Особенности дыхания в условиях повышенного и пониженного барометрического давления

Классический пример дыхания в условиях повышенного барометрического давления – это дыхание под водой при плавании с аквалангом. На поверхности моря барометрическое давление равняется 1 атмосфере. Погружение под воду на каждые 10 метров добавляет по 1 атмосфере (10 м – 2 атм.; 20 м – 3 атм.; 30 м – 4 атм.; и т.д.). Но если барометрическое давление, по сравнению с уровнем моря, увеличивается в 2, 3, 4, и т.д. раз, то и парциальные давления газов в дыхательной газовой смеси увеличиваются соответственно в 2, 3, 4, и т.д. раз, что, в свою очередь, приводит к высокой растворимости газов в крови. Это вызывает ряд проблем, и необходимость корректировки состава дыхательной газовой смеси.

1) Высокое растворение О₂, когда его в крови становится больше, чем может быть связано гемоглобином, опасно и требует корректировки состава газовой смеси. На глубинах превышающих 40 м необходимо использовать дыхательные газовые смеси не с 20, 9 об. % О₂, как в атмосферном воздухе, а всего лишь 5 об. %; а на глубинах свыше 100 м – 2 об. % О₂.

2) Повышенное растворение азота вызывает наркотическое состояние (опьянение). На глубинах превышающих 60 м, азотно-кислородная дыхательная газовая смесь должна заменяться гелиево-кислородной. Гелий вызывает наркотический эффект на глубине 200-300 м. Исследуется возможность использования водородно-кислородных смесей на глубинах свыше 300 м и до 2-х км.

3) Необходимость декомпрессии. При быстром подъёме водолаза с глубины, растворённые в крови, газы вскипают, и вызывают газовую эмболию – закупорку сосудов. Подъём водолаза с глубины 300 м требует 2-недельной декомпрессии. Поэтому, при работе на больших глубинах используется вахтовый метод: водолаз живёт 2-3 недели в барокамере под водой, затем его подвергают постепенной декомпрессии.

При подъёме в горы, барометрическое давление понижается, а, следовательно, понижается и парциальное давление кислорода. На высоте 5 км над уровнем моря парциальное давление кислорода становится < 50 мм рт.ст. (на уровне моря ~ 100 мм рт. ст.). Возникает острая гипоксия, а в ответ на неё, из-за возбуждения хеморецепторов каротидного синуса, возникает гипервентиляция. В результате гипервентиляции развивается гипокапния, т.е. вымывание углекислого газа, импульсация с центральных хеморецепторов снижается, возникает гипопноэ.

У людей, живущих высоко в горах, наблюдаются характерные адаптивные приспособления организма:

1) снижена чувствительность периферических хеморецепторов к недостатку О₂;

2) повышена диффузионная способность лёгких;

3) увеличена кислородная ёмкость крови за счёт увеличения содержания гемоглобина в крови;

4) снижено сродство гемоглобина к кислороду (в том числе и за счёт увеличения в эритроцитах 2, 3-дифосфоглицерата), кислород легче отдаётся в ткани.

У неадаптированного человека, когда парциальное давление О₂ становится < 50 мм рт.ст., возникает необходимость дышать газовой смесью с повышенным содержанием О₂, а на высоте 9 км (где парциальное давление О₂ – 30 мм рт.ст.) – чистым О₂. На высоте 18 км необходим скафандр с автономным атмосферным давлением.