للحفاظ على الحياة، من الضروري، من ناحية، امتصاص الأكسجين بشكل مستمر بواسطة خلايا الكائن الحي، ومن ناحية أخرى، إزالة ثاني أكسيد الكربون المتكون نتيجة لعمليات الأكسدة. تشكل هاتان العمليتان المتوازيتان جوهر التنفس.
في الحيوانات متعددة الخلايا شديدة التنظيم، يتم التنفس عن طريق أعضاء خاصة - الرئتين.
تتكون الرئتان البشريتان من العديد من الحويصلات الرئوية الصغيرة الفردية من الحويصلات الهوائية التي يبلغ قطرها 0.2 ملم. ولكن بما أن عددهم كبير جداً (حوالي 700 مليون)، فإن المساحة الإجمالية كبيرة وتبلغ 90 م2.
تتشابك الحويصلات الهوائية بكثافة مع شبكة من أفضل الأوعية الدموية - الشعيرات الدموية. يبلغ سمك جدار الحويصلة الرئوية والشعيرات الدموية معًا 0.004 مم فقط.
وبالتالي، فإن الدم الذي يتدفق عبر الشعيرات الدموية في الرئتين يكون على اتصال وثيق للغاية مع الهواء الموجود في الحويصلات الهوائية، حيث يحدث تبادل الغازات.
يدخل الهواء الجوي إلى الحويصلات الرئوية، ويمر عبر الشعب الهوائية.
يبدأ الجهاز التنفسي نفسه بما يسمى بالحنجرة في المكان الذي يمر فيه البلعوم إلى المريء. تتبع الحنجرة القصبة الهوائية - القصبة الهوائية التي يبلغ قطرها حوالي 20 ملم، وفي جدرانها توجد حلقات غضروفية (الشكل 7).
أرز. 7. مسارات التنفس العلوي:
1 - تجويف الأنف: 2 - تجويف الفم. 3 - المريء. 4 - الحنجرة والقصبة الهوائية (القصبة الهوائية)؛ 5 - لسان المزمار
تمر القصبة الهوائية إلى تجويف الصدر، حيث تنقسم إلى قسمين قصبيين كبيرين - اليمين واليسار، حيث تتدلى الرئتان اليمنى واليسرى. بعد دخولها إلى الرئة ، تصبح فروع القصبات الهوائية وفروعها (القصبات الهوائية المتوسطة والصغيرة) أرق تدريجيًا وتنتقل أخيرًا إلى أنحف الفروع الطرفية - القصيبات الهوائية التي تجلس عليها الحويصلات الهوائية.
الجزء الخارجي من الرئتين مغطى بغشاء ناعم ورطب قليلاً - غشاء الجنب. بالضبط نفس الغشاء يغطي الجزء الداخلي من جدار تجويف الصدر، الذي يتكون على الجانبين من الأضلاع والعضلات الوربية، ومن الأسفل بواسطة الحجاب الحاجز أو العضلة الصدرية.
في الحالة الطبيعية، لا تندمج الرئتان بجدران الصدر، بل يتم الضغط عليهما بقوة فقط. ويحدث ذلك بسبب عدم وجود هواء في التجاويف الجنبية (بين الأغشية الجنبية للرئتين وجدران الصدر)، والتي تشبه الشقوق الضيقة. داخل الرئتين، في الحويصلات الهوائية، يوجد دائمًا هواء يتواصل مع الهواء الجوي، لذلك يوجد (في المتوسط) ضغط جوي في الرئتين. إنه يضغط الرئتين على جدران الصدر بقوة بحيث لا تستطيع الرئتان أن تنفصلا عنهما وتتبعهما بشكل سلبي عندما يتوسع الصدر أو ينقبض.
الدم، الذي يقوم بدورة مستمرة عبر أوعية الحويصلات الهوائية، يلتقط الأكسجين ويطلق ثاني أكسيد الكربون (CO 2). لذلك، من أجل تبادل الغازات بشكل صحيح، من الضروري أن يحتوي الهواء الموجود في الرئتين على الكمية المطلوبة من الأكسجين وألا يكون مملوءًا بثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون). ويتم ضمان ذلك عن طريق التجديد الجزئي المستمر للهواء في الرئتين. عند الشهيق، يدخل الهواء الجوي النقي إلى الرئتين، وعند الزفير، تتم إزالة الهواء المستخدم بالفعل.
