При подъеме в горы из-за падения атмосферного давления снижается парциальное давление кислорода в альвеолярном пространстве. Когда это давление становится ниже 50 мм рт. ст. (5 км высоты), неадаптированному человеку необходимо дышать газовой смесью, в которой повышено содержание кислорода. На высоте 9 км парциальное давление в альвеолярном воздухе падает до 30 мм рт. ст., и практически выдержать такое состояние невозможно. Поэтому используется вдыхание 100% кислорода. В этом случае при данном барометрическом давлении парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет 140 мм рт. ст., что создает большие возможности для газообмена. На высоте 12 км при вдыхании обычного воздуха альвеолярное давление равно 16 мм рт. ст. (смерть), при вдыхании чистого кислорода - всего лишь 60 мм рт. ст., т. е. дышать еще можно, но уже опасно. В этом случае можно подавать чистый кислород под давлением и обеспечить дыхание при подъеме на высоту 18 км. Дальнейший подъем возможен только в скафандрах .
Дыхание под водой на больших глубинах
При опускании под воду растет атмосферное давление. Например, на глубине 10 м давление равно 2 атмосферам, на глубине 20 м - 3 атмосферам, и т. д. В этом случае парциальное давление газов в альвеолярном воздухе соответственно возрастает в 2 и 3 раза.
Это грозит высоким растворением кислорода. Но избыток его не менее вреден для организма, чем недостаток. Поэтому один из путей уменьшения этой опасности - использование газовой смеси, в которой процентное содержание кислорода уменьшено. Например, на глубине 40 м дают смесь, содержащую 5% кислорода, на глубине 100 м - 2%.
Второй проблемой является влияние азота. Когда парциальное давление азота возрастает, то это приводит к повышенному растворению азота в крови и вызывает наркотическое состояние. Поэтому, начиная с глубины 60 м, азотно-кислородная смесь заменяется гелиокислородной смесью. Гелий менее токсичен. Он начинает оказывать наркотический эффект лишь на глубине 200-300 м. Сейчас проводятся исследования по использованию водородно-кислородных смесей для работы на глубинах до 2 км, т. к. водород очень легкий газ.
Третья проблема водолазных работ - это декомпрессия. Если быстро подниматься с глубины, то растворенные в крови газы вскипают и вызывают газовую эмболию - закупорку сосудов. Поэтому требуется постепенная декомпрессия. Например, подъем с глубины 300 м требует 2-х недельной декомпрессии .
Для нормальной жизнедеятельности человека, так же как и абсолютного большинства живых организмов, необходим кислород. В результате обмена веществ кислород связывается с атомами углерода, образуя диоксид углерода (углекислый газ). Совокупность процессов, обеспечивающих обмен этих газов между организмом и окружающей средой, называется дыханием.
Поступление в организм человека кислорода и выведение из организма углекислого газа обеспечивается дыхательной системой. Она состоит из дыхательных путей и легких. К верхним дыхательным путям относятся носовые ходы, глотка и гортань. Дальше воздух поступает в трахею, которая делится на два главных бронха. Бронхи, постоянно раздваиваясь и истончаясь, формируют так называемое бронхиальное дерево легких. Каждая бронхиола (самые тонкие разветвления бронхов) заканчивается альвеолами, в которых и происходит газообмен между воздухом и кровью. Общее количество альвеол у человека - приблизительно около 700 миллионов, а их суммарная поверхность равна 90-100 м2.
Строение органов дыхания.
Поверхность дыхательных путей, кроме поверхности альвеол, непроницаема для газов, поэтому пространство внутри воздухоносных путей называют мертвым пространством. Его объем у мужчин в среднем составляет около 150 мл, у женщин -100 мл.
Воздух попадает в легкие вследствие отрицательного давления, создаваемого при их растяжении диафрагмой и межреберными мышцами во время вдоха. При обычном дыхании активным является только вдох, выдох происходит пассивно, благодаря расслаблению мышц, обеспечивающих вдох. Лишь при форсированном дыхании включаются в работу мышцы выдоха, обеспечивающие в результате дополнительного сжатия грудной клетки максимальное уменьшение объема легких.
