Человека

2.1. Физиология дыхания и кровообращения

Известно, что жизнь организма возможна только при условии пополнения энергии, которая непрерывно расходуется. Свои энергетические расходы организм покрывает за счет той энергии, которая освобождается при окислении питательных веществ, а для обеспечения окислительных процессов необходимо постоянное поступление кислорода. Однако при окислительных процессах образуются продукты распада, в первую очередь углекислый газ, который должен быть удален из организма. Эти функции осуществляют органы дыхания и кровообращения.

Дыхание — сложный, непрерывно совершающийся процесс, состоящий как бы из трех фаз:

- внешнего дыхания, обеспечивающего газообмен между внешней
средой и кровью;

- транспортировки газов кровью;

- внутреннего или тканевого дыхания, заключающегося в исполь
зовании доставленного кислорода на окислительные нужды.

Внешнее дыхание у человека осуществляется легкими.

Дыхательные пути начинаются от входных отверстий носа и рта и продолжаются через дыхательное горло (гортань) и трахею. Последняя делится на бронхи, каждый из которых, последовательно раздваиваясь, образует так называемое бронхиальное дерево. Бронхи самого малого диаметра — бронхиолы — заканчиваются расширеньями — легочными пузырьками (альвеолами). В легких человека находится около 700 млн. альвеол, диаметром 0,2 мм каждая, и составляют общую площадь легких примерно 90 м². Через альвеолы кислород поступает в кровь, которая расходится по кровеносной системе, отдавая для питания тканям кислород и принимая углекислый газ.

Так как газообмен происходит только в альвеолах, то все дыхательное пространство, начиная от входных сечений носа и рта, названо "мертвым" или "вредным" пространством.

Дыхательный центр находится в заднем головном мозгу, а дыхательные движения регулируются рефлекторно. В стенках легких находятся окончания центростремительных волокон блуждающего нерва. При нервном импульсе на дыхательные (межреберные) мышцы они сокращаются и грудная клетка увеличивается в объеме. Благодаря эластичности стенок и отрицательному давлению между легкими и серозной поверхностью грудной клетки, легкие растягиваются — происходит вдох.

Растяжение стенок легких раздражает окончания центростремительных волокон блуждающего нерва, это возбуждение поступает к дыхательному центру и тормозит его деятельность. Дыхательные мышцы перестают получать возбуждение и расслабляются, грудная клетка опускается, объем ее уменьшается и происходит выдох. Таким образом, происходит как бы саморегуляция: вдох вызывает выдох, а выдох — вдох. В спокойном состоянии человек делает 12-20 вдохов и выдохов в минуту, весной частота дыхания в среднем на 1/3 выше, чем осенью.

Жизненная емкость легких определяется спирометром — прибором для измерения количества воздуха, выделенного при максимальном выдохе после глубокого вдоха. Объем воздуха в легких измеряется с точностью до 100 см³. У мужчин на 1 кг веса должно быть в среднем 60 м³ воздуха. Например, при весе 70 кг нормальная жизненная емкость легких 4200 см³.

При тяжелой и очень тяжелой работе в кислородных изолирующих противогазах (КИП), когда на организм действует физическая нагрузка, в органах дыхания происходят некоторые изменения:

- увеличивается "мертвое" пространство. Это происходит в результате
расслабления поперечно-гладких мышечных волокон;

- учащаются дыхательные движения в результате нервных влияний
и накоплений в крови угольной кислоты;

- повышается легочная вентиляция.
Температурно-влажностный режим дыхательной системы КИП —

теплопроводный, дыхательная смесь в дыхательном мешке имеет почти такую же температуру, как и окружающая среда. Поэтому при работе в подвалах или трюмах корабля с высокой температурой, дыхательная смесь сильно нагревается и отрицательно действует на психику газодымозащит-ника. Относительная влажность дыхательной смеси в противогазе поддерживается до 100% за счет паров воды при выдыхании, 18,5% влажности химпоглотителя и пота с лицевой части тела.

Дыхание в средствах индивидуальной защиты органов дыхания и зрения (СИЗОД) должно быть не частым, а глубоким и равномерным. Вдыхать следует через рот, а выдыхать — через нос. Выдох должен быть несколько длиннее вдоха. Одним из способов отработки правильного дыхания является упражнение в кратковременном беге с подсчетом для контроля числа шагов. При этом на три шага производится вдох, на пять — выдох.