التنفس يحدث على النحو التالي. أثناء الاستنشاق، تعمل قوة عضلات الجهاز التنفسي على توسيع الصدر. تمتص الرئتان، اللتان تتبعان الصدر بشكل سلبي، الهواء عبر الجهاز التنفسي. ثم يتناقص حجم الصدر بسبب مرونته، وتضغط الرئتان وتدفع الهواء الزائد إلى الغلاف الجوي. يحدث الزفير. أثناء التنفس الهادئ، يدخل 500 مل من الهواء إلى رئتي الشخص أثناء كل نفس. يزفر نفس الكمية. ويسمى هذا الهواء هواء التنفس. ولكن إذا أخذت نفسًا عميقًا بعد الاستنشاق الطبيعي، فسوف يدخل 1500-3000 مل آخر من الهواء إلى الرئتين. ويسمى إضافية. بالإضافة إلى ذلك، عند الزفير العميق بعد الزفير الطبيعي، يمكن إزالة ما يصل إلى 1000-2500 مل من الهواء الاحتياطي المزعوم من الرئتين. ومع ذلك، حتى بعد ذلك، يبقى حوالي 1000-1200 مل من الهواء المتبقي في الرئتين.
يُطلق على مجموع حجم الهواء التنفسي والإضافي والاحتياطي اسم القدرة الحيوية للرئتين. يتم قياسه باستخدام جهاز خاص - مقياس التنفس. في مختلف الأشخاص، تتراوح القدرة الحيوية للرئتين من 3000 إلى 6000-7000 مل.
القدرة الحيوية العالية ضرورية للغواصين. كلما زادت سعة الرئة، كلما أمكن للغواص البقاء تحت الماء.
يتم تنظيم التنفس بواسطة خلايا عصبية خاصة - ما يسمى بمركز الجهاز التنفسي، والذي يقع بجوار المركز الحركي الوعائي في النخاع المستطيل.
مركز الجهاز التنفسي حساس للغاية لثاني أكسيد الكربون الزائد في الدم. تؤدي زيادة ثاني أكسيد الكربون في الدم إلى تهيج مركز الجهاز التنفسي وزيادة سرعة التنفس. على العكس من ذلك، يؤدي الانخفاض الحاد في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الدم أو الهواء السنخي إلى توقف التنفس على المدى القصير (انقطاع التنفس) لمدة 1-1.5 دقيقة.
التنفس تحت بعض السيطرة على الإرادة. يمكن لأي شخص سليم أن يحبس أنفاسه طواعية لمدة 45-60 ثانية.
مفهوم تبادل الغازات في الجسم(التنفس الخارجي والداخلي). التنفس الخارجي يضمن تبادل الغازات بين الهواء الخارجي ودم الإنسان، ويشبع الدم بالأكسجين ويزيل ثاني أكسيد الكربون منه. التنفس الداخلي يضمن تبادل الغازات بين الدم وأنسجة الجسم.
يحدث تبادل الغازات في الرئتين والأنسجة نتيجة اختلاف الضغوط الجزئية للغازات في الهواء السنخي والدم والأنسجة. الدم الوريدي الذي يتدفق إلى الرئتين فقير بالأكسجين وغني بثاني أكسيد الكربون. الضغط الجزئي للأكسجين فيه (60-76 ملم زئبق) أقل بكثير منه في الهواء السنخي (100-110 ملم زئبق)، ويمر الأكسجين بحرية من الحويصلات الهوائية إلى الدم. لكن الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الوريدي (48 ملم زئبق) أعلى منه في الهواء السنخي (41.8 ملم زئبق)، مما يجبر ثاني أكسيد الكربون على ترك الدم والمرور إلى الحويصلات الهوائية، حيث يتم إخراجه أثناء الزفير . وتحدث هذه العملية في أنسجة الجسم بشكل مختلف: يدخل الأكسجين من الدم إلى الخلايا، ويكون الدم مشبعًا بثاني أكسيد الكربون الموجود بكثرة في الأنسجة.
يمكن رؤية العلاقة بين الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي والدم وأنسجة الجسم من الجدول (يتم التعبير عن قيم الضغط الجزئي بالملليمتر الزئبق).
ويجب أن نضيف أن وجود نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون في الدم أو الأنسجة يعزز تحلل أكسيد الهيموجلوبين إلى هيموجلوبين وأكسجين نقي، كما أن المحتوى العالي من الأكسجين يعزز إزالة ثاني أكسيد الكربون من الدم عبر الرئتين.
ملامح التنفس تحت الماء. نحن نعلم بالفعل أن الإنسان لا يستطيع استخدام الأكسجين المذاب في الماء للتنفس، لأن رئتيه تحتاجان فقط إلى الأكسجين الغازي.
لضمان الوظائف الحيوية للجسم تحت الماء، من الضروري توصيل خليط التنفس بشكل منهجي إلى الرئتين.
يمكن القيام بذلك بثلاث طرق: من خلال أنبوب التنفس، واستخدام أجهزة التنفس المستقلة وتزويد الهواء من سطح الماء إلى الأجهزة العازلة (بدلات الفضاء، وغواصات الأعماق، والمنازل). هذه المسارات لها خصائصها الخاصة. من المعروف منذ فترة طويلة أنه أثناء وجودك تحت الماء يمكنك التنفس من خلال الغطس على عمق لا يزيد عن متر واحد.
