Дыхание человека при измененном барометрическом давлении воздуха

10.7.1. Дыхание человека 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 О₂ в крови, что называется артериальной гипок­семией. Так, на высоте 3000 м над уровнем моря барометрическое давление воздуха уменьшается на '/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).

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 О₂ 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

Таблица 10.3. Парциальное давление кислорода во вдыхаемом и альвеолярном воздухе и процент насыщения артериальной крови кислородом на различной высоте над уровнем моря

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.

Начиная с высоты 3,5 км над уровнем моря в артериальной крови чело­века уменьшение напряжения О₂ в плазме крови происходит как за счет падения фракции физически растворенного О₂, так и за счет понижения насыщения гемоглобина кислородом. При снижении насыщения артери­альной крови кислородом до 80—85 % у человека появляются признаки недостаточности дыхания, которые проявляются головокружением, увели­чением частоты сердцебиений, слабостью, вплоть до потери способности мышечной деятельности, или обморочным состоянием. Явления дыхатель­ной недостаточности, как правило, возникают внезапно и исчезают при отдыхе, но могут вновь появиться при возобновлении восхождения на вы­сокую гору в результате мышечной деятельности. Указанный комплекс симптомов получил название горной болезни. При выраженной гипоксии (4000 м и выше над уровнем моря), когда напряжение кислорода в артери­альной крови достигает 50 мм рт. ст. и менее, возникает метаболический ацидоз ткани мозга в результате активации анаэробного гликолиза. Как следствие, уменьшается pH внеклеточной жидкости мозга. Повышение концентрации водородных ионов во внеклеточной жидкости мозга стиму­лирует центральные хеморецепторы, что обусловливает первоначальное су­щественное увеличение вентиляции легких. Однако выраженная гипоксия оказывает угнетающий эффект на вентиляцию легких двумя механизмами.

Во-первых, гипоксия может прямо угнетать нейронную активность дыха­тельного центра и таким образом усугублять степень дыхательной недоста­точности у человека, восходящего на высокую гору. Во-вторых, гипоксия вызывает усиление кровотока в сосудах мозга под влиянием низкого на­пряжения О₂ в крови. Этот механизм способствует повышению кислород­ного снабжения ткани мозга человека в условиях выраженной гипоксемии. Однако усиление мозгового кровотока повышает скорость газообмена СО₂ между межклеточной жидкостью мозга и кровью и вызывает снижение на­пряжения СО₂ в ткани мозга, а следовательно, уменьшение стимулирую­щего влияния центральных хеморецепторов на дыхательный центр и сни­жение вентиляции легких. Этот механизм вызывает нарастание степени артериальной гипоксемии, и в условиях пониженного парциального давле­ния О₂ в атмосферном воздухе у человека увеличивается дыхательная не­достаточность. При высокой степени развития горной болезни у человека ее проявления становятся опасными для жизни. Проявление крайней фи­зической слабости и угнетение функциональной активности ЦНС могут быть настолько велики, что пострадавший без посторонней помощи не в состоянии принять меры защиты против грозящей ему смертельной опас­ности. Аналогичные явления дыхательной недостаточности могут возник­нуть у людей при воздушных полетах на большой высоте, если происходит разгерметизация летательного аппарата. При понижении барометрического давления до величин, вызывающих снижение насыщения артериальной крови кислородом до 50—45 %, у человека под влиянием гипоксии насту­пает смерть.

10.7.2. Дыхание человека при повышенном давлении воздуха

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 Ы₂/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.

ГЛАВА 11

Функции пищеварительной системы

Пищеварительная система включает в себя пищеварительный (желудочно- кишечный) тракт, имеющий трубчатое строение (пищевод, желудок, тон­кая и толстая кишка), слюнные железы, печень и поджелудочную железу. Благодаря нервным и гуморальным механизмам регуляции функций орга­ны пищеварения объединены в единую систему.

Для поддержания обмена веществ и энергии и осуществления жизне­деятельности организма необходимо поступление из внешней среды орга­нических и неорганических веществ. Содержащиеся в пище белки, жиры, углеводы и другие сложные органические вещества не могут быть усвоены организмом человека и животных без предварительной физико-химиче­ской обработки в желудочно-кишечном тракте, в результате которой про­исходит деполимеризация молекул питательных веществ. Образующиеся под влиянием гидролитических ферментов пищеварительных соков олиго­меры и мономеры, лишенные видовой специфичности, поступают в кровь, лимфу и тканевую жидкость и включаются в метаболизм клеток. Комплекс процессов механической, физико-химической и химической обработки пищи, а также всасывание в пищеварительном тракте конечных продуктов гидролиза и называется пищеварением. Пищеварение осуществляется благодаря реа­лизации функций пищеварительной системы (моторной, секреторной и всасывательной).