عند تسلق الجبال ، بسبب انخفاض الضغط الجوي ، ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين في الفضاء السنخي. عندما ينخفض هذا الضغط عن 50 مم زئبق . فن. (على ارتفاع 5 كم) ، يحتاج الشخص غير المتكيف إلى استنشاق خليط غازي يزداد فيه محتوى الأكسجين. على ارتفاع 9 كم ، ينخفض الضغط الجزئي في الهواء السنخي إلى 30 ملم زئبق. . الفن ، ومن المستحيل عمليا الصمود في مثل هذه الحالة. لذلك ، يتم استنشاق الأكسجين بنسبة 100 ٪. في هذه الحالة ، عند ضغط بارومتري معين ، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي 140 ملم زئبق. . الفن الذي يخلق فرصا كبيرة لتبادل الغازات. على ارتفاع 12 كم ، عندما يتم استنشاق الهواء العادي ، يكون الضغط السنخي 16 مم زئبق. . فن. (الموت) ، عند استنشاق الأكسجين النقي - 60 ملم زئبق فقط . الفن ، أي أنه لا يزال بإمكانك التنفس ، لكنه خطير بالفعل. في هذه الحالة ، يمكن توفير الأكسجين النقي تحت الضغط وضمان التنفس عند الصعود إلى ارتفاع 18 كم. مزيد من الصعود ممكن فقط في بدلات الفضاء.
التنفس تحت الماء على أعماق كبيرة
عندما ينزل تحت الماء ، يزداد الضغط الجوي. على سبيل المثال ، على عمق 10 أمتار ، يكون الضغط 2 الغلاف الجوي ، على عمق 20 م - 3 أجواء ، إلخ. في هذه الحالة ، يزيد الضغط الجزئي للغازات في الهواء السنخي بمقدار 2 و 3 مرات ، على التوالي.
هذا يهدد بإذابة عالية للأكسجين. لكن فائضه لا يقل ضررا على الجسم من نقصه. لذلك ، تتمثل إحدى طرق تقليل هذا الخطر في استخدام خليط غازي يتم فيه تقليل نسبة الأكسجين. على سبيل المثال ، على عمق 40 مترًا ، يعطون خليطًا يحتوي على 5 ٪ أكسجين ، على عمق 100 م - 2 ٪.
المشكلة الثانيةهو تأثير النيتروجين. عندما يزداد الضغط الجزئي للنيتروجين ، يؤدي ذلك إلى زيادة انحلال النيتروجين في الدم ويسبب حالة مخدرة. لذلك تبدأ من عمق 60 م , يتم استبدال خليط النيتروجين والأكسجين بخليط هيليوكسجين. الهليوم أقل سمية. يبدأ التأثير المخدر فقط على عمق 200-300 متر. . يجري البحث حاليًا حول استخدام مخاليط الهيدروجين والأكسجين للتشغيل على أعماق تصل إلى 2 كم ، لأن الهيدروجين غاز خفيف جدًا.
المشكلة الثالثةعمليات الغوص - هذا هو الضغط. إذا ارتفعت بسرعة من عمق ، فإن الغازات المذابة في الدم تغلي وتسبب انسدادًا غازيًا - انسداد الأوعية الدموية. لذلك ، فإن الضغط التدريجي مطلوب. على سبيل المثال ، يتطلب التسلق من عمق 300 متر إزالة الضغط لمدة أسبوعين.
بالنسبة لحياة الإنسان الطبيعية ، وكذلك الغالبية العظمى من الكائنات الحية ، فإن الأكسجين ضروري. نتيجة لعملية التمثيل الغذائي ، يرتبط الأكسجين بذرات الكربون ، مكونًا ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون). يُطلق على مجموع العمليات التي تضمن تبادل هذه الغازات بين الجسم والبيئة اسم التنفس.
إمداد جسم الإنسان بالأكسجينويتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الجسم عن طريق الجهاز التنفسي. يتكون من الشعب الهوائية والرئتين. يشمل الجهاز التنفسي العلوي الممرات الأنفية والبلعوم والحنجرة. علاوة على ذلك ، يدخل الهواء القصبة الهوائية ، والتي تنقسم إلى قصبتين رئيسيتين. تتشعب القصبات باستمرار وتصبح أرق ، وتشكل ما يسمى بشجرة القصبات الهوائية للرئتين. تنتهي كل قصبة (أرق تفرع من الشعب الهوائية) بالحويصلات الهوائية ، حيث يتم تبادل الغازات بين الهواء والدم. يبلغ إجمالي عدد الحويصلات الهوائية في البشر حوالي 700 مليون ، ويبلغ إجمالي مساحة سطحها 90-100 متر مربع.
هيكل الجهاز التنفسي.
