Atmen in großen Tiefen. Atmen in den Bergen und unter Wasser
Beim Bergsteigen nimmt aufgrund eines Abfalls des atmosphärischen Drucks der Sauerstoffpartialdruck im Alveolarraum ab. Wenn dieser Druck unter 50 mmHg fällt . Kunst. (5 km Höhe) muss eine nicht angepasste Person ein Gasgemisch einatmen, in dem der Sauerstoffgehalt erhöht ist. In 9 km Höhe sinkt der Partialdruck in der Alveolarluft auf 30 mm Hg. . Art., und es ist praktisch unmöglich, einem solchen Zustand standzuhalten. Daher wird die Inhalation von 100 % Sauerstoff verwendet. In diesem Fall beträgt der Sauerstoffpartialdruck in der Alveolarluft bei einem gegebenen barometrischen Druck 140 mm Hg. . Art., die große Möglichkeiten für den Gasaustausch schafft. In einer Höhe von 12 km beträgt der Alveolardruck beim Einatmen normaler Luft 16 mm Hg. . Kunst. (Tod), wenn reiner Sauerstoff eingeatmet wird - nur 60 mm Hg . Art., d.h. man kann noch atmen, aber es ist schon gefährlich. In diesem Fall ist es möglich, reinen Sauerstoff unter Druck zuzuführen und die Atmung beim Aufstieg in eine Höhe von 18 km sicherzustellen. Weiterer Aufstieg ist nur in Raumanzügen möglich.
Atmen unter Wasser in großen Tiefen
Beim Absenken unter Wasser steigt der atmosphärische Druck. In einer Tiefe von 10 m beträgt der Druck beispielsweise 2 Atmosphären, in einer Tiefe von 20 m - 3 Atmosphären usw. In diesem Fall steigt der Partialdruck von Gasen in der Alveolarluft um das 2- bzw. 3-fache.
Dies droht mit einer hohen Auflösung von Sauerstoff. Aber sein Überschuss ist für den Körper nicht weniger schädlich als sein Mangel. Daher besteht eine Möglichkeit, diese Gefahr zu verringern, darin, ein Gasgemisch zu verwenden, in dem der Sauerstoffanteil reduziert ist. In einer Tiefe von 40 m ergeben sie beispielsweise eine Mischung mit 5% Sauerstoff, in einer Tiefe von 100 m - 2%.
Zweites Problem ist der Einfluss von Stickstoff. Steigt der Partialdruck des Stickstoffs an, führt dies zu einer erhöhten Stickstoffauflösung im Blut und verursacht einen narkotischen Zustand. Daher ab einer Tiefe von 60 m , das Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch wird durch ein Helio-Sauerstoff-Gemisch ersetzt. Helium ist weniger giftig. Es beginnt erst in einer Tiefe von 200-300 m eine narkotische Wirkung zu haben. . Derzeit wird an der Nutzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gemischen für den Betrieb in Tiefen von bis zu 2 km geforscht, da Wasserstoff ein sehr leichtes Gas ist.
Drittes Problem Tauchoperationen - das ist Dekompression. Wenn Sie schnell aus der Tiefe aufsteigen, kochen die im Blut gelösten Gase und verursachen eine Gasembolie - Verstopfung der Blutgefäße. Daher ist eine allmähliche Dekompression erforderlich. Zum Beispiel erfordert das Klettern aus einer Tiefe von 300 m 2 Wochen Dekompression.
Beim Bergsteigen nimmt der Sauerstoffdruck in der Luft stetig ab, was zu einem Absinken dieses Drucks in den Lungenbläschen und damit zu einem Absinken der Sauerstoffspannung im Blut führt. Wenn die Sauerstoffspannung unter 50-60 mmHg fällt, beginnt die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins sehr schnell abzunehmen.
Merkmale physiologischer Atemveränderungen im Gebirge
Die meisten Menschen empfinden beim Atmen in den Bergen bis zu einer Höhe von 2,5 km keine Atemnot. Dies bedeutet nicht, dass sich der Organismus in 2 km Höhe im gleichen Zustand befindet wie bei barometrischem Druck auf Meereshöhe. Obwohl das Blut in einer Höhe von bis zu 3 km zu nicht weniger als 90 % seiner Kapazität mit Sauerstoff gesättigt ist, wird die Spannung des im Blut gelösten Sauerstoffs bereits hier reduziert, was eine Reihe von beobachteten Verschiebungen beim Einatmen erklärt die Berge. Diese beinhalten:
- Vertiefung und leichte Zunahme der Atmung;
- erhöhte Herzfrequenz und Zunahme des Minutenvolumens;
- ein gewisser Anstieg des BCC;
- erhöhte Neubildung von roten Blutkörperchen;
- ein kleiner Abfall der Erregbarkeit der Rezeptoren, der nur durch sehr subtile Methoden festgestellt werden kann und nach zwei oder drei Tagen Aufenthalt auf der angegebenen Höhe verschwindet.
All diese Veränderungen beim Atmen in den Bergen beim Gesunden sind aber gerade Regulationsvorgänge, deren normaler Ablauf die Arbeitsfähigkeit in der Höhe sicherstellt. Kein Wunder, dass der Aufenthalt in einer Höhe von 1-2 km manchmal als therapeutische Technik im Kampf gegen bestimmte Krankheiten eingesetzt wird.
Ab einer Höhe von 3 km und bei einer Reihe von Menschen (ohne Muskelarbeit) erst ab einer Höhe von 3,5 km werden verschiedene Störungen festgestellt, die hauptsächlich von Änderungen in der Aktivität höherer Zentren abhängen. Beim Atmen in den Bergen nimmt die Spannung des im Blut gelösten Sauerstoffs ab, und auch die Menge des durch Hämoglobin gebundenen Sauerstoffs nimmt ab. Symptome einer respiratorischen Hypoxie treten auf, wenn die Blutsauerstoffsättigung unter 85 % der Sauerstoffkapazität des Blutes fällt. Wenn die Sauerstoffsättigung während einer respiratorischen Hypoxie unter 50-45% der Sauerstoffkapazität fällt, tritt bei einer Person der Tod ein.
Wenn der Aufstieg zu einer beträchtlichen Höhe langsam erfolgt (z. B. beim Klettern), entwickeln sich Symptome einer Hypoxie, die bei einer sich schnell entwickelnden Hypoxie nicht erkannt werden und zu Bewusstlosigkeit führen. In diesem Fall werden aufgrund einer Störung der höheren Nervenaktivität Müdigkeit, Schläfrigkeit, Zittern, Atemnot, Herzklopfen, oft Übelkeit und manchmal Blutungen (Höhenkrankheit oder Bergkrankheit) festgestellt.
Eine Veränderung der Nervenaktivität kann bereits vor der Abnahme der Oxyhämoglobinmenge im Blut beginnen, abhängig von der Abnahme der Spannung des im Blut gelösten Sauerstoffs. Bei Hunden werden manchmal bereits bei 1000 m einige Veränderungen der Nervenaktivität festgestellt, die sich zunächst in einer Zunahme konditionierter Reflexe und einer Schwächung von Hemmprozessen in der Großhirnrinde äußern. In größerer Höhe nehmen konditionierte Reflexe ab und verschwinden dann (in einer Höhe von 6-8 km). Unkonditionierte Reflexe nehmen ebenfalls ab. In der Großhirnrinde wird die Hemmung verstärkt. Wenn in geringer Höhe (2-4 km) nur zum ersten Mal Veränderungen der konditionierten Reflexe festgestellt werden, nehmen die Störungen der konditionierten Reflexaktivität in signifikanten Höhen bei anhaltender Hypoxie nicht ab, sondern vertiefen sich.
Durch Hypoxie beim Atmen in den Bergen verursacht, beeinflussen Veränderungen des Zustands der Großhirnrinde natürlich den Ablauf aller physiologischen Funktionen. Die sich im Kortex entwickelnde Hemmung kann auch auf subkortikale Formationen übertragen werden, was sowohl die Verletzung motorischer Handlungen als auch die Verstärkung von Reflexen auf Impulse von Interorezeptoren betrifft.
