Дыхание при повышенном и пониженном давлении
Дыхание при пониженном атмосферном давлении. При подъеме на высоту животные и человек оказываются в условиях пониженного атмосферного давления. При этом развивается гипоксия (недостаток кислорода в организме) в результате низкого парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. На высоте 5 км барометрическое давление составляет около 60 мм рт. ст. и насыщенность крови кислородом снижается до 80% , что способствует развитию горной болезни.
На высоте от 2,5 до 5 км повышается вентиляция легких, что вызвано стимуляцией каротидных хеморецепторов. Одновременно происходит повышение артериального давления и увеличение частоты сердечных сокращений. Эти реакции направлены на усиление снабжения тканей кислородом.
В случае увеличения высоты более 7 км могут наступить опасные для жизни нарушения дыхания, кровообращения и потеря сознания.
Длительное пребывание или обитание животных и людей в горной местности сопровождается акклиматизацией к кислородному голоданию, которая проявляется в следующем:
- • увеличивается концентрация эритроцитов в крови в результате усиления эритропоэза;
- • повышается содержание гемоглобина в крови и увеличивается ее кислородная емкость;
- • активизируется вентиляция легких;
- • повышается плотность кровеносных капилляров в тканях в результате увеличения их длины и извитости.
Дыхание при повышенном атмосферном давлении. При погружении животных и человека под воду возрастает атмосферное давление. Например, на глубине 10 м давление возрастает до 2 атм, на глубине 20 м — до 3 атм. В этом случае парциальное давление газов в альвеолярном воздухе возрастает и в крови растворяется большое количество газов — кислорода, азота. Само пребывание на большой глубине не опасно, но при быстром подъеме и переходе от повышенного давления к обычному растворенные в крови газы вскипают и вызывают газовую эмболию сосудов (кессонная болезнь), что может привести к смерти. Кессонная болезнь характеризуется болями в мышцах, головокружением, одышкой, потерей сознания. При медленном подъеме на поверхность газы постепенно удаляются из организма, что профилактирует развитие кессонной болезни. Особенно важны эти закономерности при проведении водолазных работ. В случае погружения водолазов на большие глубины для дыхания применяют гелиево-кислородные смеси. Водолазы поднимаются с глубины очень медленно, а после подъема проходят постепенную декомпрессию.
У некоторых животные выработались специальные дыхательные приспособительные реакции, позволяющие им нырять на определенную глубину. К таким животным относятся ластоногие, киты, выдра, калан и многие другие. Например, крупные киты могут погружаться на глубину 100-200 м и находиться под водой в течение 50—60 мин, а морские львы могут нырять на глубину до 750 м. Физиологически это обусловлено тем, что их дыхательный центр малочувствителен к накоплению в организме С02, что позволяет длительно задерживать дыхание и более полно использовать 02, содержащийся в крови и легких. Кроме того, их мышцы богаты миоглобином. Миоглобин — красный железосодержащий белок (специализированная разновидность гемоглобина), находящийся в сердечной и скелетной мышцах и активно переносящий 02. Так, в скелетных мышцах лошадей и человека содержится 4—9 мг миог- лобина на 1 г массы мышц, а у морских львов — 55—75 мг/г.
Источник
Дыхание при пониженном атмосферном давлении
При полетах на больших высотах или при подъеме на горные вершины наблюдаются нарушения в жизнедеятельности организма, получившие название высотной, или горной, болезни.
Высота, на которой наступают первые проявления горной болезни, индивидуальна, она колеблется в пределах от 4000 до 5000 м. Наблюдения показывают, что до указанной высоты человек обычно может подниматься, не испытывая заметных нарушений в отправлении жизненно важных функций своего организма.
Нарушения, которые наступают на больших высотах, заключаются в основном в следующем: учащается пульс, появляются слабость мышц и их судороги, дыхание становится учащенным, теряется острота слуха и зрения, появляются головная боль, чувство усталости и иногда нервно-психические расстройства, оканчивающиеся обмороком.
Рис. Искусственное дыхание
Для изучения явлений, наступающих при подъеме на значительные высоты, используются специальные герметически скрываемые камеры, в которых по желанию исследователя при помощи специального приспособления можно создать условия, соответствующие той или другой высоте. Такие камеры называются барокамерами.
При наличии барокамер в значительной мере отпадает необходимость изучать изменения, наступающие в организме на высотах, в естественных условиях, так как их можно исследовать,создав соответствующие условия в барокамере.
Изучение горной оолезни показало, что нарушения, которые наблюдаются на высотах, связаны с недостаточным поступлением кислорода в организм: на высоте 5500 м давление становится равным 380 мм рт. ст., т. е. по сравнению с давлением на поверхности земли падает наполовину. Резко снижается и парциальное давление кислорода. Если при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. парциальное давление кислорода равно 159 мм, то уже на высоте 5500 м оно падает почти до 80мм. Такое понижение парциального давления вызывает от-осительно недостаточное насыщение крови кислородом и следовательно, недостаточное снабжение им нервной ткани,мышц и других органов. Наступает так называемое кислородное голодание, или а н о к с и я тканей и нервной системы.