Процесс дыхания
Частота и глубина дыхания зависят от физической нагрузки. Так, в состоянии покоя взрослый человек совершает 12-24 дыхательных цикла, обеспечивая вентиляцию легких в пределах 6- 10 л/мин. При выполнении тяжелой работы частота дыхания может повышаться до 60 циклов в минуту, а величина легочной вентиляции достигать при этом 50-100 л/мин. Глубина дыхания (или дыхательный объем) при спокойном дыхании составляет обычно небольшую часть общей емкости легких. При увеличении легочной вентиляции дыхательный объем может возрасти за счет резервного объема вдоха и выдоха. Если зафиксировать разницу между самым глубоким вдохом и максимальным выдохом, то получается величина жизненной емкости легких (ЖЕЛ), в которую не входит только остаточный объем, удаляемый лишь при полном спадении легких.
Регуляция частоты и глубины дыхания происходит рефлекторно и зависит от количества в крови углекислого газа, кислорода и от рН крови. Главным стимулом, управляющим процессом дыхания, является уровень углекислого газа в крови (с этим параметром связана также величина рН крови): чем выше концентрация СО2, тем больше легочная вентиляция. Уменьшение количества кислорода влияет на вентиляцию легких в меньшей степени. Это связано со спецификой связывания кислорода с гемоглобином крови. Значительное компенсаторное увеличение легочной вентиляции наступает только после падения парциального давления кислорода в крови ниже 12-10 кПа.
Как же влияет на процесс дыхания погружение под воду ? Рассмотрим сначала ситуацию плавания с трубкой. Дыхание через трубку значительно затрудняется уже при погружении на несколько сантиметров. Это происходит вследствие того, что повышается сопротивление дыханию: во-первых, при погружении мертвое пространство увеличивается на величину объема дыхательной трубки, а во-вторых, чтобы совершить вдох, дыхательные мышцы вынуждены преодолевать повышенное гидростатическое давление. На глубине 1 м человек может дышать через трубку не более 30 с, а на больших глубинах дыхание практически невозможно в первую очередь из-за того, что дыхательные мышцы не могут преодолеть давление столба воды, чтобы сделать вдох с поверхности. Оптимальными считаются дыхательные трубки длиной 30-37 см. Использование более длинных дыхательных трубок может привести к нарушениям работы сердца и легких.
Еще одной важной характеристикой, влияющей на дыхание, является диаметр трубки. При малом диаметре трубки не поступает достаточно воздуха, особенно если возникает необходимость выполнить какую-либо работу (например, быстро плыть), а при большом диаметре значительно увеличивается объем мертвого пространства, что также сильно затрудняет дыхание. Оптимальные значения диаметра трубки 18-20 мм. Использование нестандартной по длине или по диаметру трубки может привести к непроизвольной гипервентиляции.
При плавании в автономных дыхательных аппаратах основные затруднения при дыхании также связаны с повышением сопротивления вдоху и выдоху. Менее всего влияет на повышение сопротивления дыханию расстояние между так называемым центром давления и коробкой дыхательного автомата. «Центр давления» был установлен Джарреттом в 1965 г. Он находится на 19 см ниже и на 7 см сзади от яремной впадины. При разработке различных моделей дыхательных аппаратов его всегда учитывают и коробку дыхательного автомата размещают как можно ближе к этой точке. Вторым фактором, влияющим на повышение сопротивления дыханию, является объем дополнительного мертвого пространства. Особенно велик он в аппаратах с толстыми гофрированными трубками. Большую роль играет также суммарное сопротивление различных клапанов, мембран и пружин в системе понижения давления дыхательной смеси. И последним фактором является повышение плотности газа вследствие возрастания давления при увеличении глубины.