سطح المجرى التنفسي ، باستثناء سطح الحويصلات الهوائية ، غير منفذة للغازات ، لذلك يسمى الفراغ داخل الشعب الهوائية بالمساحة الميتة. يبلغ متوسط حجمه عند الرجال حوالي 150 مل ، وفي النساء - 100 مل.
يدخل الهواء إلى الرئتين بسبب الضغط السلبي الناتج عن شدهما بواسطة الحجاب الحاجز والعضلات الوربية أثناء الاستنشاق. في التنفس الطبيعي ، يكون الاستنشاق فقط نشطًا ، ويحدث الزفير بشكل سلبي ، بسبب استرخاء العضلات التي توفر الإلهام. فقط مع التنفس القسري ، يتم تضمين عضلات الزفير في العمل ، مما يوفر ، نتيجة للضغط الإضافي على الصدر ، الحد الأقصى من انخفاض حجم الرئة.
عملية التنفس
يعتمد تكرار التنفس وعمقه على النشاط البدني. لذلك ، في حالة الراحة ، يقوم الشخص البالغ بإجراء 12-24 دورة تنفسية ، مما يوفر تهوية للرئتين في حدود 6-10 لتر / دقيقة. عند القيام بعمل شاق ، يمكن أن يزيد معدل التنفس حتى 60 دورة في الدقيقة ، ويمكن أن تصل كمية التهوية الرئوية إلى 50-100 لتر / دقيقة. عادة ما يكون عمق التنفس (أو حجم المد والجزر) أثناء التنفس الهادئ جزءًا صغيرًا من إجمالي سعة الرئة. مع زيادة التهوية الرئوية ، قد يزداد حجم المد والجزر بسبب أحجام احتياطي الشهيق والزفير. إذا أصلحنا الفرق بين أعمق نفس وأقصى زفير ، فإننا نحصل على قيمة السعة الحيوية للرئتين (VC) ، والتي لا تشمل فقط الحجم المتبقي ، والذي يتم إزالته فقط عندما تنهار الرئتان تمامًا.
تنظيم وتيرة وعمق التنفس يحدث بشكل انعكاسي ويعتمد على كمية ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الدم وعلى درجة الحموضة في الدم. المحفز الرئيسي الذي يتحكم في عملية التنفس هو مستوى ثاني أكسيد الكربون في الدم (ترتبط قيمة الرقم الهيدروجيني في الدم أيضًا بهذه المعلمة): كلما زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون ، زادت التهوية الرئوية. يؤثر تقليل كمية الأكسجين على تهوية الرئتين بدرجة أقل. هذا يرجع إلى خصوصية ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين في الدم. تحدث زيادة تعويضية كبيرة في التهوية الرئوية فقط بعد انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين في الدم إلى أقل من 12-10 كيلو باسكال.
كيف يؤثر الغوص تحت الماء على عملية التنفس؟؟ ضع في اعتبارك أولاً حالة السباحة باستخدام الغطس. يصبح التنفس من خلال الأنبوب أكثر صعوبة حتى عند غمره بضعة سنتيمترات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن مقاومة التنفس تزداد: أولاً ، عند الغوص ، تزداد المساحة الميتة بحجم أنبوب التنفس ، وثانيًا ، من أجل التنفس ، تضطر عضلات الجهاز التنفسي للتغلب على الضغط الهيدروستاتيكي المتزايد. على عمق متر واحد ، يمكن للشخص أن يتنفس من خلال أنبوب لمدة لا تزيد عن 30 ثانية ، وفي أعماق كبيرة ، يكاد يكون التنفس مستحيلًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن عضلات الجهاز التنفسي لا يمكنها التغلب على ضغط عمود الماء الذي يجب أن يتحمله نفسا من السطح. تعتبر أنابيب التنفس بطول 30-37 سم هي الأمثل ، واستخدام أنابيب التنفس الأطول يمكن أن يؤدي إلى مشاكل في القلب والرئة.
من الخصائص المهمة الأخرى التي تؤثر على التنفس قطر الأنبوب. مع قطر الأنبوب الصغير ، لا يدخل الهواء الكافي ، خاصة إذا كان من الضروري القيام ببعض الأعمال (على سبيل المثال ، السباحة بسرعة) ، ومع القطر الكبير ، يزداد حجم الفراغ الميت بشكل كبير ، مما يجعل التنفس صعبًا للغاية . القيم المثلى لقطر الأنبوب هي 18-20 مم. قد يؤدي استخدام طول أو قطر أنبوب غير قياسي إلى فرط التنفس اللاإرادي.
