С практической точки зрения это показывает, как во время задержки дыхания по мере спуска в глубину парциальное давление кислорода постепенно увеличивается и, следовательно, вызывает временное и обманчивое улучшение альвеолярного газообмена, но в момент всплытия происходит обратный эффект, а именно, из-за падения гидростатического давления парциальное давление кислорода также начинает быстро уменьшаться, а если оно падает ниже определенного уровня, то происходит гипоксический обморок.
Чтобы продемонстрировать все вышеизложенное, приведем классический опыт с воздушным шариком, который надувается на поверхности и погружается под воду на глубину 10 м; на этой глубине его объем уменьшится вдвое, а если с 10 м мы отпустим шарик к поверхности, мы убедимся, что его объем постепенно увеличится и на поверхности вернется к первоначальному.
Закон Дальтона тесно связан с законом Бойля-Мариотта и гласит: «давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов».
Ptot=p1 + p2 +… + pn
Парциальное давление каждого газа, входящего в газовую смесь, можно определить путем умножения общего давления Ptot на процентное содержание газа (%г) и деления полученного результата на сто.
Pp = (Ptot x %г) / 100
Пример: подсчитаем парциальное давление азота (N) в воздухе на уровне моря, зная, что его процентное содержание равно 78 %:
Pp N = (760 mm Hg x 78) / 100 = 592,8 mm Hg
В соответствии с вышеизложенным, можно сказать, что давление любого газа, входящего в смесь газов, прямо пропорционально его процентному содержанию в этой смеси.
В подводной среде закон Дальтона оказывается одним из основополагающих для дыхательных смесей и их компонентов при погружении с автономным дыхательным аппаратом. При задержке дыхания этот закон особенно важен в том, что касается артериального парциального давления кислорода. Уместно напомнить, что всякий раз, когда Pp кислорода превышает условное значение в 1.7 Атм (1292 мм рт. ст.) этот газ начинает оказывать токсический эффект на человеческий организм. Дыхание чистым кислородом перед погружением крайне опасно! Если же Pp кислорода падает ниже 60 мм рт. ст., начинает проявляться гипокси-ческая дыхательная недостаточность из-за измененного состава воздуха; падение PpO2 ниже 50 мм рт. ст. вызывает острое кислородное голодание мозга и появление гипокси-ческого обморока (синкопе, или black out).
Закон Генри касается растворимости газа в жидкости в зависимости от давления, которое он оказывает, и поэтому регулирует транспортировку кислорода к тканям в гипербарических условиях. при постоянной температуре количество (Q) растворенного газа в данной жидкости и/или ткани прямо пропорционально давлению этого газа над раствором.
Q = KPgas (K = константа Генри)
Повышенное давление и транспортировка кислорода
Обычно в артериальной крови на 100 мл содержится 20 мл O2. Большая его часть вступает в химическое взаимодействие (связывается) с гемоглобином крови, превращая его в нестойкое химическое соединение — оксиге-моглобин. Венозная кровь на 100 мл обычно содержит около 14 мл O2, и это означает, что потребность тканей в к2ислороде достигает 6 мл O2 на 100 мл крови. Вот почему, как указыва2лось ранее, при давлении кислорода ниже 60 мм рт. ст. организм начинает проявлять признаки кислородного голодания.
В соответствии с законом Генри с увеличением парциального давления O2 увеличивается и количество O2, растворенного в крови, и таким образом человеку, дышащему 100 % кислородом под давлением 3 Атм, не потребуется гемоглобин для его транспортировки, поскольку количество растворенного в крови кислорода намного превышает 6 мл на 100 мл крови. При таком абсолютном давлении количество растворенного в плазме O2 достаточно, чтобы обеспечить потребности организма.
Перенасыщение тканей кислородом и/или нормализация pO2 является целью гипербарической кислородной терапии. Использование такой терапии оказывается важным для лечения некоторых клинических случаев, связанных с погружениями на задержке дыхания, которые хорошо знакомы ловцам жемчуга во Французской Полинезии на острове Туамоту под названием «Таравана».
Газообмен в легких
Задача дыхательной системы — доставлять O2 к тканям человеческого тела и обеспечивать удаление CO2 для поддержания должного химического равновесия в тканях и крови. Газообмен происходит через стенки легочных альвеол и называется гематозом. Для правильного осуществления этого процесса необходимо, чтобы соотношение между кровяной перфузией на территории легких и альвеолярной вентиляцией оставалось нормальным. Действительно, изменения этого соотношения, связанные с анатомическим и/или структурным и/или функциональным дефицитом, являются абсолютным или относительным противопоказанием к погружениям как на задержке дыхания, так и с аквалангом. Этот газообмен происходит двумя различными физическими способами транспортировки материи: диффузия и конвекция.
Резюме
С помощью изучения физических законов мы поняли, что при погружении на задержке дыхания некоторые процентные значения газов могут резко меняться в зависимости от внешнего давления. И здесь самой важной является ситуация, возникающая при глубоком погружении на задержке дыхания, во время которого из-за гидростатического давления при спуске вниз парциальное давление кислорода повышается до уровней, при которых не может возникнуть гипоксии; однако затем во время всплытия, наоборот! парциальное давление столь быстро падает, что может оказаться ниже минимума, приводя к ситуации гипоксии и потери сознания (синкопе). Синкопе может возникнуть не только по этой причине. Важно понимать, что чрезмерное затягивание задержки дыхания также является опасным, и не только по причине увеличения парциального давления углекислого газа, но прежде всего из-за слишком быстрого понижения парциального давления кислорода при всплытии. Это объясняет, почему глубину нужно завоевывать метр за метром, год за годом, постоянно учитывая все физиологические изменения, физические законы и различные элементы риска, о которых мы будем говорить впоследствии
Газообмен посредством диффузии происходит между альвеолами и легочными капиллярами, между капиллярами и клетками, тогда как обмен с помощью конвекции идет между легочным капилляром и системным капилляром или между атмосферным воздухом и альвеолой.
В легочной физиологии «диффузией» называется скорость, с которой газ распространяется в жидкости и/или органической ткани. Эта скорость диффузии зависит от целого ряда переменных, связанных с площадью мембраны обмена и разницей между парциальными давлениями газов с обеих сторон этой мембраны.
Скорость диффузии CO2 в 20 раз больше, чем O2.
Нервная система
Нервная система — это жизненно важный компонент человеческого организма; она образована совокупностью анатомических структур, предназначенных для приема и передачи импульсов, их «распознаванию», выработке соответствующих реакций, и для окончательной переработки и хранения.
Нервную систему вполне можно сравнить с компьютером, оснащенным периферийными устройствами (органы, системы и устройства ввода данных), проводами (нервы) и блоком управления (мозг), способным распознавать различные виды поступающей к нему информации, обрабатывать ее, каталогизировать и хранить.
Главной структурной единицей нервной системы является нейрон — нервная клетка с особыми характеристиками, отличающими ее ото всех остальных клеток в организме.