في أعماق أكبر، لا تستطيع عضلات الجهاز التنفسي التغلب على المقاومة الإضافية لعمود الماء الذي يضغط على الصدر. لذلك، للسباحة تحت الماء، يتم استخدام أنابيب التنفس التي لا يزيد طولها عن 0.4 متر.
ولكن حتى مع وجود مثل هذا الأنبوب، فإن مقاومة التنفس لا تزال مرتفعة للغاية، علاوة على ذلك، فإن الهواء الذي يدخل الاستنشاق مستنفد إلى حد ما بالأكسجين ولديه فائض طفيف من ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى إثارة مركز الجهاز التنفسي، معبراً عنه بضيق معتدل في التنفس. التنفس (يزيد معدل التنفس بمقدار 5-7 أنفاس في الدقيقة).
لضمان التنفس الطبيعي في العمق، من الضروري تزويد الرئتين بالهواء عند ضغط يتوافق مع الضغط عند عمق معين ويمكن أن يوازن الضغط الخارجي للماء على الصدر.
وفي بدلة الأكسجين يتم ضغط خليط التنفس إلى الدرجة المطلوبة قبل دخوله إلى الرئتين، في كيس التنفس، ويتم ضغطه مباشرة عن طريق الضغط المحيط.
في جهاز تنفس الهواء المضغوط المستقل، يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة آلية خاصة. في هذه الحالة، من المهم مراعاة حدود معينة لمقاومة التنفس، حيث أن كمية كبيرة منه لها تأثير سلبي على نظام القلب والأوعية الدموية للإنسان، وتسبب إرهاق عضلات الجهاز التنفسي، ونتيجة لذلك لا يستطيع الجسم الحفاظ على نمط التنفس الضروري.
في الأجهزة ذات الرئة الأوتوماتيكية، لا تزال مقاومة التنفس عالية جدًا. ويقدر حجمها بسبب الجهد الذي تبذله عضلات الجهاز التنفسي، مما يخلق فراغا في الرئتين والجهاز التنفسي وأنبوب الاستنشاق وفي التجويف تحت الغشائي للصمام الرئوي. في ظل ظروف الضغط الجوي، وكذلك في الوضع الرأسي للغواص في الماء، عندما يكون صمام الطلب الرئوي على نفس المستوى مع "مركز" الرئتين، تبلغ مقاومة التنفس أثناء الاستنشاق حوالي 50 ملم من الماء . فن. أثناء السباحة الأفقية مع غوص السكوبا، الذي يقع صمام الطلب الرئوي الخاص به خلف الظهر على أسطوانات، يبلغ الفرق بين ضغط الماء على غشاء صمام الطلب الرئوي وعلى صدر الغواص حوالي 300 ملم من الماء. فن.
ولذلك تصل مقاومة الاستنشاق إلى 350 ملم من الماء. فن. لتقليل مقاومة التنفس، يتم وضع المرحلة الثانية من تقليل الأنواع الجديدة من معدات الغوص في قطعة الفم.
في معدات التهوية، حيث يتم إمداد الهواء عبر خرطوم من السطح، يتم ضغطه باستخدام مضخات أو ضواغط غطس خاصة، ويجب أن تتناسب درجة الضغط مع عمق الغمر. يتم التحكم في كمية الضغط في هذه الحالة عن طريق مقياس ضغط مثبت بين المضخة وخرطوم الغوص.
صيد الأسماك بالرمح
ملامح التنفس تحت الماء
نحن نعلم بالفعل أن الأكسجين المذاب الموجود في الماء لا يمكن أن يستخدمه الإنسان للتنفس، لأن الرئتين تحتاجان فقط إلى الأكسجين الغازي. لضمان الوظائف الحيوية للجسم تحت الماء، من الضروري توصيل كمية كافية من الأكسجين بشكل منهجي إلى الرئتين. ويمكن القيام بذلك بالطرق التالية:
من خلال أنبوب التنفس.
استخدام أجهزة التنفس المستقلة؛
الإمداد من سطح الماء إلى بدلات الفضاء، وغواصات الأعماق، والمنازل من نوع كوستو، وما إلى ذلك؛
عن طريق التجديد (الترميم) في الغواصات.
كل هذه المسارات ليست طبيعية للإنسان ولها خصائصها الخاصة.
التنفس من خلال أنبوب. ومن المعروف أنه أثناء وجودك تحت الماء على عمق لا يزيد عن متر، يمكنك التنفس من خلال الغطس. وفي أعماق أكبر، لا تستطيع عضلات الجهاز التنفسي، كما نعلم، التغلب على المقاومة الإضافية التي تتشكل أثناء الاستنشاق والزفير. في الممارسة العملية، للسباحة تحت الماء، يتم استخدام أنابيب التنفس التي لا يزيد طولها عن 0.4 متر.
