Человек под водой. Техника выравнивания давления в ушах при нырках При погружении тела в воду она давит

Еще до рождения человек 9 месяцев живет в водной среде. Младенцы учатся плавать быстрее, чем говорить и чувствуют себя в воде увереннее, чем на твердой поверхности.

Проходят годы и, повзрослев, люди ищут возможности вернуться к воде. Океан зовет нас, и мы не в силах преодолеть этот инстинкт. Мы не чужаки в водном мире. Мы просто возвращаемся на время домой. Дайвинг – это ключ к единению с океаном, занятие влюбленных в море, уверенных в себе и своих друзьях людей.

Спасибо за Ваше внимание к дайвингу!

• Дайвинг

  С чего начать? Нужно ли специальное обучение для занятий дайвингом?

• Физиология дайвинга

  Что происходит с организмом человека под водой?

• Возможные опасности

  Что нужно знать дайверу для комфорт-
  ных погружений?

Физиология дайвинга

Что происходит с организмом человека под водой.

У нас для Вас есть хорошая новость. 70% организма человека никак не реагируют на погружения под воду. Почему?... Да просто потому, что организм человека сам на 70% состоит из воды. Поэтому тело человека не испытывает дискомфорта от погружений. Особенно от любительских погружений до глубины 40 метров. Правда остаются еще 30%, которым все-таки придется немножко помочь.

В первую очередь давайте посмотрим, что происходит с легкими человека во время погружения на глубину, скажем, 30 метров. См. рисунок:

На поверхности на наши легкие действует давление равное одной атмосфере. Каждые десять метров, которые мы будем погружаться во время дайвинга, к этой одной атмосфере будет прибавляться дополнительная атмосфера. Таким образом, на глубине 10 метров на легкие действует уже две атмосферы, на глубине 20 метров – три атмосферы, а на глубине 30 метров – 4 атмосферы.

Если не добавлять в легкие воздух, как видно из рисунка, их объем на глубине 30 метров уменьшится в 4 раза и составит всего 25% от исходного объема. Но у нас снова есть хорошая новость. Если Вы не будете задерживать под водой дыхание (а во время дайвинга такой необходимости нет), объем Ваших легких не изменится. Вы постоянно будете компенсировать внешнее давление новыми порциями вдыхаемого воздуха.

Легкие – это очень хрупкий и важный орган человека. Дайверу любителю играть с объемом легких не стоит – это удел опытных подводных охотников и фридайверов. Поэтому отсюда следует один из основных постулатов дайвинга – никогда не задерживать дыхание во время погружений . Если при погружении задержка дыхания не несет существенной опасности, то при всплытии такая опасность есть и она очень серьезная.

Представьте себе, что Вы задержали дыхание на глубине 30 метров и начали всплытие. Объем Ваших легких был нормальным, ведь Вы дышали и постоянно подавали в легкие воздух во время дайвинга. Но вот Вы поднимаетесь наверх, крепко задержав дыхание. Внешнее давление уменьшается в четыре раза. Согласно всем законам физики объем легких пропорционально должен увеличиться в 4 раза, но легкие человека на это не способны. Итог - легкие не выдерживают нагрузки и получают серьезную баротравму изнутри.

Поэтому ни при каких обстоятельствах не задерживайте дыхание во время дайвинга. Постоянное и равномерное дыхание дайвера обеспечивает легким своевременный приток необходимого для поддержания их объема воздуха, и своевременный отток лишнего воздуха, в момент всплытия на поверхность. Простым размеренным дыханием под водой Вы обеспечите легким комфорт во время всего погружения, независимо от глубины, на которую Вы опускаетесь.

Уши, гайморовы и околоносовые пазухи.

Кроме легких у человека также есть еще небольшие полости воздуха, которые могут подвергаться воздействию перепада давлений во время дайвинга. Это – среднее и внутреннее ухо, а также гайморовы и околоносовые пазухи. Давление в этих полостях выравнивается достаточно просто, см. статью как правильно продувать уши . При продувании ушей давление одновременно выравнивается во всех пазухах, при условии отсутствия простудных или хронических лор-заболеваний.

Важно понимать, что при простудных заболеваниях (насморк, ОРЗ, грипп и т.п.) зачастую выровнять давление в ушах и пазухах невозможно. Воспаленная слизистая и расширенные сосуды перекрывают заполненные воздухом полости, и они не могут свободно сообщаться друг с другом. Следует воздержаться от дайвинга до полного выздоровления, потому что погружения на глубину более шести метров без выравнивания давления могут повлечь дискомфорт и даже баротравму уха.

В остальном ничего особенного с изменением глубины дайвера под водой не ждет. Самые серьезные изменения происходят на первых десяти метрах. Если удалось выровнять давление в ушах в начале дайвинга, то и в дальнейшем все будет хорошо. На больших глубинах, правда, следует учитывать парциальное давление кислорода и азота в газовых смесях, но начинающему дайверу эта информация пока ни к чему. Особенностям воздействия азота и кислорода на организм человека с увеличением глубины обучают на специальных курсах.

Когда-то путешествия в морские глубины были в состоянии совершить лишь литературные герои Жюля Верна, Но вот в 1960 г. уже не фантастический «Наутилус», а совершенно реальный батискаф с двумя учеными на борту (Ж. Пикар и Д. Уолш) достиг дна одной из глубочайших впадин Тихого океана - 10 919 м.

Даже в своих самых смелых мечтах человечество вряд ли могло рассчитывать на такой успех. Отдавая должное дерзости исследователей, нельзя не признать, что такое достижение стало возможным лишь в наши дни - благодаря развитию современной техники.