Höhenlimit
Je nach individueller Ausprägung, Fitnesslevel kann es unterschiedlich sein, wenn Atmungsstörungen in den Bergen auftreten, aber diese Störungen, wenn auch in unterschiedlicher Höhe, treten sicher bei jedem auf.
Bei gesunden Menschen kann im Durchschnitt folgende Größenskala angegeben werden, bei der bestimmte funktionelle Veränderungen im Körper auftreten:
- Bis zu einer Höhe von 2,5 km treten bei den meisten Menschen (und einige Personen bis zu einer Höhe von 3,5-4 km) keine signifikanten Störungen auf. Die Sättigung des Blutes mit Sauerstoff ist hier sogar höher als 85% der Sauerstoffkapazität, und von den Veränderungen im Körperzustand sind nur eine erhöhte Aktivität der Atemwege, des Herz-Kreislauf-Systems sowie eine erhöhte Neubildung roter Blutkörperchen charakteristisch;
- in einer Höhe von 4-5 km beginnen sich Störungen der höheren Nervenaktivität, der Regulierung der Atmung und des Blutkreislaufs zu bemerkbar zu machen (Euphorie oder Unwohlsein, leichte Ermüdung, Cheyne-Stokes-Atmung, starker Anstieg der Herzfrequenz, manchmal Kollaps) ;
- in einer Höhe von 6-7 km werden diese Symptome für die meisten Menschen sehr ernst, mit Ausnahme von speziell geschulten Personen;
- Das Atmen in den Bergen in einer Höhe von 7-8 km führt immer zu einem ernsthaften Zustand und ist für die meisten Menschen gefährlich, und eine Höhe von 8,5 km ist die Grenze, über die eine Person nicht hinaussteigen kann, ohne Sauerstoff einzuatmen.
Bei Tieren, die dauerhaft in den Bergen leben, besteht eine deutliche Untersättigung des Blutes mit Sauerstoff. Beispielsweise beträgt bei Schafen in 4000 m Höhe die Sauerstoffsättigung des Blutes nur etwa 65 % der Sauerstoffkapazität, aber es gibt keine pathologischen Symptome einer Hypoxämie.
Kherson Regional Federation of Underwater Activities and SportsAusbildung von Unterwasserschützen
Unterricht zum Thema
Unterwasserphysiologie und Medizin
Unterwasserphysiologie und Medizin.
1. Unterwasserphysiologie.
1.1 Mechanische Wirkung des Wasserdrucks auf eine Person.
1.2 Merkmale des Sehens und Hörens unter Wasser, die Reaktion des Vestibularapparates.
1.3 Merkmale des Aufschlusses unter Wasser.
1.4 Atmungssystem des Menschen, Atmungsregulation, Gasaustausch.
1.5 Kreislaufsystem, Blutzusammensetzung, Teilnahme am Gasaustausch.
1.6 Wärmeübertragung im Körper.
^ 2. Unterwassermedizin.
2.1 Hyperventilation, Sauerstoffmangel bei Tauchern, Ursachen, Vorbeugung. Apnoe.
2.2 Barotrauma. Barotrauma des Ohrs, Nasennebenhöhlen. Ursachen, Erste Hilfe, Prävention. Die Saugwirkung der Maske.
2.3 Überhitzung und Sonnenbrand. Ursachen, Erste Hilfe, Prävention.
2.4 Hypothermie, Kälteschock. Ursachen, Vorbeugung, Erste Hilfe. Krämpfe, dagegen ankämpfen.
2.5 Ertrinken in Süß- und Meerwasser, Erste Hilfe, Prävention.
Methoden zur Wiederbelebung des Ertrunkenen. Künstliche Beatmung der Lunge, indirekte Herzmassage.
2.6 Blutungsmerkmale unter Wasser. Arten von Blutungen, Möglichkeiten, sie zu stoppen, Erste Hilfe.
2.7 Tötung durch Wassertiere, Erste Hilfe, Vorbeugung.
^ 1. Unterwasserphysiologie.
Die aquatische Umwelt unterscheidet sich in ihren physikalischen Eigenschaften deutlich von der Luft. Der menschliche Körper ist gezwungen, sich daran anzupassen und erhebliche Schwierigkeiten zu überwinden, die mit ungewöhnlichen Bedingungen und Überlastungen verbunden sind. Zu den Haupteigenschaften von Wasser, die die Bedingungen für den Aufenthalt einer Person unter Wasser bestimmen, gehören seine hohe Dichte, praktische Inkompressibilität, hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, erhebliche Schallleitfähigkeit und starke Lichtabsorption.
Wir kehren zu den Merkmalen der aquatischen Umwelt und ihren Auswirkungen auf das Leben, die Gesundheit und den Seelenfrieden des Gerätetauchers zurück. Die erhebliche Dichte von Wasser, insbesondere von Meerwasser, schafft eine ungewöhnliche Umgebung, in der eine Person spüren kann, was Schwerelosigkeit ist. Ein Objekt im Wasser ist viel leichter als an Land, und sein Gewichtsverlust entspricht dem Gewicht der Flüssigkeit, die es verdrängt. Ist letzteres größer als das Körpergewicht, schwimmt der Gegenstand auf der Wasseroberfläche; wenn weniger, sinkt es; wenn ihre Gewichte gleich sind, befindet sich das Objekt in einem schwebenden Zustand, d.h. in einem neutralen Auftriebszustand. Auf den Schwimmer wirken also die Schwerkraft, die von der Masse des Körpers abhängt, und die Auftriebskraft, die von seinem Volumen abhängt. Ihr Gleichgewicht bestimmt die Position einer Person im Wasser, im Durchschnitt beträgt das spezifische Gewicht des menschlichen Körpers etwa eins, d.h. fast wie Süßwasser: für Männer - etwas mehr als eins und für Frauen - etwas weniger. In Süßwasser hat der durchschnittliche Mann einen schwachen negativen Auftrieb und im Meer einen neutralen. Etwa 10 % der Menschen haben in Süßwasser und etwa 2 % in Meerwasser einen negativen Auftrieb. Die subkutane Fettschicht ist bei Frauen 25 % dicker als bei Männern, und daher haben selbst die dünnsten und schlanksten Frauen nicht nur im Meerwasser, sondern auch im Süßwasser einen leichten positiven Auftrieb.
^ 1.1. Mechanische Wirkung des Wasserdrucks auf eine Person.
Eine Person, die sich an Land befindet, ist an das Leben bei normalem atmosphärischem Druck angepasst. Auf Meereshöhe liegt er bei etwa 760 mmHg. Geringfügige Schwankungen dieses Drucks sind mit Änderungen der meteorologischen Bedingungen verbunden, aber diese Schwankungen können vernachlässigt werden. Beim Eintauchen unter Wasser erhöht sich der Druck auf eine Person um eine Atmosphäre pro 10 m Eintauchtiefe. Wasser ist praktisch nicht komprimierbar, während Luft und andere Gase komprimierbar sind. An Land sind Schwankungen des atmosphärischen Drucks praktisch nicht zu spüren, während beim Tauchen unter Wasser ziemlich schnell eine starke Druckänderung auftritt. Menschliche Weichteile verhalten sich wie Flüssigkeiten, sie sind also (einschließlich Körperflüssigkeiten und Skelett) praktisch nicht komprimierbar. Die Verhaltensgesetze von Flüssigkeiten lassen sich auch auf das Gewebe einer in Wasser getauchten Person übertragen. Diese Gesetze lauten wie folgt:
Wird auf die Oberfläche einer Flüssigkeit Druck ausgeübt, so wirkt dieser in alle Richtungen;
3. In einer homogenen Flüssigkeit ist der Druck an allen Punkten derselben horizontalen Ebene gleich.
Die Wirkung des Drucks auf den menschlichen Körper kann nicht getrennt von diesem Druck auf die in den Körperhöhlen enthaltene Luft betrachtet werden: Lunge, Mittelohrhöhlen, Schädel, innere Organe. Wenn eine Person unter Wasser bleibt, ist die Luft sozusagen isoliert. Mit zunehmender Eintauchtiefe und zunehmendem Umgebungsdruck nehmen die praktisch nicht komprimierbaren Gewebe des Körpers den gesamten Druck auf sich, ohne zerstört zu werden. Eine solche Position kann jedoch nur bestehen, wenn sich der Luftdruck in den geschlossenen Körperhöhlen mit dem Druck des umgebenden Gewebes ausgleicht. Geschieht dies nicht, kann ein solcher Druckunterschied zu Verletzungen und sogar zum Tod führen. Durch die strikte Einhaltung der Tauchregeln kann die Gefahr eines Barotraumas vollständig eliminiert werden.
