Достовірно встановлено, що вже в V столітті до н.е. грецькі плавці заробляли на життя видобутком морської губки і виконанням так званих секретних військових завдань. Класичний приклад подібної операції - подвиг Сціліуса, що відносяться літописцями до 500 році до н.е. Як розповідає цю історію Геродот, грек був полонений і відданий в рабство гребцом на галери перського царя Ксеркса I. Одного разу, напередодні нападу перської ескадри на грецький флот, озброєний ножем Сціліус кинувся в море, вистрибнувши за борт. Його визнали потонув і шукати не стали. Він же сховався під водою, використавши для дихання трубку, приготовану з стебла очерету, і благополучно дочекався ночі. Під покровом темряви він прокрався серед ворожих судів і перерізав якірні канати, порушивши лад флотилії і посіявши паніку в стані ворога. Потім він проплив морем 9 миль (близько 15 км), поки не зустрів грецькі кораблі біля мису Артемізії.
Сьогодні ми розглянемо медичні аспекти вільного плавання, розберемо, що відбувається з організмом, коли людина користується дихальною трубкою для пошуку черепашок, які його підстерігають небезпеки, характерні для даного виду підводного спорту. Ці знання не тільки цікаві, але в дальнейшм допоможуть зрозуміти деякі особливості функціонування організму як звичайного аквалангіста, так і техно-дайвера. Якої довжини була трубка трубка Сціліуса? Чи можна, використовуючи для дихання шноркель, сховатися на глибині 5 м? А на глибині 25 м? Виявляється, можна. І ось чому.
Зазвичай вдих здійснюється за рахунок розширення грудної клітки. На тіло людини, що опустився під воду, діє гідростатичний тиск. Величина тиску прямо пропорційна глибині занурення. Щільність води становить близько 1000 кг / м³, тобто 1 г / см³, значить на глибині 0,5 м на кожен квадратний сантиметр поверхні буде діяти тиск близько 50 м Площа грудної клітини становить близько 0,4 м² або 4000 см². Для того, щоб зробити вдих, перебуваючи на глибині 50 см, необхідно подолати «опір» 200 кг. На глибині 1 м, де тиск становить вже 100 г / см², диханню через шноркель буде «протидіяти» вже 400 кг. Думаю, ні в кого не виникне бажання сперечатися, що при таких умовах робота дихальних м'язів буває утруднена.
Але гідростатичний тиск - далеко не єдина перешкода до широкого використання дихальної трубки на глибині. Ще є так зване опір диханню. Щоб наочно уявити, що це таке, виконайте простий досвід, спробувавши дихати через соломинку для коктейлю. Щоб змусити повітря проходити по трубці завжди необхідно витрачати зусилля. Робота буде тим більшою, чим вже й довше трубка, чим більший обсяг газу необхідно проштовхнути за одиницю часу, чим вище щільність газу (вчені називають це законом Бернуллі). Виникає парадокс: в ідеалі шноркель, щоб він не заважав дихати, повинен бути широким, коротким, а дихати необхідно «по чуть-чуть» і повільно, в реальному ж житті плавцю потрібна довга вузька трубка для забезпечення інтенсивного дихвнія «на межі можливостей».
Обсяг вдиху-видиху у здорової людини в спокої становить близько 0,5 л, число дихальних циклів в хвилину - 12. Трубка довжиною 0,5 м і діаметром 1 см, через яку за 1 хв. проганяють 12 л повітря (6 л газу - 12 вдихів за 0,5 л - проходить в одну сторону, а потім виходить назад, в сумі це дає 12 л) створює надлишковий опір, еквівалентну тиску 0,33 кг / см². При фізичному навантаженні хвилинний об'єм дихання зростає до 30-40 л, отже, через трубку повинно пройти 60-80 л повітря. В цьому випадку необхідно подолати вже 2,3 кг / см²! Трубка того ж діаметру завдовжки 1 м складе «опір» 0,63 кг / см² в спокої і 3,8 кг / см² в умовах інтенсивного плавання. Між іншим, при спокійному диханні «опір» соломинки для коктейлю, про яку ми нещодавно згадували, має скласти близько 4 кг / см². Порівнюйте самі.