التنفس في الأجهزة القائمة بذاتها. ولضمان التنفس الطبيعي على عمق كبير، من الضروري تزويد الرئتين بالهواء عند ضغط يمكن أن يوازن ضغط الماء الخارجي على الصدر.
وفي بدلة الأكسجين يتم ضغط خليط التنفس إلى الدرجة المطلوبة في كيس التنفس مباشرة عن طريق الضغط المحيط قبل دخوله إلى الرئتين.
في جهاز تنفس الهواء المضغوط المستقل، يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة صمام الطلب الرئوي.
في هذه الحالة، من المهم بشكل خاص مراعاة حدود معينة من مقاومة التنفس، حيث أن كمية كبيرة لها تأثير سلبي على نظام القلب والأوعية الدموية البشري، تسبب إرهاق عضلات الجهاز التنفسي، ونتيجة لذلك لا يستطيع الجسم الحفاظ على نمط التنفس اللازم.
في الأجهزة ذات الرئة الأوتوماتيكية، لا تزال مقاومة التنفس عالية جدًا. يتم تقدير قيمته من خلال الحد الأقصى للفراغ في نظام توصيل الغاز بالجهاز بالقرب من قطعة الفم، أي في المنطقة المجاورة مباشرة لفم الشخص.
في معدات الغطس المنزلية، يكون الهواء غير مهم ويساوي حوالي 40-60 ملم من الماء. فن. أما تحت الماء فإن المقاومة وخاصة في بداية الشهيق تزداد بشكل ملحوظ وتصل إلى 200-330 ملم من الماء. فن. (مع السباح في وضع أفقي).
تعتمد مقاومة التنفس على:
أ) موقع الصمام الرئوي بالنسبة لرئتي الإنسان؛
ب) على مقدار المقاومة الميكانيكية للآلة التي تتغلب عليها عضلات الجهاز التنفسي. هذه هي قوة الزنبركات، والضغط الخلفي على الصمامات، وقوة الاحتكاك في المفاصل المحورية، وما إلى ذلك؛
ج) على طول خراطيم الدخول والخروج وطبيعة سطحها الداخلي وحجم علبة الناطقة ووجود الصمامات فيها.
من إجمالي مقاومة التنفس، الجزء الأكبر منها هو المقاومة التي تعتمد على موقع الصمام الرئوي، أي على اختلاف الضغط على غشاء الصمام والصدر. ولتقليل هذا الفارق، يتم وضع صمام الطلب على الرئة في الأمام، على مستوى صدر السباح، على المعدة وبالقرب من صندوق قطعة الفم.
حاليًا، هناك أيضًا تصميمات لصمامات الطلب على الرئة يتم فيها تحقيق انخفاض في كمية مقاومة التنفس عن طريق أنواع مختلفة من أجهزة التعويض، مما يقلل من حجم حجرة وخراطيم صمام الطلب على الرئة.
عند صعود الجبال، وبسبب انخفاض الضغط الجوي، ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين في الحيز السنخي. عندما ينخفض هذا الضغط عن 50 ملم زئبق . فن. (ارتفاع 5 كم)، يحتاج الشخص غير المتكيف إلى تنفس خليط الغاز الذي يزداد فيه محتوى الأكسجين. على ارتفاع 9 كم، ينخفض الضغط الجزئي في الهواء السنخي إلى 30 ملم زئبق . الفن، ومن المستحيل عمليا تحمل مثل هذه الحالة. لذلك يتم استخدام استنشاق الأكسجين بنسبة 100٪. في هذه الحالة، عند ضغط جوي معين، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي 140 ملم زئبق . الفن، مما يخلق فرصا كبيرة لتبادل الغازات. على ارتفاع 12 كم، عند استنشاق الهواء العادي، يكون الضغط السنخي 16 ملم زئبق. . فن. (الموت)، عند استنشاق الأكسجين النقي - 60 ملم زئبق فقط . الفن، أي لا يزال بإمكانك التنفس، لكنه خطير بالفعل. وفي هذه الحالة يمكن توفير الأكسجين النقي تحت الضغط وضمان التنفس عند الارتفاع إلى ارتفاع 18 كم. مزيد من الصعود ممكن فقط في بدلات الفضاء.
التنفس تحت الماء على أعماق كبيرة
عندما تغوص تحت الماء، يزداد الضغط الجوي. على سبيل المثال، على عمق 10 م، يكون الضغط 2 أجواء، وعلى عمق 20 م - 3 أجواء، وما إلى ذلك. وفي هذه الحالة، يزداد الضغط الجزئي للغازات في الهواء السنخي بمقدار 2 و 3 مرات على التوالي.
