Що заважає людині проникнути на глибину

Головна

Тканини людського організму побудовані з найдрібніших клітин, які заповнені рідиною, що на 80% складається з води. При тиску, що відповідає глибинам, доступним для водолаза в м'якому скафандрі, вода, а отже і клітини тіла, практично стисливі. До речі, вираз «тиск, який відповідає глибині», не випадковий.

Відомо, що тиск навіть на землі (наприклад, тиск, що розвивається насосом) вимірюється в метрах водяного стовпа, причому з достатньою точністю можна вважати, що тиск, який створює стовп води заввишки 10 м, дорівнює тиску в одну атмосферу - 1 атм. При зануренні людини під воду на нього, крім води, давитиме і атмосфера, тобто повітря, тиск якого дорівнює 1 атм. Таким чином, абсолютний тиск під водою на глибині 10 м дорівнюватиме 2 атм, на глибині 20 м - 3 атм і т.д.

Завдяки малій стисливості рідини механічна дія тиску води на тканини людського тіла не така вже й небезпечна. Встановлено, що механічний тиск води може призвести до розладу життєдіяльності клітин організму людини лише за тисків близько 300-400 атм, що відповідає зануренню на глибини 3-4 км.

Насправді риби та інші тварини зустрічаються на всіх глибинах Світового океану. Правда, це особливі глибоководні тварини, що народжуються на цих глибинах, але їх організми також складаються з клітин, подібних до клітин наземних тварин. Американець Вільям Бібі, який опустився в батисфері на 923 м, бачив на цій глибині звичайного кита; французи Гуо та Вільм на глибині 4000 м виявили білооких акул, а Жак Пікар та ДонУолш на глибині 10 919 м бачили креветку та рибу.

Але якщо для людини не є небезпечним тиск, що стискає частини тіла, що не мають порожнин (наприклад, кінцівки), то стиснення порожнин, заповнених газами або повітрям, може призвести до неприємних наслідків. При площі рухомої частини грудної клітки і живота, що дорівнює людині середнього зростання 3000 см2, вже на глибині 1 м ці органи піддаються тиску 3300 кг. При цьому не слід забувати, що нормально, на поверхні, на ці органи вже діє навантаження 3000 кг (яке, до речі, ми зовсім не відчуваємо).

Для врівноваження цієї стискаючої зовнішньої сили в легкі водолаза подається повітря під тиском, що дорівнює тиску навколишнього середовища; завдяки такому вирівнюванню тисків зсередини та зовні стиск будуть відчувати лише самі стінки грудної клітки.

Гірша справа при стисканні повітря, що заповнює середнє вухо та лобові пазухи. При швидкому наростанні тиску відбувається вдавлювання барабанних перетинок і може настати розрив. Щоб уникнути цього, водолазу при спуску необхідно робити ковтальні рухи; при цьому скорочуються м'язи, що розкривають гирла євстахієвих труб ¹ і відбувається вирівнювання тиску. При роботі водолаза на постійній глибині тиск у середньому вусі встановиться рівним зовнішньому. При швидкому підйомі, коли барабанні перетинки будуть розтягуватися у бік слухового проходу, вирівнювання тиску досягається тим самим способом, що й занурення.

Взагалі, при підйомі водолаза з глибини можуть статися великі неприємності. При швидкому підйомі водолаз може захворіти на кесонну хворобу. Справа в тому, що зі збільшенням глибини занурення збільшується вага повітря, що вдихається водолазом за один вдих. Це наслідок закону Бойля — Маріотта.якому питома вага газу прямо пропорційна тиску. Одночасно збільшується розчинність повітря у крові. Кров розносить повітря з легенів по всьому тілу, поступово насичуючи всі тканини газами у більшій кількості, ніж за атмосферного тиску. Ступінь такого насичення тканин газами залежить від глибини спуску, від часу перебування під водою та від характеру роботи водолазу; різні тканини людського організму насичуються газами неоднаково.

Під час підйому водолаза відбувається виділення надлишкового повітря через легені. При швидкому підйомі бульбашки повітря, що складаються, головним чином, з азоту (домішка кисню та вуглекислоти незначна), виділяються прямо в крові? великі бульбашки можуть закупорити кровоносні судини та порушити кровообіг окремих частин організму. Крім того, збільшення загального об'єму крові внаслідок насичення її газовими бульбашками може викликати в різних частинах тіла розтяг та розрив дрібних кровоносних судин. Симптоми кесонної хвороби такі: запаморочення, біль у суглобах і м'язах, свербіж шкіри. У тяжких випадках можуть наступати паралічі окремих органів.

Але виявляється, що кесонну хворобу можна попередити: щоб виділення азоту з крові не було таким бурхливим, підйом водолазу слід проводити із зупинками. Тривалість та глибини зупинок визначають за спеціальними таблицями.

Слід нагадати, що кити теж дихають атмосферним повітрям; пірнаючи, вони швидко змінюють глибину і, звичайно, не роблять зупинок для декомпресії, тобто виходу з крові стисненого повітря. Однак кити не хворіють на кесонну хворобу. Пояснюється це тим, що кити під водою не вдихають стиснене повітря, а користуються запасом повітря в легенях, яке вони вдихнули на поверхні; їх кров та тканини не перенасичуються повітрям, аотже, відсутня і причина, що викликає кесонну хворобу.