^ 1.2.Merkmale des Sehens und Hörens unter Wasser, die Reaktion des Vestibularapparates.
Wenn eine Person ins Wasser geht, befindet sie sich in Bezug auf die auf sie einwirkenden Licht- und Schallwellen in ungewöhnlichen Bedingungen.
Licht und Farbe.
Öffne deine Augen unter Wasser. Was hast du gesehen? Nur vage Umrisse und Schatten. Leider sind unsere Augen im Wasser weniger effektiv als an Land. Um den Grund zu verstehen, wenden wir uns wieder der Physik zu - dem Bereich der Optik. Das Phänomen der Brechung besteht in der Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen an der Grenze zweier Medien mit unterschiedlicher Dichte. In Hornhaut, Linse und Glaskörper des Augapfels werden die Strahlen so gebrochen, dass das Bild des sichtbaren Objekts auf der Netzhaut der hinteren Augapfelwand fokussiert wird. Die Netzhaut, die aus empfindlichen Zellen - Stäbchen und Zapfen - besteht, wandelt Lichtsignale in Nervensignale um, die entlang des Sehnervs zum Analysezentrum des Gehirns gelangen. Der Brechungsindex des Sonnenlichts im Wasser entspricht in etwa dem des menschlichen Auges. Daher werden sie in der Hornhaut weniger gebrochen, und die Bilder von Objekten werden irgendwo hinter der Netzhaut fokussiert und hinterlassen nur vage Bilder auf ihr. Um den Defekt der imaginären Weitsichtigkeit zu beseitigen, wird eine Maske verwendet, die einen Luftspalt zwischen dem Auge und der umgebenden Wasserumgebung erzeugt. Jetzt passieren die Strahlen eine Luftschicht, bevor sie das Auge erreichen, was die Sehleistung zurückgibt. Die durch die Glasmaske tretenden Strahlen werden jedoch noch vor der Brechung in den Augenstrukturen gebrochen, was die Realität verzerrt: Alle Objekte erscheinen um etwa 25 % größer und näher. Tauchanfänger müssen sich unter Wasser an die ständige optische Täuschung gewöhnen. In Wasser einfallende Lichtstrahlen werden nicht nur reflektiert und absorbiert, sondern auch teilweise gestreut. Je mehr Schwebeteilchen im Wasser, desto stärker die Lichtstreuung und desto schlechter die Sicht unter Wasser. Die hohe Transparenz im offenen Ozean ist daher auf den Mangel an Plankton und das Fehlen organischer Bodensuspension zurückzuführen. Aber die Sichtweite in den Mündungen der Flüsse, deren Wasser eine riesige Masse organischer Schwebstoffe ins Meer trägt, ist nahe Null.
Transparenz hat in vielen Meeren und Seen eine saisonale Dynamik. Zum Beispiel hört man in einem Gespräch oft den Ausdruck "Wasser blühte" - das bedeutet, dass es sich auf eine bestimmte Temperatur erwärmte und einzellige Algen begannen, sich schnell zu vermehren, wodurch eine Suspension entstand und die Transparenz verringert wurde. Zum Beispiel erreicht die Sichtweite unter Wasser im Frühling und Frühsommer am Baikalsee 40 m, und kleine Details malerischer Unterwasserfelsen, die steil in eine Tiefe von einem Kilometer abfallen, sind vom Bord eines Motorboots aus perfekt sichtbar. Ende Juni "blüht" das an der Oberfläche erwärmte Wasser - eine Algenmasse reduziert die Sicht auf eine Armlänge. Die erhitzten Massen bleiben jedoch in der Oberflächenschicht 15 - 20 m hoch, und Baikal-Eiswasser, kristallklar und sauber, bleibt unter der Sprungschicht zurück. Die Streuung von Lichtstrahlen führt zu einer allmählichen Abnahme der Beleuchtung mit der Tiefe. Die Verdunklungsgeschwindigkeit hängt von der Transparenz des Wassers ab. In tropischen Meeren mit guter Sicht ist es so hell, dass eine Tiefe von 40 m übersehen werden kann, wenn Sie nicht den Instrumenten folgen. Im Weißen Meer setzt bei 20m die Dämmerung ein und bei 40m ist es bereits schwarz.
Sie und ich leben in einer Welt aus weißem Licht, das aufgrund unterschiedlicher Wellenlängen eigentlich aus vielen Farbkomponenten besteht. Wasser nimmt sie unterschiedlich auf, sodass sich das Farbspektrum unter Wasser stark verändert. In klarem Meerwasser werden also rote Strahlen im ersten Meter absorbiert, orange - im fünften und gelbe Strahlen verschwinden in einer Tiefe von 10 m. Die Unterwasserwelt erscheint uns grün-blau. Damit Ihr Partner oder Spotter Sie besser sehen kann, wird empfohlen, Neoprenanzüge und farbenfrohe Ausrüstung zu verwenden. Denken Sie nur daran, dass viele Farben, die das Auge mit einem giftigen Ton auf dem Boden streicheln, im Wasser ihre Leuchtkraft verlieren. Rot färbt sich zum Beispiel schon unter der Oberfläche tiefviolett und erscheint bald ganz schwarz, so dass viele Teile der leichten Tauchausrüstung gelb lackiert sind: Streifen an Taucheranzügen, viele Tauchflaschen, zusätzliche Lungenautomaten.
^ Sound unter Wasser.
Die Schallgeschwindigkeit im Wasser beträgt 1500 m/s, während sich Schall in der Luft mit einer Geschwindigkeit von 333 m/s ausbreitet. An Land navigieren wir oft durch Geräusche im Raum, da der Ort ihrer Quelle normalerweise nicht schwer zu bestimmen ist. Taucher können sich leider nicht damit rühmen. Befindet sich die Schallquelle über der Wasseroberfläche, werden Schallwellen von ihr reflektiert, ohne in die Tiefe vorzudringen.Es ist sinnlos, einem bereits untergetauchten Schwimmer von oben etwas zuzurufen. Aber in der aquatischen Umgebung breiten sich Schallwellen in alle Richtungen aus und ihre Geschwindigkeit erhöht sich um das Vierfache. Dies schafft eine Menge Unannehmlichkeiten. Beispielsweise wird ein Sporttaucher nicht in der Lage sein, durch das Geräusch des Motors zu bestimmen, wohin und in welcher Entfernung sich das Boot bewegt. Hat man einen Partner im Trüben aus den Augen verloren, hört man seinen Atem und das Gurgeln der ausgeatmeten Blasen aus dem Lungenautomaten in der Nähe, findet aber nie den, der sie freisetzt. Klickende und durchdringende Schreie von Delfinen füllen den gesamten umgebenden Raum, aber die Tiere selbst können von der unerwartetsten Seite erscheinen.
^ Die Reaktion des Vestibularapparates.
Eine Person braucht keine große Anstrengung, um auf der Wasseroberfläche zu bleiben. "Auftrieb". Bei relativer Schwerelosigkeit im Wasser kann der Mensch die räumliche Orientierung verlieren. Die Wirkung der Schwerkraft auf eine Person wird neutralisiert, die Empfindlichkeit der inneren Organe wird stark reduziert. Sehr bald verlieren die Menschen die räumliche Orientierung und erleben oft die Illusion des Umkippens. Dies gilt in größerem Umfang für Sporttaucher, aber manchmal kommt es auch bei Speerfischern vor.
^ 1.3. Merkmale der Verdauung unter Wasser.