وهذا يهدد بذوبان الأكسجين العالي. لكن فائضه لا يقل ضررا على الجسم من نقصه. ولذلك فإن إحدى طرق تقليل هذا الخطر هي استخدام خليط الغاز الذي يتم فيه تقليل نسبة الأكسجين. على سبيل المثال، على عمق 40 م، يتم إعطاء خليط يحتوي على 5٪ أكسجين، على عمق 100 م - 2٪.
المشكلة الثانيةهو تأثير النيتروجين. عندما يزيد الضغط الجزئي للنيتروجين يؤدي إلى زيادة ذوبان النيتروجين في الدم ويسبب حالة مخدرة. لذلك، بدءا من عمق 60 م , يتم استبدال خليط النيتروجين والأكسجين بخليط الهيليوم والأكسجين. الهيليوم أقل سمية. يبدأ تأثيره المخدر فقط على عمق 200-300 متر . تجري حاليًا أبحاث حول استخدام مخاليط الهيدروجين والأكسجين للعمل على أعماق تصل إلى 2 كم، لأن الهيدروجين غاز خفيف جدًا.
المشكلة الثالثةعمل الغوص هو تخفيف الضغط. إذا صعدت بسرعة من عمق ما، فإن الغازات المذابة في الدم تغلي وتسبب انسدادًا غازيًا - انسداد الأوعية الدموية. ولذلك، مطلوب تخفيف الضغط التدريجي. على سبيل المثال، يتطلب الصعود من عمق 300 متر أسبوعين من تخفيف الضغط.
لحياة الإنسان الطبيعية، وكذلك الغالبية العظمى من الكائنات الحية، الأكسجين ضروري. نتيجة لعملية التمثيل الغذائي، يرتبط الأكسجين مع ذرات الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون). وتسمى مجموعة العمليات التي تضمن تبادل هذه الغازات بين الجسم والبيئة بالتنفس.
دخول الأكسجين إلى جسم الإنسانويتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الجسم عن طريق الجهاز التنفسي. وتتكون من الشعب الهوائية والرئتين. يشمل الجهاز التنفسي العلوي الممرات الأنفية والبلعوم والحنجرة. ثم يدخل الهواء إلى القصبة الهوائية، التي تنقسم إلى قسمين قصبيين رئيسيين. تشكل القصبات الهوائية، التي تتشعب وترقق باستمرار، ما يسمى بشجرة القصبات الهوائية في الرئتين. تنتهي كل قصيبة (أرفع فروع القصبات الهوائية) بالحويصلات الهوائية، حيث يحدث تبادل الغازات بين الهواء والدم. يبلغ إجمالي عدد الحويصلات الهوائية عند الإنسان حوالي 700 مليون، وتبلغ مساحة سطحها الإجمالي 90-100 م2.
هيكل أعضاء الجهاز التنفسي.
سطح الجهاز التنفسي، باستثناء سطح الحويصلات الهوائية، غير منفذ للغازات، لذلك يسمى الفضاء داخل الشعب الهوائية بالمساحة الميتة. يبلغ حجمه عند الرجال في المتوسط حوالي 150 مل، وعند النساء - 100 مل.
يدخل الهواء إلى الرئتين بسبب الضغط السلبي الناتج عن تمددهما بواسطة الحجاب الحاجز والعضلات الوربية أثناء الشهيق. أثناء التنفس الطبيعي، يكون الشهيق فقط نشطًا؛ فقط مع التنفس القسري يتم تنشيط عضلات الزفير، والتي، نتيجة للضغط الإضافي على الصدر، تضمن الحد الأقصى من حجم الرئة.
عملية التنفس
يعتمد تواتر وعمق التنفس على النشاط البدني. وهكذا، في حالة الراحة، يقوم الشخص البالغ بإجراء 12-24 دورة تنفسية، مما يوفر تهوية للرئتين خلال 6-10 لتر/دقيقة. عند القيام بعمل شاق، يمكن أن يزيد معدل التنفس إلى 60 دورة في الدقيقة، ويمكن أن تصل كمية التهوية الرئوية إلى 50-100 لتر / دقيقة. عادةً ما يكون عمق التنفس (أو حجم المد والجزر) أثناء التنفس الهادئ جزءًا صغيرًا من إجمالي سعة الرئة. مع زيادة التهوية الرئوية، قد يزيد الحجم المدي بسبب حجم احتياطي الشهيق والزفير. وإذا صححنا الفرق بين أعمق شهيق وأقصى زفير، نحصل على قيمة السعة الحيوية للرئتين (VC)، والتي لا تشمل فقط الحجم المتبقي، الذي يتم إزالته فقط عندما تنهار الرئتان تمامًا.