Глубина ныряния без акваланга ограничена прежде всего запасами имеющегося в организме кислорода (около 2,5 л). Ныряльщику помогает и то, что давление воды, отжимая кровь из конечностей, увеличивает ее насыщение в легких. Так, например, французу Жаку Майолю удалось без акваланга достигнуть глубины 105 м. В воду он погружался по тросу со скоростью 10 м/с и с такой же скоростью затем поднимался вверх. Один из секретов этого феномена заключается в том, что Майоль к моменту установления своего нового мирового рекорда имел 10-летний опыт тренировки по системе йогов. Он научился в совершенстве расслаблять свою мускулатуру и задерживать дыхание до 4 мин, увеличил жизненную емкость легких до 7,4 л. Благодаря столь длительной задержке дыхания организм человека в подводных глубинах как бы уподобляется батискафу, т. е. в результате выключения газообмена для организма не существует проблемы декомпрессионных расстройств, о которых мы еще расскажем читателю. Интересно и то, что до глубины,50 м Майоль погружается с носовым зажимом, который предотвращает попадание воды в носоглотку. При дальнейшем же погружении он снимает носовой зажим, и тогда за счет проникновения воды в носоглотку выравнивается барометрическое давление с наружной и внутренней стороны барабанных перепонок. Тем самым устраняется неприятное ощущение в ушах, связанное с односторонним давлением воды на барабанные перепонки. Глаза Майоля в подводных глубинах защищены контактными линзами.

Среди женщин блестящего успеха достигла в 1986 г. молодая итальянская ныряльщица Анджела Бандини.

Вблизи острова Эльба она погрузилась без акваланга на рекордную для женщин глубину - 52,5 м. Вся операция заняла 2,5 мин. А пятью годами раньше Бандини совершила погружение на 20 м в ледяные воды озера, лежащего на пятикилометровой высоте в Пepy.

Говоря о подводных рекордах, нельзя не вспомнить о героизме многократного рекордсмена мира по подводному плаванию Шаварша Карапетяна. Когда в 1982 г. троллейбус с 20 пассажирами упал и затонул в холодных водах Ереванского водохранилища на глубине 8-9 м, Карапетян нырял на дно подряд в течение более 20 мин и спас жизнь всем пострадавшим. После этого он еще помог вытащить и сам троллейбус. Это был одновременно и гражданский подвиг, и неофициальный спортивный рекорд.

А вот рекорд проникновения аквалангистов в морские глубины составляет 565 м. Он был установлен в 1972 г. двумя французами.

В 1986 г. американец Джей Смит сумел пробыть под водой с аквалангом 124 ч 30 мин, а его соотечественница Фей Генри - более 72 ч. При этом для отдыха и приема пищи они пользовались воздушным колоколом.

В книге М. В. Васильева «Материя» (1977) описывается, как в барокамере четыре добровольца сумели выдержать барометрическое давление, соответствующее глубине 1520 м! Они провели на такой «глубине» 4 ч без всякого вреда для себя, и это при барометрическом давлении, в 152 раза превышающем давление на Земле. Если при обычном атмосферном давлении предложить человеку подышать смесью, содержащей 99,86% гелия и 0,14% кислорода, то он потеряет сознание из-за кислородной недостаточности уже через 1-2 мин. А вот при барометрическом давлении, соответствующем морской глубине 1,5 км, человек сможет свободно дышать этой смесью так же, как в обычных условиях он дышит атмосферным воздухом. И наоборот, дыхание атмосферным воздухом при давлении несколько десятков атмосфер смертельно опасно. В этих условиях организм будет отравлен азотом и... кислородом. Да, да, тем самым кислородом, который в других случаях спасает жизнь Избыточное насыщение кислородом приводит к серьезным, иногда необратимым изменениям в организме.

В нашей стране в 1985 г. четверо добровольцев более месяца жили в барокамере на «глубине» 450 м, А в это же время водолазы Арктики начали выполнять подводные технические работы на морском дне, находясь на глубине 300 м непрерывно в течение 1,5 ч.

При значительно повышенном барометрическом давлении опасным для жизни становится не только кислород атмосферного воздуха, но и содержащийся в нем азот. Этот газ прекрасно растворяется в нервной ткани, вызывая сначала наркотический, а потом и токсический эффект. Азотный наркоз, или «глубинное опьянение», возникает обычно, если человек дышит атмосферным воздухом на глубине 30-100 м. В этом состоянии он теряет контроль над собой. Известны случаи, когда аквалангисты в состоянии «глубинного опьянения» вынимали изо рта загубник со шлангом, через который из баллонов поступал воздух, и погибали. Поэтому при погружении водолаза на большую глубину ему дают газовую смесь, где азот заменен гелием, который значительно хуже растворяется в нервной ткани и в крови.

Замена азота гелием помогает водолазу избежать при подъеме на поверхность воды так называемой кесонной или декомпрессионной болезни. Возникает она в основном из-за того, что при быстром подъеме растворенное в крови, тканевой жидкости и тканях дополнительное количество азота не успевает выделиться из организма. В крови появляются газовые пузырьки, которые могут привести к закупорке жизненно важных сосудов.

Большой вклад в преодоление этого физиологического барьера сделал в 50-е гг. молодой швейцарский ученый Ганс Келлер. Суть его идеи - последовательная смена разных газовых смесей при подъеме. На глубине от 300 до 90 м он предлагает дышать смесью гелия и кислорода, от 90 до 60 м - смесью азота и кислорода, от 60 до 15 м - аргонно-кислородной смесью и с 15 м до поверхности воды - чистым кислородом. Поставив эксперимент на себе, Келлер поднялся с глубины 222 м всего за 53 мин. А ведь до него с глубины 180 м поднимались в течение 12 ч!

Декомпрессионная болезнь может возникнуть не только при подъеме из глубины на поверхность воды, но и при быстром разрежении атмосферы в барокамере. В нашей практике был случай, когда человек дышал через маску кислородом в барокамере при разрежении атмосферы в ней, соответствующем высоте 11000 м, и одновременно выполнял работу на велоэргометре до 1000 кгм/мин. На 26-й мин работы у него появились декомпрессионные боли в левом колене. Не придав им значения, доброволец продолжал работать. Еще через 5 мин газовые пузыри стали закупоривать крупные сосуды легких. В результате, несмотря на дыхание кислородом, возникло ощущение резкого удушья, человек даже потерял сознание. Всего за 3 мин в барокамере было нормализовано барометрическое давление, а потом пострадавший был даже «погружен» в гипербарической камере на «глубину» 15 м, где пробыл 1 ч. Однако самочувствие продолжало ухудшаться, а артериальное давление снизилось до 50/0 мм рт. ст. Только после реанимации и двухнедельного стационарного лечения все последствия декомпрессионной болезни были полностью устранены.

