Vorrei riassumere le informazioni sui principi dell'immersione in termini di gas respirabili sotto forma di note chiave, ad es. quando comprendere pochi principi elimina la necessità di ricordare molti fatti.

Quindi, respirare sott'acqua richiede gas. L'opzione più semplice è l'alimentazione dell'aria, che è una miscela di ossigeno (∼21%), azoto (∼78%) e altri gas (∼1%).

La pressione è il fattore principale. ambiente. Tra tutte le possibili unità di pressione, utilizzeremo l'"atmosfera tecnica assoluta" o ATA. La pressione sulla superficie è ∼1 ATA, ogni 10 metri di immersione in acqua aggiungere ad essa ∼1 ATA.

Per ulteriori analisi, è importante capire cos'è la pressione parziale, ad es. pressione di un singolo componente della miscela di gas. La pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni parziali dei suoi componenti. La pressione parziale e la dissoluzione dei gas nei liquidi sono descritte dalle leggi di Dalton e sono direttamente correlate all'immersione, perché una persona è per lo più liquida. Sebbene la pressione parziale sia proporzionale al rapporto molare dei gas nella miscela, per l'aria la pressione parziale può essere letta in base alla concentrazione in volume o in peso, l'errore sarà inferiore al 10%.

Durante le immersioni, la pressione ci colpisce in modo totalizzante. Il regolatore mantiene la pressione dell'aria nel sistema di respirazione, approssimativamente uguale alla pressione ambiente, al di sotto di quanto necessario per l'"inalazione". Quindi, ad una profondità di 10 metri, l'aria aspirata dal pallone ha una pressione di circa 2 ATA. Una pressione assoluta simile sarà osservata in tutto il nostro corpo. Pertanto, la pressione parziale dell'ossigeno a questa profondità sarà ∼0,42 ATA, l'azoto ∼1,56 ATA

L'impatto della pressione sul corpo è rappresentato dai seguenti fattori chiave.

1. Impatto meccanico su organi e sistemi

Non lo considereremo in dettaglio, insomma - corpo umano ha una serie di cavità piene d'aria e un brusco cambiamento di pressione in qualsiasi direzione provoca un carico su tessuti, membrane e organi fino a danni meccanici: barotrauma.

2. Saturazione dei tessuti con gas

Durante l'immersione (aumento della pressione), la pressione parziale dei gas nelle vie respiratorie è maggiore che nei tessuti. Pertanto, i gas saturano il sangue e, attraverso il flusso sanguigno, tutti i tessuti del corpo sono saturi. Il tasso di saturazione è diverso per i diversi tessuti ed è caratterizzato da un “periodo di mezza saturazione”, cioè il tempo durante il quale, a pressione costante del gas, la differenza tra le pressioni parziali del gas e quelle dei tessuti si dimezza. Il processo inverso si chiama “desaturazione” e avviene durante la risalita (diminuzione della pressione). In questo caso, la pressione parziale dei gas nei tessuti è superiore alla pressione dei gas nei polmoni, avviene il processo inverso: il gas viene rilasciato dal sangue nei polmoni, il sangue con una pressione parziale già inferiore circola attraverso i polmoni. corpo, i gas passano dai tessuti al sangue e di nuovo in circolo. Il gas si allontana sempre di più pressione parziale a quello più piccolo.

È di fondamentale importanza che gas diversi abbiano tassi di saturazione/desaturazione diversi a causa delle loro proprietà fisiche.

La solubilità dei gas nei liquidi è tanto maggiore quanto maggiore è la pressione. Se la quantità di gas disciolto è maggiore del limite di solubilità ad una determinata pressione, viene rilasciato gas, compresa la concentrazione, sotto forma di bolle. Lo vediamo ogni volta che apriamo una bottiglia di acqua frizzante. Poiché la velocità di rimozione del gas (desaturazione dei tessuti) è limitata dalle leggi fisiche e dallo scambio di gas attraverso il sangue, una caduta di pressione troppo rapida (rapida risalita) può portare alla formazione di bolle di gas direttamente nei tessuti, nei vasi e nelle cavità del corpo , interrompendone l'opera fino alla morte. Se la pressione diminuisce lentamente, il corpo ha il tempo di rimuovere il gas "extra" dovuto alla differenza delle pressioni parziali.

Per calcolare questi processi vengono utilizzati modelli matematici dei tessuti corporei, il più popolare è il modello Albert Buhlmann, che tiene conto di 16 tipi di tessuti (compartimenti) con un tempo di semisaturazione / semisaturazione da 4 a 635 minuti.