І ще одне зауваження. Людина робить дихальні рухи грудною кліткою для того, щоб постійно оновлювати повітря в легенях. При кожному вдиху йому необхідна порція свіжого газу. Довго дихати «по замкнутому циклу», тобто вдихати повітря з того ж гумового бурдюки, куди робиться видих. неможливо. Це зрозуміло навіть на побутовому рівні, в такому гумовому бурдюки обов'язково повинна бути зміна газу, тобто приплив «свіжих» порцій. Дихання через шноркель можна уподібнити диханню з бурдюка: при видиху використане повітря залишається в порожнині трубки і при наступному вдиху потрапляє назад в легені. Якщо обсяг шноркеля досить великий, розвивається ситуація, коли при вдиху свіже повітря заповнює сам шноркель, а легкі отримують той газ, який витісняється з дихальної трубки, який вже раніше побував в легких - в ході попередніх дихальних циклів. Виходить так, що людина вдихає і видихає одні і ті ж порції повітря, а той газ, що входить в шноркель при вдиху, просто не доходить до легких.
Обсяг трубки діаметром 1 см і довжиною 1 м становить 0,314 л. Згадайте, ми тільки що говорили, що обсяг вдиху-видиху здорової людини в стані спокою становить близько 0,5 л. Отже, якщо дихати через таку трубку, більше половини вдихуваного повітря завжди буде «несвіжим». Це рівнозначно тому, щоб дихати лише наполовину потреби: спробуйте, лежачи на дивані, коли читаєте цей номер, свідомо обмежити обсяг дихальних рухів, не збільшуючи їх частоти. Упевнений, більше 2-3 хв Ви не протягнете, - обов'язково почнете дихати глибоко і часто. Теж саме відбувається і з плавцем.
Обсяг дихальної трубки, присутність якого вимикає кілька вдихуваного-повітря, що видихається з вентиляції, називають «мертвим простором». Чим цей обсяг більший, тим частіше і глибше змушений дихати плавець для того, щоб налагодити нормальний газообмін в організмі. Наприклад, для того, щоб компенсувати присутність метрового шноркеля діаметром 1 см, в стані спокою плавець змушений робити не 12 вдихів-видихів по 0,5 л, а 20 дихальних циклів за 1 л. При роботі середньої інтенсивності частота дихання вже складе не 20 в 1 хвилину, як повинно було б бути, а 30, причому обсяг вдихуваного і видихуваного газу зросте з 1,5 л до 1,6-1,8 л.
Таким чином, ми позначили 3 фактори, які обмежують розміри дихальної трубки і можливу глибину її використання. Перший фактор пов'язаний з гідростатичним тиском, стрімко наростаючим в міру занурення водолаза на глибину. Другий обумовлений опором, яке надає шноркель рухається по ньому повітрю. Третій визначається наявністю так званого мертвого простору, що виключає з ефективної вентиляції чималу частину повітря, що надходить в дихальну трубку на вдиху. Як вплив цих факторів виглядає в реальному житті? Питання заслуговує детального розгляду.
Уявімо, людина зусиллям дихальних рухів долає дію гідростатичного тиску, примушуючи повітря на вдиху надходити по трубці на велику глибину, в грудній порожнині при цьому виникає значне розрідження. Це супроводжується так званим присмоктуються ефект. Легені не тільки наповнюються повітрям, але починають «набиратися» кров'ю, немов губка, опущена в воду. Судини переповнюються кров'ю, легенева тканина набухає, набрякає і навіть може розірватися. Водолазні лікарі називають таке состояніеобжатіем грудної клітини.
Постраждалі скаржаться на слабкість, виглядають блідими, синюшними. Після підйому на поверхню виявляється так зване клекотливе дихання, пов'язане з присутністю в дихальних шляхах вологи. З кашлем відокремлюється велика кількість мокротиння з домішкою крові. Пульс дуже частий, ледь прощупується, артеріальний тиск різко знижений.
По суті, легкі виявляються заповненими рідиною і в них майже не залишається місця для повітря. Відповідно, не дивлячись на присутність звичайних дихальних рухів грудної клітки, кров у легенях не може насититися киснем. Крім того, при поновленні дихання через розриви судин в кровоносну систему може проникнути повітря і його бульбашки закупорять кровотік в життєво важливих органах.
На якій глибині і як швидко розвивається цей стан? Багато що залежить від індивідуальної тренованості організму. Досвід показує, що спроби дихати через шноркель на глибинах, що перевищують 1,5 м, дуже швидко, протягом декількох хвилин, завершуються обтисненням. Дихання ж на глибині близько 0,5 м вкрай рідко призводить до подібних порушень.
