотах от 4000 м до 7000 м. У неадаптированных людей возникают различные расстройства. При превышении предела безопасности (порога нарушений) сильно падает физическая работоспособность, ослабевает способность к принятию решений, снижается артериальное давление, сознание постепенно ослабевает; возможны мышечные подергивания. Эти изменения носят обратимый характер.

4. Критическая зона. Начинается с 7000 м и выше. P A O 2 становится ниже критического порога – т.е. наиболее низкого его значения, при котором еще может осуществляться тканевое дыхание. По данным различных авторов величина этого показателя колеблется между 27 и 33 мм рт. ст. (В.Б. Малкин, 1979). Наступают потенциально-летальные расстройства ЦНС в виде торможения дыхательного и сосудо-двигательного центров, развития бессознательного состояния и судорог. В критической зоне решающее значение для сохранения жизни имеет длительность кислородной недостаточности. Быстрое повышение РО 2 во вдыхаемом воздухе способно предотвратить летальный исход.

Таким образом, действие на организм пониженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе в условиях падения барометрического давления реализуется не сразу, а по достижении определенного порога реакции, соответствующего высоте около 2000 м. Такому положению способствуют особенности взаимодействия кислорода с гемоглобином, которые графически отображает кривая диссоциации оксигемоглобина (рис. 5).

Рис.5.Кривые диссоциации оксигемоглобина (Hb) и оксимиоглобина (Mb)

S-образная конфигурация этой кривой, обусловленная связыванием одной молекулой гемоглобина четырех молекул кислорода имеет важное значение с точки зрения переноса кислорода кровью. В процессе поглощения кислорода кровью РаО 2 приближается к 90-95 мм рт ст, при котором насыщение гемоглобина кислородом составляет около 97%. При этом, поскольку кривая диссоциация оксигемоглобина в правой ее части почти горизонтальна, при падении РаО 2 в пределах от 90 до 60 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом уменьшается не намного: с 97 до 90%. Таким образом, благодаря этой особенности падение РаО 2 в указанном диапазоне (90-60 мм рт. ст.) лишь незначительно скажется на насыщении крови кислородом, т.е. на развитии гипоксемии. Последняя будет нарастать после преодоления РаО 2 нижнего предела – 60 мм рт. ст., когда кривая диссоциация оксигемоглобина перейдет из горизонтального положения в вертикальное. На высоте 2000 м РаО 2 составляет 76 мм рт. ст. (10,1 кПа).

Кроме того, падение РаО 2 и нарушение насыщения гемоглобина кислородом будет частично компенсироваться усилением вентиляции, увеличением скорости кровотока, мобилизацией депонированной крови, а также использованием кислородного резерва крови.

Особенностью гипобарической гипоксической гипоксии, развивающейся при подъеме в горах, является не только гипоксемия , но и гипокапния (следствие компенсаторной гипервентиляции альвеол). Последняя обусловливает формирование газового алкалоза с соответствующим сдвигом кривой диссоциации оксигемоглобина влево . Т.е. происходит повышение сродства гемоглобина к кислороду, что снижает поступление последнего в ткани. Кроме того, респираторный алкалоз приводит к ишемической гипоксии мозга (спазм мозговых сосудов), а также к возрастанию внутрисосудистой емкости (дилатация соматических артериол). Результатом такой дилатации является патологическое депонирование крови на периферии, сопровождающееся нарушением системного (падение ОЦК и сердечного выброса) и органного (нарушение микроциркуляции) кровотока. Таким образом, экзогенный механизм гипобарической гипоксической гипоксии , обусловленный снижением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, будет дополняться эндогенными (гемическим и циркуляторным) механизмами гипоксии , что и определит последующее развитие метаболического ацидоза (рис. 6).

Хотелось бы обобщить информацию о принципах дайвинга в части газов для дыхания в формате keynotes, т.е. когда понимание нескольких принципов избавляет от необходимости запоминания множества фактов.

Итак, для дыхания под водой необходим газ. Как наиболее простой вариант — запас воздуха , представляющий собой смесь кислорода (∼21%), азота (∼78%) и других газов (∼1%).

Главным фактором является давление окружающей среды. Из всех возможных единиц измерения давления мы будем использовать «абсолютную техническую атмосферу» или АТА. Давление на поверхности составляет ∼1 АТА, каждые 10 метров погружения в воду добавляют к нему ∼1 АТА.