Выполняя работу в СИЗОД, необходимо приспосабливать свое дыхание к характеру рабочих движений.

Например, при перелопачивании песка, переноске дров, во время наклона туловища следует делать медленный выдох, а при разгибании — глубокий вдох. При таком вдыхании кровь хорошо обогащается кислородом, правильно работает КИП, выдыхаемый воздух легче очищается в регенеративном патроне от углекислого газа, периодически срабатывает избыточный клапан и своевременно обнаруживаются неисправности.

При тяжелой продолжительной работе и частом дыхании периодически срабатывает механизм легочного автомата и почти не работает избы-

точный клапан, в результате процентное содержание азота в дыхательном мешке увеличивается.

Из таблицы 2.1. видно, что вдыхаемый воздух имеет в своем составе 78,03% азота, а выдыхаемый — 78,5%, разница после каждого дыхательного движения составляет 0,47%. Этот азот поступает из организма при окислении и видоизменении белков.

Таблица 2.1

Воздух при спокойном дыхании	Состав воздуха, %
О₂	со₂	N₂
Вдыхаемый	20,96	0,02	78,03
Альвеолярный	13,70	5,60	80,70
Выдыхаемый	16,40	4,10	78,50

Кроме того, имеющийся в баллоне медицинский кислород в своем составе содержит около 99,0% кислорода и 1% азота. При емкости баллона в 1 л (КИП-8) с давлением 200 атм имеется 198 л кислорода и 2 л азота.

Азот, как инертный газ, в реакцию с ХП-И не вступает, накапливается в дыхательном мешке и, если не работает периодически избыточный клапан, количество его в воздухе дыхательного мешка увеличивается, а процентное содержание кислорода опасно сокращается, возможно азотное "опьянение". Поэтому необходимо через 30 мин работы в КИП нажать на кнопку аварийного клапана, продолжительностью 2-4 с и промыть кислородом дыхательный мешок до срабатывания избыточного клапана.

Кровь вместе с лимфой является внутренней средой организма и выполняет следующие основные функции:

разносит по организму питательные вещества: углеводы поступают в организм в виде полисахаридов (крахмал, клетчатка), затем расщепляются до диса-харидов (сахар тростниковый, свекличный) и преобразовываются в моносахариды (глюкоза, фруктоза, лактоза и др.);

Рис. 2.1. Принцип газообмена в легких

белки (мясо, рыба и др.) — распадаются до аминокислот;

жиры (растительные и животные) — распадаются на глицерин и жирные кислоты;

выносит из организма продукты распада — молочную кислоту, соли, мочевину и др.;

доставляет в клетки кислород и выносит из них углекислый газ;

осуществляет защиту организма от вредных веществ и инородных тел.

Составляющими крови являются:

плазма — куда входит 90-92% воды и 10-8% сухого остатка (белки, глюкоза, мочевина, аминокислоты и не органические соли К, Na, Ca и т. д.);

эритроциты, которые образуются в красном костном мозгу и селезенке, где и созревают. Продолжительность жизни эритроцита 90-125 дней (3-4 месяца). За сутки заменяется примерно 25 г крови (за 70 лет жизни костный мозг дает 650 кг эритроцитов). У мужчин в 1 мм³ крови находится 4,5-5 млн. эритроцитов. Число их меняется при некоторых физиологических условиях (мышечная работа, работа на высотах). В эритроцитах находится вещество красного цвета — гемоглобин (Н_в), который является основным переносчиком газов в крови, имеет непрочное соединение с кислородом и углекислым газом и прочное соединение с окисью углерода. В каждом эритроците содержится около 270 млн. молекул гемоглобина. Гемоглобин, соединенный с кислородом, имеет формулу Н_ВО₃ и называется окси-гемоглобином, а соединенный с углекислым газом — имеет формулу Н_ВСО₃ и называется бикарбонатом;

лейкоциты — бесцветные клетки, образующиеся в красном костном мозгу, в лимфатических сосудах и селезенке. Количество их в 1 мм³ крови 6-8 тысяч. Их количество не постоянно и особенно увеличивается при инфекционных заболеваниях. (За 70 лет жизни костный мозг дает 1000 кг лейкоцитов). Важнейшей функцией лейкоцитов является защита организма от микроорганизмов, проникающих в кровь и ткани. После тяжелой и очень тяжелой работы количество лейкоцитов в крови увеличивается до 16 тыс. в 1 мм³;

кровяные пластинки, которые играют важную роль при свертывании крови.