عند السباحة في جهاز تنفس مستقلترتبط الصعوبات الرئيسية في التنفس أيضًا بزيادة مقاومة الشهيق والزفير. المسافة بين ما يسمى بمركز الضغط وصندوق آلة التنفس لها أقل تأثير على زيادة مقاومة التنفس. تم إنشاء "مركز الضغط" بواسطة جاريت عام 1965. يبلغ ارتفاعه 19 سم تحت التجويف الوداجي و 7 سم خلفه. عند تطوير نماذج مختلفة من أجهزة التنفس ، يتم أخذها دائمًا في الاعتبار ويتم وضع صندوق جهاز التنفس في أقرب مكان ممكن من هذه النقطة. العامل الثاني الذي يؤثر على زيادة مقاومة التنفس هو مقدار المساحة الميتة الإضافية. إنه كبير بشكل خاص في الأجهزة ذات الأنابيب المموجة السميكة. تلعب المقاومة الكاملة للصمامات والأغشية والينابيع المختلفة في النظام دورًا مهمًا لتقليل ضغط خليط الجهاز التنفسي. والعامل الأخير هو زيادة كثافة الغاز نتيجة زيادة الضغط مع زيادة العمق.
في النماذج الحديثة للمنظمين ، يسعى المصممون إلى تقليل تأثيرات مقاومة التنفس المتزايدة من خلال إنشاء ما يسمى بآلات التنفس المتوازنة. لكن لا يزال لدى الغواصين الهواة عدد غير قليل من الأجهزة القديمة ذات مقاومة التنفس المتزايدة. هذه الأجهزة ، على وجه الخصوص ، هي الأسطورية AVM-1 و AVM-1m. يؤدي التنفس في هذه الأجهزة إلى ارتفاع استهلاك الطاقة ، لذلك لا ينصح بأداء عمل بدني شاق والغطس الطويل حتى عمق أكثر من 20 مترًا.
نوع التنفس الأمثل عند السباحة بجهاز تنفس مستقلينبغي النظر في التنفس البطيء والعميق. التردد الموصى به هو 14-17 نفسًا في الدقيقة. مع طبيعة التنفس هذه ، يتم ضمان تبادل الغازات الكافية مع الحد الأدنى من عمل عضلات الجهاز التنفسي ، ويتم تسهيل نشاط الجهاز القلبي الوعائي. التنفس السريع يجعل من الصعب على القلب العمل ويؤدي إلى الحمل الزائد.
يؤثر على عمل الجهاز التنفسي ومعدل الانغماس في العمق. مع الزيادة السريعة في الضغط (الضغط) ، تقل السعة الحيوية للرئتين ، مع البطء ، لا تتغير عمليًا. يرجع الانخفاض في رأس المال الاستثماري إلى عدة أسباب. أولاً ، عند غمرها في العمق ، يندفع حجم إضافي من الدم إلى الرئتين لتعويض الضغط الخارجي ، وعلى ما يبدو ، أثناء الانضغاط السريع ، يتم ضغط بعض القصيبات بواسطة الأوعية الدموية "المنتفخة" ؛ يترافق هذا التأثير مع زيادة سريعة في كثافة الغاز ، مما يؤدي إلى انسداد الهواء في بعض مناطق الرئتين ( تحدث مصائد الهواء»). « مصائد الهواء»خطيرة للغاية ، لأنها تزيد بشكل كبير من خطر الإصابة برضح ضغط الرئة أثناء الغوص المستمر وأثناء الصعود ، خاصةً إذا لم يتم ملاحظة وضع الصعود والسرعة. في أغلب الأحيان ، يتم تشكيل مثل هذه "المصائد" بواسطة الغواصين الذين يكونون تحت الماء في وضع رأسي. هناك فارق بسيط آخر مرتبط بالوضع الرأسي للغواص. هذا هو عدم تجانس تبادل الغازات في الوضع الرأسي: تحت تأثير الجاذبية ، يدخل الدم إلى الأجزاء السفلية من الرئتين ، ويتراكم خليط الغاز في الجزء العلوي ، مستنفدًا في الدم. إذا كان الغواص تحت الماء في وضع أفقي ووجهه لأسفل ، فإن القيمة النسبية للتهوية السنخية تزداد بشكل كبير مقارنة بالوضع العمودي ، ويتحسن تبادل الغازات وتشبع الدم الشرياني بالأكسجين.
أثناء تخفيف الضغط وبعض الوقت بعده ، ينخفض VC أيضًا بسبب زيادة تدفق الدم إلى الرئتين.
يؤثر سلبا على الجهاز التنفسيوحقيقة أن الهواء القادم من الأسطوانات عادة ما يكون باردًا ولا يحتوي على رطوبة تقريبًا. يمكن أن يتسبب استنشاق الغازات الباردة في حدوث اضطرابات في الجهاز التنفسي تتمثل في ارتعاش عضلات الجهاز التنفسي وألم في الصدر وزيادة إفراز الأغشية المخاطية للأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية وصعوبة في التنفس. عند السباحة في الماء البارد ، تتفاقم مشكلة إفراز المخاط بشكل خاص: حركات البلع اللازمة لمعادلة الضغط في تجويف الأذن الوسطى صعبة. ونظرًا لحقيقة أن الهواء القادم لا يحتوي عمليًا على أي رطوبة ، فقد يحدث تهيج في الأغشية المخاطية للعين والأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية. العامل المشدد هنا هو أيضًا تبريد الجسم.