Для дальнейшего разбора важным является понимание, что такое парциальное давление , т.е. давление отдельно взятого компонента газовой смеси. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов. Парциальное давление и растворение газов в жидкостях описываются законами Дальтона и имеют самое прямое отношение к дайвингу, ибо человек на большую часть состоит из жидкости. Хотя парциальное давление пропорционально молярному соотношению газов в смеси, для воздуха можно считать парциальное давление по объемной или весовой концентрации, погрешность составит менее 10% .

При погружении давление воздействует на нас всеобъемлюще. Регулятор поддерживает давление воздуха в системе дыхания, примерно равное давлению окружающей среды, меньшее ровно на столько, на сколько необходимы для «вдыхания». Так, на глубине в 10 метров вдыхаемый из баллона воздух имеет давление около 2 АТА. Аналогичное абсолютное давление будет наблюдаться во всем нашем организме. Таким образом, парциальное давление кислорода на этой глубине составит ∼0,42 АТА, азота ∼1,56 АТА

Воздействие давления на организм заключается в следующих ключевых факторах.

1. Механическое воздействие на органы и системы

Его мы рассматривать подробно не будем, вкратце — человеческий организм имеет ряд заполненных воздухом полостей и резкое изменение давления в любую сторону вызывает нагрузку на ткани, мембраны и органы вплоть до механических повреждений — баротравм .

2. Насыщение тканей газами

При погружении (увеличении давления) парциальное давление газов в дыхательном тракте — выше чем в тканях. Таким образом газы насыщают кровь, а через кровоток насыщаются все ткани организма. Скорость насыщения различна для разных тканей и характеризуется «периодом полунасыщения», т.е. временем, в течение которого при постоянном давлении газа разница парциальных давлений газа и тканей уменьшается вдвое. Обратный процесс называют «рассыщением», он происходит при всплытии (уменьшении давления). В этом случае парциальное давление газов в тканях выше, чем давление в газа в легких, идет обратный процесс — газ из крови выделяется в легких, кровь с уже меньшим парциальным давлением циркулирует по организму, из тканей газы переходят в кровь и снова по кругу. Газ всегда движется от большего парциального давления к меньшему.

Принципиально важно, что разные газы имеют разную скорость насыщения/рассыщения, обусловленную их физическими свойствами.

Растворимость газов в жидкостях тем больше, чем выше давление. В случае, если количество растворенного газа больше предела растворимости при данном давлении — происходит выделение газа, в том числе концентрация в виде пузырьков. Мы это наблюдаем каждый раз, как вскрываем бутылку газированной воды. Так как скорость выведения газа (рассыщения тканей) ограничена физическими законами и газовым обменом через кровь, слишком быстрое падение давления (быстрое всплытие) может привести к образованию пузырьков газа непосредственно в тканях, сосудах и полостях организма, нарушая его работу вплоть до летального исхода. Если давление падает медленно, то организм успевает вывести «лишний» газ за счет разницы парциальных давлений.

Для расчетов этих процессов используются математические модели тканей организма, наиболее популярной является модель Альберта Бюльмана , которая учитывает 16 видов тканей (компартментов) со временем полунасыщения/полурассыщения от 4 до 635 минут.

Наибольшую опасность представляет инертный газ, имеющий максимально большое абсолютное давление, чаще всего это — азот, который составляет основу воздуха и не участвует в метаболизме. По этой причине основные расчеты в массовом дайвинге проводятся по азоту, т.к. воздействие кислорода в плане насыщения на порядки меньше, при этом оперируют понятием «азотная нагрузка», т.е. остаточное количество растворенного в тканях азота.

Таким образом, насыщение тканей зависит от состава газовой смеси, давления и продолжительности его воздействия. Для начальных уровней дайвинга практикуются ограничения по глубине, продолжительности погружения и минимальному времени между погружениями, заведомо не допускающие ни при каких условиях насыщения тканей до опасных уровней, т.е. бездекомпрессионные погружения , и даже в этом случае принято выполнять «остановки безопасности » .

«Продвинутые» дайверы используют дайв-компьютеры , которые динамически рассчитывают насыщение по моделям в зависимости от газа и давления, в том числе рассчитывают «компрессионный потолок» — глубину, всплытие выше которой потенциально опасно исходя из текущего насыщения. При сложных погружениях компьютеры дублируются, не говоря уже о том, что одиночные погружения как правило не практикуются.

3. Биохимическое воздействие газов

Наш организм максимально адаптирован к воздуху при атмосферном давлении. При увеличении давления газы, даже не участвующие в метаболизме воздействуют на организм самым разным образом, при этом воздействие зависит от парциального давления конкретного газа. Для каждого газа существуют свои пределы безопасности.