يحدث تنظيم وتيرة وعمق التنفس بشكل انعكاسي ويعتمد على كمية ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الدم ودرجة الحموضة في الدم. المحفز الرئيسي الذي يتحكم في عملية التنفس هو مستوى ثاني أكسيد الكربون في الدم (ترتبط قيمة الرقم الهيدروجيني للدم أيضًا بهذه المعلمة): كلما زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون، زادت التهوية الرئوية. يؤثر انخفاض كمية الأكسجين على التهوية بدرجة أقل. ويرجع ذلك إلى خصوصية ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين في الدم. تحدث زيادة تعويضية كبيرة في التهوية الرئوية فقط بعد انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين في الدم إلى أقل من 12-10 كيلو باسكال.
كيف يؤثر الغوص تحت الماء على عملية التنفس؟؟ دعونا نفكر أولاً في حالة الغطس. يصبح التنفس عبر الأنبوب أكثر صعوبة بشكل ملحوظ حتى عند الغوص بضعة سنتيمترات. يحدث هذا بسبب زيادة مقاومة التنفس: أولاً، عند الغوص، تزداد المساحة الميتة بحجم أنبوب التنفس، وثانيًا، من أجل الاستنشاق، تضطر عضلات الجهاز التنفسي إلى التغلب على الضغط الهيدروستاتيكي المتزايد. على عمق 1 متر، يمكن للإنسان أن يتنفس عبر أنبوب لمدة لا تزيد عن 30 ثانية، وفي أعماق أكبر يكاد يكون التنفس مستحيلاً، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى حقيقة أن عضلات الجهاز التنفسي لا تستطيع التغلب على ضغط عمود الماء من أجل يستنشق من السطح. تعتبر أنابيب التنفس التي يبلغ طولها 30-37 سم هي الأمثل، فاستخدام أنابيب التنفس الأطول يمكن أن يؤدي إلى اضطرابات في عمل القلب والرئتين.
من الخصائص المهمة الأخرى التي تؤثر على التنفس هو قطر الأنبوب. مع قطر الأنبوب الصغير، لا يتدفق الهواء بشكل كافٍ، خاصة إذا كانت هناك حاجة لأداء أي عمل (على سبيل المثال، السباحة بسرعة)، ومع القطر الكبير، يزداد حجم المساحة الميتة بشكل كبير، مما يجعل التنفس أيضًا صعب جدا. قطر الأنبوب الأمثل هو 18-20 ملم. قد يؤدي استخدام أنبوب غير قياسي في الطول أو القطر إلى فرط التنفس اللاإرادي.
عند السباحة في جهاز التنفس المستقلترتبط الصعوبات الرئيسية في التنفس أيضًا بزيادة مقاومة الشهيق والزفير. المسافة بين ما يسمى بمركز الضغط وصندوق جهاز التنفس لها التأثير الأقل على زيادة مقاومة التنفس. أنشأ جاريت "مركز الضغط" في عام 1965. ويقع على عمق 19 سم أسفل التجويف الوداجي و7 سم خلفه. عند تطوير نماذج مختلفة من أجهزة التنفس، يتم أخذ ذلك بعين الاعتبار دائمًا ويتم وضع صندوق جهاز التنفس في أقرب مكان ممكن من هذه النقطة. العامل الثاني الذي يؤثر على زيادة مقاومة التنفس هو مقدار المساحة الميتة الإضافية. إنها كبيرة بشكل خاص في الأجهزة ذات الأنابيب المموجة السميكة. تلعب أيضًا المقاومة الإجمالية للصمامات والأغشية والينابيع المختلفة في النظام لتقليل ضغط خليط التنفس دورًا مهمًا. والعامل الأخير هو زيادة كثافة الغاز بسبب زيادة الضغط مع زيادة العمق.
في النماذج الحديثة للمنظمين، يسعى المصممون إلى تقليل آثار زيادة مقاومة التنفس، وإنشاء ما يسمى بآلات التنفس المتوازنة. لكن لا يزال لدى الغواصين الهواة الكثير من الأجهزة القديمة ذات المقاومة المتزايدة للتنفس. مثل هذه الأجهزة، على وجه الخصوص، هي الأجهزة الأسطورية AVM-1 وAVM-1m. يؤدي التنفس في هذه الأجهزة إلى استهلاك طاقة عالية، لذلك لا ينصح بأداء عمل بدني ثقيل فيها والقيام بغوصات طويلة إلى أعماق تزيد عن 20 مترًا.