للحفاظ على الحياة ، من الضروري ، من ناحية ، الامتصاص المستمر للأكسجين من قبل خلايا الكائن الحي ، ومن ناحية أخرى ، إزالة ثاني أكسيد الكربون الناتج عن عمليات الأكسدة. تشكل هاتان العمليتان المتوازيتان جوهر التنفس.
في الحيوانات متعددة الخلايا عالية التنظيم ، يتم التنفس عن طريق أعضاء خاصة - الرئتين.
تتكون رئتا الإنسان من العديد من الحويصلات الرئوية الفردية الصغيرة من الحويصلات التي يبلغ قطرها 0.2 مم. ولكن نظرًا لأن عددها كبير جدًا (حوالي 700 مليون) ، فإن السطح الإجمالي كبير ويبلغ 90 م 2.
الحويصلات الهوائية مضفرة بكثافة بشبكة من أنحف الأوعية الدموية - الشعيرات الدموية. يبلغ سمك جدار الحويصلة الرئوية والشعيرات الدموية معًا 0.004 مم فقط.
وبالتالي ، فإن الدم المتدفق عبر الشعيرات الدموية في الرئتين يكون على اتصال وثيق للغاية مع الهواء في الحويصلات الهوائية ، حيث يحدث تبادل الغازات.
يدخل الهواء الجوي إلى الحويصلات الرئوية ، ويمر عبر الممرات الهوائية.
تبدأ الممرات الهوائية في ما يسمى بالحنجرة عند النقطة التي يمر فيها البلعوم إلى المريء. يتبع الحنجرة قصبة هوائية - قصبة هوائية يبلغ قطرها حوالي 20 مم ، توجد في جدرانها حلقات غضروفية (الشكل 7).
أرز. 7. الجهاز التنفسي العلوي:
1- تجويف الأنف: 2- تجويف الفم. 3 - المريء. 4 - الحنجرة والقصبة الهوائية (القصبة الهوائية) ؛ 5 - لسان المزمار
تمر القصبة الهوائية إلى تجويف الصدر ، حيث تنقسم إلى قصبتين كبيرتين - اليمين واليسار ، حيث تتدلى الرئتان اليمنى واليسرى. عند دخول الرئة ، تتضاءل فروع القصبات وفروعها (القصبات المتوسطة والصغيرة) تدريجياً ، وأخيراً تنتقل إلى أنحف الفروع الطرفية - القصيبات ، التي تجلس عليها الحويصلات الهوائية.
في الخارج ، تُغطى الرئتان بغشاء أملس رطب قليلاً - غشاء الجنب. تغطي نفس القوقعة بالضبط الجزء الداخلي من جدار تجويف الصدر ، والذي يتكون من الجانبين بواسطة الضلوع والعضلات الوربية ، ومن الأسفل بواسطة الحجاب الحاجز أو العضلة الصدرية.
في العادة ، لا تلتحم الرئتان بجدران الصدر ، بل يتم ضغطهما بقوة فقط. هذا بسبب عدم وجود هواء في التجاويف الجنبية (بين الأغشية الجنبية للرئتين وجدران الصدر) ، والتي تمثل فجوات ضيقة. داخل الرئتين ، في الحويصلات الهوائية ، يوجد دائمًا هواء متصل بالجو ، لذلك يوجد (في المتوسط) ضغط جوي في الرئتين. إنه يضغط على الرئتين على جدران الصدر بقوة بحيث لا تستطيع الرئتان تمزيقهما بعيدًا عنهما وتتبعهما بشكل سلبي ، مع تمدد أو تقلص الصدر.
الدم ، الذي يجعل الدورة الدموية مستمرة عبر أوعية الحويصلات الهوائية ، يلتقط الأكسجين ويطلق ثاني أكسيد الكربون (CO 2). لذلك ، من أجل التبادل السليم للغازات ، من الضروري أن يحتوي الهواء في الرئتين على الكمية اللازمة من الأكسجين ولا يفيض بـ CO 2 (ثاني أكسيد الكربون). يتم ضمان ذلك من خلال التجديد الجزئي المستمر للهواء في الرئتين. عندما تستنشق ، يدخل هواء الغلاف الجوي النقي إلى الرئتين ، وعند الزفير ، يتم إزالة الهواء المستخدم بالفعل.
