Физиология задержки дыхания подводного охотника. Работа легких и сердца на поверхности моря. | Подводная охота

Физиология задержки дыхания подводного охотника. Работа легких и сердца на поверхности моря.

Физиология задержки дыхания подводного охотника. Работа легких и сердца на поверхности моря.
      Сердечно-легочная система включает в себя органы и использует физиологические механизмы, которые являются наиболее важными для подводного ныряльщика. В обсуждении этого вопроса я постараюсь быть лаконичным, за исключением некоторых ключевых процессов, с которыми связаны блэк-ауты — одни из самых больших опасностей для подводного охотника.

     В этом кратком обзоре мы увидим, что происходит на уровне сердечно-сосудистой и легочной системы в 3-х различных ситуациях, связанных с нырянием: 

1. Дыхание на поверхности (атмосферное давление), 
2. Апноэ у поверхности воды,
3.  Глубокое погружение (переменное давление в зависимости от глубины).

      Для того чтобы разъяснить некоторые моменты, мы будем вынуждены обратиться к физическим понятиям. Не для всех они окажутся простыми, но они необходимы для понимания тонких физиологических процессов, происходящих с газами в легких. Понятия, которых мы будем здесь касаться, широко освещены в многочисленных публикациях об апноэ. Здесь же мы постараемся рассмотреть их как можно лучше в конкретном контексте – в контексте подводной охоты.

      СЕРДЦЕ И ЛЕГКИЕ ПРИ ДЫХАНИИ НА ПОВЕРХНОСТИ МОРЯ

      Во время дыхания любого человека на земле, воздух (в составе которого 78% азота, 21% кислорода и 0,4% углекислого газа) входит через рот или нос, спускается вниз через трахею и заполняет часть легких. Воздухообмен в процессе дыхательного акта является частичным, так как весь объем воздуха, содержащийся в области ото рта до легких, не может быть высвобожден полностью за один выдох.

      Иллюстрация для аналогии: берем стакан с вином, выливаем его в графин с водой, наполняем получившейся смесью стакан, а затем стакан опорожняем. Чтобы вино в графине стало 100%-м, нужно повторить эту операцию несколько раз. Точно так же с легкими – чтобы наполнить их кислородом, необходимо несколько вдохов и выдохов.

     Сердце – это мышца размером с кулак, и его задача – перекачивать кровь с низким содержанием кислорода – к легким (малый круг кровообращения), а обогащенную кислородом – ко всем органам тела (большой круг кровообращения). Двигаясь в этих двух основных направлениях, кровь выполняет роль транспортировщика кислорода внутрь организма и вывода наружу углекислого газа.

     Два этих газа переходят из газообразного состояния в жидкое там, где кровь находится в контакте с воздухом, то есть в легочных альвеолах. Азот также растворяется в крови, но является абсолютно нейтральным участником дыхательного процесса и не участвует в газообмене. Кислород, напротив, окислитель, незаменимый во всех энергетических процессах, происходящих на метаболическом уровне.

      Что же позволяет крови связывать кислород ?

      Дело в том, что в гемоглобине – наиболее важном белке крови – содержатся атомы железа, очень подходящего элемента для захвата молекул кислорода.

      Выше мы упомянули, что газообмен между кровью и воздухом происходит при их соприкосновении в альвеолах, но как это возможно?

      Воздух, как и любая другая смесь газов, может растворяться в жидкости при соприкосновении с ней, как, например, происходит при растворении кислорода в море. Объем газа, который может быть растворен в жидкости, главным образом зависит от его парциального давления (закон Генри P=kC) и от площади поверхности контакта газа и жидкости, или интерфейса.

      По тому же принципу "грязная" кровь, насыщенная углекислым газом, отдает его в воздух в легких. Таким образом, парциальное давление CO2 (углекислого газа) составляет от 0,004 атм (0,4% 1 атмосферы) до максимум 0,05 или 0,06 атм (5 или 6% от 1 атмосферы).

      Избыток углекислого газа вреден для нашего организма и приводит к обмороку. Поэтому существует ряд довольно сложных химических рецепторов, которые отслеживают количество СО2 в крови.

     И необходимость дышать срабатывает именно вследствие избытка углекислого газа, что мы рассмотрим подробнее в ситуации с апноэ.

     В процессе дыхания богатый кислородом воздух вступает в контакт с кровью в легких (на самом деле их разделяет тонкая мембрана). Большую поверхность контакта обеспечивает огромное число ветвлений легочных альвеол, которые окружают такое же количество капилляров. Таким образом, она достигает 70 квадратных метров!

     Кровь, которая вступает в контакт с воздухом, обладает низким содержанием кислорода, поэтому кислород, находящийся в воздухе (и имеющий парциальное давление около 0,20 атм) будет переходить в раствор до тех пор, пока его парциальное давление в жидкости не станет равно парциальному давлению самого газа. Этот последний пункт очень важно понять, так как мы увидим, что синкопа (потеря сознания) происходит именно тогда, когда парциальное давление кислорода в воздухе, содержащемся в легких, ниже, чем у кислорода в крови.

     Итак, во время дыхания при атмосферном давлении (1 атм), легкие постоянно заполняются свежим воздухом, и, следовательно, кислородом. Кровь отдает СО2 в легкие и обогащается кислородом, который разносит по всему телу.

Автор: инструктор по подводной охоте Федерации Подводного спорта Италии Igor Bisulli

Перевод Ирина Романова