В современных моделях регуляторов конструкторы стремятся свести к минимуму эффекты повышения сопротивления дыханию, создавая так называемые сбалансированные дыхательные автоматы. Но у подводников-любителей до сих пор находится довольно много аппаратов старых моделей с повышенным сопротивлением дыханию. Такими аппаратами, в частности, являются легендарные АВМ-1 и АВМ-1м. Дыхание в этих аппаратах приводит к большим энерготратам, поэтому в них не рекомендуется выполнять тяжелую физическую работу и совершать длительные погружения на глубину свыше 20 м.
Оптимальным типом дыхания при плавании с автономным дыхательным аппаратом следует считать уреженное и углубленное дыхание. Рекомендуемая частота - 14-17 вдохов в минуту. При таком характере дыхания обеспечивается достаточный газообмен при минимальной работе дыхательных мышц, облегчается деятельность сердечно-сосудистой системы. Частое дыхание затрудняет работу сердца и ведет к его перегрузке.
Влияет на функционирование дыхательной системы и скорость погружения в глубину. При быстром повышении давления (компрессии) жизненная емкость легких уменьшается, при медленной - практически не изменяется. Снижение ЖЕЛ обусловлено несколькими причинами. Во-первых, при погружении в глубину для компенсации внешнего давления в легкие устремляется дополнительный объем крови и, по-видимому, при быстрой компрессии происходит пережатие некоторых бронхиол «отекшими» кровеносными сосудами; этот эффект сочетается с быстрым увеличением плотности газа, и в результате происходит закупорка воздуха в некоторых участках легких (возникают «воздушные ловушки »). «Воздушные ловушки » чрезвычайно опасны, так как значительно повышают риск возникновения баротравмы легких как при продолжении погружения, так и при всплытии, особенно если не соблюдается режим и скорость всплытия. Чаще всего такие «ловушки» образуются у водолазов, находящихся под водой в вертикальном положении. Существует еще один нюанс, связанный с вертикальным положением водолаза. Это неоднородность газообмена в вертикальном положении: под действием силы тяжести кровь поступает в нижние отделы легких, а газовая смесь скапливается в верхних, обедненных кровью. Если же водолаз находится под водой в горизонтальном положении лицом вниз, значительно, по сравнению с вертикальным его положением, увеличивается относительная величина альвеолярной вентиляции, улучшается газообмен и насыщение артериальной крови кислородом.
В период декомпрессии и некоторое время после нее ЖЕЛ также оказывается уменьшенной в связи с увеличенным притоком крови в легкие.
Отрицательно влияет на дыхательную систем у еще и тот факт, что воздух, поступающий из баллонов, обычно холодный и практически не содержит влаги. Вдыхание холодного газа способно вызвать нарушения дыхания, проявляющиеся дрожью дыхательных мышц, болями в грудной клетке, повышенной секрецией слизистых оболочек носа, трахеи и бронхов и затруднением акта дыхания. При плавании в холодной воде особенно обостряется проблема секреции слизи: затрудняются глотательные движения, необходимые для выравнивания давления в полости среднего уха. А из-за того, что поступающий воздух практически не содержит влаги, могут развиться раздражения слизистых глаз, носа, трахеи, бронхов. Усугубляющим фактором здесь является также охлаждение организма.
Для поддержания жизни необходимо, с одной стороны, непрерывное поглощение клетками живого организма кислорода и, с другой, удаление углекислого газа, образующегося в результате процессов окисления. Эти два параллельно протекающих процесса и составляют сущность дыхания.
У высокоорганизованных многоклеточных животных дыхание обеспечивается специальными органами - легкими.
Легкие человека состоят из множества отдельных маленьких легочных пузырьков альвеол диаметром 0,2 мм. Но так как число их очень велико (около 700 миллионов), то общая поверхность значительна и составляет 90 м 2 .
Альвеолы густо оплетены сетью тончайших кровеносных сосудов - капилляров. Стенка легочного пузырька и капилляра вместе имеет толщину всего 0,004 мм.
Таким образом кровь, протекающая по капиллярам легких, чрезвычайно близко соприкасается с воздухом, находящимся в альвеолах, где происходит газообмен.
Атмосферный воздух попадает в легочные пузырьки, проходя через воздухоносные дыхательные пути.