В организме человека имеется два круга кровообращения (рис.2.1). Большой круг кровообращения начинается из левого желудочка сердца, затем идет в аорту, артерии, артериолы, капилляры и заканчивается в правом предсердии; малый круг — начинается из правого желудочка сердца, идет в легочные артерии и капилляры и заканчивается в левом предсердии. При выслушивании сердца ясно различают два звука, которые называются тонами сердца. Первый тон называется систолическим, второй тон — ди-астолическим (захлопывание полулунных клапанов). При сокращении каждый желудочек выбрасывает 70-80 мл крови. У здорового человека сердце в минуту сокращается в среднем 70 раз. Однако следует учитывать, что на частоту сердцебиения влияет положение тела и выполняемая физическая нагрузка. Сердце подает кровь в сосуды не беспрерывно, а прерывистой струей, однако кровь по кровеносным сосудам течет беспрерывно. Это достигается благодаря эластичности стенок артерий. Давление крови не одинаково в разных сосудах; оно выше в артериальном конце — 130 мл рт. ст. и ниже в венозном — ниже атмосферного на 2-5 мм рт. ст. В мелких капиллярах кровь встречает очень большое сопротивление из-за большого разветвления и малого сечения.

Ритмические колебания стенок артерий называют артериальным пульсом.

Но пульсовые колебания нельзя путать с током крови. Скорость распространения пульсовой волны не связана со скоростью течения крови по сосудам. Пульсовая волна распространяется со скоростью 9 м/с, а наибольшая скорость, с которой течет кровь, не превышает 0,5 м/с, распространяясь по артериям, она постепенно ослабевает и окончательно теряется в капиллярной сети. Пульс в значительной степени отражает работу сердца и, прощупывая его, можно составить некоторое представление о работе сердца, состоянии всей сердечно-сосудистой системы и о полученной физической нагрузке.

В табл. 2.2. приведена зависимость потребления кислорода (воздуха) и частоты пульса от степени тяжести, выполняемой работы.

Таблица 2.2

Виды работы по степени тяжести	Потребление кислорода, л/мин	Потребление воздуха, л/мин	ЧСС, уд/мин.
Легкая	до 1,0	12,5	85 -100
Средняя	от 1,0 до 1,5		101-125
Тяжелая	от 1,5 до 2,0		126-150
Очень тяжелая	свыше 2,0		151-170

Пульс ощущается пальцами, приложенными к какой-нибудь поверхностно-лежачей артерии. Наиболее доступными для подсчета пульса являются места: у основания большого пальца на ладонной части предплечья, у височной области и у сонной артерии. Для счета пульса к указанным местам надо прикладывать два или три пальца и избегать сильного надавливания на артерию.

Следует особо отметить, каждый газодымозащитник должен быть обучен самоконтролю за частотой пульса. Определение частоты пульса одновременно у всего звена производится по указанию руководителя занятия — "Приготовиться к подсчету", а затем по команде "Раз" и через 15 с — "Стоп" сосчитать количество пульсовых ударов. После этого каждый газодымозащитник должен доложить о результатах подсчета руководителю занятий. Количество пульсовых ударов в минуту определяется путем умножения результатов измерения пульса на четыре.

Критерием предельной физической нагрузки принято считать ЧСС до 170 уд./мин.

Если частота пульса превышает 160 ударов в минуту и не уменьшается в течение 3-5 мин отдыха, газодымозащитник должен быть освобожден от выполнения дальнейших упражнений.

Газодымозащитник, у которого в течение 2-3 тренировок подряд ЧСС превышает указанный выше предел, а индекс степ-теста оценивается оценкой "плохая", должен направляться на внеочередное медицинское освидетельствование.