Между прочим, водолазам для уменьшения вероятности появления у них при быстром подъеме на поверхность воды декомпрессионной болезни можно было бы порекомендовать... заняться высотным альпинизмом. В наших наблюдениях за восемью добровольцами, которые выполняли тяжелую физическую работу на велоэргометре при дыхании кислородом в барокамере «на высоте» 11000 м, у всех без исключения на 13-35-й мин работы появлялись декомпрессионные боли в суставах. После подлинного восхождения на Эльбрус у одного из тех же добровольцев декомпрессионные боли появились уже не на 18-й, а на 39-й мин работы. У остальных они не появлялись, несмотря на непрерывную работу в течение 1 ч.

Вообще же, чтобы легче впоследствии преодолевать различного рода барьеры, с которыми человек встречается в воде, подводную тренировку организма целесообразно начинать с младенческого возраста. Новорожденные обладают довольно большой устойчивостью к кислородному голоданию. И в этом нет ничего удивительного, если учесть, что в организме матери плод получает количество кислорода примерно как на высоте Эвереста.

Под нашим наблюдением находилась кошка, которая за двое суток до рождения котят была «поднята» в барокамере на «высоту» 12 000 м и находилась на ней до Полной остановки дыхания (18 мин). Несмотря на столь выраженную гипоксию, у кошки родились шесть полноценных котят. В другом эксперименте установлено, что новорожденный крысенок живет в бескислородной газовой среде (в чистом азоте) 50 мин. Если же искусственно С помощью введения йодацетата затормозить гликолиз, то время его жизни сокращается до 3 мин.

Наблюдения над детьми, проведенные в последние годы, показали, что новорожденные, с которыми проводятся занятия подводным плаванием, значительно быстрее обучаются длительно не дышать под водой, чем более старшие дети и взрослые. Объясняется это тем, что новорожденные обладают большей способностью к бескислородному получению энергии, чем взрослый человек.

Сотрудник Института общей педагогики и психологии И. Б. Чарковский поставил интересный эксперимент на своей 7-месячной недоношенной дочери. Девочка весила всего 1600 г. Чтобы как-то облегчить ее преждевременный переход из условий иммерсии в утробе матери в условия земной гравитации, к которым недоношенному организму приспособиться довольно трудно, Чарковский периодически помещал свою дочь в аквариум и держал ее там по нескольку часов. Девочка, всем на удивление, чувствовала себя в водной стихии как настоящий ихтиандр, свободно плавала и ныряла, а на 4-месяце жизни уже имела нормальный вес.

Австралийские тренеры по плаванию супруги Тиммерманс начали обучать своего сына плаванию уже с конца первой недели после рождения. К шести месяцам ребенок мог держаться на воде до 15-20 мин, и проплывать несколько сот метров.

Сейчас установлено, что у новорожденного значительно сильнее, чем у взрослого, развит рефлекс перекрытия дыхания при погружении в воду. Доказано также, что у грудных детей еще не утеряно умение ориентироваться в водной среде с помощью самого древнего анализатора - вкусового. «По вкусу» ребенок, находящийся под водой, может даже отличать близких ему людей от посторонних.

Советский академик С. И. Вольфкович, будучи уже пожилым человеком, как-то раз во время морского шторма в Гаграх, рискуя жизнью, спас утопающего мужчину. В ответ на благодарность спасенного он ответил: «За что вы меня благодарите? Не мне, не мне вы жизнью обязаны... А тому, что я имел прекрасных родителей, которые научили меня плавать в два года».

В 1982 г. в городе Тутукака (Новая Зеландия) состоялась первая научная конференция, посвященная рождению детей в воде. К настоящему времени в СССР под водой успешно родились уже сотни детей. На январь 1982 г. во Франции таких родов было зарегистрировано 52, а в США - 15. Разумеется, такие роды принимаются опытными врачами. Ванна с водой тщательно продезинфицирована, температура воды равна температуре чрева матери (примерно 38,5°С); в воду добавляется 0,5% соли, т. е. столько же, сколько ее находится в плазме крови. Так что ребенок появляется на свет в знакомой ему водной среде. Кожи ребенка не касается прохладный воздух, что побудило бы его начать дышать. Роженица при этом, как правило, испытывает не очень сильные болевые ощущения, а ребенок не получает родовой травмы.

Интересно, что еще тысячи лет назад в Древнем Египте, когда женщине грозили трудные роды, ее опускали в воду. Может быть, именно такие случаи позволили подметить, что детишки, родившиеся в воде, опережали в физическом и умственном развитии своих сверстников. И тогда тех, кому предстояло стать жрецами, стали производить на свет в водной среде.

Интересная история произошла в нашей стране в июле 1986 г. с супругами Багрянскими из города Владимира. Они отдыхали в Крыму в районе Судака, ожидая пополнения своего семейства. Нормальные роды произошли во время утреннего купания в кристально чистой морской воде. Родившейся в столь экзотических условиях девочке дали и экзотическое имя Эя.

В книге Сондры Рэй «Идеальное рождение» (1985) описан аналогичный случай, который произошел в 1966 г. с Невиллом фон Шлеффенбергом. Его 23-летняя мать плавала в океане, когда у нее начались схватки Ребенок находился после, рождения в воде 4-5 мин.

Есть проекты (и их планируется осуществить в не таком уж отдаленном будущем) строительства подводных городов. А отдельные подводные дома-лаборатории существуют уже сейчас во многих странах мира. Еще в 1969 г. максимальная глубина погружения достигнута американской подводной лабораторией «Аэгир» - 158,5 м. Шестеро акванавтов находились в ней 5 суток.