النوع الأمثل للتنفس عند السباحة بجهاز تنفس مستقلينبغي اعتبار التنفس أبطأ وأعمق. التردد الموصى به هو 14-17 نفسًا في الدقيقة. مع هذا النوع من التنفس، يتم ضمان تبادل الغازات الكافية مع الحد الأدنى من عمل عضلات الجهاز التنفسي، ويتم تسهيل نشاط نظام القلب والأوعية الدموية. التنفس المتكرر يجعل من الصعب على القلب العمل ويؤدي إلى الحمل الزائد.
يؤثر على عمل الجهاز التنفسي ومعدل الغمر في العمق. مع الزيادة السريعة في الضغط (الضغط)، تنخفض القدرة الحيوية للرئتين مع زيادة بطيئة، وتبقى دون تغيير تقريبا. يرجع انخفاض القدرة الحيوية إلى عدة أسباب. أولاً، عند الغوص في العمق، للتعويض عن الضغط الخارجي، يندفع حجم إضافي من الدم إلى الرئتين، ويبدو أنه مع الضغط السريع، يتم ضغط بعض القصيبات بواسطة الأوعية الدموية "المنتفخة"؛ ويقترن هذا التأثير بزيادة سريعة في كثافة الغازات، ونتيجة لذلك، يتم انسداد الهواء في بعض مناطق الرئتين ( تظهر "مصائد الهواء".»). « مصائد الهواء"إنها خطيرة للغاية، لأنها تزيد بشكل كبير من خطر الإصابة بالرضح الضغطي للرئة أثناء الغمر المستمر وأثناء الصعود، خاصة إذا لم يتم ملاحظة وضع الصعود وسرعته. في أغلب الأحيان، يتم تشكيل مثل هذه "الفخاخ" من قبل الغواصين الذين هم تحت الماء في وضع عمودي. هناك فارق بسيط آخر يرتبط بالوضع الرأسي للغواص. هذا هو عدم تجانس تبادل الغازات في الوضع الرأسي: تحت تأثير الجاذبية، يدخل الدم إلى الأجزاء السفلية من الرئتين، ويتراكم خليط الغاز في الأجزاء العلوية، مستنفدًا من الدم. إذا كان الغواص تحت الماء في وضع أفقي، ووجهه للأسفل، فإن القيمة النسبية للتهوية السنخية تزيد بشكل كبير، مقارنة بوضعه الرأسي، ويتحسن تبادل الغازات وتشبع الدم الشرياني بالأكسجين.
خلال فترة تخفيف الضغط وبعض الوقت بعدها، يبدو أيضًا أن القدرة الحيوية تنخفض بسبب زيادة تدفق الدم إلى الرئتين.
يؤثر سلباً على الجهاز التنفسيهناك أيضًا حقيقة أن الهواء القادم من الأسطوانات عادة ما يكون باردًا ولا يحتوي على أي رطوبة تقريبًا. استنشاق الغاز البارد يمكن أن يسبب مشاكل في التنفس، تتجلى في ارتعاش عضلات الجهاز التنفسي، وألم في الصدر، وزيادة إفراز الأغشية المخاطية للأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية، وصعوبة في التنفس. عند السباحة في الماء البارد، تصبح مشكلة إفراز المخاط حادة بشكل خاص: تصبح حركات البلع اللازمة لمعادلة الضغط في تجويف الأذن الوسطى صعبة. ونظرًا لحقيقة أن الهواء الوارد لا يحتوي عمليًا على أي رطوبة، فقد يتطور تهيج الأغشية المخاطية للعينين والأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية. من العوامل المشددة هنا أيضًا تبريد الجسم.
هناك اعتقاد واسع النطاق بأن أسلافنا، في حالة حدوث موقف متطرف أو آخر أثناء العمليات القتالية، تمكنوا من التنفس بنجاح باستخدام أبسط الأجهزة مثل الأنبوب، أثناء غمرهم في الماء لفترة طويلة، وكان عمق الغمر من المفترض أن يتم قياسه بالأمتار، والوقت - بالساعات، والأنبوب - القصب البسيط (على سبيل المثال، عبور حاجز مائي سرًا، والهروب من الاضطهاد، وما إلى ذلك).
بالنظر إلى أن شخصنا هو شخصية إبداعية، فإن كل ما يعرفه أو يسمعه يسعى جاهدا للتحقق منه على الفور عمليا، فإننا نعتبر أنفسنا ملزمين بالتحذير من الأخطاء المحتملة المرتبطة بالتنفس في ظروف خاصة. ويتعلق هذا بشكل خاص بإمكانية التنفس تحت الماء باستخدام الوسائل المتاحة. قبل إجراء مثل هذه الفحوصات، خاصة على أعماق تزيد عن متر واحد، يجب عليك فهم فيزياء العملية بوضوح.