يحدث التنفس بالطريقة التالية. أثناء الاستنشاق ، يتمدد الصدر بجهد من عضلات الجهاز التنفسي. الرئتان ، التي تتبع الصدر بشكل سلبي ، تمتص الهواء عبر الجهاز التنفسي. ثم ينخفض حجم الصدر بسبب مرونته ، وتتقلص الرئتان وتدفعان الهواء الزائد إلى الغلاف الجوي. هناك زفير. أثناء التنفس الهادئ ، يدخل 500 مل من الهواء إلى رئتي الإنسان أثناء كل نفس. يزفر بنفس المقدار. هذا الهواء يسمى الجهاز التنفسي. ولكن إذا أخذت نفسًا عميقًا بعد التنفس الطبيعي ، فسوف يدخل 1500-3000 مل من الهواء إلى الرئتين. انها تسمى اضافية. بالإضافة إلى ذلك ، مع الزفير العميق بعد الزفير الطبيعي ، يمكن إزالة ما يصل إلى 1000-2500 مل من الهواء الاحتياطي المزعوم من الرئتين. ومع ذلك ، بعد ذلك ، يتبقى حوالي 1000-1200 مل من الهواء المتبقي في الرئتين.
يُطلق على مجموع حجم الهواء التنفسي والإضافي والاحتياطي القدرة الحيوية للرئتين. يتم قياسه باستخدام جهاز خاص - مقياس التنفس. في مختلف الأشخاص ، تتراوح السعة الحيوية للرئتين من 3000 إلى 6000-7000 مل.
القدرة الحيوية العالية ضرورية للغواصين. كلما زادت سعة الرئة ، كلما كان الغواص تحت الماء.
يتم تنظيم التنفس بواسطة خلايا عصبية خاصة - ما يسمى بمركز الجهاز التنفسي ، والذي يقع بجوار المركز الحركي الوعائي في النخاع المستطيل.
المركز التنفسي حساس للغاية لثاني أكسيد الكربون الزائد في الدم. تؤدي زيادة ثاني أكسيد الكربون في الدم إلى تهيج مركز الجهاز التنفسي وتسريع عملية التنفس. على العكس من ذلك ، يؤدي الانخفاض الحاد في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الدم أو الهواء السنخي إلى توقف التنفس قصير المدى (انقطاع النفس) لمدة 1-1.5 دقيقة.
التنفس تحت بعض السيطرة على الإرادة. يمكن للشخص السليم حبس أنفاسه طواعية لمدة 45-60 ثانية.
مفهوم تبادل الغازات في الجسم(التنفس الخارجي والداخلي). يوفر التنفس الخارجي تبادل الغازات بين الهواء الخارجي ودم الإنسان ، ويشبع الدم بالأكسجين ويزيل ثاني أكسيد الكربون منه. يضمن التنفس الداخلي تبادل الغازات بين الدم وأنسجة الجسم.
يحدث تبادل الغازات في الرئتين والأنسجة نتيجة الاختلاف في الضغط الجزئي للغازات في الهواء السنخي والدم والأنسجة. الدم الوريدي الذي يدخل الرئتين فقير بالأكسجين وغني بثاني أكسيد الكربون. الضغط الجزئي للأكسجين فيه (60-76 ملم زئبق) أقل بكثير من الهواء السنخي (100-110 ملم زئبق) ، والأكسجين يمر بحرية من الحويصلات الهوائية إلى الدم. من ناحية أخرى ، فإن الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الوريدي (48 ملم زئبق) أعلى منه في الهواء السنخي (41.8 ملم زئبق) ، مما يتسبب في خروج ثاني أكسيد الكربون من الدم وعبوره إلى الحويصلات الهوائية ، حيث يتم إزالته منها أثناء الزفير. تحدث هذه العملية في أنسجة الجسم بشكل مختلف: يدخل الأكسجين من الدم إلى الخلايا ، ويكون الدم مشبعًا بثاني أكسيد الكربون ، وهو غاز يتواجد بكميات زائدة في الأنسجة.
يمكن رؤية العلاقة بين الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي والدم وأنسجة الجسم من الجدول (يتم التعبير عن قيم الضغوط الجزئية بوحدة ملم زئبق).
يضاف إلى ذلك أن نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون في الدم أو الأنسجة تساهم في تحلل أكسيد الهيموجلوبين إلى هيموجلوبين وأكسجين نقي ، كما أن نسبة الأكسجين العالية تساهم في إزالة ثاني أكسيد الكربون من الدم عبر الرئتين.
ملامح التنفس تحت الماء. نحن نعلم بالفعل أنه لا يمكن لأي شخص استخدام الأكسجين المذاب في الماء للتنفس ، لأن رئتيه لا تحتاج إلا إلى الأكسجين الغازي.
لضمان النشاط الحيوي للكائن الحي تحت الماء ، من الضروري توصيل خليط الجهاز التنفسي بشكل منهجي إلى الرئتين.