Собственно дыхательные пути начинаются так называемой гортанью в том месте, где глотка переходит в пищевод. За гортанью следует дыхательное горло - трахея в диаметре около 20 мм, в «стенках которой имеются хрящевые кольца (рис. 7).
Рис. 7. Верхние дыхзтельньге пути:
1 - носовая полость: 2 - ротовая полости; 3 - пищевод; 4 - гортань и дыхательное горло (трахея); 5 - надгортанник
Трахея проходит в грудную полость, где делится на два больших бронха - правый и левый, на которых висят правое и левое легкие. Войдя в легкое, бронх ветвится, его разветвления (средние и мелкие бронхи) постепенно утоньшаются и, наконец, переходят в самые тонкие конечные веточки - бронхиолы, на которых сидят альвеолы.
Снаружи легкие покрыты гладкой, слегка влажной оболочкой - плеврой. Точно такая же оболочка покрывает изнутри стенки грудной полости, образуемой с боков ребрами и межреберными мышцами, а снизу диафрагмой или грудобрюшной мышцей.
В норме легкие не сращены со стенками грудной клетки, они только плотно к ним прижаты. Это происходит оттого, что в плевральных полостях (между плевральными оболочками легких и грудных стенок), которые представляют робой узкие щели, нет воздуха. Внутри легких, в альвеолах всегда находится воздух, сообщающийся с атмосферным, поэтому в легких имеется (в среднем) атмосферное давление. Оно и прижимает легкие к стенкам груди с такой силой, что легкие не могут оторваться от них и пассивно следуют за ними, при расширении или сжатии грудной клетки.
Кровь, совершая по сосудам альвеол непрерывный кругооборот, захватывает кислород и выделяет углекислый газ (СО 2). Следовательно, для правильного газообмена необходимо, чтобы воздух, находящийся в легких, содержал необходимое количество кислорода и не переполнялся бы СО 2 (углекислым газом). Это обеспечивается постоянным частичным обновлением воздуха в легких. При вдохе в легкие поступает свежий атмосферный воздух, а при выдохе - удаляется уже использованный.
Дыхание происходит следующим образом. Во время вдоха усилием дыхательных мышц грудная клетка расширяется. Легкие, пассивно следуя за грудной клеткой, всасывают воздух через дыхательные пути. Затем грудная клетка в силу своей эластичности уменьшается в объеме, легкие сжимаются и выталкивают избыток воздуха в атмосферу. Происходит выдох. При спокойном дыхании в легкие человека во время каждого вдоха поступает 500 мл воздуха. Такое же количество он выдыхает. Этот воздух называется дыхательным. Но если после нормального вдоха сделать глубокий вдох, то в легкие поступит еще 1500-3000 мл воздуха. Его называют дополнительным. Кроме того, при глубоком выдохе после нормального выдоха из легких можно удалить еще до 1000- 2500 мл так называемого резервного воздуха. Однако и после этого в легких остается около 1000-1200 мл остаточного воздуха.
Сумма объема дыхательного, дополнительного и резервного воздуха называется жизненной емкостью легких. Ее измеряют при помощи специального прибора - спирометра. У разных людей жизненная емкость легких колеблется от 3000 до 6000-7000 мл.
Высокая жизненная емкость легких имеет важное значение для ныряльщиков. Чем больше объем легких, тем больше под водой может находиться ныряльщик.
Дыхание регулируется особыми нервными клетками - так называемым дыхательным центром, который находится рядом с сосудо-двигательным центром в продолговатом мозгу.
Дыхательный центр очень чувствителен к избытку углекислоты в крови. Повышение содержания углекислого газа в крови раздражает дыхательный центр и учащает дыхание. И наоборот, резкое, уменьшение содержания углекислого газа в крови или альвеолярном воздухе вызывает кратковременную на 1-1,5 мин остановку дыхания (апноэ).
Дыхание находится под некоторым контролем воли. Здоровый человек может произвольно задержать дыхание на 45-60 сек.