Большое значение для борьбы с горной болезнью имеет тренировка. Для тренировки очень широко применяются барокамеры. В результате тренировки организм приобретает возможность реагировать на изменение давления рядом физиологических приспособлений.
При подъеме на высоту увеличивается вентиляция легких путем учащения и углубления дыхания; благодаря этому насыщение крови кислородом увеличивается. Возрастает количество эритроцитов в крови за счет их усиленного образования и выбрасывания в кровеносное русло из кровяных депо. Это Является одним из основных защитных приспособлений организма, которое и способствует увеличению количества гемоглобина, а следовательно, и усилению связывания и переноса кислорода. Кроме того, увеличивается минутный объем сердца и повышается стойкость тканей к некоторому недостатку кислорода.
Увеличение устойчивости организма к понижению атмосферного давления, т. е. приспособление хода физиологических процессов к изменившимся внешним условиям, осуществляется нервной системой и ее высшим отделом — корой головного мозга.
После тренировки человек может находиться на высоте 4000—5000 м, не испытывая неприятных проявлений горной болезни. Так, после тренировки экспедиция на Эльбрусе достигла высоты более 5000 м, а на Памире — 7000 м. Экспедиция, поднявшаяся на Эверест, достигла высоты 8400. Подъемы на высоты более 5000 м, как правило, возможны при условии пользования кислородными приборами.
Дыхание при повышенном атмосферном давлении
Работа, которая выполняется в кессонах при постройке тоннелей и мостов и водолазами под водой, протекает под большим давлением. Давление возрастает по мере опускания водолаза в глубинные водные слои. Спуск на глубину 10,3 м увеличивает давление на 1 атмосферу. Водолаз, находясь на глубине 20,6 м, будет испытывать давление слоя воды, равное 2 атмосферам плюс атмосферное давление, т. е. всего 3 атмосферы. Некоторые водолазы спускаются на глубину, где давление достигает 10 атмосфер. Водолазы и лица, работающие в кессонах, подвержены водолазной, или кессонной, болезни.
Кессонная болезнь связана с тем, что в крови человека, находящегося на поверхности земли, в растворенном состоянии находится около 1 л азота. При опускании в глубину человек испытывает большее давление, и количество растворенного в крови азота возрастает.
Быстрый подъем человека из глубины сопровождается понижением давления, а следовательно, и изменением парциального давления азота в альвеолярном воздухе. Азот начинает энергично выделяться, и в крови появляются его пузырьки.
Появление таких пузырьков весьма опасно, так как они могут вызвать закупорку сосудов. Особенно тяжелые последствия наблюдаются при закупорке сосудов мозга, что сопровождается параличом и иногда кончается смертью. При легких формах кессонной болезни больной испытывает кожный зуд, боль в суставах и мышцах, головокружение; бывает рвота, иногда наступает обморочное состояние.
Основной мерой предотвращения кессонной болезни является медленный подъем на поверхность с остановками на разных глубинах. Такой продолжительный подъем с остановками значительно снижает возможность наступления кессонной болезни. Чтобы ускорить выделение азота из крови, применяется вошедшее в последние годы в практику дыхание смесью кислорода и гелия.
Искусственное дыхание
Искусственное дыхание применяется в тех случаях, когда у человека прекращается дыхание, а сердце продолжает работать. Так бывает у утопленников, у людей, пораженных электрическим током, отравленных газами, и т. д. В этих случаях при помощи искусственного дыхания можно возобновить деятельность дыхательного центра и спасти человека от смерти. В практике были случаи, когда нормальное дыхание восстанавливалось через 4—6 часов искусственного дыхания.
Наиболее распространенными являются два способа искусственного дыхания.
Первый способ: дыхание изо рта в рот. На рот пострадавшего набрасывают кусочек марли или тоненький платочек и оказывающий помощь, прижавшись губами к губам пострадавшего, делает сильный выдох ему в рот. Выдохнутый воздух поступает в легкие и раздувает их. В выдохнутом воздухе содержится около 17% кислорода, что достаточно для насыщения гемоглобина кислородом, а высокий процент углекислого газа (3) препятствует выходу из крови углекислоты, в результате ее концентрация в крови спасаемого повышается и возбуждает дыхательный центр.
Второй способ: расширение и сдавливание грудной клетки.
Широко применяются два приема.
