Дыхание под водой

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.

Рис. 2.10.

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/см².

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/см²), а снаружи на тело (включая грудную клетку) давят:

- воздух с той же силой одной атмосферы (1 кгс/см²);

- столб воды, высотою, равной глубине погружения.

Что происходит в этом случае?

Рис. 2.11

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/см² (5 кгс/дм²). 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.

Таблица 2

Почему же мы все-таки можем нырять на большую глубину и оставаться там довольно долго без вреда для здоровья? Потому, что при нырянии условия совершенно иные. Перед тем как нырнуть, ныряющий набирает в легкие как можно больше воздуха; по мере погружения тела в воду воздух этот все сильнее сдавливается напором воды, оказывая в каждый момент давление, равное давлению окружающей воды, поэтому нет причины для переполнения сердца кровью.

В аналогичных условиях, как и ныряющий, находится и водолаз в тяжелом (жестком) костюме (когда давление воздуха, закачиваемого в шлем скафандра, равно давлению окружающей воды), рабочие в кессонах (водолазных колоколах). Если же рассматривать аквалангиста, пользующегося воздухом из баллона, то акваланг снабжается специальной регулирующей аппаратурой, обеспечивающей изменение давления подаваемого воздуха в зависимости от глубины погружения.