Кислород, поступающий в кровь, доставляет его ко всем клеткам организма. В клетках происходят важные для жизни окислительные процессы. Отдавая кислород клеткам, кровь захватывает углекислоту, а также молекулы воды и доставляет в альвеолы. Главным условием жизни является обмен веществ (энергии), а основными источниками энергии являются питательные вещества. При окислении этих веществ образуются различные

соединения, которые являются составляющими энергии. В результате окисления в клетках, парциальное давление углекислого газа увеличивается по сравнению с его содержанием в артериальной крови и в условиях покоя достигает 6,25 кПа (47 мм рт. ст.) (при физической работе значительно больше). Углекислый газ, взаимодействуя с водой, образует угольную кислоту (Н₂СО₃). Угольная кислота, соединяясь с солями гемоглобина, превращается в бикарбонат гемоглобина и с кровью транспортируется к легким. В легких происходит обратная реакция: отщепляется углекислый газ, восстанавливается гемоглобин и вода. Количество поглощенного кислорода обычно больше количества выделяемого организмом углекислого газа. Это объясняется тем, что окислительные процессы идут не только с углеводами, но и с белками, жирами и другими веществами. Отношение количества выделенного углекислого газа к поглощенному кислороду называется дыхательным коэффициентом (К), который колеблется в пределах от 0,80 до 0,95.

Кроме того, через поверхность тела, т. е. через кожу, обеспечивается 1-2% всего газообмена, происходящего в организме. Дыхание — важнейший процесс, протекающий в организме непрерывно. При нарушении внешнего дыхания продолжается внутреннее дыхание. Если за 5-6 минут внешнее дыхание не восстановится, наступает смерть.

Регулирование дыхания осуществляется автоматически центральной нервной системой в зависимости от условий, в которых находится организм, и с помощью волевых усилий.

СИЗОД, предназначенные для защиты органов дыхания и зрения пожарного от воздействия продуктов горения, обеспечивают только процесс внешнего дыхания.

2.2. Показатели, характеризующие процесс

дыхания

С количественной стороны процесс дыхания характеризуется следующими показателями: частотой дыхания, жизненной емкостью легких, легочной вентиляцией, "мертвым" пространством, газообменом в легких человека, дозой потребления кислорода.

Частота дыхания (f, 1/мин) человека определяется числом вдохов, производимых за единицу времени. Частота дыхания не является постоянной и зависит от нескольких факторов: увеличивается с повышением нагрузки на человека и зависит от степени тренированности человека. Частота дыхания у тренированного человека составляет в среднем 6-8 дыхательных циклов в минуту, у нетренированного человека — 12-18 циклов в минуту. При физической нагрузке частота дыхания нетренированного человека увеличивается в большей мере. Частота дыхания зависит от пола и от возраста человека.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ, л) — показывает объем воздуха, который человек может выдохнуть из легких после глубокого вдоха. В сред-

нем эта величина равна 3,5 л.

Легочная вентиляция ((З_л, л/мин) определяется количеством воздуха, циркулирующего в легких за единицу времени, т.е. тем объемным количеством воздуха, который за 1 минуту вдыхается или выдыхается человеком.

"Мертвое" пространство определяется объемом воздуха, не участвующего в процессе газообмена. "Мертвое" пространство равно сумме объемов воздуха, остающегося в носовой полости, гортани, трахее, бронхах и бронхиолах при выдохе. Объем "мертвого" пространства у взрослого человека в среднем составляет 140 мл. Воздушная смесь, не участвующая в процессе газообмена содержит мало кислорода и в значительной степени загрязнена углекислым газом. Каждый КИП имеет "мертвое" пространство, объем которого суммируется с объемом "мертвого" пространства человека. Поэтому при конструировании, очень важно обеспечить минимальный объем "мертвого" пространства КИП.

Газообмен в легких человека определяется составом вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и характеризуется данными, приведенными в табл. 2.3, 2.4.

Таблица 2.3

Состав воздуха	Содержание в % по объему воздуха
в атмосферном воздухе	в альвеолярном воздухе	в выдыхаемом воздухе
Азот, N2	78,09	74,2	78,50
Кислород, Ог	20,95	13,4	16,4
Углекислый газ, СО₂	0,03	5,2	4,1
Инертные газы	Около 1,0	около 1,0	около 1,0
Водяные пары, НгО	—	6,2	—

Таблица 2.4