يمكن القيام بذلك بثلاث طرق: من خلال أنبوب التنفس ، واستخدام جهاز التنفس المستقل وإمداد الهواء من سطح الماء إلى الأجهزة العازلة (البدل ، وأحواض الاستحمام ، والمنازل). هذه المسارات لها خصائصها الخاصة. من المعروف منذ فترة طويلة أنه تحت الماء ، يمكنك التنفس من خلال أنبوب على عمق لا يزيد عن متر واحد.
في الأعماق الكبيرة ، لا تستطيع عضلات الجهاز التنفسي التغلب على المقاومة الإضافية لعمود الماء الذي يضغط على الصدر. لذلك ، للسباحة تحت الماء ، يتم استخدام أنابيب التنفس التي لا يزيد طولها عن 0.4 متر.
ولكن حتى مع وجود مثل هذا الأنبوب ، فإن مقاومة التنفس لا تزال كبيرة جدًا ، إلى جانب أن الهواء الداخل إلى التنفس مستنفد إلى حد ما في الأكسجين ولديه فائض طفيف من ثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى إثارة مركز الجهاز التنفسي ، والذي يتم التعبير عنه بشكل معتدل ضيق التنفس (يزيد معدل التنفس بمقدار 5-7 أنفاس في الدقيقة).
لضمان التنفس الطبيعي في العمق ، من الضروري تزويد الرئتين بالهواء عند ضغط يتوافق مع الضغط على عمق معين ويمكن أن يوازن ضغط الماء الخارجي على الصدر.
في بدلة الأكسجين ، يتم ضغط خليط التنفس إلى الدرجة المطلوبة قبل دخول الرئتين ، في كيس التنفس ، مباشرة بواسطة ضغط البيئة.
في جهاز تنفس هواء مضغوط قائم بذاته ، يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة آلية خاصة. في الوقت نفسه ، من المهم مراعاة حدود معينة لمقاومة التنفس ، حيث أن قيمة كبيرة لها لها تأثير سلبي على نظام القلب والأوعية الدموية للإنسان ، وتسبب إرهاقًا لعضلات الجهاز التنفسي ، ونتيجة لذلك لا يستطيع الجسم القيام بذلك. الحفاظ على نظام التنفس اللازم.
في الأجهزة الرئوية الأوتوماتيكية ، لا تزال مقاومة التنفس كبيرة جدًا. يتم تقدير قيمته بسبب جهد عضلات الجهاز التنفسي ، مما يخلق فراغًا في الرئتين والممرات الهوائية وأنبوب الاستنشاق وفي التجويف الغشائي للأوتوماتون الرئوي. تحت ظروف الضغط الجوي ، وكذلك في الوضع الرأسي للغواص في الماء ، عندما تكون آلة الرئة في نفس المستوى مع "مركز" الرئتين ، تكون مقاومة التنفس عند الشهيق حوالي 50 مم من الماء . فن. في الغطس الأفقي ، حيث توجد آلة الرئة خلف الظهر على أسطوانات ، يكون الفرق بين ضغط الماء على غشاء آلة الرئة وعلى صدر الغواص حوالي 300 ملم من الماء. فن.
لذلك تصل مقاومة الاستنشاق إلى 350 مم من الماء. فن. لتقليل مقاومة التنفس ، يتم وضع مرحلة التخفيض الثانية لأنواع جديدة من معدات الغوص في قطعة الفم.
في المعدات ذات التهوية ، حيث يتم توفير الهواء من خلال خرطوم من السطح ، يتم ضغطه باستخدام مضخات أو ضواغط غوص خاصة ، ويجب أن تكون درجة الضغط متناسبة مع عمق الغوص. يتم التحكم في قيمة الضغط في هذه الحالة بواسطة مقياس ضغط مثبت بين المضخة وخرطوم الغوص.
هناك رأي واسع الانتشار مفاده أن أسلافنا ، في حالة حدوث حالة قاسية أثناء الأعمال العدائية ، يمكن أن يتنفسوا بنجاح باستخدام أبسط الأجهزة مثل الأنبوب ، وغمرهم في الماء لفترة طويلة ، ومن المفترض أن يتم قياس عمق الغمر بـ متر ، الوقت - بالساعات ، الأنبوب - قصبة بسيطة (على سبيل المثال ، العبور الخفي لحاجز مائي ، الفرار من الاضطهاد ، إلخ).
بالنظر إلى أن شخصنا هو شخصية إبداعية ، فإن كل ما هو معروف أو مسموع يسعى إلى التحقق منه على الفور في الممارسة العملية ، فإننا نعتبر أنفسنا مضطرين للتحذير من الأخطاء المحتملة المرتبطة بالتنفس في ظروف خاصة. هذا يرجع بشكل خاص إلى إمكانية التنفس تحت الماء باستخدام وسائل مرتجلة. قبل البدء في مثل هذه الفحوصات ، خاصة على أعماق تزيد عن متر واحد ، يجب على المرء أن يفهم بوضوح فيزياء العملية.