В атмосфере подводного дома «Аэгир» содержалось всего 1,8% кислорода, но барометрическое давление было значительно выше, чем на земной поверхности.

Если, например, при столь низком содержании кислорода увеличить барометрическое давление до 10-11 атм, то организм не будет ощущать никакой кислородной недостаточности. Именно повышенным барометрическим давлением воздуха подводные дома отличаются от батискафов. Ведь их обитателям - акванавтам - периодически приходится выходить в своих скафандрах в подводный мир, т. е. в условия, где барометрическое давление достигает еще более высоких величин. Если бы в подводных домах барометрическое давление поддерживалось таким же, как на земной поверхности (и в батискафе), то акванавтам пришлось бы слишком долго ожидать в «прихожей» своего жилища после каждой подводной прогулки во избежание декомпрессионной болезни.

На II Международной конференции по изучению деятельности человека под водой французский исследователь Жак Ив Кусто высказал мысль, что подводные города будущего могут быть заселены людьми с искусственными жабрами, извлекающими кислород непосредственно из воды. В соответствии с этой идеей Кусто у человека для противодействия давлению на глубинах следует удалить легкие, а в его кровеносную систему ввести специальный патрон, который химическим путем выделял бы в кровь кислород и удалял бы из нее углекислоту. Далее, по Кусто, борьбе с кессонной болезнью и свободному передвижению по морскому дну будет способствовать заполнение полости организма инертной жидкостью. Все это будет характеризовать новый вид человека - «гомо акватикус». Кусто не исключал, что первый человек этого вида появится к 2000 г.

В принципе гомо акватикус мог бы обойтись и без жабер, но для этого ему придется жить на глубине 500-700 м. В опытах на мышах и собаках доказано, что если на такой глубине заполнить легкие водой, то растворенного в ней кислорода, благодаря его высокому напряжению, будет достаточно для дыхания... водой. Одну собаку удалось снова вернуть к земной жизни.

На наш взгляд, человечество будет осваивать подводные глубины не совсем так, как предполагает Кусто. Это было бы шагом назад. Ведь вторичное возвращение млекопитающих в водную среду, которое привело к появлению современных тюленей, моржей и китов, не связано с появлением у них жабр. Зато эти животные обладают удивительной способностью к экономному расходованию кислорода. Такую же способность путем специальной тренировки вырабатывает у себя и человек. С помощью специальных тренировок и технических приспособлений человек повысит устойчивость своего организма к декомпрессии и охлаждению, связанному с усиленной теплоотдачей в воде, научится нырять и плавать не хуже дельфинов. Но человек никогда не превратится в особый, исключительный вид «гомо акватикус». Он будет развиваться гармонично и чувствовать себя одинаково свободно в водной стихии, на суше и в космосе.

В наше время человек успешно штурмует не только подводные, но и подземные глубины. Прежде всего это относится к исследователям пещер - спелеологам.

Знаменитый французский спелеолог Мишель Сифр еще в 17-летнем возрасте погружался в пещеры глубиной от 320 до 450 м на 81 ч. В 1962 г. он спустился в пропасть Скарассон, расположенную в Альпах на франко-итальянской границе, на глубину 135 м, где на подземном леднике провел в одиночестве, темноте (при свете очень слабой электрической лампочки), при температуре воздуха около 0°С, 100%-ной влажности, в условиях постоянных обвалов целых два месяца. Вот как описывал он свои ощущения в пещере: «Мой слух был постоянно насыщен музыкой или фантастическим грохотом обвалов. Однако мои зрительные восприятия были сильно ограничены темнотой. Довольно скоро глаза мои начали уставать из-за отсутствия естественного света и слабого электрического освещения, и я почувствовал, что теряю представления о цветах. Я стал, например, путать зеленое с синим. Мне было трудно определить расстояния до предметов... Иногда у меня бывали зрительные галлюцинации».

В 1972 г. Сифр прожил в одной пещере Техаса еще дольше - около 7 месяцев. Интересно, что в пещерах его «сутки», измеряемые по промежуткам времени между двумя пробуждениями, составляли 24,5 ч, а температура тела не превышала 36°С.

Подобные аутоэксперименты можно сравнить разве что с антарктическим одиночеством американского адмирала Ричарда Бёрда. В 1934 г. в период полярной ночи он оказался отрезанным на много месяцев от людей, в условиях страшного холода (на антарктической базе близ 80° южной широты). Тем не менее мужество не покинуло Бёрда, и в единоборстве с мраком и холодом он вышел победителем.

К числу серьезных опасностей, подстерегающих человека в пещерах, относятся и подводные паводки. Вот как описывается один из них в книге Норбера Кастере «Моя жизнь под землей». В 1951 г. доктор Мерей оказался вместе с 6 товарищами в одной из пещер Юры, когда внезапно начался подземный паводок. В отряде возникла паника, и все бросились бежать, пытаясь перегнать подъем воды и добраться до выхода из пещеры, но шестерых из семи членов отряда вода настигла, и они утонули.

Доктор Мерей постарался сохранить хладнокровие и решил остаться на месте, там, где свод был повыше и, кроме того, образовывал нечто вроде выемки. Его расчеты могли не оправдаться, поскольку вода дошла ему до плеч и, кроме того, ему все время приходилось бороться с бурным течением. Вода отступила только через 27 часов. Мерей совершенно обессилел от холода и усталости, но продолжал бороться с водой и устоял.

Интересно, что некоторые пещеры успешно могут использоваться с лечебной целью. Например, в Солотвин-ских солерудниках Закарпатья с 1968 г, ведется лечение ночевками в пещерах больных бронхиальной астмой. Медицинская статистика свидетельствует, что таким способом от бронхиальной астмы избавляются 84% взрослых и 96% детей. Объясняется же лечебный эффект этих пещер чистотой воздуха и его явно выраженной отрицательной ионизацией.

Самая глубокая из изученных на сегодняшний день пещер - пещера Жан-Бернар во Франции - 1445 м. Предполагают, что пещера Снежная на Кавказе имеет глубину 1600 м. Если же говорить о шахтах, то самая глубокая из них - более 3 км от поверхности прорыта в Южной Африке. На такой большой глубине люди добывают золото.