Кислород

Являясь ключевым участником нашего метаболизма, кислород — единственный газ, имеющий не только верхний, но и нижний предел безопасности.

Нормальное парциальное давление кислорода ∼0,21 АТА. Потребность в кислороде сильно зависит от состояния организма и физических нагрузок, теоретический минимально необходимый уровень для поддержания жизнедеятельности здорового организма в состоянии полного покоя оценивается в ∼0,08 АТА, практический — в ∼0,14 АТА. Снижение уровня кислорода от «номинального» в первую очередь сказывается на способности к физической активности и может вызвать гипоксию, или кислородное голодание .

В то же время высокое парциальное давление кислорода вызывает широкий спектр негативных последствий — кислородное отравление или гипероксию . Особую опасность при погружении имеет ее судорожная форма, выражающуюся в поражении нервной системы, судорогах, что влечет за собой риск утопления.

Для практических целей дайвинга принято считать пределом безопасности ∼1,4 АТА, пределом умеренного риска — ∼1,6 АТА. При давлении выше ∼2,4 АТА в течение длительного времени вероятность кислородного отравления стремиться к единице.

Таким образом, несложным делением предельного уровня кислорода 1,4 АТА на парциальное давление кислорода в смеси можно определить максимальное безопасное давление среды и установить, что абсолютно безопасно дышать чистым кислородом (100%, 1 АТА) можно на глубинах до ∼4 метров (!!!), сжатым воздухом (21%, 0,21 АТА) — до ∼57 метров, стандартным «нитрокс-32» с содержанием кислорода 32% (0,32 АТА) — до ∼34 метров. Аналогично можно посчитать пределы для умеренного риска.

Говорят, именно этому явлению обязан своим именем «нитрокс» , так как изначально это слово обозначало дыхательные газы с пониженным содержанием кислорода для работы на больших глубинах, «nitrogen enriched», и только потом оно стало расшифровываться как «nitrogen-oxigen» и обозначать смеси с повышенным содержанием кислорода.

Необходимо принимать во внимание, что повышенное парциальное давление кислорода в любом случае оказывает воздействие на нервную систему и легкие, причем это разные виды воздействия. Кроме того, воздействие имеет свойство накапливаться при серии погружений. Для учета воздействия на ЦНС используется понятие «кислородного лимита» как расчетной единицы, с помощью которой определяются безопасные лимиты для разового и суточного воздействия. Подробно с таблицами и расчетами можно ознакомиться .

Помимо этого, повышенное давление кислорода негативно воздействует на легкие, для учета этого явления используются «единицы кислородной выносливости», которые рассчитываются по специальным таблицам, соотносящим парциальное давление кислорода и количество «единиц в минуту». Для примера, 1.2 АТА дает нам 1.32 OTU в минуту. Признанный лимит безопасности составляет 1425 единиц в сутки.

Из вышесказанного в частности должно быть понятно, что для безопасного пребывания на больших глубинах требуется смесь с пониженным содержанием кислорода, которая непригодна для дыхания при меньшем давлении. Например, на глубине 100 метров (11 АТА) концентрация кислорода в смеси не должна превышать 12%, а на практике будет еще ниже. Дышать такой смесью на поверхности невозможно.

Азот

Азот не метаболизируется организмом и не имеет нижней границы. При повышенном давлении азот оказывает отравляющее воздействие на нервную систему, сходное с наркотическим или алкогольным опьянением, известное как «азотный наркоз «.

Механизмы воздействия точно не выяснены, границы воздействия сугубо индивидуальны, и зависят как от особенностей организма, так и от его состояния. Так, известно, что усиливает воздействие состояние усталости, похмелья, все виды угнетенного состояния организма типа простудных заболеваний и т.д.

Незначительные проявления в виде состояния, сравнимого с легким опьянением возможны на любых глубинах, действует эмпирическое «правило мартини», согласно которому воздействие азота сравнимо с бокалом сухого мартини натощак на каждые 10 метров глубины, что не представляет опасности и добавляет хорошего настроения. Накопленный при регулярных погружениях азот так же влияет на психику сродни легким наркотикам и алкоголю, чему автор сам свидетель и участник. Проявляется в ярких и «наркотических» снах, в частности, действует в пределах нескольких часов. И таки да, дайверы — немного наркоманы. Азотные.

