Воздействие газов на организм человека под повышенным давлением

  Главная      Учебники - Водолазное дело     Глубоководная водолазная техника (Вишняков В.А., Меренов И.В.) - 1982 год

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

Воздействие газов на организм человека под повышенным давлением



Повышенное давление вызывает усиленное растворение газов в тканях организма, требующее дополнительных мер безопасности при спуске и особенно подъеме водолазов на поверхность. Главным в этом является насыщение организма газами и безопасное рассыщение от них.

В организме человека всегда растворено какое-то количество воздуха. При этом кислород, входящий в состав воздуха, участвует в окислительных процессах и непрерывно поглощается организмом, а количество азота неизменно.

При погружении под воду и повышении давления количество растворенного в тканях нейтрального газа (азота), входящего в дыхательную смесь, будет увеличиваться, достигая предела насыщения, который наступит при уравнивании давления растворенного газа в тканях с его парциальным давлением во вдыхаемом воздухе или газовой смеси.

Насыщение организма газами и рассыщение от них являются сложными процессами, так как их скорость различна для тканей организма в зависимости от кровоснабжения последних. Так, мышечная ткань, имеющая большое количество кровеносных сосудов, будет насыщаться или рассыщаться быстро, а жировая ткань, в которой мало сосудов — медленно.

Пузырьки растворенного газа не успевают переноситься кровью к легким и, увеличиваясь в объеме по мере снижения давления, могут вызвать закупорку кровеносных сосудов, что приводит к появлению болей в мышцах и суставах и к развитию опасного заболевания, называемого декомпрессионной или кессонной болезнью [14]. Способ предупреждения этого заболевания был найден давно при спусках на малые и средние глубины. Заключается он в установлении особого режима подъема (снижении давления). Режимы подъема водолазов рассчитывают в зависимости от глубины погружения, времени пребывания под давлением и скоростей насыщения и рассыщения раз-личных тканей организма. Эти режимы показаны в таблицах ступенчатого подъема с остановками для выдержек на промежуточных глубинах.

Чтобы ясней представить себе картины компрессии и декомпрессии водолазов, с которыми придется неоднократно сталкиваться при рассмотрении устройства водолазного снаряжения и технических средств обеспечения спусков, рассмотрим графики погружений водолазов (рис. 1.1), на которых в качестве примеров приведены спуски на глубину 80 м на воздухе.

 

 

 

 

Рис. 1.1. Графики спусков и декомпрессии водолазов.



Здесь надо обратить внимание на то, что время декомпрессии возрастает значительно быстрее, чем время пребывания водолаза на глубине. Сведя данные в таблицу (табл. 1.1), получим, что с увеличением пребывания водолаза на глубине падает коэффициент полезного использования времени, который рассчитывается как отношение времени пребывания водолаза на глубине к общему времени спуска.

При спусках на большие глубины, которые проводятся с использованием для дыхания водолазов искусственных газовых смесей, из-за высоких давлений коэффициент продуктивности с возрастанием глубины продолжает уменьшаться.

Таким образом, воздействие высокого давления при водолазных спусках, особенно глубоководных, сводится, прежде всего, к необходимости проведения длительной декомпрессии и вследствие этого приводит к уменьшению коэффициента -продуктивности работы водолазов до очень малых величин.

Газы, входящие в состав воздуха, а также другие, которые могут быть использованы для дыхания водолазов, с повышением давления проявляют особые свойства при действии на человеческий организм, не присущие им при нормальном давлении. При этом действие того или иного газа определяется его парциальным давлением во вдыхаемом воздухе или газовой смеси.

Напомним, что парциальным давлением газа в смеси именуется производимое им давление независимо от других газов. Величина парциального давления того или другого газа зависит от процентного содержания этого газа в смеси и величины общего давления газовой смеси.
 

 

Р1=РС/100

 

 

где р 1 — парциальное давление газа; р — общее давление газовой смеси; С — процентное содержание газа в смеси.

Из числа рассматриваемых газов кислород и углекислый газ участвуют в процессе дыхания, а остальные газы, хотя и оказывают влияние на организм человека (о чем будет сказано далее), при спусках на доступные для водолазов глубины играют роль заполнителей, создающих общее давление, соответствующее глубине погружения.
 

 

 

Таблица 1.1. Спуски водолазов иа глубину 80 м

Пребывание на глубине, НИИ

Общее время спуска, мии

Коэффициент полезного использования времени

10

62

0,161

20

164

0,122

25

269

0,093

35

468

0,075

45

641

0,070

 

 

Кислород. С повышением парциального давления кислорода более величины 15,7—16,7 кПа (1,6—1,7 кгс/см2) начинают проявляться его токсические свойства, ведущие к кислородному отравлению организма. Кислородное отравление может наступить и при значительно меньшем парциальном давлении в случаях длительного дыхания газовой смесью с парциальным давлением кислорода более 4,9 кПа (0,5 кгс/см2). Признаки этого заболевания возникают через некоторое время дыхания смесью с повышенным содержанием кислорода, причем безопасный промежуток зависит от парциального давления кислорода.

 

Так, при спусках под воду в регенеративном снаряжении, когда водолаз дышит чистым кислородом, пребывание на глубине 10 м допустимо до 1 ч, а на глубине 20 м — только 20 мин.

Нижний предел содержания кислорода в дыхательной смеси составляет 1,67 кПа (0,17 кгс/см2) (17% при нормальном давлении). Если с целью безопасности несколько отступить от верхнего и нижнего'пределов, то получим величины парциального давления кислорода 1,96—14,7 кПа (0,2—1,5 кгс/см2), которыми ограничивается содержание кислорода при спусках на большие глубины.

