Читать книгу Мой подводный мир - Юрий Берков - Страница 5

Ткани человеческого организма состоят из мельчайших клеток с жидким содержимым, на 80% состоящим из воды. При давлении, соответствующем глубинам, доступным для водолаза в мягком скафандре, вода, а следовательно, и клетки тела, практически несжимаемы.

Известно, что давление измеряют в метрах водяного столба, причем с достаточной точностью можно считать, что давление, создаваемое столбом воды высотой 10 м, равно давлению в одну атмосферу – 1 атм (или 1 кг/см²)

При погружении человека под воду на него, кроме воды, будет давить и атмосфера, т. е. воздух давлением в 1 атм. Таким образом, абсолютное давление (ата) под водой на глубине 10 м будет равно 2 ата (2 кг/см²), на глубине 20 м – 3 ата и т. д.

Благодаря малой сжимаемости жидкости механическое действие давления воды на ткани человеческого тела не так уж опасно. Установлено, что механическое давление воды может привести к расстройству жизнедеятельности клеток организма человека только примерно при 300 – 400 ата, что соответствует погружению на глубины 3 – 4 км.

В самом деле, рыбы и другие животные встречаются на всех глубинах Мирового океана, даже в Марианской в падине, глубина которой достигает 11 км. Правда, это особые глубоководные животные, рождающиеся на этих глубинах, но их организмы также состоят из клеток, сходных с клетками наземных животных.

Американец Вильям Биби, опустившийся в батисфере на 923 м, видел на этой глубине обыкновенного кита; французы Гуо и Вильм на глубине 4000 м обнаружили белоглазых акул, а Жак Пикар и Дон Уолш на глубине 10919 метров видели креветку и рыбу.

Но если для человека не опасно давление, сжимающее части тела, не имеющие пустот, то сжатие полостей, заполненных газами или воздухом, может привести к неприятным последствиям. При площади подвижной части грудной клетки и живота, равной у человека среднего роста 3000 см², уже на глубине 1 м эти органы подвергаются давлению 3300 кг. Не следует забывать, что нормально, на поверхности, на эти органы уже действует нагрузка 3000 кг (которую, кстати, мы не ощущаем).

Для уравновешивания этой сжимающей внешней силы в легкие водолаза подается воздух под давлением, равным давлению окружающей среды; благодаря такому выравниванию давлений изнутри и снаружи сжатие будут испытывать только стенки грудной клетки.

Хуже обстоит дело при сжатии воздуха, заполняющего среднее ухо и лобные пазухи. При быстром нарастании давления происходит вдавливание барабанных перепонок и может вызвать их разрыв. Поэтому водолазу при спуске необходимо делать глотательные движения или зажимать нос и надуваться; при этом сокращаются мышцы, раскрывающие устья евстахиевых труб*, и происходит выравнивание давления. При работе водолаза на постоянной глубине давление в среднем ухе становится равным наружному. При быстром подъеме, когда барабанные перепонки будут растягиваться в сторону слухового прохода, выравнивание давления достигается тем же способом, что и при погружении.

Вообще, подъем водолаза с глубины может привести к неприятным последствиям. При быстром подъеме водолаз может заболеть кессонной болезнью. Дело в том, что с увеличением глубины погружения увеличивается весовое количество воздуха, вдыхаемое водолазом за один вдох.

* Евстахиевы трубы – это узкие каналы, соединяющие носоглотку со средним ухом.

Это следствие закона Бойля – Мариотта, по которому удельный вес газа прямо пропорционален давлению.

Одновременно увеличивается растворимость воздуха в крови. Кровь разносит воздух из легких по всему телу, постепенно насыщая все ткани газами в большем количестве, чем при атмосферном давлении. Степень такого насыщения тканей газами зависит от глубины спуска, от времени пребывания под водой и от характера работ водолаза; различные ткани человеческого организма насыщаются газами неодинаково.

При подъеме водолаза происходит выделение избыточного воздуха через легкие. При быстром подъеме пузырьки воздуха, состоящие главным образом из азота (примесь кислорода и углекислоты незначительна), выделяются прямо в кровь (как в стакане с газированной водой); крупные пузырьки могут закупорить кровеносные сосуды и нарушить кровообращение отдельных частей организма. Кроме того, увеличение общего объема крови вследствие насыщения ее газовыми пузырьками может вызвать в разных частях тела растяжение и разрыв мелких кровеносных сосудов. Симптомы кессонной болезни таковы: головокружение, боли в суставах и мышцах, кожный зуд. В тяжелых случаях могут наступать параличи отдельных органов.

Но оказывается, что кессонную болезнь можно предупредить: чтобы выделение азота из крови не было столь бурным, подъем водолаза следует производить с остановками (для декомпрессии). Продолжительность и глубины остановок определяют по специальным таблицам.

Следует напомнить, что киты тоже дышат атмосферным воздухом; ныряя, они быстро меняют глубину и, конечно, не делают остановок для декомпрессии. Однако киты не болеют кессонной болезнью. Объясняется это тем, что киты под водой не вдыхают сжатый воздух, а пользуются запасом воздуха в легких, который они вдохнули на поверхности; их кровь и ткани не перенасыщаются воздухом, а следовательно, отсутствует и причина, вызывающая кессонную болезнь.

