Физиология дыхания при 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
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
Проблема дыхания при пониженном атмосферном давлении имеет
большое практическое значение при высотных полетах и подъемах на горные вершины.
На высоте 4000—6000 м могут возникнуть симптомы так называемой горной, или
высотной, болезни, которая характеризуется признаками, характерными для тяжелой
гипоксии. Если же человек через маску, надетую на лицо и соединенную со
специальным баллоном, дышит газовой смесью с высоким содержанием кислорода, то
высотная болезнь не наступает и на высоте 11 000—12 000 ж, на которой без
добавления кислорода он не мог бы находиться.
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 хеморецепторы каротидного синуса,
вызывает учащение дыхания, что ведет к вымыванию углекислоты из альвеолярного
воздуха, а следовательно, и из крови. Недостаток углекислоты понижает
возбудимость дыхательного центра, поэтому дыхание не
усиливается настолько, насколько это требуется для удовлетворения потребности
организма в кислороде. Прибавка к вдыхаемому воздуху некоторого количества СО2
(до 3%) вызывает заметное улучшение состояния организма при высотной
болезни.
Большой практический интерес в связи с высокогорными восхождениями, высотными
полетами и парашютными прыжками представляет возможность повысить путем
тренировки выносливость человека к пониженному атмосферному
давлению, например повысить «индивидуальный потолок» летчика.
Тренировка летчиков или парашютистов к пребыванию на больших высотах достигается
в специальных герметических барокамерах, в которых с помощью насосов,
выкачивающих воздух, можно создать давление, соответствующее тому, которое
имеется на различных высотах.
В результате тренировки выносливость к пониженному атмосферному давлению
повышается, и исследуемый сохраняет относительно нормальную работоспособность
даже при давлении 316 мм рт. ст., что соответствует высоте 7000 м. Между тем у
нетренированного человека, помещенного в камеру явлением в 355 мм рт. ст. (такое
давление имеется на высоте в 6000 м), уже через короткий срок обнаруживается
быстрое и поверхностное дыхание, плохое самочувствие, а иногда потеря
сознания.
При длительном пребывании на больших высотах, например при жизни в
высокогорных местностях, наблюдается акклиматизация к пониженному парциальному
давлению кислорода. Она обусловлена рядом фактов:
- увеличением числа эритроцитов в крови, следовательно, повышением
кислородной емкости крови; - усилением легочной вентиляции;
- понижением чувствительности тканей организма, в частности центральной
нервной системы, к недостаточному снабжению кислородом.
Увеличение числа эритроцитов происходит в результате усиленного
кроветворения, а также поступления в общую циркуляцию крови, находящейся
кровяных депо. Доказательством усиленного кроветворения является нарастание в
крови молодых форм эритроцитов — ретикулоцитов и увеличение массы красного
костного мозга.
На высоте в 15 000 м давление воздуха равно 80 мм рт. ст. В этих условиях
даже при дыхании чистым кислородом с помощью кислородного прибора парциальное
давление кислорода в альвеолярном воздухе значительно ниже нормы и не
обеспечивает достаточного поступления кислорода в кровь.
Поэтому при полетах в стратосфере, а тем более при космических полетах
необходимы герметические кабины или индивидуальные герметические скафандры, в
которых давление поддерживается на нужном уровне.
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