В нормальных условиях перепады парциального давления O₂ и CO₂ в крови и в альвеолярном воздухе способствуют прохождению O₂ из легких в кровь, и CO₂ из крови в легкие. Во время погружения увеличение давления внутри легких способствует распространению O₂, но и препятствует выходу CO₂. Действительно, на глубине 10 метров внутрилегочное давление таково, что CO₂ перемещается в обратном направлении: из легких в кровь, а не из крови в легкие. На глубине запас

O₂ в легких уменьшается гораздо быстрее, чем на поверхности, и одновременно повышается PCO₂. Таким образом, сигнал к всплытию появится с запозданием относительно реального остатка кислорода, а это может вызвать у неопытного подводника, плохо знающего собственные возможности, иллюзию, что можно и дальше задерживать дыхание.

Во время всплытия давление газа быстро падает, как в легких, так и в крови. При уменьшении давления O₂ до гипоксичного уровня у подводника может произойти потеря сознания с последующим обмороком и возникновением риска утопления.

Опасность еще больше увеличивается, если на поверхности подводник делал гипервентиляцию, поскольку, как мы уже видели, эта методика дает лишь небольшое увеличение парциального давления кислорода, а по большей части происходит значительное понижение парциального давления углекислого газа. Это приводит к последующему запаздыванию стимуляции дыхательных центров, дающих сигнал тревоги о приближении предела задержки дыхания, который позволяет вовремя вернуться на поверхность для дыхания.

После того, как мы получили самые общие представления о физиологии дыхания и об изменениях, происходящих во время погружения, пришло время проанализировать действие физических законов во время погружений как на задержке дыхания, так и с аквалангом.

Физические законы и погружение

Термином флюид обычно называют как жидкость, так и газ; оба они обладают одним и тем же свойством — принимать форму сосуда, в котором они находятся, а различаются по характеристикам «сжимаемости» и занимаемого объема. Действительно, если жидкости несжимаемы и занимают вполне определенный объем, то газы сжимаемы и стремятся занять все имеющееся пространство. Это помогает нам понять механику диффузии газов во время погружения.

Давление (p) равно соотношению силы (F) к площади поверхности (A) на которую воздействует эта сила.

p = F/A

Когда человеческий организм подвергается давлению окружающей среды, превышающему атмосферное, в нем происходят физиологические изменения, зависящие главным образом от некоторых физических законов, учитывающих изменения давления и касающихся газов, присутствующих в атмосфере Земли. Знание этих физических законов поможет лучше понять физиологические изменения в организме.

Слой воздуха, окружающий Землю, оказывает на нее давление под воздействием сил гравитации, равное давлению 760 мм ртутного столба на 1 см² площади. Это давление обозначается термином атмосфера (Атм), и фактически равняется 1 кг/см². Действительно, упомянутый ртутный столб оказывает на свое основание давление весом 1033,2 г, что равно давлению толщи воздуха на уровне моря на каждый см². Следовательно, можно с большой точностью утверждать, что 1 атмосфера равна 1 кг/см².

Поскольку 1 Атм равняется весу столба воды высотой 10,33 м на 1 см², при погружении под воду давление увеличивается примерно на 1 Атм с каждыми 10 метрами глубины. Следовательно, на поверхности давление равно 1 Атм, на глубине 10 метров — 2 Атм, на 20 метрах — 3 Атм и т. д.

Из всего вышесказанного ясно, что давление, которое испытывает тело, погруженное в воду, является суммой атмосферного давления (P Атм) и давления водяного столба, находящегося над этим телом (P гидростатическое).

ATA = P Атм + P гидростатическое

Таким образом, становится понятно, что объект, погруженный на глубину 10 м подвергается давлению, равному 2 АТА или 2 кг на см², то есть это означает, что при погружении давление пропорционально глубине.

Теперь важно рассмотреть теорему Паскаля, которая гласит, что «давление, оказываемое на жидкость (флюид), находящуюся в сосуде, передаётся жидкостью (флюидом) одинаково во всех направлениях и на стенки сосуда».

Очевидно, что давление внутри жидкости не всегда одинаково во всех ее частях, но увеличивается с глубиной.

Погружение под воду? будь оно на задержке дыхания или при помощи дыхательного оборудования, вызывает в человеческом организме изменение некоторых важных функций. Это временные и полностью обратимые при всплытии изменения, связанные как с переменой давления окружающей среды, так и с физическими законами, регулирующими отношения газа и крови.

Если не принимать во внимание отдельные несчастные случи, например, травмы, ранения, и т. п., то для всех форм клинических осложнений в подводном плавании главным патогенным фактором является взаимосвязь между изменением давления окружающей среды и поведением газов, растворенных в крови в гипербарических условиях (под давлением).

Из всего, что было сказано выше, очевидно, что знание газовых физических законов и механизмов диффузии газов в крови и тканях имеет фундаментальное значение для понимания физиологических явлений адаптации организма к водной среде.

Газ в воздушных путях

В обычных условиях человек дышит через нос, если только для этого нет препятствий, например, искривления носовой перегородки, полипов или текущих воспалительных процессов.

На уровне носовых проходов находится механический барьер для проникновения в дыхательные пути посторонних частиц, который образован вибриссами, слизистой оболочкой и ресничньми клетками эпителия. Кроме того, серозные выделения благодаря своему бактерицидному и очищающему действию также являются препятствием для проникновения вредных и любых других бактерий.

Другими крайне важными функциями носовой полости являются увлажнение и согревание дыхательных газов. При обычном дыхательном объеме в течение

24 часов через данную полость проходит около 10 000 литров воздуха, который с помощью густой сети сосудов слизистой оболочки методично согревается до температуры 37 °C. Только представьте, перепады температуры окружающей среды в 25 градусов приводят к изменению температуры дыхательных газов не более, чем на 1 градус.

Процесс увлажнения происходит посредством экссудата слизистой оболочки. В течение 24 часов объем назальной секреции составляет 1000 мл, которые почти полностью используются для увлажнения воздуха, в результате на бронхо-альвеолярном уровне его относительная влажность достигает 95 %.

Перепады температуры влияют на способность воздуха насыщаться водяными парами, а именно, чем больше согревается воздух, тем легче происходит сатурация (насыщение). Таким образом, мы видим, что носовая полость и воздушные пути выполняют функции согревания и увлажнения вдыхаемых газов.

Газовые физические законы

Закон Бойля-Мариотта устанавливает зависимость между объемом и давлением газа; он гласит: «для данной массы данного газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная».

P x V = K

где K — постоянная величина.

Если интерпретировать этот закон, становится ясно, что любое увеличение давления приводит к пропорциональному уменьшению объема рассматриваемого газа. Например, у подводника, погрузившегося на 10 м (2 Атм), объемы газов уменьшаются наполовину по сравнению с их объемами на поверхности (1 Атм), и наоборот, если тот же подводник всплывает с глубины 10 м на поверхность, давление уменьшается, и объем газов удваивается.