Вредное действие азота не ограничивается кессонной болезнью. При спуске водолаза, начиная с глубин 40 -50 м азот вызывает опьянение. Доказано, что азот при повышенном давлении является наркотиком. Изобретатель акваланга француз Жак Ив Кусто пишет, что уже с глубины 30 м он начинает чувствовать головокружение, после которого наступает вялость и сонливость. У некоторых людей азотное опьянение вызывает приступ весёлости, двигательной активности. Сильное азотное опьянение может вызвать обморочное состояние и привести к гибели.

Чтобы избавиться от вредных последствий вдыхания азота, казалось бы, следовало исключить его из состава воздуха, подаваемого водолазу, т. е. подавать чистый кислород, действительно необходимый для дыхания. Но, оказывается, организм человека не приспособлен к длительному вдыханию чистого кислорода. Продолжительное его вдыхание (более 2-х суток) даже при атмосферном давлении может вызвать заболевание воспалением легких. При абсолютном же давлении 3 ата (глубина 20 м) кислород ядовит. У водолаза, пользующегося кислородным прибором, при спуске на глубину более 20 м могут возникнуть судороги через 5 – 10 мин.

Все перечисленные препятствия к достижению больших глубин при достаточной тренировке, хорошем здоровье и соблюдении правил спуска и подъема в какой-то мере преодолимы. Пожалуй, самым серьезным препятствием следует считать трудность газообмена в легких при дыхании газовыми смесями, сжатыми под большим давлением. Так, на глубине погружения 150м удельный вес воздуха в 16 раз больше атмосферного. При такой плотности воздух с большим трудом протекает через узкие легочные пути. Пожалуй, выражение «нужен, как воздух», уже не подходит для водолазов, работающих на больших глубинах, где нужна газовая смесь, не имеющая тех свойств воздуха, которые вредно действуют на организм водолаза.

В годы второй мировой войны было применено оборудование, позволяющее водолазу опускаться в мягком скафандре на глубину до 180 м. Достижению такой глубины способствовало главным образом применение для дыхания гелиевокислородных смесей. В этих смесях гелий заменяет азот воздуха. Гелий – очень лёгкий нейтральный газ без цвета, запаха и вкуса. Благодаря тому, что гелий диффундирует быстрее и менее растворим в крови, он более приемлем для дыхания, хотя не избавляет от опасности кессонной болезни.

Нужно отметить, что гелием разбавляют кислород для того, чтобы понизить его парциальное давление (парциальное давление газа равно произведению давления смеси на процентное содержание газа в смеси). Как уже упоминалось кислород при абсолютном давлении свыше 3 ата ядовит, поэтому процентное содержание кислорода в гелиево-кислородной смеси должно быть таким, чтобы его парциальное давление не превышало опасного предела. Так на глубине 200 м его содержание в гелиево-кислородной смеси должно составлять 1 – 2%.

Но гелий под высоким давлением тоже насыщает кровь человека и подъём с большой глубины требует длительной декомпрессии. Время подъёма с больших глубин зависит от длительности пребывания на них и может составлять от нескольких часов, до нескольких суток. Всё это время водолазы проводят в барокамерах, давление в которых постепенно снижают. Меняют и состав газовых смесей. За этим следят врачи-физиологи. Ошибки в режимах декомпрессии недопустимы, поскольку могут привести к декомпрессионной болезни и даже к летальному исходу для водолазов. Поэтому спуски на большие глубины достаточно сложны, дороги, опасны и неудобны. Всё это тормозит дальнейшее увеличение глубины погружения водолазов свыше 500 м. Так есть ли выход из этой ситуации? Сможет ли человек преодолеть 500 метровый барьер глубины?

Оказывается есть! Это отказ от применения газовых смесей и переход на жидкостное дыхание.

Жидкостное дыхание предполагает заполнение лёгких жидкостью, насыщенной растворённым в ней кислородом, который проникает в кровь. Наиболее подходящими веществами для этой цели рассматриваются перфторуглеродные соединения, хорошо растворяющие кислород и углекислый газ, имеющие низкое поверхностное натяжение, высокоинертные, и не метаболизирующиеся в организме.

Все это похоже на фантастический сюжет знаменитого фильма «Бездна», где на огромную глубину человек смог спуститься в скафандре, шлем которого был заполнен жидкостью. Ею подводник и дышал. Теперь это уже не фантастика.

Мало кто знает, что опыты по жидкостному дыханию на людях в нашей стране уже проводились и дали потрясающие результаты. Акванавты дышали жидкостью на глубине в полкилометра и больше. Вот только народ о своих героях так и не узнал.

Жидкостное дыхание применимо и в космосе. Чтобы космонавту выдержать перегрузки в сотни G достаточно погрузить его в жидкость. Тогда перегрузки превратятся в давление. Тут то и пригодится жидкостное дыхание.

А ещё жидкостное дыхание можно применить в театре. Представьте себе гигантский аквариум, в котором люди плавают как рыбы. Какие можно придумать сюжеты! И про подводную жизнь, и про космос (жизнь в невесомости), и на религиозные темы (жизнь на небесах).

И всё это осуществимо!