Понятие о газообмене в организме (внешнее и внутреннее дыхание). Внешнее дыхание обеспечивает газообмен между наружным воздухом и кровью человека, насыщает кровь кислородом и выводит из нее углекислоту. Внутреннее дыхание обеспечивает обмен газами между кровью и тканями организма.
Обмен газами в легких и тканях происходит в результате разности парциальных давлений газов в альвеолярном воздухе, крови и тканях. Венозная кровь, поступающая к легким, бедна кислородом и богата углекислым газом. Парциальное давление кислорода в ней (60-76 мм рт. ст.) значительно меньше, чем в альвеолярном воздухе (100-110 мм рт. ст.), и кислород свободно переходит из альвеол в кровь. Зато парциальное давление углекислого газа в венозной крови (48 мм рт. ст.) выше, чем в альвеолярном воздухе (41,8 мм рт. ст.), что заставляет уплекислый газ покинуть кровь и перейпи в альвеолы, откуда он удаляется во время выдоха. В тканях же организма этот процесс происходит по-другому: кислород из крови поступает к клеткам, а кровь насыщается углекислым, газом, который в избытке содержится в тканях.
Взаимоотношение парциальных давлений кислорода и углекислого газа в атмосферном воздухе, крови и тканях организма видно из таблицы (величины парциальных давлений выражены в мм рт. ст).
К этому следует добавить, что высокое процентное содержание углекислого газа в крови или тканях способствует разложению окиси гемоглобина на гемоглобин и чистый кислород, а высокое содержание кислорода способствует удалению углекислого газа из крови через легкие.
Особенности дыхания под водой . Мы уже знаем, что человек не может использовать для дыхания имеющийся в воде растворенный кислород, т. к. легкие его нуждаются только в газообразном кислороде.
Чтобы обеспечить жизнедеятельность организма под водой, необходимо систематически доставлять дыхательную смесь к легким.
Это может быть осуществлено тремя путями: через дыхательную трубку, при помощи автономных дыхательных аппаратов и подачей воздуха с поверхности воды в изолирующие устройства (скафандры, батискафы, домики). Указанные пути имеют свои особенности. Издавна известно, что, находясь под водой, можно дышать через трубку на глубине не более 1 м.
На большей глубине дыхательные мышцы не могут преодолеть дополнительного сопротивления столба воды, которое давит на грудную клетку. Поэтому для плавания под водой применяются дыхательные трубки длиной не более 0,4 м.
Но и при такой трубке сопротивление дыханию все же достаточно велико, к тому же воздух, поступающий на вдох, несколько обеднен кислородом и имеет небольшой избыток углекислоты, что приводит к возбуждению дыхательного центра, выражающемуся в умеренной одышке (частота дыхания увеличивается на 5-7 вдохов в минуту).
Чтобы обеспечить нормальное дыхание на глубине, необходимо подавать в легкие воздух под таким давлением, которое соответствовало бы давлению на данной глубине и могло бы уравновесить внешнее давление воды на грудную клетку.
В кислородном скафандре дыхательная смесь перед поступлением в легкие сжимается до нужной степени, в дыхательном мешке- непосредственно давлением окружающей среды.
В автономном дыхательном аппарате на сжатом воздухе эту функцию выполняет специальней механизм. При этом важным является соблюдение определенных пределов сопротивления дыханию, так как значительная величина его оказывает отрицательное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека, вызывает утомление дыхательной мускулатуры, вследствие чего организм не в состоянии поддержать необходимый режим дыхания.
У аппаратов легочно-автоматического действия сопротивление дыханию пока еще достаточно большое. Величина его оценивается потому усилию дыхательных мышц, которое создает разрежение в легких, дыхательных путях, трубке вдоха и в подмембранной полости легочного автомата. В условиях атмосферного давления, а также в вертикальном положении аквалангиста в воде, когда легочной автомат находится на одном уровне с «центром» легких, сопротивление дыханию на вдохе равно около 50 мм вод. ст. При горизонтальном плавании с аквалангом, легочный автомат которого расположен за спиной на баллонах, разница между давлением воды на мембрану легочного автомата и на грудь аквалангиста составляет около 300 мм вод. ст.