Unter erhöhten Druckbedingungen wird die Funktion des Gastrointestinaltrakts etwas verbessert, was durch eine Erhöhung des Magen- und Darmtonus und deren beschleunigte Entleerung gekennzeichnet ist. Da der Darm zu einem gewissen Grad Luft enthält, ist die richtige Ernährung des Tauchers von großer Bedeutung. Das Essen sollte kalorienreich und nicht üppig sein. Am Tag des Tauchgangs sollten Sie keine Lebensmittel zu sich nehmen, die erhöhten Durst und starke Gasbildung im Darm (Blähungen) verursachen. Die Nichtbeachtung dieser Regeln kann zu starken Blähungen und Erbrechen führen, was unter Tauchbedingungen äußerst gefährlich ist.
^ Es ist strengstens verboten, innerhalb von zwei Tagen vor dem Tauchen Alkohol zu trinken! Alkoholkonsum beim Tauchen ist ausgeschlossen!
^ 1.4. Atmungssystem des Menschen, Atmungsregulation, Gasaustausch.
Jedes Lebewesen lebt von Energie, die es den Zellen ermöglicht, sich zu teilen und dem Körper zu funktionieren. Es wird durch oxidative Reaktionen von Sauerstoff in Geweben und Organen mit Kohlenwasserstoffverbindungen freigesetzt. Eines der Produkte von Energiereaktionen ist Kohlendioxid, das dann aus dem Körper ausgeschieden wird. Daher ist Sauerstoff für die Aufrechterhaltung der biochemischen Prozesse, die uns mit Energie versorgen, unerlässlich.
^ Atmungssystem und Atmung.
Die Atemwege beginnen mit den Nasenlöchern und dem Mund. Schließlich schmückt die Nase nicht nur das Gesicht eines Menschen, sondern isoliert, befeuchtet und filtert auch die eingeatmete Luft. Wenn wir aus verschiedenen Gründen durch unseren Mund atmen, atmen wir kältere, trockenere und ungereinigte Luft ein. Die Luft gelangt dann in Rachen und Kehlkopf. Es erzeugt Geräusche und verhindert, dass die Lunge mit Fremdpartikeln verstopft wird. Wenn Wasser in den Kehlkopf eindringt, schließen die gesunden Muskeln (Stimmbänder) den Eingang zur Lunge. Eine Mücke oder ein Brotkrümel schlüpft durch den Kehlkopf, reizt die Innenwände der Atemwege und verursacht einen Husten, der Trümmer ausstößt. An den Kehlkopf schließt sich die Luftröhre an, die sich in die Bronchien gabelt. Ihre Wände sind mit Zilien bedeckt, die Staubpartikel und andere Fremdkörper mit einem Schleimstrom zurück in den Kehlkopf jagen, den wir dann aushusten oder schlucken. Rauchen schädigt die Zilien und reduziert Schleim, was zu einer schnellen Kontamination der Lunge führt. Die Bronchien werden immer wieder in kleine Atemschläuche - Bronchiolen - unterteilt. Die Wände der Atemwege haben eine ringförmige Struktur, die ein Abfallen verhindert. Die dünnsten Bronchiolen enden in mikroskopisch kleinen Bläschen - Alveolen, die dicht in gepaarten schwammartigen Organen gepackt sind, die als "Lunge" bekannt sind. Viele Menschen glauben fälschlicherweise, dass die Lungen gepaarte Hohlsäcke sind, die sich entweder mit Luft füllen oder entleeren. Tatsächlich besteht jede Lunge aus etwa 150 Millionen Alveolen, die mit einer gemeinsamen dünnen Membran bedeckt sind - der Pleura. Das Gesamtvolumen der Alveolen wird als Lungenvolumen betrachtet, das bei Erwachsenen zwischen drei und sieben Litern variiert. Das Volumen der Lunge und die Kunst des Tauchens sind grundsätzlich unabhängig, es ist nicht notwendig, dass sich ein Schwimmer mit großen Lungen unter Wasser besser fühlt als ein Kamerad mit kleinen Lungen.
Die innere Oberfläche des Brustkorbs wird durch die Pleura begrenzt, eine Membran, die mit der auf der Oberfläche der Lunge identisch ist. Zwischen den beiden Rippenfellen entsteht eine Pleurahöhle – ein mit Pleuraflüssigkeit gefüllter Raum, der verhindert, dass die Lunge bei Kontraktionen der Muskelatmung an der Brust reibt. Im Vergleich zum Luftdruck ist es negativ, wenn eine der Membranen bricht, Luft den Interpleuralraum füllt und die Lunge zusammenbricht, was tödlich ist. Die Lunge dehnt sich beim Einatmen aufgrund der Bewegungen der Brustzwischenrippenmuskeln und der Kontraktion des Zwerchfells aus - der muskulären Trennwand, die die Brusthöhle von der Bauchhöhle trennt. Bei Männern und Frauen ist das Verhältnis der Beteiligung am Atmungsprozess verschiedener Muskeln etwas unterschiedlich: Bei Männern ist die Rolle des Zwerchfells viel höher als bei Frauen. Werfen Sie einen genaueren Blick auf Ihre Umgebung, und Sie können die schöne „Brust“-Atmung der Frauen leicht von der „Bauch“-Atmung der Männer unterscheiden. Es ist das Zwerchfell, das dem Druck des mit Nahrung gefüllten Magens ausgesetzt ist. Nach einer schweren Mahlzeit biegt der aufgeblähte Bauch das Zwerchfell in die Brusthöhle und erschwert das Atmen. In dieser Situation dehnt sich die Lunge hauptsächlich in anteroposteriorer und lateraler Richtung aus. Das Zwerchfell wiederum drückt auf einen vollen Magen und „schiebt“ Nahrung in den oberen Verdauungstrakt. Eine Person verwendet bei normaler Atmung nur 10% des Lungenvolumens. Bei einem besonders tiefen Atemzug kann er etwa 1600 cm Luft einatmen (Zusatzvolumen) und die gleiche Menge kräftig ausatmen (Reservevolumen). Die Summe aller drei Volumina ist die Vitalkapazität der Lunge. Außerdem bleiben selbst bei stärkster Ausatmung noch ca. 1500 cm Restluft in der Lunge, was deren Abfall verhindert.
Die Partialdrücke von Kohlendioxid und Sauerstoff im Blut werden in strengen Grenzen gehalten. Im Atmungszentrum des Gehirns befinden sich CO 2 -Rezeptoren, die kleinste Änderungen seiner Konzentration erkennen. In einem ruhigen Zustand macht eine Person 16-18 Atembewegungen pro Minute. Die Regulierung der Atmung erfolgt reflexartig, aber eine Person kann sie auch kontrollieren, indem sie die Bewegungen der Brustmuskeln einschränkt. Ständiges Training des Atmungs- und Kontrollsystems ist das Herzstück der Kunst des Tauchens mit angehaltenem Atem.
^ 1.5. Kreislaufsystem, Blutzusammensetzung, Teilnahme am Gasaustausch.
Die erste Stufe der äußeren Atmung endet damit, dass Sauerstoff in der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft von den Alveolen in die Kapillaren in die Lunge gelangt und sie mit einem dichten Netzwerk verwickelt. Die Kapillaren sind mit den Lungenvenen verbunden, die sauerstoffreiches Blut zum Herzen bzw. zum linken Vorhof transportieren. Vom rechten und linken Vorhof fließt Blut durch die Klappen in die Ventrikel, die sich zusammenziehen und das Blut durch die Halbmondklappen in die abführenden Gefäße drücken. Der linke Ventrikel drückt Blut in die Aorta - er verzweigt sich in Arterien, die alle Organ- und Gewebesysteme mit Blut versorgen. Blut enthält Sauerstoff und Nährstoffe, die in den Zellen gebunden werden, um Kohlendioxid zu bilden und Energie freizusetzen. In Geweben findet ein CO 2 - und O 2 -Gasaustausch zwischen Zellen und Blut statt, d. h. der Vorgang der Zellatmung. Das mit Kohlendioxid gesättigte Blut wird in den Venen gesammelt und tritt in den rechten Vorhof des Herzens ein, und der Körperkreislauf wird geschlossen. Der kleine Kreis beginnt im rechten Ventrikel, von wo aus die Lungenarterie Blut zur Sauerstoffversorgung in die Lunge transportiert, sich verzweigt und die Alveolen mit einem Kapillarnetz verwickelt. Die Zusammensetzung des menschlichen Blutes ist konstant. Blut besteht aus einem flüssigen Teil - Plasma und Formelementen - Erythrozyten, Leukozyten und Blutplättchen. Erythrozyten sind am Gasaustausch beteiligt, indem sie Sauerstoff und Kohlendioxid transportieren, Leukozyten erfüllen Schutzfunktionen, unterstützen die Immunität und Blutplättchen sind an der Blutgerinnung beteiligt.