دعونا نلاحظ أن الاختبار العملي لإمكانية التنفس تحت الماء باستخدام الوسائل المتاحة، وعلى أعماق تزيد عن متر واحد، كقاعدة عامة، ينتهي بشكل سيء للغاية: ينتهي الأمر بـ "المجربين" في سرير المستشفى لفترة طويلة مع أمراض خطيرة اضطرابات الدورة الدموية. قصص "الأشخاص ذوي الخبرة" أو تجربتهم في الغطس (إن وجدت) أو الاعتماد على تجربة الغطس لشخص آخر دون فهم واضح للعمليات الجسدية التي تحدث أثناء ذلك تعتبر خطيرة للغاية!
لماذا؟ هناك عدة أسباب.
1. لضمان التنفس تحت الماء، يجب أن يكون الشيء الموجود في متناول اليد والذي يتم التنفس من خلاله، على الأقل لديه منطقة تدفق تضمن تدفق الهواء إلى الرئتين بالحجم المطلوب لعملية التنفس، من ناحية، و يجب أن يكون فوق سطح الماء، حتى لو كان خشنًا – من ناحية أخرى، لأنه وتأثير دخول الماء إلى الرئتين أثناء التنفس لا يحتاج إلى تعليق.
2. عدم تكافؤ الضغوط المؤثرة من داخل الجسم وخارجه عند غمره في الماء، مع ما يترتب على ذلك من نتائج.
لنفكر في رسم تخطيطي لتفاعل ضغط الهواء (في الخارج والداخل) على شخص (انظر الرسم البياني في الشكل 2.10.) مستلقيًا على الأريكة وتحت تأثير ضغط الهواء الجوي.
كما يتبين من الرسم البياني، فإن التجويف الجنبي الداخلي يتعرض لضغط يساوي الضغط الجوي، في حين أن السطح الخارجي للجسم بأكمله (بما في ذلك الصدر) يتعرض أيضًا لضغط يساوي الضغط الجوي، أي. 1 كجم/سم2.
وهكذا يمكننا الحديث عن تساوي الضغط الداخلي والخارجي المؤثر على جسم الإنسان، وبالتالي غياب (في الحالة العامة) التداخل الذي يمنع الدورة الدموية الطبيعية تحت تأثير الضغط الجوي.
تظهر صورة مختلفة تمامًا لتفاعل ضغط الهواء (في الخارج والداخل) على الشخص عندما ينغمس تحت الماء مع التنفس من خلال أنبوب متصل بالجو (انظر الرسم البياني في الشكل 2.11.).
في هذه الحالة، من الداخل، من الرئتين، يتم ضغط الهواء بقوة جو واحد (أي نفس 1 كجم ثقلي / سم 2)، ومن الخارج على الجسم (بما في ذلك الصدر) يتم الضغط عليه:
هواء بنفس قوة ضغط جوي واحد (1 كجم/سم2)؛
عمود من الماء ارتفاعه يساوي عمق الغمر.
ما يحدث في هذه الحالة؟
1. لذلك، عند عمق غمر مثلا يساوي 50 سم من سطح الماء، يتعرض الصدر لضغط زائد من الخارج، ينشأ عن عمود من الماء ارتفاعه يساوي عمق الغمر، أي. في هذه الحالة، 50 سم من عمود الماء، أو 50 جم/سم2 (5 كجم/سم2). وهذا يجعل التنفس أكثر صعوبة بشكل ملحوظ، لأن... مع الأخذ في الاعتبار مساحة الصدر، يتم إنشاء الظروف عندما يتعين على الشخص التنفس في ظروف تعادل تلك التي يتم فيها الضغط على الصدر بحمولة تتراوح من 15 إلى 20 كجم.
لكن هذه صعوبات جسدية بحتة تصاحب عملية التنفس في مثل هذه الظروف.
2. لا يتعلق الأمر فقط بهذه الصعوبات الجسدية البحتة. والأخطر والأكثر خطورة هو ظهور اضطرابات الدورة الدموية. تحت تأثير الضغط الزائد الناتج عن عمود من الماء والذي يعمل على كامل سطح الجسم، ينزح الدم من أجزاء الجسم حيث يكون الضغط أعلى (الساقين، تجويف البطن)، في مناطق الضغط المنخفض - إلى الصدر والرأس. تمنع الأوعية المملوءة بالدم في هذه الأجزاء من الجسم التدفق الطبيعي للدم من القلب والشريان الأورطي: فالأخير يتوسع بشكل مفرط من الدم الزائد، ونتيجة لذلك، إن لم يكن الموت، فهو مرض خطير.
الدراسات التجريبية التي أجراها الطبيب النمساوي ر. ستيجلر والتي وصفها في كتاب "الاستحمام والسباحة والغوص" (فيينا) أكدت بالكامل ما سبق. أجرى تجارب على نفسه، حيث غمر جسده ورأسه في الماء بواسطة أنبوب يخرج من فمه.
وترد النتائج التجريبية في الجدول 2.