Шкідлива дія азоту не обмежується кесонною хворобою. При спуску водолазу, починаючи з глибин 30-50 м, азот викликає сп'яніння. Доведено, що азот за підвищеного тиску є наркотиком. Винахідник аквалангу француз Кусто пише, що вже з глибини 30 м у нього спостерігається запаморочення, після якого настає незвичайне піднесення духу, коли всі перешкоди здаються легко переборними. Потім настає млявість та сонливість. У деяких людей азотне сп'яніння викликає непритомний стан і може призвести до загибелі.

Щоб позбавитися шкідливих наслідків вдихання азоту, здавалося б, слід виключити його зі складу повітря, що подається водолазу, тобто подавати чистий кисень, дійсно необхідний для дихання. Але, виявляється, організм людини не пристосований до тривалого вдихання чистого кисню. Тривале вдихання чистого кисню навіть при атмосферному тиску може спричинити захворювання на запалення легенів. При абсолютному тиску 3 атм кисень отруйний. У водолаза, який користується кисневим приладом, при спуску на глибину понад 20 м можуть виникнути судоми.

Всі перелічені перешкоди до досягнення великих глибин при достатньому тренуванні, хорошому здоров'ї та дотриманні правил спуску та підйому певною мірою переборні. Напевно, найсерйознішою перешкодою слід вважати труднощі газообміну в легенях при диханні газовими сумішами, стиснутими під великим тиском. Так, при глибині занурення 150 м питома вага повітря в 16 разів більша за атмосферне. При такій щільності повітря насилу протікає через вузькі легеневі шляхи. Мабуть, вираз «потрібний, як повітря», вже не підходить для водолазів, що працюють на великих глибинах, депотрібна газова суміш, яка має тих властивостей повітря, які шкідливо діють організм водолаза.

У роки Другої світової війни було застосовано обладнання, що дозволяє водолазу опускатися в м'якому скафандрі на глибину до 180 м. Досягненню такої глибини сприяло, головним чином, застосування для дихання гелієво-кисневих сумішей. У цих сумішах гелій замінює азот повітря. Гелій - нейтральний газ без кольору, запаху та смаку. Завдяки тому, що гелій дифундує швидше і менш розчинний у крові, він більш прийнятний для дихання і викликає менше ускладнень при підйомі водолазу, хоча не позбавляє небезпеки кесонної хвороби.

Дуже цікаві досліди з глибоководних занурень робить швейцарський математик Ганс Келлер. Він не тільки здійснив незвичайне занурення у легководолазному спорядженні, переступивши 200-метровий поріг глибини, який довгий час вважався граничним для людини, але й зламав усі канони, що наказують на тривалі зупинки при підйомі.

Як це вдалося зробити? На це питання важко відповісти. Ті мізерні відомості, які просочилися до друку, лише до певної міри піднімають завісу над таємницею Келлера.

Для усунення глибинного сп'яніння, причиною якого, на думку Келлера, є отруєння організму вуглекислим газом, водолаз повинен вдихати газову суміш, що утворює з вуглекислим газом нешкідливе з'єднання. Протягом двох років Ганс Келлер розробляв свою таблицю швидкого підйому (при цьому було оброблено близько 250 000 цифр), що встановлює залежність між швидкістю підйому, глибиною занурення та хімічним складом газової суміші для дихання.

Вперше ім'я Келлера з'явилося у пресі в 1958 р. Тоді на Женевському озері він поринув на глибину 96 м, причому підйом із цієї глибини зайняв всього28 хвилин.

Однак цього разу події розвивалися не за програмою та набули трагічного обігу. Американський морський офіцер, який спостерігав за спуском по телевізору, зауважив, що один із водолазів, вийшовши з апарату, несподівано викинув прапори і швидко повернувся до нього. Відразу ж було дано команду про підйом на порівняно безпечну глибину — 60 м. Через 17 хвилин ця глибина була досягнута. На поверхні води з'явилися великі бульбашки; це показувало, що, певне, герметичність апарату було порушено. Телефон мовчав. На допомогу Келлеру та його супутнику пірнули двоє досвідчених плавців. Досягши апарату, вони виявили, що його кришка закрита нещільно через гумовий ласт, що потрапив під неї. Ласт вдалося проштовхнути всередину апарата ножем, після чого кришка закрилася і витік газу припинився. Але з двох плавців, що пірнули на допомогу, на поверхню сплив лише один: з невідомих причин загинув Кріс Віттекер — 22-річний лондонський студент.

Коли через 20 хвилин апарат був піднятий на борт судна, Келлер і Смолл були непритомні. Келлер незабаром отямився і, на загальне подив, насамперед випустив секретну газову суміш з балонів. Тим часом Смоллу ставало дедалі гірше. На морській станції Лонг-Біч на нього чекала карета швидкої допомоги, проте допомога берегових лікарів Смоллу не знадобилася - він був мертвий.

Таким чином, з розвитком техніки водолазної справи збільшується глибина занурення навіть у м'якому скафандрі. У цьому заслуга як інженерів і самих водолазів, а й вчених-фізіологів. Недарма у дослідах Келлера брав участь професор фізіології Альберт Бюльман.

1 - Євстахієва труба - вузький канал, що з'єднує носоглотку із середнім вухом. 2 - Це явище за характером можна порівняти з виділенням газів при відкритті пляшок зшипучими напоями, наприклад, шампанським. 3 - Суворої межі азотного сп'яніння немає. Існує індивідуальна витривалість до токсичної дії азоту.

"Підкорення глибин" М.М. Діомідов, О.М. Дмитрієв