Первый прием (рис.): больного кладут на спину с несколько запрокинутой назад головой. Руки его берут ниже локтя и в течение 2 секунд прижимают к грудной клетке, уменьшая тем самым ее объем и изгоняя из нее воздух; так производится выдох, за выдохом следует вдох; его достигают путем отведения рук кверху круговым движением. Продолжительность искусственного вдоха 3 секунды.
Второй прием (рис.2): больного кладут вниз лицом, повернув голову в сторону. Человек, производящий искусственное дыхание, становится на колени так, чтобы туловище больного находилось между ними. Выдох достигается путем сильного надавливания ладонями и всей тяжестью тела на нижнюю часть грудной клетки. Вдох производится пассивно, так как по прекращении надавливания грудная клетка расширяется, возвращаясь к исходному положению.
Статья на тему Дыхание в разных условиях
Источник
Оглавление темы “Дыхательный центр. Дыхательный ритм. Рефлекторная регуляция дыхания.”: Дыхание человека при измененном барометрическом давлении воздуха. Дыхание при пониженном давлении воздуха.Снижение парциального давления кислорода в окружающем воздухе, что в естественных условиях имеет место при восхождении человека на высокие горы, вызывает недостаток 02 в крови, что называется артериальной гипок-семией. Так, на высоте 3000 м над уровнем моря барометрическое давление воздуха уменьшается на 1/3, а на высоте 8500 м — на 2/3. При подъеме человека на высоту до 3—3,5 км над уровнем моря артериальная кровь насыщена кислородом в пределах нормы — на 90—95 % (табл. 10.3). Таблица 10.3. Парциальное давление кислорода во вдыхаемом и альвеолярном воздухе и процент насыщения артериальной крови кислородом на различной высоте над уровнем моря Поскольку насыщение артериальной крови кислородом при подъеме на высоту до 3000 м над уровнем моря составляет не менее 90 %, то в этих условиях незначительное снижение напряжения 02 в артериальной крови человека происходит за счет уменьшения содержания в крови физически растворенного кислорода. Это, тем не менее, обусловливает появление слабо выраженной гипоксемии и сопровождается незначительным увеличением вентиляции легких. Восхождение человека на высокую гору всегда сопряжено с усиленной мышечной деятельностью, повышением температуры тела, увеличением в плазме крови содержания катехоламинов. Эти факторы оказывают комплексное стимулирующее влияние на дыхание человека при восхождении на горную высоту. В результате слабо выраженная артериальная гипоксемия при участии периферических хеморецепторов увеличивает степень гиперпноэ у человека, обусловленное работой мышц. Повышенное содержание катехоламинов в плазме крови повышает чувствительность периферических хеморецепторов к гипоксемии и, усиливая активность периферических хеморецепторов, ведет к росту параметров внешнего дыхания. Наконец, повышение температуры тела человека при восхождении на высокие горы в результате мышечной деятельности также повышает чувствительность периферических хеморецепторов к гипоксемии. Повышение температуры тела при физической работе может стимулировать дыхание через усиление скорости метаболизма в организме, через периферические хеморецепторы и нейроны дыхательного центра. При этом периферические хеморецепторы являются основными источниками стимуляции вентиляции легких у человека при гипоксии. Поэтому при восхождении человека на высокую гору до высоты 3—3,5 км над уровнем моря усиление вентиляции обусловлено активацией механизмов гуморальной и нервной регуляции дыхания в пределах физиологической нормы. – Также рекомендуем “Горная болезнь. Причины ( этиология ) горной болезни. Механизм развития ( патогенез ) горной болезни.” |
Источник
Поскольку дыхание вместе с кровообращением обеспечивает организм кислородом в соответствии с его потребностями и освобождает организм от образующейся в нем углекислоты, понятно, что интенсивность тесно связана с интенсивностью окислительных процессов: глубина и дыхательных движений уменьшаются при покое и при работе, притом тем сильнее, чем напряженнее работа. Так, при напряженной мышечной работе объем легочной вентиляции возрастает до 50 и даже до 100 л в минуту (у тренированных людей).
Одновременно с усилением дыхания во время работы наступает усиление деятельности сердца, приводящее к увеличению минутного объема сердца.
Увеличению транспорта кислорода при работе способствует также выбрасывание эритроцитов из кровяных депо и обеднение крови водой вследствие потения, что ведет к некоторому сгущению крови и повышению концентрации гемоглобина, а следовательно, и к увеличению кислородной емкости крови. У тренированных людей во время работы происходит раскрытие большего количества капилляров, чем у нетренированных.
Одной из причин увеличения легочной вентиляции и минутного объема крови при интенсивной мышечной работе является накопление молочной кислоты в тканях и переход ее в кровь. Молочная кислота вытесняет угольную кислоту из ее связей с ионами натрия и калия, что приводит к повышению напряжения углекислого газа в крови и к непосредственному и рефлекторному возбуждению дыхательного центра.