Пребывание человека под водой в непривычной для него среде имеет существенные особенности. Погружаясь в воду, человек кроме атмосферного давления воздуха, которое действует на поверхность воды, дополнительно испытывает гидростатическое (избыточное) давление. Общее (абсолютное) давление, измеряемое от нуля - полного вакуума, которое фактически испытывает человек под водой:

или приближенно для пресной воды

Pa - где абсолютное давление воды, кгс/см² ;

Pв - атмосферное давление воздуха, кгс/см²;

Ри - избыточное давление воды, кгс/см²;

Б - барометрическое давление воздуха, мм рт. ст.;

Y - удельный вес воды, кгс/м³;

H - глубина погружения, м.

Пример 1.1. Определить абсолютное давление воды, действующее на пловца-подводника на глубине 40 м:

1) в море, если атмосферное (барометрическое) давление 760 мм рт. ст. и удельный вес морской воды 1025 кгс/м³;

2) в горном озере, если атмосферное давление 600 мм рт. ст. и удельный вес пресной воды 1000 кгс/м³;

3) в равнинном водоеме с пресной водой, если атмосферное давление 750 мм рт. ст.

Решение.

Абсолютное давление воды: 1) в море по (1.1)

2) в горном озере по (1.1)
3) в равнинном водоеме по (1.1)
или по (1.2)
Результаты примера показывают, что с достаточной для практики точностью в большинстве случаев для расчетов можно использовать приближенную формулу (1.2).

Абсолютное давление воды на человека значительно увеличивается с глубиной погружения. Так, на глубине 10 м по сравнению с атмосферным давлением оно удваивается и равно 2 кгс/см² (200 кПа), на глубине 20 м - утраивается и т. д. Однако относительный прирост давления с увеличением глубины уменьшается.

Как видно из табл. 1.1, наибольший относительный прирост давления приходится на зону первых десяти метров погружения. В этой критической зоне наблюдаются значительные физиологические перегрузки, о которых не следует забывать, особенно начинающим пловцам-подводникам (см. 10.2).

Кровообращение под водой в силу неравномерного гидростатического давления на различные участки тела имеет свои особенности. Например, при вертикальном положении человека среднего роста (170 см) в воде независимо от глубины погружения его стопы будут испытывать гидростатическое давление на 0,17 кгс/см² (17 кПа) больше, чем голова.

Таблица 1.1. Изменение давления воды в зависимости от глубины погружения

К верхним областям тела, где давление меньше, кровь приливает (полнокровие), от нижних областей тела, где давление больше, отливает (частичное обескровливание). Такое перераспределение тока крови несколько увеличивает нагрузку на сердце, которому приходится преодолевать большее сопротивление движению крови по сосудам.

При горизонтальном положении тела в воде разность гидростатического давления на грудь и спину невелика - всего 0,02...0,03 кгс/см² (2...3 кПа) и нагрузка на сердце возрастает незначительно.

Дыхание под водой возможно, если внешнее давление воды равно внутреннему давлению воздуха в системе «легкие - дыхательный аппарат» (рис. 1.1). Несоблюдение этого равенства затрудняет дыхание или делает его вообще невозможным. Так, дыхание через трубку на глубине 1 м при разности между внешним и внутренним давлением 0,1 кгс/см² (10 кПа) требует большого напряжения дыхательных мышц и долго продолжаться не может, а на глубине 2 м дыхательные мышцы уже не в состоянии преодолеть давление воды на грудную клетку .

Человек в покое на поверхности делает 12...24 дыхания в минуту, и его легочная вентиляция (минутный объем дыхания) составляет 6... 12 л/мин.

Рис. 1.1. График необходимого давления воздуха в системе «легкие - дыхательный аппарат» в зависимости от глубины погружения: 1 - избыточное (по манометру) давление воздуха; 2 - абсолютное давление воздуха

В нормальных условиях при каждом вдохе-выдохе в легких обменивается не более 1/6 всего находящегося в них воздуха. Остальной воздух остается в альвеолах легких и является той средой, где происходит газообмен с кровью. Альвеолярный воздух имеет постоянный состав и в отличие от атмосферного содержит 14% кислорода, 5,6% углекислого газа и 6,2% водяных паров (см. 1.2).

Даже незначительные изменения в его составе приводят к физиологическим сдвигам, которые являются компенсаторной защитой организма. При значительных изменениях компенсаторная защита не будет справляться, в результате возникнут болезненные (патологические) состояния (см. 10.5...10.8).

Не весь воздух, попадающий в организм, достигает легочных альвеол, где происходит газообмен между кровью и легкими. Часть воздуха заполняет дыхательные пути организма (трахеи, бронхи) и не участвует в процессе газообмена. При выдохе этот воздух удаляется, не достигнув альвеол. При вдохе в альвеолы вначале поступает воздух, который остался в дыхательных путях после выдоха (обедненный кислородом, с повышенным содержанием углекислого газа и водяных паров), а затем свежий воздух.

Объем дыхательных путей организма, в которых воздух увлажняется и согревается, но не участвует в газообмене, составляет примерно 175 см³. При плавании с дыхательным аппаратом (дыхательной трубкой) общий объем дыхательных путей (организма и аппарата) увеличивается почти в два раза. При этом вентиляция альвеол ухудшается и снижается работоспособность.

Интенсивные мышечные движения под водой требуют большого расхода кислорода, что приводит к усилению легочной вентиляции, в результате увеличивается скорость потока воздуха в дыхательных путях организма и аппарата (дыхательной трубки). При этом пропорционально квадрату скорости потока воздуха возрастает сопротивление дыханию. С увеличением плотности сжатого воздуха соответственно глубине погружения сопротивление дыханию также возрастает.

Сопротивление дыханию оказывает существенное влияние на длительность и скорость плавания под водой.