لاحظ أن الاختبار العملي لإمكانية التنفس تحت الماء باستخدام وسائل مرتجلة ، وعلى أعماق تزيد عن متر واحد ، كقاعدة عامة ، ينتهي بشكل سيء للغاية: ينتهي الأمر بـ "المجربين" في سرير المستشفى لفترة طويلة مع اضطرابات خطيرة في الدورة الدموية . قصص الأشخاص "ذوي الخبرة" ، تجربتهم الخاصة في السباحة في قناع مع غطس (إن وجد) أو الاعتماد على تجربة السباحة في قناع مع غطس عمه الآخر دون فهم واضح للعمليات الفيزيائية التي تحدث خلال هذا مميتة!
لماذا؟ هناك عدة أسباب.
1. لضمان التنفس تحت الماء ، يجب أن يحتوي الجسم المرتجل الذي يتم التنفس من خلاله على جزء ممر على الأقل يضمن تدفق الهواء إلى الرئتين بالحجم المطلوب لعملية التنفس ، من ناحية ، ويجب تكون فوق سطح الماء ، حتى عند هياجها - من ناحية أخرى ، لأن تأثير دخول الماء إلى الرئتين أثناء التنفس لا يحتاج إلى تعليق.
2. عدم مساواة الضغوط المؤثرة داخل وخارج الجسم عند غمره في الماء مع كل العواقب المترتبة على ذلك.
ضع في اعتبارك مخططًا لتفاعل ضغط الهواء (في الخارج والداخل) على شخص (انظر الرسم البياني في الشكل 2.10) ، مستلقيًا على أريكة وتحت تأثير ضغط الهواء الجوي.
كما يتضح من الرسم البياني ، فإن التجويف الجنبي الداخلي يتعرض لضغط مساوٍ للغلاف الجوي ، في حين أن السطح الخارجي بأكمله (بما في ذلك الصدر) يخضع أيضًا لضغط مساوٍ للغلاف الجوي ، أي 1 كجم ق / سم 2.
وبالتالي ، يمكننا الحديث عن مساواة الضغط الداخلي والخارجي المؤثرين على جسم الإنسان ، وبالتالي غياب (بشكل عام) التداخل الذي يمنع الدورة الدموية الطبيعية تحت تأثير الضغط الجوي.
تظهر صورة مختلفة تمامًا عن تفاعل ضغط الهواء (بالخارج والداخل) على الشخص عند غمره تحت الماء بالتنفس عبر أنبوب متصل بالجو (انظر الرسم البياني في الشكل 2.11).
في هذه الحالة ، من الداخل ، من جانب الرئتين ، يتم ضغط الهواء بقوة جو واحد (أي نفس 1 كجم ق / سم 2) ، ويضغط خارج الجسم (بما في ذلك الصدر):
الهواء بنفس قوة الغلاف الجوي (1 كجم / سم 2) ؛
عمود ماء بارتفاع يساوي عمق الغمر.
ما يحدث في هذه الحالة؟
1. لذلك ، عند عمق الغمر ، على سبيل المثال ، يساوي 50 سم من سطح الماء ، يكون الصندوق تحت ضغط زائد من الخارج ، ناتج عن عمود مائي بارتفاع يساوي عمق الغمر ، أي في هذه الحالة ، 50 سم من عمود الماء ، أو 50 جم / سم 2 (5 كجم / دسم 2). هذا يجعل التنفس صعبًا بشكل ملحوظ ، لأن. مع الأخذ في الاعتبار منطقة الصدر ، تنشأ الظروف عندما يتعين على المرء أن يتنفس بالفعل في ظروف تعادل تلك التي تضغط فيها حمولة من 15 إلى 20 كجم على الصدر.
لكن هذه صعوبات جسدية بحتة تصاحب فعل التنفس في مثل هذه الظروف.
2. إنها ليست مجرد صعوبات جسدية بحتة. أكثر خطورة وأكثر خطورة هو مظهر من مظاهر اضطرابات الدورة الدموية. تحت تأثير الضغط الزائد الناتج عن عمود من الماء والذي يعمل على سطح الجسم بالكامل ، يُدفع الدم للخروج من أجزاء الجسم حيث يكون الضغط أعلى (الساقين ، تجويف البطن) ، في مناطق الضغط المنخفض - إلى الصدر والرأس. تمنع الأوعية التي تفيض بالدم في هذه الأجزاء من الجسم التدفق الطبيعي للدم من القلب والشريان الأورطي: فالأخير يتمدد بشكل مفرط من الدم الزائد ، ونتيجة لذلك - إن لم يكن الموت ، فهو مرض خطير.