Накопление молочной кислоты при мышечной работе возникает потому, что интенсивно работающие клетки испытывают недостаток в кислороде и часть молочной кислоты не может окислиться до конечных продуктов распада углекислого газа и воды (кислородная задолженность).
Сигналом, вызывающим усиление дыхания и кровообращения, является раздражение проприорецепторов работающих мышц. Этот рефлекторный компонент принимает участие в любом усилении дыхания при мышечной работе.
Таким образом, усиление вентиляции при мышечной работе обусловлено, с одной стороны, химическими изменениями, происходящими в организме,— накоплением углекислоты и недоокисленных продуктов обмена, а с другой стороны, рефлекторными влияниями.
Дыхание при пониженном атмосферном
Проблема дыхания при пониженном атмосферном давлении имеет практическое значение при высотных полетах и подъемах на горные вершины. На высоте 4000—6000 м могут возникнуть симптомы горной болезни. Кроме недостатка кислорода, организм на высотах страдает также от недостатка углекислоты в крови и тканях, т. е. от гипокапнии. Последняя возникает потому что недостаток кислорода в крови, раздражая хемо-рецепторы каротидного синуса, вызывает учащение дыхания, что приводит к вымыванию углекислоты. Недостаток углекислоты понижает возбудимость центра, поэтому дыхание не усиливается настолько, насколько это требуется для удовлетворения потребности организма в кислороде.
При длительном пребывании на больших высотах, например при жизни в высокогорных местностях, наблюдается акклиматизация к пониженному парциальному давлению кислорода. Она обусловлена рядом факторов: 1) увеличением числа эритроцитов в крови, следовательно, повышением кислородной емкости крови 2) усилением легочной вентиляции; 3) понижением чувствительности тканей организма, в частности ЦНС, к недостаточному снабжению кислородом.
Источник
Оглавление темы “Дыхательный центр. Дыхательный ритм. Рефлекторная регуляция дыхания.”: Дыхание человека при повышенном давлении воздуха. Дыхание при высоком атмосферном давлении. Кесонная болезнь. Газовая эмболия.Дыхание человека при повышенном давлении воздуха имеет место на значительной глубине под водой при работе водолазов или при кессонных работах. Поскольку давление одной атмосферы соответствует давлению столба воды высотой 10 м, то в соответствии с глубиной погружения человека под воду в скафандре водолаза или в кессоне поддерживается давление воздуха по этому расчету. Человек, находясь в атмосфере повышенного давления воздуха, не испытывает каких-либо дыхательных расстройств. При повышенном давлении атмосферного воздуха человек может дышать в том случае, если в его дыхательные пути поступает воздух под таким же давлением. При этом растворимость газов в жидкости прямо пропорциональна его парциальному давлению.
Поэтому при дыхании воздухом на уровне моря в 1 мл крови содержится 0,011 мл физически растворенного азота. При давлении воздуха, которым дышит человек, например, 5 атмосфер, в 1 мл крови будет содержаться в 5 раз больше физически растворенного азота. При переходе человека к дыханию при более низком давлении воздуха (подъем кессона на поверхность или всплытие водолаза) кровь и ткани тела могут удержать только 0,011 мл N2/мл крови. Остальное количество азота переходит из раствора в газообразное состояние. Переход человека из зоны повышенного давления вдыхаемого воздуха к более низкому его давлению должен происходить достаточно медленно, чтобы освобождающийся азот успел выделиться через легкие. Если азот, переходя в газообразное состояние, не успевает полностью выделиться через легкие, что имеет место при быстром подъеме кессона или нарушении режима всплытия водолаза, пузырьки азота в крови могут закупорить мелкие сосуды тканей организма. Это состояние называется газовая эмболия. В зависимости от локализации газовой эмболии (сосуды кожи, мышц, центральной нервной системы, сердца и др.) у человека возникают различные расстройства (боли в суставах и мышцах, потеря сознания), которые в целом называются «кессонной болезнью». Развитие кессонной болезни предотвращается определенной скоростью декомпрессии, т. е. скоростью перехода человека от дыхания при повышенном давлении воздуха к дыханию воздухом при нормальном атмосферном давлении на уровне моря. Например, переход человека от дыхания при одной добавленной атмосфере к дыханию атмосферным воздухом на уровне моря должен происходить 5 мин, от двух добавленных атмосфер — 30 мин, а от четырех — 60 мин. В случае возникновения кессонной болезни пострадавшего немедленно помещают в барокамеру, в которой быстро повышают давление воздуха, которое обеспечивает растворение мелких пузырьков азота в тканях организма. Это приводит к исчезновению проявлений у человека кессонной болезни. Последующая декомпрессия давления воздуха в барокамере производится по специальным нормам времени под наблюдением медицинского персонала за пострадавшим человеком. – Вернуться в оглавление раздела “Физиология человека.” |
Источник