Если сопротивление дыханию достигает 60...65 мм рт. ст. (8...9 кПа), дышать становится трудно и дыхательные мышцы быстро утомляются. Растягивая по времени фазу вдоха и выдоха, можно уменьшить скорость потока воздуха в дыхательных путях. Это приводит к некоторому снижению легочной вентиляции, но в то же время заметно уменьшает сопротивление дыханию.

Плавучесть. Вследствие большой плотности воды человек, погружаясь в нее, находится в условиях, близких к состоянию невесомости. При выдохе средний удельный вес человека находится в пределах 1020... 1060 кгс/м³ (10,2... 10,6 кН/м³) и наблюдается отрицательная плавучесть 1...2 кгс (10...20 Н) - разность между весом вытесненной телом воды и его весом. При вдохе средний удельный вес человека понижается до 970 кгс/м³ (9,7 кН/м³) и появляется незначительная положительная плавучесть.

При плавании в гидрозащитной одежде за счет воздуха в ее складках положительная плавучесть увеличивается, что затрудняет погружение в воду. Плавучесть можно отрегулировать с помощью грузов. Для плавания под водой обычно создают незначительную отрицательную плавучесть - 0,5... 1 кгс (5... 10 Н). Большая отрицательная плавучесть требует постоянных активных движений для удержания на нужной глубине и обычно создается только при работах с опорой на грунт (объект).

Ориентирование под водой представляет определенные трудности. На поверхности человек ориентируется в окружающей среде с помощью зрения, а равновесие тела его поддерживается с помощью вестибулярного аппарата, мышечно-суставного чувства и ощущений, возникающих во внутренних органах и коже при изменении положения тела. Он все время испытывает действие силы тяжести (чувство опоры) и воспринимает малейшее изменение положения тела в пространстве.

При плавании под водой человек лишен привычной опоры. В этих условиях из органов чувств, ориентирующих человека в пространстве, остается вестибулярный аппарат, на отолиты которого продолжают действовать силы земного тяготения. Особенно затруднено ориентирование под водой человека с нулевой плавучестью. Под водой пловец с закрытыми глазами допускает ошибки в определении положения тела в пространстве на угол 10...25°.

Большое значение для ориентирования под водой имеет положение человека. Наиболее неблагоприятным считается положение на спине с запрокинутой назад головой.

При попадании в слуховой проход холодной воды вследствие раздражения вестибулярного аппарата у пловца появляется головокружение, затрудняется определение направления и ошибка часто достигает 180°.

Для ориентирования под водой пловец вынужден использовать внешние факторы, сигнализирующие о положении тела в пространстве: движение пузырьков выдыхаемого воздуха из аппарата, буйки и т. п. Большое значение для ориентирования под водой имеет тренировка пловца.

Сопротивление воды оказывает заметное влияние на скорость плавания. При плавании на поверхности со скоростью 0,8... 1,7 м/с сопротивление движению тела возрастает соответственно с 2,5 до 11,5 кгс (с 25 до 115 Н). При плавании под водой сопротивление движению меньше, так как пловец-подводник занимает более горизонтальное положение и ему не надо периодически поднимать голову из воды, чтобы сделать вдох. Кроме того, под водой меньше тормозящая сила волн и завихрений, возникающих в результате движений пловца. Опыт в бассейне показывает, что один и тот же человек, проплывающий дистанцию 50 м брассом за 37,1 с, под водой проплывает то же расстояние за 32,2 с.

Средняя скорость плавания под водой в гидроодежде с аппаратом 0,3...0,5 м/с. На коротких дистанциях хорошо подготовленные пловцы могут развивать скорость 0,7.., 1 м/с, отлично подготовленные - до 1,5 м/с.

Охлаждение организма в воде протекает интенсивнее, чем на воздухе. Теплопроводность воды в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза больше, чем воздуха. Если на воздухе при 4° С человек может без опасности для своего здоровья находиться в течение 6 ч и при этом температуря тела у него не понижается, то в воде при такой же температуре незакаленный человек без защитной одежды в большинстве случаев погибает от переохлаждения уже спустя 30...60 мин. Охлаждение организма усиливается с понижением температуры воды и при наличии течения.

В воздушной среде интенсивные теплопотери при температуре воздуха 15...20° С происходят в результате излучения (40...45%) и испарения (20...25%), а на долю теплоотдачи с помощью проведения приходится лишь 30...35%.

В воде у человека без защитной одежды тепло в основном теряется в результате проведения. На воздухе теплопотери происходят с площади, составляющей около 75% поверхности тела, так как между соприкасающимися поверхностями ног, рук и соответствующими областями туловища существует теплообмен. В воде же теплопотери происходят со всей поверхности тела.

Воздух, непосредственно соприкасающийся с кожей, быстро нагревается и фактически имеет более высокую температуру, чем окружающий. Даже ветер не может полностью удалить с кожи этот слой теплого воздуха. В воде с ее большой удельной теплоемкостью и большой теплопроводностью слой, прилегающий к телу, не успевает нагреваться и легко вытесняется холодной водой. Поэтому температура поверхности тела в воде понижается интенсивнее, чем на воздухе. Кроме того, вследствие неравномерного гидростатического давления воды нижние области тела, которые испытывают большее давление, охлаждаются больше и имеют температуру кожи ниже, чем верхние, менее обжатые водой.

Тепловые ощущения организма на воздухе и в воде при одной и той же температуре различны. В табл. 1.2 дана сравнительная характеристика ощущений человека при одинаковой температуре воды и воздуха.

Таблица 1.2. Тепловые ощущения организма на воздухе и в воде

Вследствие интенсивного охлаждения и обжатия гидростатическим давлением кожная чувствительность в воде понижается, болевые ощущения притупляются, поэтому могут остаться незамеченными небольшие порезы и даже раны.

При спусках под воду в гидрозащитной одежде температура кожи понижается неравномерно. Наибольшее падение температуры кожи отмечается в конечностях (табл. 1.3).

Слышимость в воде ухудшается, так как звуки под водой воспринимаются преимущественно путем костной проводимости, которая на 40% ниже воздушной.