Опасность представляют сильные проявления, которые характеризуются стремительным нарастанием вплоть до полной потери адекватности, ориентации в пространстве и времени, галлюцинаций, что может привести к гибели. Человек может запросто рвануть на глубину, потому что там клево или он там что-то якобы увидел, забыть, что он под водой и «вдохнуть полной грудью», выплюнув загубник и т.д. Само по себе воздействие азота не летально и даже не вредно, однако последствия в условиях погружения могут быть трагичны. Характерно, что при снижении давления эти проявления так же стремительно проходят, иногда достаточно подняться всего на 2..3 метра чтобы «резко протрезветь».

Вероятность сильного проявления на глубинах, принятых для рекреационного дайвинга начального уровня (до 18 м, ∼2,2 АТА) оценивается как очень низкая. По имеющейся статистике случаи тяжелого отравления становятся довольно вероятны с 30 метров глубины (∼3,2 АТА), и далее вероятность растет по мере роста давления. В то же время люди с индивидуальной устойчивостью могут не испытывать проблем и на куда больших глубинах.

Единственным способом противодействия является постоянный самоконтроль и контроль напарника с немедленным уменьшением глубины в случае подозрения на азотное отравление. Использование «нитрокса» снижает вероятность азотного отравления, естественно, в пределах ограничений по глубинам, обусловленных кислородом.

Гелий и другие газы

В техническом и профессиональном дайвинге используют и другие газы, в частности, гелий. Известны примеры использования в глубинных смесях водорода, и даже неона. Эти газы отличаются высокой скорость насыщения/рассыщения, отравляющие эффекты гелия наблюдаются при давлении более 12 АТА и могут быть, как ни парадоксально, компенсированы азотом. Однако широкого применения они не имеют за счет высокой стоимости, поэтому столкнуться с ними дайверу средней руки фактически невозможно, а уж если читателя действительно интересуют такие вопросы — то ему уже надо использовать профессиональную литературу, а не этот скромный обзор.

При использовании любых смесей логика расчетов остается такой же, как описано выше, только используются специфические для каждого газа лимиты и параметры, а для глубоких технических погружений обычно используются несколько разных составов: для дыхания на пути вниз, работы внизу и поэтапного пути вверх с декомпрессией, составы этих газов оптимизируются исходя из описанной выше логики их движения в организме.

Практическое заключение

Понимание этих тезисов позволяет придать осмысленность многим даваемым на курсах ограничениям и правилам, что совершенно необходимо как для дальнейшего развития, так и для правильного их нарушения.

Нитрокс рекомендован к использованию при обычных погружениях, ибо он снижает азотную нагрузку на организм даже если Вы остаетесь полностью в пределах ограничений рекреационного дайвинга, это лучшее самочувствие, больше удовольствия, легче последствия. Однако, если Вы собираетесь нырять глубоко и часто — надо помнить не только о его преимуществах, но и о возможной кислородной интоксикации. Всегда лично проверяйте уровни кислорода и определяйте свои лимиты.

Азотное отравление — наиболее вероятная из проблем, с которыми можно столкнуться, всегда будьте внимательны к себе и партнеру.

Отдельно хотелось бы обратить внимание, что прочтение данного текста не означает, что читатель освоил полный набор информации для понимания работы с газами при сложных погружениях. Для практического применения этого совершенно недостаточно. Это только стартовая точка и базовое понимание, не более того.

РаО2 наряду с двумя другими величинами (раСО2 и рН) составляют такое понятие как "газы крови" (Arterial blood gases - ABG(s)). Значение рaО2 зависит от многих параметров, главными из которых являются возраст и высота нахождения пациента (парциальное давление О2 в атмосферном воздухе). Таким образом, показатель рО2 должн быть интепретирован индивидуально для каждого пациента.
Точные результаты для ABGs зависит от сбора, обработки и собственно анализа образца. Клинически важные ошибки могут возникать на любом из этих этапов, но измерение газов крови являются особенно уязвимыми к ошибкам возникающим до проведения анализа. Наиболее распространенные проблемы включают в себя
- забор не артериальной (смешанной или венозной) крови;
- наличие воздушных пузырьков в пробе;
- недостаточное или чрезмерное количество антикоагулянта в образце;
- задержка проведения анализа и хранение образца всё это время неохлажденным.