Der menschliche Embryo, der sich im Mutterleib befindet, erhält alle notwendigen Nährstoffe und Sauerstoff durch die Plazenta. Seine Lungen funktionieren nicht und das Blut zirkuliert in einem Kreis und fällt vom rechten Vorhof nach links durch ein Einwegventil im interatrialen Septum - offenes Foramen ovale (PFO). Mit dem ersten Schrei öffnen sich die Lungen des Neugeborenen und das Blut „strömt“ durch den Lungenkreislauf in einen neuen Kanal. Das Ventil schließt sich und bei vielen Menschen wächst es mit dem Alter, aber bei 15% der Menschheit bleibt es leider in einem geschlossenen, aber nicht überwachsenen Zustand. Da der Druck im linken – arteriellen – Vorhof meist höher ist als im rechten, venösen, tritt PFO meist nicht auf. Der Blutdruck in den Gefäßen hängt vom Stadium des Herzens ab: Das Maximum oder Obere tritt während der Kontraktion auf, d.h. wenn der linke Ventrikel kräftig eine Portion Blut in die Aorta drückt; der untere wird während der Diastole beobachtet, d.h. zwischen Schnitten. Als normaler Blutdruck gilt das Verhältnis von oberem und unterem Druck in der Arteria brachialis, gleich 120/80 mm Hg. Der Rückfluss des Blutes von den Ventrikeln zu den Vorhöfen und von den Arterien zu den Ventrikeln wird durch Klappen verhindert. Das Herz ist eine Art Motor des Körpers. Die Häufigkeit und Stärke der Kontraktionen, Reflex in einem ruhigen Zustand, wird durch das zentrale Nervensystem und Hormone reguliert. Wenn wir Angst haben oder eine Woge wilder Leidenschaft verspüren, produzieren die Nebennieren das Hormon Adrenalin, das die Herztätigkeit anregt. Dann spüren wir laute und häufige Herzschläge. Um das Herz in bestmöglicher Verfassung zu halten, sollte man vor dem Tauchen besser auf Belastungen für das Herz verzichten: von Kaffee, Alkohol und wenn möglich von harten körperlichen Übungen und Liebeserlebnissen …
Der Körper reguliert und steuert die Blutversorgung verschiedener Organe und Körperteile je nach Erkrankung. Wahrscheinlich kennt jeder die vorübergehende Benommenheit nach einer ausgiebigen Mahlzeit, verbunden mit dem Abfluss von Blut vom Kopf in den Magen, oder mit der Vergrößerung und Schwellung bestimmter Muskeln infolge harter körperlicher Anstrengung. Eine Verletzung der Kontrolle und Regulierung des Blutkreislaufs unter Wasser kann zu einer Vielzahl von Krankheiten führen.
^ 1.6. Wärmeübertragung im Körper.
Eine Person hat die Fähigkeit, eine konstante Körpertemperatur mit erheblichen Schwankungen in der äußeren Umgebung aufrechtzuerhalten. Bei einer Körpertemperatur von 36 - 37 0 C laufen lebenswichtige Prozesse am effizientesten ab. Das thermische Gleichgewicht des Körpers wird durch zwei Prozesse aufrechterhalten - Wärmeerzeugung und Wärmeübertragung. Um eine konstante Temperatur der inneren Umgebung des Körpers aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, dass die Wärmeerzeugung der Wärmeübertragung entspricht. Die Wärmeübertragung erfolgt durch die Haut durch Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung und Verdunstung von Schweiß sowie die Verdunstung von Feuchtigkeit von der Oberfläche der menschlichen Lunge. Die Körpertemperatur eines lebenden und gesunden Menschen, die um 36,6 "C schwankt, ist höher als die Wassertemperatur. Daher entsteht beim Eintauchen ein starker Wärmeenergiefluss vom Körper in das umgebende Wasser. Übrigens Wasser hat eine 4-mal höhere Wärmekapazität und eine 25-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft, und außerdem fließt oder wirbelt unter natürlichen Bedingungen ständig irgendwo Wasser. All dies führt zu Wärmeverlust des Körpers und Unterkühlung, was zur Folge haben kann Bewusstlosigkeit und sogar Tod.Während des Aufenthalts einer Person in kaltem Wasser erhöht sich die Wärmeerzeugung im Körper um das 3- bis 9-fache, kann jedoch den Wärmeverlust nicht lange ausgleichen.Daher ist die Zeit, in der sich eine Person im Wasser aufhält, sogar tropisch - warm, ist begrenzt Der Grad der Unterkühlung hängt von der Temperatur des Wassers und der Dauer des Aufenthalts darin ab, sowie von der Art der Ausrüstung und der Beschaffenheit der Thermokleidung, dem Funktionszustand des Körpers, seiner Winterhärte und Kälteresistenz sind ebenfalls wichtig. ätzend, weil es bei ersten Anzeichen einer Abkühlung nicht immer gelingt, rechtzeitig aus dem Wasser zu steigen und sich aufzuwärmen. Wenn eine Person in kaltes Wasser gerät, schalten sich die Anpassungsmechanismen einer Person ein: Der Blutdruck steigt, die Atmung beschleunigt sich, der Muskeltonus und der Stoffwechsel steigen, die Haut verkrampft die Blutgefäße usw. Aber je niedriger die Wassertemperatur ist, desto schneller sind diese Mechanismen erschöpft, das anfänglich auftretende Muskelzittern lässt allmählich nach, was ein Zeichen für eine starke Unterkühlung ist. Die grenzüberschreitende Hemmung entwickelt sich in den höheren Teilen des Zentralnervensystems mit Manifestationen der Hemmung der wichtigsten physiologischen Funktionen. Der Tod durch Unterkühlung tritt ein, wenn die rektale Temperatur auf 25-22 0 С fällt
In der Regel nimmt die Wassertemperatur mit der Tiefe allmählich ab, erreicht in Tiefwasserzonen etwa 3-4 0 C und sinkt in den Polarregionen bereits in 30 m Tiefe auf Null. Oft sind von der Sonne erwärmte Oberflächenwassermassen aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften von kalten Massen durch eine deutlich sichtbare Grenze - eine Sprungschicht - getrennt. Eine Sprungschicht in Form einer dünnen (1-2 m hohen), wolkigen Schicht ist ein ziemlich amüsantes Phänomen. Manchmal kommt es vor, dass der Kopf des Tauchers die Hitze von 10 - 12 0 C genießt und die Zehen im eisigen Wasser unter der Sprungschicht taub werden. Die saisonale Sprungschicht ist im Baikalsee und in den Nordmeeren deutlich ausgeprägt. Manchmal sind Wassermassen mosaikartig verteilt, dann wechseln sich kalte und warme Schichten ab. Um den Wärmeverlust zu reduzieren, erzeugen Taucher mit Hilfe von Schutzkleidung - einem Neoprenanzug - eine Schicht aus Luft oder erhitztem Wasser zwischen dem Körper und dem umgebenden Wasser.
^ 2. Unterwassermedizin.