Дальность слышимости при костной проводимости зависит от тональности звука: чем выше тон, тем лучше слышен звук. Это имеет практическое значение для связи пловцов между собой и с поверхностью.

При погружении в снаряжении с объемным шлемом воздушная проводимость сохраняется почти полностью.

Таблица 1.3. Средняя температура кожных покровов пловца-подводника после пребывания в холодной воде (1...9°С) в гидрозащитной одежде в течение 2 ч

Звук в воде распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в атмосфере, поэтому под водой сигнал от источника звука, расположенного сбоку, поступает в оба уха почти одновременно, разница составляет менее 0,00-001 с. Столь незначительная разница во времени поступления сигнала недостаточно хорошо дифференцируется, и четкого пространственного восприятия звука не происходит. Следовательно, установить направление на источник звука под водой человеку трудно.

Видимость в воде зависит от количества и состава растворенных в ней веществ, взвешенных частиц, которые рассеивают световые лучи. В мутной воде даже при ясной солнечной погоде видимость почти отсутствует.

Глубина проникновения света в толщу воды зависит от угла падения лучей и состояния водной поверхности. Косые солнечные лучи, падающие на поверхность воды, проникают на малую глубину, и большая часть их отражается от поверхности воды. Слабая рябь или волна резко ухудшают видимость в воде.

На глубине 10 м освещенность в 4 раза меньше, чем на поверхности. На глубине 20 м освещенность уменьшается в 8 раз, а на глубине 50 м - в несколько десятков раз. Лучи с различной длиной волны поглощаются неравномерно. Длинноволновая часть видимого спектра (красные лучи) почти полностью поглощается поверхностными слоями воды. Коротковолновая часть (фиолетовые лучи) в наиболее прозрачной океанской воде может проникать на глубину не более 1000... 1500 м. Зеленые лучи не проникают глубже 100 м.

Зрение под водой имеет свои особенности. Вода обладает примерно такой же преломляющей способностью, как и оптическая система глаза. Если пловец погружается без маски, лучи света проходят через воду и попадают в глаз, почти не преломляясь. При этом лучи сходятся не у сетчатой оболочки, а значительно дальше, за ней. В результате острота зрения ухудшается в 100...200 раз, а поле зрения уменьшается, изображение предметов получается неясным, расплывчатым, и человек становится как бы дальнозорким.

При погружении пловца-подводника в маске световой луч из воды преходит слой воздуха в маске, попадает в глаз и преломляется в его оптической системе как обычно. Но пловец-подводник при этом видит изображение предмета несколько ближе и выше его действительного местоположения. Сами же предметы кажутся под водой значительно больше, чем в действительности. Опытные пловцы приспосабливаются к этим особенностям зрения и не испытывают затруднений.

Резко ухудшается в воде и цветоощущение. Особенно плохо воспринимаются синий и зеленый цвета, которые близки к естественной окраске воды, лучше всего - белый и оранжевый.

Вперед
Оглавление
Назад

Основные риски, которые могут Вас приследовать во время погружений:

Влияние на организм парциального давления газов

В зависимости от величины частичного давления, газы, которые входят в состав воздуха для дыхания, влияют на организм человека. Азот оказывает токсическое воздействие, когда частичное давление составляет 5,5 кг/см2. На глубине 60 метров у дайвера появляется возбуждение, снижаются трудоспособность и внимательность, затрудняется ориентировка, иногда бывает головокружение. При погружении еще глубже (80-100 метров) у дайвера начинают развиваться зрительные и слуховые галлюцинации.

После трех суток дыхания кислородом при частичном давлении 1 кг/см2 в легких развиваются воспалительные явления. А при давлении более 3 кг/см2 через полчаса возникают судороги и человек теряет сознание. При повышении частичного давления углекислого газа более 0,03 кг/см2 могут наступить тяжелые расстройства.

Кессонная болезнь и декомпрессия

Использование акваланга таит в себе опасности. При погружении на большую глубину можно, вдохнув азот под большим давлением, совершить самоубийство в состоянии невменяемости. Причина – нарушение работы мозговых центров. Еще один риск – попадание азота в кровь и распространения его по различным органам. Причиной паралича или даже внезапной смерти может стать закупорка артерии пузырьками азота (газовая эбмболия), но обычно растворившийся в тканях азот начинает выделяться в суставах, мышцах и различных органах человеческого тела, причиняя дикую боль.

Дайвера, поднимающегося с глубины слишком быстро, поджидает серьезная опасность. Если акваланг будет поврежден, дайвер при экстренном подъеме чисто инстинктивно задержит дыхание. При этом воздух, оставшийся в легких, по мере падения давления воды расширится и повредит легкие. На поверхности у дайвера может начаться обильное кровотечение изо рта и носа или конвульсия. Дайвер, нырявший без акваланга не пострадает от баротравмы легких, так как воздух в его легких находится под обычным атмосферным давлением.

Если дайвер из-за чего-то (например, порча дыхательного аппарата) поднялся с глубины очень быстро и заработал кессонную болезнь, на него нужно надеть акваланг и спустить на достаточную глубину для декомпрессии. В иных случаях (например, когда если пострадавший потерял сознание) дайвера нужно как можно быстрее поместить в декомпрессионную камеру. Она состоит из большого цилиндра с несколькими манометрами, телефонного аппарата и другого оборудования. Большие модели камер могут вместить несколько человек, стоящих во весь рост.

Физические опасности на глубинах до 30 метров:

› разрыв барабанных перепонок,
› повреждение кровеносных сосудов после моментального разрежения воздуха в костюме или маске,
› кровоизлияние в каком-либо внутреннем органе,
› переохлаждение.

Какие проблемы могут возникать с ушами при погружении?
Баротравма уха встречается очень часто. Во время отпускного сезона практически в каждой группе новичков - дайверов найдется хотя бы один, жалующийся на боль в ушах при погружении или на проблемы с «продуванием». Баротравма является самой распространенным медицинским осложнением дайвинга, оставляя далеко позади (к счастью!) кессонную болезнь и газовую эмболию.