На приведенном графике (рис. 1.2) показаны оптимальные и предельные величины содержания кислорода при спусках на глубины до 300 м, при этом количество кислорода указано в процентах к дыхательной смеси. Обращает на себя внимание то, что с увеличением глубины полоса оптимальных величин становится узкой, что весьма важно для выбора конструкций средств обеспечения дыхания водолазов.
 

 

 

 

 

Рис. 1.2. Допустимое количество кислорода в газовых смесях:
1 — оптимальная зона; 2 — допустимые зоны; 3 — опасные (недопустимые) зоны.

 

 

 

Углекислый газ. Углекислый газ может оказывать отравляющее действие на человеческий организм и при нормальном давлении. Содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 1 % не вызывает каких-либо болезненных явлений, при повышении содержания до 3 % У человека появляются чувство жара, одышка и быстрое утомление. При дальнейшем увеличении содержания углекислого газа до 5—6 % нарушается сердечная деятельность и человек теряет сознание.

При повышении давления степень воздействия углекислого газа на человека определяется не его процентным содержанием во вдыхаемом воздухе (газовой смеси), а его парциальным давлением, которое в данном случае принято выражать в процентах к нормальному давлению. Если, например, при спусках водолаза на глубину 50 м ему будет подаваться воздух, содержащий 1 % углекислого газа, то парциальное давление углекислого газа в пересчете на нормальное давление на глубине будет 6 %, то есть его содержание будет не допустимым.

Указанное свойство углекислого газа требует высокой степени очистки газовой смеси при глубоководных спусках. Например, при спусках на глубину 300 м газовая смесь не должна содержать более 0,03 % углекислого газа.

Азот. С повышением давления, как указывалось в § 1, увеличивается количество растворенного в крови и тканях азота и начинает проявляться его наркотическое действие.

При дыхании обычным воздухом на глубине 50—60 м, когда парциальное давление азота достигает 39,2—49,0 кПа (4—

5 кгс/см2), у человека наблюдаются явления, сходные с начальной стадией алкогольного опьянения: появляются веселость и разговорчивость, ухудшается координация движений. Дальнейшее повышение давления вызывает расстройство движений, резкое падение работоспособности, бессвязность речи, зрительные и слуховые галлюцинации и, наконец, полную потерю сознания.

Степень проявления наркотического действия азота зависит от индивидуальных особенностей людей и может быть весьма различной. Некоторые хорошо тренированные водолазы сохраняют работоспособность при спусках на воздухе до глубин 80— 90 м, а другие теряют ее уже на глубине 50—60 м.

Описанное свойство азота делает его непригодным в качестве компонента дыхательной смеси для глубоководных спусков. Потребовались поиски другого газа для этой цели. Таким газом стал гелий, нашедший широкое применение.

Гелий. Глубина, на которой воздействие гелия становится наркотическим, подобно азоту, точно не установлена. Предел погружения с использованием гелия, или, как принято именовать, «гелиевый барьер» лежит на глубинах 600—1000 м [14, 44].

Однако на использование гелия в качестве заполнителя существенно влияют его физические свойства: теплопроводность и плотность.

 

 

Теплопроводность гелия в шесть раз больше воздуха, что приводит к быстрому охлаждению человека при дыхании смесью, содержащей гелий, и особенно при нахождении в гелиевой среде. Так, для избежания охлаждения при нахождении людей в камерах в них необходимо поддерживать температуру до 32 °С, в то время как при нахождении в воздушной среде достаточна температура 22—23 °С.

При спусках под воду с использованием гелия положение осложняется: теплопотери значительно возрастают за счет того, что вода, имея значительно большую теплопроводность, чем газы, омывая водолаза, интенсивно охлаждает его. К тому же температура воды на больших глубинах низкая (0—5 °С).

Особое значение при водолазных спусках на большие глубины имеет способность гелия искажать человеческую речь вследствие изменения характера распространения звука в гелиевой среде.

Не останавливаясь здесь на этом вопросе подробно (см. гл. 5), укажем для примера на то, что речевой сигнал в гелиевой среде при давлении, соответствующем глубине 130 м, практически становится неразборчивым.

С целью повышения разборчивости речи в гелиевой среде были проведены многочисленные эксперименты по электронной обработке речевых сигналов, позволившие создать корректоры речи, которые, однако, дали только частичные результаты, и вопрос связи с водолазами при глубоководных спусках окончательно не решен.

Водород. В отличие от других газов, используемых в дыхательных смесях в качестве заполнителей, водород не является инертным и, более того, образует взрывоопасные смеси с кислородом.

Установлено, что при содержании кислорода в водородокислородной смеси менее 4 % она не является взрывоопасной, но остается возможность взрыва при ее приготовлении, так как в местах соединения газов временно возникают взрывоопасные концентрации.

Указанные обстоятельства являются причиной того, что водород не находит применения при водолазных спусках. В то же время, правда, немногочисленные эксперименты показали возможность использования водорода в качестве заполнителя в дыхательных смесях при глубоководных спусках. Ведутся разработки безопасных систем приготовления, хранения и использования водородокислородных смесей, уже давшие положительные результаты, которые позволяют полагать, что водород найдет применение при глубоководных спусках.

Неон. Использование неона для практических водолазных спусков и даже для широких экспериментальных работ сдерживается его высокой стоимостью. Опыты показали возможность спусков с использованием неоно-кислородных смесей на

глубины до 200 м [26]. При этом явления, присущие спускам на гелиокислородных смесях (большие теплопотери и искажение речи), отсутствуют. Весьма вероятно, если будут найдены недорогие способы получения неона, он найдет широкое применение при глубоководных водолазных спусках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..