أكدت الدراسات التجريبية التي أجراها الطبيب النمساوي R. Stiegler والتي وصفها في كتاب الاستحمام والسباحة والغطس (فيينا) بشكل كامل ما سبق. أجرى تجارب على نفسه ، حيث غمر جسده ورأسه في الماء بأنبوب يخرج من فمه.
يتم عرض نتائج التجارب في الجدول 2.
الصيد
ملامح التنفس تحت الماء
نحن نعلم بالفعل أن الأكسجين المذاب الموجود في الماء لا يمكن للبشر استخدامه للتنفس ، لأن الرئتين تحتاجان فقط إلى الأكسجين الغازي. لضمان النشاط الحيوي للجسم تحت الماء ، من الضروري توصيل كمية كافية من الأكسجين إلى الرئتين بشكل منتظم. يمكن القيام بذلك بالطرق التالية:
من خلال أنبوب التنفس
استخدام جهاز تنفس مستقل ؛
الإمداد من سطح الماء لبدلات الفضاء ، وأحواض الاستحمام ، والمنازل من نوع كوستو ، وما إلى ذلك ؛
عن طريق التجديد (الانتعاش) في الغواصات.
كل هذه الطرق ليست طبيعية للإنسان ولها خصائصها الخاصة.
التنفس من خلال أنبوب. من المعروف أنه تحت الماء على عمق لا يزيد عن متر ، يمكنك التنفس من خلال أنبوب. في الأعماق الكبيرة ، لا تستطيع عضلات الجهاز التنفسي ، كما نعلم ، التغلب على المقاومة الإضافية التي تتشكل أثناء الشهيق والزفير. في الممارسة العملية ، يتم استخدام أنابيب التنفس التي لا يزيد طولها عن 0.4 متر للسباحة تحت الماء.
التنفس في جهاز قائم بذاته. لضمان التنفس الطبيعي على عمق كبير ، من الضروري تزويد الرئتين بالهواء عند ضغط يمكن أن يوازن ضغط الماء الخارجي على الصدر.
في بدلة الأكسجين ، يتم ضغط خليط التنفس إلى الدرجة المرغوبة في كيس التنفس مباشرة عن طريق الضغط المحيط قبل دخول الرئتين.
في جهاز تنفس هواء مضغوط قائم بذاته ، يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة آلة الرئة.
في هذه الحالة ، من المهم بشكل خاص مراعاة حدود معينة لمقاومة التنفس ، حيث أن كمية كبيرة منها لها تأثير سلبي على نظام القلب والأوعية الدموية للإنسان ، وتسبب إرهاقًا لعضلات الجهاز التنفسي ، ونتيجة لذلك لا يستطيع الجسم القيام بذلك. الحفاظ على نظام التنفس اللازم.
في الأجهزة الرئوية الأوتوماتيكية ، لا تزال مقاومة التنفس كبيرة جدًا. يتم تقدير قيمته من خلال الحد الأقصى للخلخلة في نظام توصيل الغاز للجهاز بالقرب من لسان الحال ، أي في المنطقة المجاورة مباشرة لفم الإنسان.
في معدات الغوص المنزلي في الهواء ، يكون غير مهم ويساوي حوالي 40-60 ملم من الماء. فن. ومع ذلك ، فإن المقاومة تحت الماء ، خاصة في بداية الاستنشاق ، تزداد بشكل كبير وتصل إلى 200-330 ملم من الماء. فن. (عندما يكون السباح في وضع أفقي).
تعتمد مقاومة التنفس على:
أ) من موقع جهاز الرئة بالنسبة إلى رئتي الشخص ؛
ب) على قيمة المقاومة الميكانيكية للأوتوماتون ، والتي تتغلب عليها عضلات الجهاز التنفسي. هذه هي قوة الينابيع ، والضغط الخلفي على الصمامات ، وقوة الاحتكاك في المفاصل المحورية ، وما إلى ذلك ؛
ج) طول خراطيم المدخل والمخرج وطبيعة سطحها الداخلي وحجم الفوهة ووجود الصمامات فيها.
من إجمالي مقاومة التنفس ، تعتمد معظم المقاومة على موقع الجهاز الرئوي ، أي على الاختلاف في الضغط على غشاء الجهاز الآلي والصدر. لتقليل هذا الاختلاف ، يتم وضع جهاز الرئة في المقدمة ، على مستوى صدر السباح ، وعلى المعدة وبالقرب من الفوهة.
يوجد حاليًا أيضًا تصميمات للأوتوماتيكية الرئوية ، حيث يتم تحقيق انخفاض في قيمة مقاومة التنفس من خلال أنواع مختلفة من الأجهزة التعويضية ، وانخفاض حجم غرفة الأوتوماتيكي الرئوي والخراطيم.