Анатомия: зачем надо продуваться?
Если заглянуть в ухо специальным прибором - отоскопом (вспомните: доктор ЛОР - с зеркалом на лбу вставляет в ухо металлическую воронку) мы увидим блестящую мембрану - барабанную перепонку, герметично отделяющую наружное ухо от среднего. Среднее ухо, увидеть которое можно только в учебнике анатомии, представляет собой закрытую со всех сторон полость, сообщающуюся с внешней средой посредством т.н. евстахиевой трубы. Внутри этой полости расположены специальные нервные клетки, воспринимающие колебания барабанной перепонки (т.е. звуки) и изменения положения тела (орган равновесия). Евстахиева труба - это действительно труба длиной 4-5 см. Она начинается в среднем ухе, как уже было сказано, и заканчивается в носоглотке. Часть трубы окружена костью, а часть - мягкими тканями. Выходное отверстие в носоглотке прикрыто складками слизистой оболочки.
При зевании или сглатывании, мягкая часть трубы (та, которая в носоглотке) подтягивается вверх, складки расправляются - отверстие трубы открывается. У некоторых людей диаметр трубы большой и отверстие открыто практически всегда. Такие счастливчики проблем с продувкой не знают.
При погружении столб воды давит на барабанную перепонку, и, если изнутри, со стороны среднего уха, давление не уравнять, барабанная перепонка будет испытывать нагрузку снаружи, тогда появится боль. Если спуск продолжается, несмотря на боль, перепонка может не выдержать и разорваться - произойдет перфорация.

От чего зависит проходимость труб?
Как уже было сказано, диаметр трубы - прежде всего, дело врожденное. Любой отек резко уменьшает ее диаметр и, соответственно, проходимость. Самые распространенные причины отека - инфекция (чаще всего обычные вирусные простуды и синуситы) и аллергия, в т.ч. носовые полипы. В той или иной степени труба хронически отечна у курильщиков (делайте выводы!). Одна из редких причин - гипотиреоз (пониженная функция щитовидной железы). Искривленная носовая перегородка может также доставить немало неприятностей.
Многие дайверы отмечают, что продуваться легче в вертикальном положении, головой вверх. До конца этот феномен не понятен, частично его можно объяснить тем, что в вертикальном положении мягкие ткани и складки слизистой меньше сдавливают и закрывают просвет трубы. Именно поэтому новичкам и дайверам с плохой проходимостью евстахиевых труб рекомендуется продуваться в строго вертикальном положении головой вверх.

Как проверить проходимость труб?
Перед погружением не вредно проверить проходимость труб (новичкам это надо сделать обязательно!). Для этого выполняется широко известный "прием Вальсавы". На всякий случай надо зажать нос пальцами через специальные углубления в маске, закрыть рот и медленно выдохнуть, не раздувая щек. На самом деле выдоха не получится, т. к. и нос и рот закрыты. Вместо выдоха мы добьемся повышения давления в носоглотке, евстахиевой трубе и в среднем ухе, т.е. «продуемся ». При правильном выполнении приема Вальсавы вы должны почувствовать щелчки в ушах. Дуть резко не рекомендуется, т. к. можно вызвать разрыв круглого окна (foramen rotundum) в среднем ухе. Тем же осложнением грозит запоздалая продувка на глубине.

Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме тела.

История вопроса

«Эврика!» («Нашел!») – именно этот возглас, согласно легенде, издал древнегреческий ученый и философ Архимед, открыв принцип вытеснения. Легенда гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало – нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну – и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый побежал докладывать о своей победе в царский дворец, даже не потрудившись одеться.

Однако, что правда – то правда: именно Архимед открыл принцип плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела. Давление, которое ранее действовало на вытесненную жидкость, теперь будет действовать на твердое тело, вытеснившее ее. И, если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело будет всплывать; в противном случае оно пойдет ко дну (утонет). Говоря современным языком, тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости, в которую оно погружено.

Закон Архимеда и молекулярно-кинетическая теория

В покоящейся жидкости давление производится посредством ударов движущихся молекул. Когда некий объем жидкости вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости. Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.

Такая картина выталкивания объясняет, почему судно, сделанное из стали, которая значительно плотнее воды, остается на плаву. Дело в том, что объем вытесненной судном воды равен объему погруженной в воду стали плюс объему воздуха, содержащегося внутри корпуса судна ниже ватерлинии. Если усреднить плотность оболочки корпуса и воздуха внутри нее, получится, что плотность судна (как физического тела) меньше плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на него в результате направленных вверх импульсов удара молекул воды, оказывается выше гравитационной силы притяжения Земли, тянущей судно ко дну, – и корабль плывет.

Формулировка и пояснения

Тот факт, что на погруженное в воду тело действует некая сила, всем хорошо известен: тяжелые тела как бы становятся более легкими – например, наше собственное тело при погружении в ванну. Купаясь в речке или в море, можно легко поднимать и передвигать по дну очень тяжелые камни – такие, которые не удается поднять на суше. В то же время легкие тела сопротивляются погружению в воду: чтобы утопить мяч размером с небольшой арбуз требуется и сила, и ловкость; погрузить мяч диаметром полметра скорее всего не удастся. Интуитивно ясно, что ответ на вопрос – почему тело плавает (а другое – тонет), тесно связан с действием жидкости на погруженное в нее тело; нельзя удовлетвориться ответом, что легкие тела плавают, а тяжелые – тонут: стальная пластинка, конечно, утонет в воде, но если из нее сделать коробочку, то она может плавать; при этом ее вес не изменился.

Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед. Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.

Формула

Сила Архимеда, действующая на погруженное в жидкость тело, может быть рассчитана по формуле: F А = ρ ж gV пт,

где ρж – плотность жидкости,

g – ускорение свободного падения,

Vпт – объем погруженной в жидкость части тела.

Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы FA, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

1) Fт > FA – тело тонет;

2) Fт = FA – тело плавает в жидкости или газе;

3) Fт < FA – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.