2.1. Hyperventilation, Sauerstoffmangel bei Tauchern, Ursachen, Vorbeugung. Apnoe.
Der Begriff „Apnoe“ bedeutet, den Atem unter Wasser anzuhalten. In der Medizin bedeutet es überhaupt keine Atmung. Beginnen wir mit der üblichen Situation. Eine Person nimmt eine volle Luftblase und geht unter Wasser. Für eine Weile - etwa eine Minute - fühlt er sich recht wohl, bis der Wunsch besteht, frische Luft auszuatmen und einzuatmen. Einige Zeit leidet der Taucher, aber wenn die Lust unerträglich wird, steigt er schnell an die Oberfläche und schluckt gierig frische Luft. Normalerweise sagen sie, dass "die Luft vorbei ist". Aber nur wenige stellen sich vor, was im Körper passiert und warum wir so viel atmen wollen. Zu Beginn eines Tauchgangs sind wir in drei Reservoirs mit Sauerstoff versorgt: in der Lunge, im Hämoglobin im Blut und im Myoglobin in den Muskeln. Wenn die Sauerstoffreserven während der Zellatmung erschöpft sind und der CO 2 -Gehalt ansteigt, senden Gasrezeptoren in den Halsschlagadern und im Atmungszentrum des Gehirns Alarmsignale an das Gehirn und regen reflektorische Atembewegungen des Brustkorbs an. Der Einatemreflex kann so stark sein, dass ein Taucher, der seine eigene Kraft nicht kalkuliert hat, tief Luft holt, bevor er die Oberfläche erreicht. Aber selbst wenn der Schwimmer den Reflex überwältigt, schaltet das Gehirn ab, wenn die Sauerstoffkonzentration unter den Schwellenwert fällt, und die Person verliert das Bewusstsein. CO 2 -Rezeptoren werden angesteuert und verhindern so einen Konzentrationsabfall 0 2 bis zum Grenzwert. Um Ihren Aufenthalt unter Wasser zu verlängern, können Sie das Signal dieser Rezeptoren verzögern, indem Sie den Partialdruck vor dem Tauchen reduzieren. C0 2 in der Lunge und im Blut: Atmen Sie ein paar Mal schnell und tief ein, warten Sie ein wenig, beruhigen Sie den Herzschlag, atmen Sie tief ein und tauchen Sie ab. Diese Technik wird als Hyperventilation bezeichnet. Wenn Sie es übertreiben Beim Einatmen - Ausatmen verspüren Sie einen leichten Schwindel und Gänsehaut vor den Augen. Sie bedeuten, dass Sie den CO 2 -Druck zu stark gesenkt haben und der Körper protestiert. Indem wir die Lunge von CO2 befreien, verzögern wir den Einatemreflex zeitlich, bringen ihn aber näher an die Sauerstoffgrenze. Durch den Missbrauch der Hyperventilation können Sie das Rezeptorsignal für lange Zeit verzögern – bis das Bewusstsein erlischt. Da im Körper keine Rezeptoren für die O 2 -Konzentration vorhanden sind, tritt sofort eine Hypoxie ohne Warnsymptome auf. (Das Atmungszentrum im Gehirn reagiert viel empfindlicher auf eine Erhöhung des Kohlendioxidpartialdrucks als auf eine Verringerung der Sauerstoffspannung im Blut.) Mit zunehmender Tiefe schwächt sich der Einatmungswunsch ab, da durch den äußeren Druck das Volumen der Lunge abnimmt und der Partialdruck 0 2 in Lunge und Blut ansteigt, wodurch der Einatemreflex und dessen Schwellwert nach hinten verschoben werden. Beim Aufstieg an die Oberfläche dehnt sich die Lunge aus (siehe erstes Gasgesetz) und der Partialdruck 0 2 fällt stark ab. Was in diesem Fall passiert, ist nicht schwer zu erraten. Dieses Phänomen ist als Aufstiegshypoxie bekannt. Viele Profisportler und Unterwasserjäger, die Hyperventilation missbraucht und Zeit und Tiefe nicht berechnet haben, beenden den Tauchgang in einem bewusstlosen Zustand. Daher sollte die Belüftung der Lunge vor dem Tauchen sorgfältig durchgeführt werden. Es ist wichtig zu lernen, wie man die Lungenkapazität maximiert. Normalerweise verbrauchen wir kaum 10% davon, und doch würde die Vergrößerung des "Arbeitsraums" der Lunge unser Schwimmen unter Wasser erheblich verlängern. Also atme tief durch!
^ Langsame Herzfrequenz.
Die Rate des Sauerstoffverbrauchs unter Wasser hängt von der Arbeit des Myokards ab. Ein untrainiertes Herz schlägt hart und schnell und verbraucht schnell Sauerstoff. Die Verlangsamung Ihrer Herzfrequenz ist der Schlüssel, um längere Zeit unter Wasser zu bleiben. Das Herz des berühmten Tauchers Jacques Mayol schlägt unter Wasser mit 20 Schlägen pro Minute, d.h. fast viermal langsamer als an der Oberfläche. Dadurch kann eine Person in Tiefen von mehr als hundert Metern hinabsteigen.
Um die Arbeit des Herzens zu verlangsamen, müssen Sie zunächst ein gesundes Herz und eine gute körperliche Verfassung haben. Zweitens müssen Sie sich vollständig entspannen und dürfen keine plötzlichen Bewegungen und kraftvollen Anstrengungen unter Wasser machen. Dazu trägt man besser lange und steife Flossen mit großer Blattfläche. Es ist unbequem, mit Tauchausrüstung darin über den Boden zu kriechen, aber in der Wassersäule ermöglichen sie es Ihnen, aufzusteigen und langsame und sanfte Bewegungen mit hoher Abstiegsgeschwindigkeit zu machen. Ein leichtes Eintauchen kann auch gewährleistet werden, indem ein leichter negativer Auftrieb des Körpers auf der Wasseroberfläche erzeugt wird und die Person dann frei und ohne zusätzliche Anstrengung zu Boden sinkt, wobei die Luftzufuhr erhalten bleibt.
^ Sauerstoff. Hypoxie.
Hypoxie oder Sauerstoffmangel im Körper verursacht den Zelltod - hauptsächlich Gehirnzellen. Die Sauerstoffversorgung des Körpers erfolgt durch eine Kette aufeinanderfolgender und miteinander verknüpfter Prozesse:
äußere Atmung und Gasaustausch in der Lunge;
Transport von gelöstem Sauerstoff durch den Blutkreislauf;
Gasaustausch zwischen Blut und Gewebe;
Zellatmung, d.h. Sauerstoffaufnahme durch Zellen. Eine Beschädigung eines der Glieder dieser Kette führt zu einer Störung der Zellatmung und anschließender Anoxie - vollständiger Sauerstoffmangel, unmittelbar gefolgt vom Zelltod. Es gibt 4 Arten von Hypoxie.
Die häufigste Art von Hypoxie, verursacht durch Sauerstoffmangel in den Lungenbläschen für den Gasaustausch mit dem Blut. Dies bedeutet, dass die Lunge aufgrund des Mangels an Luft in der äußeren Umgebung, der Blockierung der oberen Atemwege oder des Zusammenbruchs der Lunge selbst nicht in der Lage ist, Luft zu pumpen. Daher können die möglichen Ursachen für Atemstillstand sein:
ertrinken, d. h. die Lunge mit Wasser füllen;
Luftmangel in der Tauchausrüstung;
Krämpfe oder Verstopfung der Atemwege durch Wasser, Erbrochenes und Fremdkörper;
Lungenkollaps als Folge eines Pneumothorax;
Schädigung der Alveolen, wenn Wasser in die Lunge eindringt.
Kreislauf Hypoxie: "stagnierendes" Blut in Abwesenheit oder Verlangsamung des Kreislaufs kann das Gewebe nicht mit Sauerstoff versorgen.
Die Unfähigkeit des Herzens, eine normale Blutzirkulation in den Gefäßen aufrechtzuerhalten, führt zu einer Verlangsamung des Blutflusses und einer unzureichenden Sauerstoffversorgung der Zellen. Mögliche Ursachen: Herzinfarkt, Gasembolie, Dekompressionskrankheit etc. Eine häufige Form der lokalen Hypoxie. Das Einfrieren der Extremitäten bei niedrigen Temperaturen ist nichts anderes als eine Folge der Verlangsamung der peripheren Durchblutung. Wenn es andauert, kann eine lokale Hypoxie eine irreversible Nekrose der Gliedmaßenzellen verursachen - Einfrieren. Hypoxisches Blut hat eine dunkle Farbe, was übrigens deutlich sichtbar ist, wenn Finger, Ohren und Lippen in der Kälte blau werden. Blaue Zunge bedeutet das Einsetzen einer allgemeinen Hypoxie.