Надлежащий образец крови для анализа ABG содержит, как правило,1-3 мл артериальной крови, взятой пункционно анаэробно из периферической артерии в специальный контейнер из пластика, с помощью иглы малого диаметра. Пузырьки воздуха, которые могут попасть во время отбора пробы, должны быть незамедлительно удалены. Воздух в помещении имеет раО2 около 150 мм рт.ст. (на уровне моря) и раСО2 практически равное нулю. Таким образом, воздушные пузырьки, которые смешиваются с артериальной кровью сдвигают (увеличивают) раО2 к 150 мм рт.ст. и уменьшают (снижают) раСО2.

Если в качестве антикоагулянта используется гепарин и забор производится шприцем а не специальным контейнером, следует учитывать рН гепарина, который равен приблизительно 7,0. Таким образом, избыток гепарина может изменить все три значения ABG (раО2, раСО2, рН). Очень малое количество гепарина необходимо, чтобы предотвратить свертывание; 0,05 - 0,10 мл разбавленного раствора гепарина (1000 ЕД / мл), будет противодействовать свертыванию приблизительно 1 мл крови, не влияя при этом на рН, раО2, раСО2. После промывки шприца гепарином, достаточное количество его обычно остается в мертвом пространстве шприца и иглы, чего хватает для антикоагуляции без искажения значений ABG.

После сбора, образец должен быть проанализирован в кратчайшие сроки. Если происходит задержка более 10 минут, образец должен быть погружен в контейнер со льдом. Лейкоциты и тромбоциты продолжают потреблять кислород в образце и после забора, и могут вызвать значительное падение раО2, при хранении в течение долгого времени при комнатной температуре, особенно в условиях лейкоцитоза или тромбоцитоза. Охлаждение позволит предотвратить любые клинически важные изменения, по крайней мере в течение 1 часа, за счёт снижения метаболической активности этих клеток.

Основными параметрами воздуха, определяющими физиологи­ческое состояние человека, являются:

абсолютное давление;

процентное содержание кислорода;

температура;

относительная влажность;

вредные примеси.

Из всех перечисленных параметров воздуха решающее значение для человека имеют абсолютное давление и процентное содержа­ние кислорода. Абсолютное давление определяет парциальное давление кислорода.

Парциальное давление любого газа в газовой смеси представляет собой часть общего давления газовой смеси, приходящаяся на долю этого газа в соответствии с его процентным содержанием.

Так для парциального давления кислорода имеем

где
− процентное содержание кислорода в воздухе (
);

Р H − давление воздуха на высоте Н;

−парциальное давление водяных паров в легких (противодав­ление для дыхания
).

Парциальное давление кислорода имеет особое значение для физиологического состояния человека, так как оно определяет про­цесс газообмена в организме.

Кислород, как и всякий газ, стремится перейти из пространства, в котором его парциальное давление больше, в пространство с меньшим давлением. Следовательно, процесс насыщения организ­ма кислородом происходит лишьв том случае, когда парциальное давление кислорода в легких (в альвеолярном воздухе) будет больше парциального давления кислорода в крови, притекающей к альвеолам, а это последнее будет больше парциального давле­ния кислорода в тканях организма.

Для удаления из организма углекислого газа необходимо иметь соотношение его парциальных давлений, обратное описанному, т.е. наибольшее значение парциального давления углекислого газа должно быть в тканях, меньшее − в венозной крови и еще мень­шее − в альвеолярном воздухе.

На уровне моря при Р H = 760 мм рт. ст. парциальное давление ки­слорода равно ≈150 мм рт. ст. При таком
обеспечивается нор­мальное насыщение крови человека кислородом в процессе дыхания. При увеличении высоты полета
уменьшается в связи с уменьше­ниемP H (рис. 1).

Специальными физиологическими исследованиями установлено, что минимальное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе
Эту цифру принято называть физиологи­ческой границей пребывания человека в отрытой кабине по величине
.

Парциальному давлению кислорода 98 мм рт. ст. соответствует высота Н = 3 км. При
< 98 мм рт. ст. возможно нарушение зрения, слуха, замедление реакции и потеря человеком сознания.

Для предотвращения этих явлений на ЛA используются системы кислородного питания (СКП), обеспечивающие
> 98 мм рт. ст. во вдыхаемом воздухе на всех режимах полета и в аварийных ситуациях.

Практически в авиации принята высота Н = 4 км в качестве гра­ницы полетов без кислородных приборов, то есть ЛA, имеющие прак­тический потолок менее 4 км могут не иметь СКП.

1. Парциальное давление кислорода и углекислого газа в организме человека в наземных условиях

При изменении указанных в таблице значений
и
на­рушается нормальный газообмен в легких и во всем организме че­ловека.