д–р Никола Шопов
Когато човек се намира в условия на повишено налягане, най-голямо механично въздействие се пада върху дихателната система. Влиянието на механичните фактори на повишеното налягане на газовата среда върху другите органи и системи е чувствително по-слабо изразено. Равномерната компресия на тялото сама по себе си не оказва съществено влияние върху сърдечно-съдовата система; като правило работоспособността не се нарушава. Но за това ще говорим в следваща лекция.
Приоритетното действие на повишеното налягане върху дихателната система се обуславя от повишаването на плътността на газовата смес. Тя създава допълнително съпротивление при дишането и увеличава натоварването на мускулите на гръдния кош (силата на дихателните мускули на човека може да преодолява съпротивление не повече от 150 мм живачен стълб или около 2 метра воден). Така, че ако ви поставят под вода, то вие не бихте били способни да „всмукнете” въздух от повърхността от тръба по-дълга от 2 метра. Плътността на газа е свързана с броя молекули, намиращи се в даден обем (колкото по-малък обем заема газът, толкова повече молекули има в този обем и следователно толкова по-висока е плътността на газа), затова при постоянна температура и неизменна маса налягането на газа е правопропорционално на плътността му (закон на Бойл-Мариот) т.е. ако налягането се увеличава от 1 до 2 ата, плътността на компримирания газ се увеличава съответно 2 пъти, а от 1 на 4 ата – съответно 4 пъти и пр.
Повишената плътност на дихателната смес затруднява издишването. Издишването и вдишването стават активни и изискват допълнителна енергия. Заедно с това, като се започне от 2 ÷ 2.2 ата въздух (10 ÷ 12 метра под вода), произнасянето на някои съгласни се нарушава, тембърът на гласа се променя, появява се гъгнене и речта става неразбираема. Тези промени ясно се забелязват, когато провеждаме спускания в барокамера и промяната на гласа на говорещите често ни кара да се усмихваме. Колкото е по-ниска плътността на газовете от дихателната смес, толкова тези промени са по-слабо изразени. Например плътността на хелия е 7 пъти по-ниска от тази на азота, а плътността на азота е по-ниска от тази на кислорода. Във връзка с това съпротивлението при дишане с хелиокислородна смес (хелиокс) е значително по-ниско от това при дишане с въздух, а при дишане с въздух то е по-ниско спрямо съпротивлението при дишане с чист кислород.
За да се преодолее съпротивлението на дишането, което при здрави хора е равно на 40 мм воден стълб (при атмосферно налягане и скорост на преминаване на въздушната струя от 1л/сек), е необходимо да се приложи известно усилие. То трябва да е насочено срещу силите на триене, възникващи между стените на дихателните пътища и газовата струя, както и между различните слоеве на самия газ, т.е. срещу вискозитета на газа. Силата, която премества газовия поток от външната среда в белодробните алвеоли, зависи от скоростта на движение на дадения газ, от неговата плътност, вискозитет и структурата на дихателните пътища. При повишаване на околното налягане плътността на вдишвания газ започва да придобива водещо значение (останалите фактори в този случай практически не се променят).
Съпротивлението на дихателните пътища спрямо газовия поток се определя от техния диаметър, дължина, честота на разклонение на бронхите, свойствата на вътрешната им повърхност и др. Съпротивлението е толкова по-високо, колкото по-малък е диаметърът на бронхите, колкото е по-голяма дължината и по-често разклоняването им, колкото е по-грапава вътрешната им повърхност – наличие на слуз, ексудат, тумори и др.
Нарастващото при повишаване на налягането съпротивление на бронхите по отношение на вдишвания газ се обуславя и от настъпващите изменения в свойствата на газовия поток. Вихровите или турбулентни потоци, както е известно, се появяват тогава, когато газовите молекули променят посоката на движението си (в местата на разклоненията на трахео-бронхиалното дърво) или се задържат от грапавите стени на дихателните пътища. Степента на турбулентност на газа обикновено нараства с увеличаване на скоростта на движението му, но в такива тесни дихателни пътища, каквито са бронхите, турбулентността зависи главно от плътността на газа. По такъв начин работата, която извършва човек при дишането, много зависи от плътността на движещия се по трахео-бронхиалното дърво газ.
Повишаването на налягането на газовата среда едновременно увеличава нейното механично съпротивление при дишането и съответно увеличава работата на дихателната мускулатура.
Нарастващата плътност на въздуха значително ограничава работоспособността на водолаза, тъй като преминаването на газа през дихателните пътища се забавя и което е много важно, при това се наблюдава рязко спадане на максималната белодробна вентилация. Ако при нормално налягане мускулното натоварване на здравия човек обикновено се ограничава от работата на сърцето, то при повишаване на околното налягане натоварването се ограничава от големината на белодробната вентилация. Така при увеличаване на налягането до 2, 3 и 4 ата въздух максималната белодробна вентилация спада съответно с 28, 40 и 49% сравнено с тази на морското равнище. Освен това при повишаване на околното налягане паралелно със спадането на максималната белодробна вентилация може да нарасне и налягането на СО2 в алвеолите в резултат на повишената плътност на дихателната смес.
Едно от условията за нормален дихателен акт е постъпването в белите дробове на газа не само под налягане, равно на околното, но и в необходим обем. При повишаване на налягането на газовата среда дихателният обем (обема въздух при едно нормално вдишване) не се променя съществено, обаче масата на вдишвания и издишван газ нараства пропорционално на увеличаването на налягането, а алвеоларната вентилация също се увеличава. Например при 1 и 3 ата околно налягане дихателният обем практически е еднакъв, но масата на вдишвания и издишван въздух при 3 ата е три пъти по-голяма.
Следователно белодробната вентилация, т.е. количеството постъпващ за единица време газ в белите дробове, пряко зависи от големината на околното налягане и нараства пропорционално на това налягане.
При относително неголямо повишаване на плътността на газа (6 ÷ 10 ата въздух) ромените в дишането обикновено не излизат извън рамките на физиологичната (приспособителната) реакция. При повишаване съпротивлението на газовия поток с 250 мм живачен стълб ефективността на алвеоларното пространство рязко намалява, дишането става повърхностно и учестено, в резултат на което може да се развие хиперкапния (състояние на повишено парциално налягане на СО2).
В заключение може да се каже, че повишаването на плътността на дихателната смес, свързано с повишаване на околното налягане, е важен фактор за намаляването на работоспособността на водолаза. При висока плътност на дихателната смес (при големи дълбочини – над 60 метра) водолазът губи почти цялата си енергия само за акта на дишане. Затова е необходимо да се използват смеси съдържащи хелий, тъй като той е по-малко плътен. Разбира се използването на хелий се налага и от необходимостта да се намали наркотичното въздействие на азота. Също така редица остри заболявания на дихателната система (бронхит, ларингит) и някои хронични такива (асма, ХОББ) характеризиращи се със спазъм на бронхите допълнително силно намаляват белодробната вентилация и по правило дисквалифицират водолаза за времето до неговото пълно оздравяване.