Поэтому сопротивление вдоху достигает 350 мм вод. ст. Для уменьшения сопротивления дыханию вторая ступень редукции в новых типах аквалангов размещается в загубнике.
В вентилируемом снаряжении, где воздух подается по шлангу с поверхности, сжатие его производится при помощи специальных водолазных помп или компрессоров, причем степень сжатия должна быть пропорциональна глубине погружения. Величина давления в этом случае контролируется манометром, установленным между помпой и водолазным шлангом.
Бытует широко распространенное мнение о том, что наши предки при возникновении той или иной экстремальной ситуации в ходе боевых действий могли успешно дышать, используя простейшие приспособления типа трубки, находясь подолгу погруженными в воду, причем глубина погружения якобы измерялась метрами, время – часами, трубка – простая камышина (например, скрытное форсирование водной преграды, спасаясь от преследования, и т.д.).
Учитывая, что наш человек – фигура творческая, все познанное либо услышанное стремится немедленно проверить практически, считаем себя обязанными предупредить о возможных ошибках, связанных с дыханием в особых условиях. Особенно это связано с возможностью дыхания под водой с использованием подручных средств. Прежде чем затевать подобные проверки, особенно на глубинах более 1 метра, следует четко разобраться в физике процесса.
Отметим, что практическая проверка возможности дыхания под водой с использованием подручных средств, причем на глубинах более 1 метра, как правило, заканчивается весьма плачевно: «экспериментаторы» надолго попадают на больничную койку с серьезными расстройствами кровообращения. Рассказы «бывалых», свой опыт плавания в маске с трубкой (если он имеется) или опора на опыт плавания в маске с трубкой какого-то другого дяди без четкого представления физических процессов, происходящих при этом, – смертельно опасны!
Почему? Причин несколько.
1. Для обеспечения дыхания под водой подручный предмет, через который осуществляется дыхание, должен обладать как минимум проходным сечением, обеспечивающим поступление воздуха к легким в объеме, потребном для акта дыхания, с одной стороны, и обязательно быть над поверхностью воды, даже при ее волнении – с другой, т.к. эффект попадания воды в легкие при дыхании не требует комментариев.
2. Неравенство давлений, действующих изнутри и снаружи тела при его погружении в воду, со всеми вытекающими из этого последствиями.
Рассмотрим схему взаимодействия давления воздуха (снаружи и изнутри) на человека (см. схему на рис. 2.10.), лежащего на кушетке и находящегося под воздействием атмосферного давления воздуха.
Как видно из схемы, внутренняя плевральная полость находится под давлением, равным атмосферному, в то время как и вся наружная поверхность тела (включая грудную клетку) также находится под давлением, равным атмосферному, т.е. 1 кгс/см 2 .
Таким образом, можно говорить о равенстве внутреннего и внешнего давления, действующего на организм человека, а следовательно, об отсутствии (в общем случае) помех, препятствующих нормальному кровообращению под действием атмосферного давления.
Абсолютно иная картина взаимодействия давления воздуха (снаружи и изнутри) на человека возникает при его погружении под воду с обеспечением дыхания через трубку, сообщенную с атмосферой (см. схему на рис. 2.11.).
В этом случае изнутри, со стороны легких, давит воздух с силой одной атмосферы (т.е. те же 1 кгс/см 2), а снаружи на тело (включая грудную клетку) давят:
Воздух с той же силой одной атмосферы (1 кгс/см 2);
Столб воды, высотою, равной глубине погружения.
Что происходит в этом случае?
1. Так, при глубине погружения, например, равной 50 см от поверхности воды, грудная клетка находится под избыточным давлением снаружи, создаваемым столбом воды высотою, равной глубине погружения, т.е. в данном случае 50 см водяного столба, или 50 гс/см 2 (5 кгс/дм 2). Это заметно затрудняет дыхание, т.к. с учетом площади грудной клетки при этом создаются условия, когда приходится дышать уже в условиях, равноценных тем, когда на грудь давит груз в 15–20 кг.
Но это чисто физические трудности, сопровождающие акт дыхания в таких условиях.
