Дыхательные аппараты. Физиология дыхания

[/center]Поскольку не нашел на сайте публикаций, посвященных системам автономного дыхания, решил немного восполнить этот пробел.Я постараюсь уйти от описаний конструкций конкретных аппаратов и приведения неких цифр. Цель статьи – сделать обзор общих принципов работы аппаратов и предпосылок для их создания. Вместе с тем без приведения некоторых цифр не обойтись при описании процессов, происходящих в человеческом организме во время использования этих аппаратов. И именно по той же причине придётся немного коснуться именно физиологии дыхания человека.В основном, конечно, это будет статья об аппаратах, используемых для дыхания под водой. Т. е. при повышенном внешнем давлении. Просто потому, что аппараты для дыхания при атмосферном или пониженном давлении являются упрощённой версией подводных аппаратов. По этой же причине в основном будут рассмотрены аппараты, используемые любителями подводных погружений. Именно любителей, поскольку профессиональные водолазы используют простые аппараты открытого цикла, а достижение ими больших глубин и длительностей погружений обеспечивается вспомогательной аппаратурой. Такой, как спускаемые аппараты, барокамеры, врачи-спецфизиологи, команды обеспечения и т. д. и т. п. И здесь же я немного коснусь вопросов влияния повышенного давления на человеческий организм, поскольку без этого будет сложно объяснить некоторые конструктивные особенности аппаратов для дыхания, а так же состав газовых смесей, в них использующихся.Некоторые сокращения для уменьшения количества символов в тексте.Инертный газ – газ, не принимающий участие в химических процессах, происходящих в организме.Парциальное давление – абсолютное значение давления газа, входящего в состав смеси газов. Зачастую указывается вместе со значением давления смеси газов. Единица измерения – ата. 1 ата = 1 атмосфере на уровне моря.

Физиология

Итак, немного физиологии. Целью дыхания является насыщение крови кислородом, необходимым для обеспечения физиологических процессов в организме и удаления из неё углекислого газа, образующегося в результате этих самых процессов. Для осуществления этого газообмена в человеческом организме предусмотрен специальный орган – лёгкие. Внутренняя поверхность лёгких выстлана клетками-альвеолами. Посредством мембран этих клеток и происходит переход из крови, которая представляет собой жидкость, растворённого в ней углекислого газа, в воздух, содержащийся в лёгких, и переход кислорода из воздуха в кровь. Здесь необходимо отметить, что альвеолярный газообмен происходит при условии РАЗНИЦЫ парциальных давлений газов в крови и дыхательной смеси в лёгких. Т. е. имея в качестве дыхательной смеси воздух: 0,79 ата азота и 0,21 ата кислорода (для упрощения изложения), и венозную кровь с другой стороны альвеол с 0,06 ата кислорода, 0,059 ата углекислого газа и 0,78 ата азота, в результате газообмена получаем артериальную кровь с 0,125 ата кислорода, 0,052 углекислого газа и теми же 0,78 ата азота. Соответственно, меняется и состав выдыхаемого из лёгких газа 0,79 ата азота, 0,17 ата кислорода и 0,04 ата углекислого газа. Отсюда следует, что в данном газообмене азот является инертным газом, поскольку его количество во вдыхаемой и выдыхаемой смеси одинаково. А так же то, что человеческий организм усваивает всего лишь 4 % кислорода из воздуха. Это важно для понимания предпосылок создания аппаратов для дыхания замкнутого цикла.Поскольку лёгкие представляют собой некую ёмкость, расположенную внутри тела, то для обеспечения непрерывного газообмена необходимо обеспечивать циркуляцию газа. Т. е. лёгкие должны менять свой объём. Увеличение – вдох – уменьшение – выдох. За это в организме отвечают 2 основные группы мышц: мембрана и наружные межрёберные.И здесь же хотелось отметить одну физиологическую особенность. Рецепторы, ответственные за дыхание, т. е. те, что побуждают человека сделать вдох, реагируют не на недостаток кислорода в крови, а на избыток углекислого газа. И это очень важный момент. Ведь, даже имея в крови достаточное для жизнедеятельности количество кислорода, человек будет задыхаться, имея повышенную концентрацию углекислого газа. И имея в качестве дыхательной смеси, например, 100 % азот, человек погибнет, даже не поняв почему. А всё просто. Азот, циркулируя через лёгкие, будет удалять углекислый газ из крови. А вот кислород в кровь поступать не будет, и человек банально умрёт, предварительно потеряв сознание от гипоксии.Соответственно, задача дыхательного аппарата – доставить к лёгким пригодную для дыхания смесь и удалить отработавший в лёгких газ. При этом газ на входе в дыхательную систему должен быть под давлением, примерно соответствующим давлению окружающей среды. Ведь если давление будет очень высоким, то возникает риск повреждения органов дыхания примерно так же, как взрывается воздушный шарик, если в него подать газ под давлением, превышающим прочность на разрыв. А если давление будет слишком низким, то мышцы, отвечающие за дыхание, просто не смогут создать разрежение, необходимое для наполнение лёгких газом. Именно поэтому никто не делает длинные дыхательные трубки. Ведь, если человек, находящийся на глубине, например, 1 метр по водой, пытается сделать вдох через такую трубку, то его лёгким придётся преодолеть давление в 1/10 ата. И этот же момент привёл к появлению двухступенчатых дыхательных аппаратов. А так же именно из-за ограниченности наших лёгких, как некоего насоса, практически невозможно жидкостное дыхание, что бы там ни демонстрировал наш знаток батутов и по совместительству глава Роскосмоса.На этом про физиологию закончим и переходим непосредственно к аппаратам.

Аппараты

На данный момент времени наиболее массово используемые дыхательные аппараты можно разделить на две основных группы.1. Аппараты открытого цикла, которые в свою очередь делятся на:а) одноступенчатые;б) двухступенчатые.2. Аппараты закрытого типа.В процессе обсуждения с редакторами я решил вообще не классифицировать замкнутые аппараты, поскольку практически каждый аппарат имеет свои особенности. Поэтому я просто приведу основные или наиболее используемые типы аппаратов второй группы.а) полузамкнутые аппараты с активной подачей газа (Active Semi Сlosed Rebreather – ASCR);б) полузамкнутые аппараты с пассивной подачей газа (Passive Semi Сlosed Rebreather –PSCR);в) замкнутые аппараты с электронным управлением подачей газа (Electronic Closed Circle Rebreather – ECCR).Здесь будет уместно упомянуть, что есть ещё один тип аппаратов – Manual Closed Circle Rebreather (MCCR), но я не хочу выделять его в отдельный тип. Я объясню почему, когда буду писать об электронном аппарате.Итак, это первая часть. Если кому-то будет интересна тема, то будет продолжение…