Hemisch Hypoxie: die Unfähigkeit des Blutes, Sauerstoff während der normalen Zirkulation in den Gefäßen zu transportieren. Dies geschieht bei Blutkrankheiten, die die Aktivität von Hämoglobin beeinflussen, sowie nach erheblichem Blutverlust bei Verletzungen und Schäden am Kreislaufsystem.
Histotoxisch Hypoxie: die Unfähigkeit der Zellen, den durch das Blut eingebrachten Sauerstoff aufzunehmen. Eine Verletzung der Zellatmung ist bei einer allgemeinen Vergiftung des Körpers möglich - zum Beispiel Cyanide oder das Gift einiger Quallen.
Verhütung.
Um eine allgemeine oder lokale Hypoxie zu vermeiden, sollten folgende Verhaltensregeln beachtet werden:
Überprüfen Sie Ihre Ausrüstung vor jedem Tauchgang.
Tauchen Sie nicht alleine, sondern nur zu zweit oder in der Gruppe.
Überwachen Sie ständig die Luftzufuhr unter Wasser.
Hyperventilieren Sie vor dem Tauchen nicht zu stark.
Der CO 2 -Gehalt im Blut wird durch Atmungsprozesse auf einem bestimmten Niveau gehalten, dessen Abweichung zu einer Verletzung des biochemischen Gleichgewichts im Gewebe führt. Äußert sich eine Hypokapnie, ist es auch CO2-Mangel, bestenfalls in Form von Schwindel, schlimmstenfalls mit Bewusstlosigkeit. Hypokapnie tritt bei tiefer und häufiger Atmung auf, die automatisch in einem Zustand von Angst, Panik oder Hysterie auftritt. Künstliches Hyperventilieren vor dem Tauchen mit angehaltenem Atem ist die häufigste Ursache für CO 2 -Mangel.
Hyperkapnie.
Bei einer Konzentration von CO 2 in der Luft verursacht mehr als 1 % des Einatmens Symptome, die auf eine Vergiftung des Körpers hindeuten: Kopfschmerzen, Übelkeit, häufiges flaches Atmen, vermehrtes Schwitzen und sogar Bewusstlosigkeit. Fälle von Hyperkapnie treten bei Verwendung fehlerhafter Regenerationsgeräte und in schlecht belüfteten Druckkammern auf, in denen eine Gruppe von Menschen untergebracht ist. Auch beim Schwimmen mit einem sehr langen Atemschlauch ist eine Vergiftung möglich: Beim Ausatmen verbleibt in einem solchen Schlauch alte Luft mit hohem CO 2 -Gehalt, die der Schwimmer im nächsten Atemzyklus einatmet. Hyperkapnie tritt auch auf, wenn der Atem unter Wasser angehalten wird. Viele Taucher versuchen, Luft zu sparen und den Atem anzuhalten. Dies führt zu einer CO 2 -Vergiftung, von der Kopfschmerzen ausgehen. Die Behandlung erfolgt mit reinem Sauerstoff.
Für das normale menschliche Leben sowie die überwiegende Mehrheit der lebenden Organismen ist Sauerstoff notwendig. Durch den Stoffwechsel bindet Sauerstoff an Kohlenstoffatome und bildet Kohlendioxid (Kohlendioxid). Die Gesamtheit der Prozesse, die den Austausch dieser Gase zwischen Körper und Umwelt gewährleisten, wird als Atmung bezeichnet.
Sauerstoffversorgung des menschlichen Körpers und die Entfernung von Kohlendioxid aus dem Körper wird durch das Atmungssystem bereitgestellt. Es besteht aus den Atemwegen und der Lunge. Die oberen Atemwege umfassen die Nasengänge, den Rachen und den Kehlkopf. Außerdem tritt die Luft in die Luftröhre ein, die in zwei Hauptbronchien unterteilt ist. Die sich ständig verzweigenden und immer dünner werdenden Bronchien bilden den sogenannten Bronchialbaum der Lunge. Jede Bronchiole (die dünnste Verzweigung der Bronchien) endet in Lungenbläschen, in denen der Gasaustausch zwischen Luft und Blut stattfindet. Die Gesamtzahl der Alveolen beim Menschen beträgt ungefähr 700 Millionen, und ihre Gesamtoberfläche beträgt 90-100 m2.
Die Struktur des Atmungssystems.
Die Oberfläche der Atemwege ist mit Ausnahme der Oberfläche der Alveolen gasundurchlässig, daher wird der Raum innerhalb der Atemwege als Totraum bezeichnet. Sein Volumen beträgt bei Männern durchschnittlich etwa 150 ml, bei Frauen -100 ml.
Luft gelangt in die Lunge aufgrund des Unterdrucks, der entsteht, wenn sie beim Einatmen durch das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskeln gedehnt werden. Bei normaler Atmung ist nur die Einatmung aktiv, die Ausatmung erfolgt passiv durch die Entspannung der Inspirationsmuskulatur. Nur bei forcierter Atmung wird die Ausatmungsmuskulatur in die Arbeit einbezogen und sorgt durch zusätzliche Kompression des Brustkorbs für die maximale Reduzierung des Lungenvolumens.
Atemvorgang
Die Häufigkeit und Tiefe der Atmung hängen von der körperlichen Aktivität ab. Im Ruhezustand führt ein Erwachsener also 12-24 Atemzyklen durch, wodurch die Lunge im Bereich von 6-10 l / min belüftet wird. Bei harter Arbeit kann die Atemfrequenz auf bis zu 60 Zyklen pro Minute ansteigen und die Menge der Lungenbeatmung kann 50-100 l / min erreichen. Die Atemtiefe (oder Atemzugvolumen) beim ruhigen Atmen ist normalerweise nur ein kleiner Teil der gesamten Lungenkapazität. Mit zunehmender Lungenventilation kann das Tidalvolumen aufgrund der inspiratorischen und exspiratorischen Reservevolumina ansteigen. Wenn wir die Differenz zwischen dem tiefsten Einatmen und dem maximalen Ausatmen festlegen, erhalten wir den Wert der Vitalkapazität der Lunge (VC), die nicht nur das Residualvolumen enthält, das erst entfernt wird, wenn die Lunge vollständig kollabiert.
Die Regulierung der Atemfrequenz und -tiefe erfolgt reflexartig und hängt von der Kohlendioxid- und Sauerstoffmenge im Blut sowie vom pH-Wert des Blutes ab. Der Hauptreiz, der den Atmungsprozess steuert, ist der Kohlendioxidgehalt im Blut (mit diesem Parameter ist auch der Blut-pH-Wert verbunden): Je höher die CO2-Konzentration, desto stärker die Lungenventilation. Die Reduzierung der Sauerstoffmenge beeinflusst die Belüftung der Lunge in geringerem Maße. Dies liegt an der Spezifität der Sauerstoffbindung an Bluthämoglobin. Eine signifikante kompensatorische Erhöhung der Lungenventilation tritt erst nach einem Abfall des Sauerstoffpartialdrucks im Blut unter 12-10 kPa auf.
Wie wirkt sich das Tauchen unter Wasser auf den Atmungsprozess aus?? Betrachten Sie zunächst die Situation beim Schwimmen mit einem Schnorchel. Das Atmen durch einen Schlauch wird viel schwieriger, selbst wenn er einige Zentimeter untergetaucht ist. Das liegt daran, dass der Atemwiderstand zunimmt: Zum einen vergrößert sich beim Tauchen der Totraum um das Volumen des Atemschlauchs, zum anderen muss die Atemmuskulatur beim Atmen den erhöhten hydrostatischen Druck überwinden. In einer Tiefe von 1 m kann eine Person nicht länger als 30 s durch einen Schlauch atmen, und in großen Tiefen ist das Atmen fast unmöglich, hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass die Atemmuskulatur den Druck der Wassersäule nicht überwinden kann ein Hauch von der Oberfläche. Als optimal gelten Beatmungsschläuche mit einer Länge von 30-37 cm, die Verwendung längerer Beatmungsschläuche kann zu Herz- und Lungenerkrankungen führen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal, das die Atmung beeinflusst, ist der Durchmesser des Schlauchs. Bei einem kleinen Durchmesser des Schlauchs tritt nicht genug Luft ein, insbesondere wenn etwas Arbeit erforderlich ist (z. B. schnelles Schwimmen), und bei einem großen Durchmesser nimmt das Totraumvolumen erheblich zu, was auch das Atmen sehr erschwert . Die optimalen Werte für den Rohrdurchmesser sind 18-20 mm. Die Verwendung einer nicht standardmäßigen Schlauchlänge oder eines nicht standardmäßigen Durchmessers kann zu einer unfreiwilligen Hyperventilation führen.