2. Дело не только в этих чисто физических трудностях. Гораздо опаснее и серьезнее проявление нарушения кровообращения. Под действием избыточного давления, создаваемого столбом воды и действующего на всю поверхность тела, кровь вытесняется из частей тела, где давление выше (ноги, полость живота), в области меньшего давления – в грудь и голову. Переполненные кровью сосуды этих частей тела препятствуют нормальному оттоку крови от сердца и аорты: последние непомерно расширяются от избытка крови, и в результате – если не смерть, то тяжелое заболевание.
Экспериментальные исследования, проведенные австрийским врачом Р. Штиглером и описанные им в книге «Купанье, плаванье и нырянье» (Вена), полностью подтвердили вышеизложенное. Опыты проделывал он над самим собой, погружая в воду тело и голову с трубкой, ведущей ото рта наружу.
Результаты опытов представлены в таблице 2.
ПОДВОДНАЯ ОХОТА
Особенности дыхания под водой
Мы уже знаем, что имеющийся в воде растворенный кислород не может использоваться человеком для дыхания, так как легкие нуждаются только в газообразном кислороде. Чтобы обеспечить жизнедеятельность организма под водой, необходимо систематически доставлять к легким достаточное количество кислорода. Это может быть осуществлено следующими путями:
Через дыхательную трубку;
При помощи автономных дыхательных аппаратов;
Подачей с поверхности воды в скафандры, батискафы, домики типа Кусто и др.;
Путем регенерации (восстановления) в подводных лодках.
Все эти пути не являются естественными Для человека и имеют свои особенности.
Дыхание через трубку. Известно, что находясь под водой на глубине не больше метра, можно дышать через трубку. На большей глубине дыхательные мышцы, как мы знаем, не могут преодолеть дополнительного сопротивления, которое образуется как при вдохе, так и при выдохе. Практически для плавания под водой применяются дыхательные трубки длиной не более 0,4 м.
Дыхание в автономных аппаратах. Чтобы обеспечить нормальное дыхание на значительной глубине, необходимо подавать в легкие воздух под таким давлением, которое могло бы уравновесить внешнее давление воды на грудную клетку.
В кислородном скафандре дыхательная смесь перед поступлением в легкие сжимается до нужной степени в дыхательном мешке непосредственно давлением окружающей среды.
В автономном дыхательном аппарате на сжатом воздухе эту функцию выполняет легочный автомат.
При этом особенно важно соблюдать определенные пределы сопротивления дыханию, так как значительная величина его оказывает отрицательное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека, вызывает утомление дыхательной мускулатуры, вследствие чего организм не в состоянии поддержать необходимый режим дыхания.
У аппаратов легочно-автоматического действия сопротивление дыханию пока еще остается достаточно большим. Величина его оценивается по максимальному разрежению в газопроводящей системе аппарата около загубника, т. е. в непосредственной близости рта человека.
В отечественных аквалангах на воздухе она незначительна и равна примерно 40-60 мм вод. ст. Однако под водой сопротивление особенно вначале вдоха значительно увеличивается и достигает 200-330 мм вод. ст. (при горизонтальном положении пловца).
Сопротивление дыханию зависит:
а) от расположения легочного автомата по отношению к легким человека;
б) от величины механического сопротивления автомата, которое преодолевается дыхательными мышцами. Это - сила пружин, противодавление на клапаны, сила трения в осевых соединениях и др.;
в) от длины шлангов входа и выхода, характера их внутренней поверхности, от величины мундштучной коробки и наличия в ней клапанов.
Из суммарного сопротивления дыханию большую часть составляет сопротивление, зависящее от расположения легочного автомата, т. е. от разницы в давлении на мембрану автомата и грудную клетку. Чтобы уменьшить эту разницу, располагают легочный автомат спереди, на уровне груди пловца, на животе и вблизи мундштучной коробки.
В настоящее время имеются также конструкции легочных автоматов, в которых уменьшение величины сопротивления дыханию достигается различного рода компенсационными устройствами, уменьшением объема камеры легочного автомата и шлангов.