Наступний фактор, дихання проти підвищеного опору шноркеля. Воно легко закінчується розвитком так званого гіпербаротензіонного синдрому. Коли людина довго дихає проти підвищеного тиску, відбуваються суттєві зміни в роботі його серцево-судинної системи. Читач легко їх собі уявить, якщо спробує виконати описаний раніше прийом дихання через соломинку для коктейлів, в крайньому випадку - через щільно зімкнуті губи. Кров приливає до голови, наростає відчуття розпирання, можуть з'явитися болі в голові і очах. Особа отечное, багряно-синюшного кольору.
Потім приєднується слабкість, шум у вухах, задишка, неприємні відчуття в області серця. Можливі кровотечі з носа і з дрібних надривів слизової оболонки рота і глотки. Пізніше виявляються мелкоточечние крововиливи на шкірі шиї та грудей. Постраждалі виглядають загальмованими, байдужими, насилу розуміють звернені до них питання. Мова повільна, невиразна. Відновлення нормального режиму дихання стабілізує ситуацію, стан поліпшується.
При продовженні подолання підвищеного опору диханню можуть розвинутися судоми з втратою свідомості, що змінюються комою. Механізм порушень пов'язаний з тим, що істотне тривалий перевищення тиску в легенях і дихальних шляхах над зовнішнім тиском, оточуючим грудну клітку, блокує рух крові по венах, що йде в грудній порожнині. Відповідно повернення крові з верхньої половини тіла до серця порушується, голова переповнюється, розвивається набряк головного мозку.
Дослідним шляхом встановлено, що для запобігання гіпербаротензіонного синдрому довжина шноркеля не повинна перевищувати 1 м, а діаметр не може бути менше 18 мм.
Тепер розберемо, що відбувається у випадках, коли вентиляція легенів виявляється недостатньою, наприклад, внаслідок значної величини «мертвого простанства». В альвеолярному повітрі накопичується стільки вуглекислого газу, що у плавця развіваетсяотравленіе вуглекислим газом. Спочатку у потерпілого тоншає сприйняття запахів, виникає відчуття задухи і спека, можливо невмотивоване підвищення настрою, тобто ейфорія. Посилюється відділення слини, якщо нирець одягнений в гідрокомбінезони сухого типу, він потіє. Різко частішає дихання, з'являється головний біль, нерідко пульсуюча, запаморочення, сонливість. Виникає почуття нерішучості, втрачається відчуття часу. Особа червоніє, серце б'ється часто. Трохи пізніше шкірні покриви набувають синюшного відтінку, і виникають судоми. Звертає на себе увагу подовження видиху. Далі пригнічуються всі життєві функції і настає смерть.
В яких випадках може разввіться подібний стан? Наприклад, якщо використовувати для дихання шноркель діаметром 2 см і довжиною 1 м, задуха настане дуже швидко. Обсяг такої трубки, тобто обсяг «мертвого простору» складе 1,25 л, і скільки б плавець не дихав, провентилювати легені від накопичується вуглекислого газу йому не вдасться. Якщо обсяг мертвого простору дорівнює 160 мл (півметровий шноркель сантиметрового діаметру), глибоке і часте дихання забезпечить нирцеві стерпне існування досить довго: отруєння настане лише при інтенсивній фізичній роботі, коли організм виділяє надто багато вуглекислоти. Шляхом дослідів і розрахунків встановлено, що розміри шноркеля повинні забезпечувати величину «мертвого простору» ніяк не більше 450 мл.
З урахуванням обмежень, розібраних вище, вітчизняні ГОСТи передбачають наступні розміри дихальної трубки для плавання: довжина - не більше 380 мм, діаметр 18-20 мм. Така геометрія забезпечує достатню безпеку і попереджає більшість патологічних специфічних змін, які могли б розвинутися у плавця.
І ще одне зауваження. Знаменитий грек провів у воді кілька годин до виконання диверсійної операції, а потім плив 15 км до мису Артемізії, на що мало піти ще 12-15 годин. Разом виходить не менше 15-20 годин. Навіть в теплих тропічних морях температура води на видаленні від берега рідко перевищує 25 градусів. Навіть якщо допустити, що в той день і в тому місці, де Сціліус здійснював подвиг, море прогрілося до 28 градусів, важко припустити, щоб він міг провести такий довгий час у воді без переохолодження (Він повинен був би почати замерзати через 4-6 годин ). Однак, «..це вже зовсім інша історія ...», про переохолодженні см. Інші статті на нашому сайті.
Дізнайтеся також:
- Підвищений тиск газового середовища (спуск під воду)
- Про фізіології найпростіших способів занурення людини під воду (Конфуз імператора)
- Методи рекомпрессії в воді
- Кому за станом здоров'я, можна займатися пірнанням з аквалангом?
- Deep Diver
- Nitrox Diver
