Известная статья известного автора для журнала НЕПТУН, снятая из номера за несколько дней до выхода
===============================================
Благодаря современному оснащению подводные погружения в конце XX века перестали быть делом профессиональных водолазов, и превратились в увлекательное развлечение и отдых. Интенсивно развивается любительское подводное плавание (diving) и в России. Специальное техническое обеспечение, предназначенное для подводных работ в сложных условиях, становится доступными любителям подводного плавания. Однако профессиональные подводные погружения отличаются не только специальным оснащением, но и своими задачами, организацией, медицинским контролем и повышенной степенью опасности. Очевидно, невозможно оставаясь любителем стать профессионалом. Насколько хочет любитель стать профессионалом, и в чем именно будет заключаться этот профессионализм - каждый определяет самостоятельно. Предоставить информацию, помочь осознать степень риска подводных погружений, необходимость такого риска для себя в качестве развлечения - задача клубов подводного плавания и популярных изданий.
В последнее время становятся распространенными специальные газовые смеси для дыхания под водой. Основной задачей их применения является увеличение времени бездекомпрессионного пребывания на определенной глубине, укорочение времени декомпрессии при глубоких погружениях, увеличение глубины погружений. Смесь с повышенным содержанием кислорода - Nitrox, становиться все более популярна в среде любителей подводного плавания.
Общеизвестно, что кислород - это основа жизни на Земле. Однако чистый кислород является сильным ядом общего токсического действия. Отравление кислородом - гипероксия, может произойти при использовании кислородных аппаратов, регенеративных аппаратов, при использовании для дыхания искусственных газовых смесей, во время проведения кислородной рекомпрессии, а также вследствие превышения лечебных доз в процессе оксигенобаротерапии (1, 6, 7). При отравлении кислородом развиваются нарушения функций центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения (2,8,9) .
Впервые чистый кислород выделил из селитры в 1771 г. английский священник и естествоиспытатель J. Priestley. Кислород органического происхождения относительно новый газ в земной атмосфере, он образовался около 3 млрд. лет назад, как продукт фотосинтеза бактерий. В процессе эволюции у человека сформировался обмен веществ, соответствующий содержанию кислорода в атмосферном воздухе. Рассмотрим поэтапно, как изменяется процесс транспорта и утилизации кислорода в организме при его повышенном содержании в дыхательной смеси.
Некоторые физиологические и физические основы дыхания.
Упрощенная схема транспорта кислорода и углекислого газа в организме при нормальных условиях выгладит следующим образом: во время вдоха кислород проникает через альвеолярную легочную мембрану и связывается с гемоглобином красных клеток крови - эритроцитов. Эритроциты доставляют кислород к тканям. Там гемоглобин, восстанавливаясь, отдает кислород и присоединяет углекислый газ. Возвращаясь в легкие, гемоглобин вновь окисляется и отдает углекислый газ, который удаляется из организма с выдохом (8).
Интенсивность насыщения кислородом плазмы крови определяется законами Дальтона и Генри (2, 3, 4, 5) . Закон Дальтона гласит, что общее давление смеси газов равно сумме давлений каждого газа, входящего в ее состав. Давление каждого газа в смеси пропорционально процентному содержанию этого газа в смеси, и называется парциальным.
Ргаз = Рсмесь n/100
где Ргаз - парциальное давление газа
Рсмесь - абсолютное давление смеси газов
n - процентное содержание газа в смеси
АЗОТ
78,09 % КИСЛОРОД
20,95 % УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ
0,03 % ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ
0,92 % ПАРЫ ВОДЫ
0,01 %
Рис. 1. Состав атмосферного воздуха.
С законом Дальтона непосредственно связан закон Генри - количество газа растворенного в жидкости, прямо пропорционально его парциальному давлению. Следовательно, растворимость кислорода в крови пропорциональна его парциальному давлению в дыхательной смеси (5, 7). При повышении абсолютного давления дыхательной смеси и увеличении содержания в ней кислорода, транспорт кислорода будет осуществляется не только гемоглобином, но и за счет растворения кислорода в плазме крови.
Механизм нарушения транспорта газов в организме при гипероксии.
Избыток кислорода вызывает увеличение количества окисленного гемоглобина и снижение количества восстановленного гемоглобина (2, 3, 6). Именно восстановленный гемоглобин осуществляет транспорт углекислого газа, а снижение его содержания в крови приведет к задержке углекислого газа в тканях - гиперкапнии (8). Проявляется гиперкапния в виде одышки, покраснения лица, головной боли, судорог и наконец -потери сознания.