Beim Schwimmen in umluftunabhängigem Atemschutzgerät Die Hauptbeschwerden beim Atmen sind auch mit einem erhöhten Widerstand beim Ein- und Ausatmen verbunden. Den geringsten Einfluss auf die Erhöhung des Atemwiderstandes hat der Abstand zwischen dem sogenannten Druckmittelpunkt und dem Gehäuse des Beatmungsgerätes. Das „Druckzentrum“ wurde 1965 von Jarrett eingerichtet. Es liegt 19 cm unterhalb und 7 cm hinter der Jugularhöhle. Bei der Entwicklung verschiedener Modelle von Atemschutzgeräten wird dies immer berücksichtigt und der Karton des Atemschutzgeräts so nah wie möglich an dieser Stelle platziert. Der zweite Faktor, der die Erhöhung des Atemwiderstands beeinflusst, ist die Menge an zusätzlichem Totraum. Sie ist besonders groß bei Apparaten mit dicken Wellrohren. Eine wichtige Rolle spielt auch der Gesamtwiderstand verschiedener Ventile, Membranen und Federn im System zur Reduzierung des Drucks des Atemgemischs. Und der letzte Faktor ist die Zunahme der Gasdichte durch den Druckanstieg mit zunehmender Tiefe.
Bei modernen Modellen von Atemreglern bemühen sich Designer, die Auswirkungen eines erhöhten Atemwiderstands zu minimieren, indem sie sogenannte ausgewogene Atemautomaten entwickeln. Aber Hobbytaucher haben noch etliche Geräte alter Bauart mit erhöhtem Atemwiderstand. Solche Geräte sind insbesondere die legendären AVM-1 und AVM-1m. Das Einatmen dieser Geräte führt zu einem hohen Energieverbrauch, daher wird nicht empfohlen, schwere körperliche Arbeit zu leisten und lange Tauchgänge bis zu einer Tiefe von mehr als 20 m durchzuführen.
Optimale Art der Atmung beim Schwimmen mit umluftunabhängigem Atemschutzgerät langsames und tiefes Atmen sollte berücksichtigt werden. Die empfohlene Frequenz beträgt 14-17 Atemzüge pro Minute. Durch diese Art der Atmung wird bei minimaler Arbeit der Atemmuskulatur ein ausreichender Gasaustausch gewährleistet und die Aktivität des Herz-Kreislauf-Systems erleichtert. Schnelles Atmen erschwert die Arbeit des Herzens und führt zu seiner Überlastung.
Beeinflusst die Funktion des Atmungssystems und die Eintauchgeschwindigkeit in die Tiefe. Bei einem schnellen Druckanstieg (Kompression) nimmt die Vitalkapazität der Lunge ab, bei einem langsamen ändert sie sich praktisch nicht. Der Rückgang des VC hat mehrere Gründe. Erstens strömt beim Eintauchen in die Tiefe ein zusätzliches Blutvolumen in die Lunge, um den äußeren Druck auszugleichen, und anscheinend werden einige Bronchiolen während der schnellen Kompression durch "geschwollene" Blutgefäße eingeklemmt; Dieser Effekt wird mit einem raschen Anstieg der Gasdichte kombiniert, was zu einer Blockierung der Luft in einigen Bereichen der Lunge führt ( Lufteinschlüsse entstehen»). « Luftfallen» sind äußerst gefährlich, da sie das Risiko eines Lungenbarotraumas sowohl während des Weitertauchens als auch während des Aufstiegs erheblich erhöhen, insbesondere wenn der Aufstiegsmodus und die Geschwindigkeit nicht eingehalten werden. Meistens werden solche "Fallen" von Tauchern gebildet, die sich in vertikaler Position unter Wasser befinden. Es gibt eine weitere Nuance, die mit der vertikalen Position des Tauchers verbunden ist. Dies ist die Heterogenität des Gasaustauschs in vertikaler Position: Unter dem Einfluss der Schwerkraft dringt Blut in die unteren Lungenabschnitte ein und das Gasgemisch sammelt sich im oberen, blutleeren Bereich an. Befindet sich der Taucher in horizontaler Position mit dem Gesicht nach unten unter Wasser, erhöht sich der relative Wert der alveolären Ventilation im Vergleich zu seiner vertikalen Position erheblich, der Gasaustausch und die Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes verbessern sich.
Während der Zeit der Dekompression und einige Zeit danach wird VC aufgrund des erhöhten Blutflusses zur Lunge ebenfalls reduziert.
Beeinflusst das Atmungssystem negativ und die Tatsache, dass die aus den Zylindern kommende Luft normalerweise kalt ist und fast keine Feuchtigkeit enthält. Das Einatmen von kaltem Gas kann zu Atemstörungen führen, die sich durch Zittern der Atemmuskulatur, Schmerzen in der Brust, vermehrte Sekretion der Schleimhäute von Nase, Luftröhre und Bronchien sowie Atembeschwerden äußern. Beim Schwimmen in kaltem Wasser verschärft sich das Problem der Schleimabsonderung besonders: Die Schluckbewegungen zum Druckausgleich in der Mittelohrhöhle sind schwierig. Und aufgrund der Tatsache, dass die einströmende Luft praktisch keine Feuchtigkeit enthält, können Reizungen der Schleimhäute von Augen, Nase, Luftröhre und Bronchien auftreten. Erschwerend kommt hier auch die Auskühlung des Körpers hinzu.
Auch ein kurzer Aufenthalt unter Wasser erfordert sowohl eine spezielle technische Ausrüstung als auch eine entsprechende Ausbildung einer Person. Die größten Schwierigkeiten bei der Unterwasserarbeit sind damit verbunden, den Taucher mit einem Atemgemisch zu versorgen.
Tatsache ist, dass das Gasgemisch notwendigerweise unter demselben Druck in die Lunge des Tauchers gelangen muss, der in einer bestimmten Tiefe eine Wassersäule erzeugt. Wenn dieses Verhältnis verletzt wird, drückt der äußere Druck einfach auf die Brust und hindert Sie daran, Luft zu holen. Bei einer solchen Atmung nimmt die Arbeit der Atemmuskulatur stark zu. Daher atmen erfahrene Taucher tief, aber langsam. Einige von ihnen machen nur 3-4 Atemzüge pro Minute, wobei jedes Mal 2-2,5 Liter Luft in die Lunge gelangen.
Auch die Zusammensetzung des Atemgemisches ist beim Tiefseetauchen von großer Bedeutung. Wenn Druckluft zum Atmen unter Wasser verwendet wird, steigt der Sauerstoffpartialdruck beim Tauchen an und übersteigt in einer Tiefe von 90 m den normalen Druck um das 10-fache. In einer Tiefe von 40 m erhält der Taucher ein Gemisch mit 5 % Sauerstoff, in einer Tiefe von 100 m nur noch 2 % (statt der üblichen 20,9 %). Bei längerem Einatmen von sowohl reinem Sauerstoff als auch unter einem Druck von etwa 3 atm. , kann es zu einer Verletzung der Funktionen des Nervensystems in Form eines Krampfanfalls kommen.
Auch der Partialdruck des Stickstoffs im Atemgemisch ist für den Körper nicht gleichgültig. In der uns vertrauten Atmosphäre, in der Stickstoff zu fast 79 % besteht, ist dieses Gas ein einfaches Sauerstoffverdünnungsmittel und nimmt an keinen Prozessen im Körper teil. Unter hohem Druck wird Stickstoff jedoch zu einem heimtückischen Feind. Es verursacht einen narkotischen Zustand ähnlich einer Alkoholvergiftung. Deshalb werden Taucher ab einer Tiefe von 60 m mit Stickstoff versorgt – einem Sauerstoffgemisch, bei dem Stickstoff ganz oder teilweise durch das physiologisch inaktive Helium ersetzt wird.