Механизм повреждения клеточной мембраны при гипероксии.
При избытке кислорода изменяется и его метаболизм в тканях. Основной путь утилизации кислорода в клетках различных тканей - двуэлектронное восстановление его с образованием воды при участии клеточного фермента - цитохромоксидазы (8). В то же время небольшая часть кислорода (1-2 %) претерпевает одноэлектронное восстановление до воды, когда образуются, как промежуточные продукты, свободнорадикальные формы кислорода (10,13).
О2 О2▼ H2O2 OH▼ H2O
H2O H2O
Рис. 2. Одноэлектронное восстановление молекулярного кислорода до воды.
Свободнорадикальные метаболиты обладают высокой активностью, действуя в качестве окислителей, повреждающих биологические мембраны. Липиды - основной компонент биологических мембран - представляют собой чрезвычайно легко окисляющиеся соединения. Свободнорадикальное окисление липидов часто становится разветвленной цепной реакцией, склонной к самостоятельному поддержанию даже после нормализация содержания кислорода в организме. Многие этой реакции сами являются высокотоксичными соединениями и способны повреждать биологические мембраны (10,12,13).
При избытке кислорода в тканях, его одноэлектронное восстановление до воды возрастает с 1-2 % в норме, до высоких значений, пропорциональных степени этого избытка (11,12).
Из вышесказанного следует, что избыток кислорода в организме приводит к значительным нарушениям в транспорте газов и повреждению мембран клеток различных органов и тканей. Известно, что не существует скрытого периода при отравлении кислородом, т.к. биохимические нарушения начинаются сразу же с увеличением его парциального давления в дыхательной смеси (6,11). Кислородную интоксикацию усиливает тяжелая физическая работа, переохлаждение, перегревание, содержание вредных газообразных примесей в дыхательной смеси, накопление углекислоты в организме, повышенная индивидуальная чувствительность. Отравление кислородом может быть более выражено в присутствии нейтрального газа (6).
Клинические формы кислородного отравления.
Отравление кислородом разделяют по преобладанию проявлений на три формы: легочную, судорожную и сосудистую.
Рис.3 клинические формы и степень тяжести кислородного отравления.
Легочная форма отравления кислородом возникает при относительно длительном дыхании смесью, с парциальным давлением кислорода 0,3 - 0,6 бар и более. Она характеризуется преимущественным поражением дыхательных путей и легких. Сначала проявляется раздражающее действие кислорода на верхние дыхательные пути - сухость в горле, отек слизистой оболочки носа с появлением чувства "заложенности". Затем появляется усиливающийся кашель, сопровождающийся чувством жжения за грудиной. Все это происходит на фоне повышения температуры тела. При нарастании степени отравления могут развиться кровоизлияния в сердце, печень, легкие, кишечник, головной и спинной мозг. После прекращения вдыхания избыточно обогащенной кислородом смеси, интенсивность симптомов снижается в течение 2 - 4 ч., и окончательно они исчезают в течение 2 - 4 суток (7, 11).
Судорожная форма отравления кислородом возникает при его парциальном давлении в дыхательной смеси 2,5 - 3 бар и характеризуется преимущественным поражением центральной нервной системы. На фоне нарастающей бледности и потливости возникает сонливость, нарушение зрения, безучастность или эйфоричное возбуждение. При нарастании степени отравления возникает оглушение, сильная рвота, тик мимических мышц и наконец потеря сознания и судороги. Во время повторных приступов судорог может наступить смерть от остановки дыхания. Если приступ разовьется под водой - велик риск утопления. Если дыхание избыточным потоком кислорода прекращено судороги прекращаются в течение нескольких минут и сознание возвращается. После восстановления сознания пострадавший может проспать несколько часов, как после приступа эпилепсии. Судорожный приступ не оставляет остаточных явлений (6,7).
Методы прогнозирования устойчивости центральной нервной системы к токсическому воздействию кислорода весьма не совершенны. Для примера приведем один из них, основанный на экспериментальных данных полученных Ланфье в 1955 г при дыхании газовыми смесями под водой:
- 3Т
РО2 = (1,08е - 9,3 х 10 + 1,2) [ D О2 / D О2 + D1] 0,21 [2/y] 0,35 бар
где D О2 и D1 - парциальная плотность кислорода и нейтрального газа на преобладающей глубине соответственно;
y - потребление водолазом кислорода в л/мин. (при стандартных условиях: температура 0°С и атмосферное давление 760 мм рт.ст.);
Т - время безопасного дыхания кислородом;
РО2 - парциальное давление кислорода в дыхательной смеси (3, 6,

.
Необходимо отметить, что потребление кислорода у человека находиться в пределах 0,33≤ y ≤ 3 л/мин. При этом, максимальное потребление 3 л/мин. могут выдержать в течение 10 мин. только хорошо тренированные пловцы, далее развивается отравление. При нахождении под водой в состоянии покоя (например - при декомпресии) потребление составляет в среднем 0,66 л/мин. Если декомпрессия проходит в холодной воде, то потребление составляет 1 л/мин. При тяжелой физической работе кислород может потребляться в количестве 2 л/мин
Сосудистая форма отравления кислородом наблюдается при его парциальном давлении выше 3 бар. При этой форме отравления происходит внезапное расширение кровеносных сосудов, резкое падение артериального давления и сердечной деятельности. Часто появляются многочисленные кровоизлияния в кожу и слизистые оболочки. Подобные кровоизлияния могут быть и во внутренних органах. Во время резкого падения артериального давления может наступить смерть от остановки сердечной деятельности (1, 3, 7).
Первая помощь при появлении признаков кислородного отравления заключается в скорейшем прекращении вдыхания обогащенной кислородом смеси и переключении на воздух. Следует, исходя из возможностей, немедленно прекратить. В течение суток пострадавший должен находиться в теплом, затемненном, хорошо вентилируемом помещении с соблюдением охранительного режима (3). При тяжелых случаях отравления необходима специализированная медицинская помощь.
Предупреждение отравлений кислородом достигается строгим соблюдением правил по его применению. При погружении на смесях с повышенным содержанием кислорода (Nitrox) не следует превышать допустимую глубину погружения. При глубоководных погружениях с использованием смесей нескольких видов (в том числе с пониженным содержанием кислорода) необходимо тщательно маркировать регуляторы и баллоны и строго следить за порядком их использования. В регенеративных аппаратах необходим тщательный контроль за их технической исправностью (7).
Рассмотрев лишь некоторые аспекты кислородного отравления, понятна повышенная степень риска при использовании дыхательных смесей с повышенным содержанием кислорода. Сопряженная с этим риском ответственность, требует обдуманного и взвешенного отношения к использованию обогащенных кислородом смесей.
Список использованной литературы:
1. Гуляр С.А., Шапаренко Б.А., Киклевич Ю.Н. и др. Организм человека и подводная среда. - Киев: Здоров ’я, 1977.
2. Ефуни С.Н., Шальнев Б.И., Эйгельс А.М. Кислородные параметры крови и тканей при внутрисосудистой оксигенации организма. - Экспер. хир., 1974, № 5.
3. Зальцман Г.Л., Кучук Г.А., Гургенидзе А.Г. Основы гипербарической физиологии. - Л.: Медицина 1977 .
4. Зильбер А.П. Клиническая физиология в анестезиологии и реаниматологии. - М.: Медицина 1984.
5. Исаков Ю.Ф., Михельсое В.А., Анохин М.И. Оксигенотерапия и гипербарическая оксигенация у детей. - М.: Медицина, 1981
6. Медицинские проблемы подводных погружений / Под редакцией П.Б. Беннета и Д.Г. Элиота - М.: Медицина.1988.
7. Сапов И.А., Солодков А.С., Назаров В.Я., Разводский В.С. Физиология и патология подводных погружений и меры безопасности на воде. - М.: Изд-во ДОСААФ, 1986.
8. Физиология человека. В 3-х т. / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса - М.: Мир, 1996.
9. Jenkinson SG: Oxygen toxicity. J. Intensive Car Med. 1988.
10. Southern PA, Powis G. Free radicals in medicine. II. Invilvement in human disease. Mayo Clin. Proc. 1988.
11. Fanburg BL. Oxygen toxicity: Why can’t a human be more like a turtle? Intens. Care Med. 1988.
12. Sackner MA, Lauda J., Hirch J. Et al. Pulmonary effects of oxygen breathing: A 6-hour study in normal men. Ann Intern. Med. 1975.
13. Barberg RE, Hamilton WK. Oxygen toxicity in man. N Engi. J. Med. 1970.