Il pericolo maggiore è il gas inerte, che ha la pressione assoluta più alta, molto spesso è l'azoto, che costituisce la base dell'aria e non partecipa al metabolismo. Per questo motivo, i calcoli principali nelle immersioni di massa vengono effettuati sull'azoto. l’effetto dell’ossigeno in termini di saturazione è di ordini di grandezza inferiori, mentre viene utilizzato il concetto di “carico di azoto”, cioè la quantità residua di azoto disciolto nei tessuti.

Pertanto, la saturazione dei tessuti dipende dalla composizione della miscela di gas, dalla pressione e dalla durata della sua esposizione. Per i livelli iniziali di immersione esistono restrizioni sulla profondità, sulla durata dell'immersione e sul tempo minimo tra le immersioni, che ovviamente non consentono in nessuna condizione la saturazione dei tessuti a livelli pericolosi, ad es. immersioni senza decompressione e anche in questo caso è consuetudine effettuare "soste di sicurezza".

I subacquei "avanzati" utilizzano computer subacquei che calcolano dinamicamente la saturazione da modelli a seconda del gas e della pressione, compreso il calcolo di un "soffitto di compressione" - la profondità oltre la quale è potenzialmente pericoloso risalire in base alla saturazione attuale. Durante le immersioni difficili i computer vengono duplicati, per non parlare del fatto che solitamente non vengono praticate immersioni singole.

3. Effetti biochimici dei gas

Il nostro corpo è adattato al massimo all'aria a pressione atmosferica. Con l'aumento della pressione, i gas che non sono nemmeno coinvolti nel metabolismo influenzano il corpo in vari modi, mentre l'effetto dipende dalla pressione parziale di un particolare gas. Ogni gas ha i propri limiti di sicurezza.

Ossigeno

Essendo un attore chiave nel nostro metabolismo, l'ossigeno è l'unico gas che ha non solo un limite di sicurezza superiore ma anche inferiore.

La normale pressione parziale dell'ossigeno è ~0,21 ATA. Il fabbisogno di ossigeno dipende fortemente dallo stato del corpo e dall'attività fisica, il livello minimo teorico richiesto per mantenere l'attività vitale di un organismo sano in stato di completo riposo è stimato in ∼0,08 ATA, quello pratico è ∼0,14 ATA . Una diminuzione dei livelli di ossigeno rispetto a quelli “nominali” influisce innanzitutto sulla capacità di svolgere attività fisica e può causare ipossia o carenza di ossigeno.

Allo stesso tempo, un'elevata pressione parziale dell'ossigeno provoca una vasta gamma di conseguenze negative: avvelenamento da ossigeno o iperossia. Di particolare pericolo durante l'immersione è la sua forma convulsa, che si esprime in danni al sistema nervoso, convulsioni, che comportano il rischio di annegamento.

Ai fini pratici, l'immersione è considerata un limite di sicurezza di ∼1,4 ATA, un limite di rischio moderato è ∼1,6 ATA. Ad una pressione superiore a ∼2,4 ATA per lungo tempo, la probabilità di avvelenamento da ossigeno tende all'unità.

Pertanto, dividendo semplicemente il livello limite di ossigeno di 1,4 ATA per la pressione parziale dell'ossigeno nella miscela, è possibile determinare la pressione massima sicura dell'ambiente e stabilire che è assolutamente sicuro respirare ossigeno puro (100%, 1 ATA) a profondità fino a ∼4 metri (!! !), aria compressa (21%, 0,21 ATA) - fino a ∼57 metri, standard "Nitrox-32" con un contenuto di ossigeno del 32% (0,32 ATA) - fino a ∼34 metri. Allo stesso modo, è possibile calcolare i limiti per il rischio moderato.

Dicono che sia questo fenomeno che deve il suo nome a "nitrox", poiché inizialmente questa parola indicava i gas respiratori con abbassato contenuto di ossigeno per lavorare a grandi profondità, "arricchito di azoto", e solo allora cominciò a essere decifrato come "azoto-ossigeno" e a designare miscele con elevato contenuto di ossigeno.

Bisogna tenere presente che un aumento della pressione parziale dell'ossigeno ha in ogni caso un effetto sul sistema nervoso e sui polmoni, e questo tipi diversi impatto. Inoltre, l'effetto tende ad accumularsi nel corso di una serie di immersioni. Per tenere conto dell'impatto sul sistema nervoso centrale, come unità di conto viene utilizzato il concetto di "limite di ossigeno", con l'aiuto del quale vengono determinati i limiti di sicurezza per l'esposizione singola e giornaliera. È possibile trovare tabelle e calcoli dettagliati.

Inoltre, l'aumento della pressione dell'ossigeno influisce negativamente sui polmoni, per tenere conto di questo fenomeno vengono utilizzate le "unità di resistenza dell'ossigeno", che vengono calcolate secondo tabelle speciali che correlano la pressione parziale dell'ossigeno e il numero di "unità al minuto". Ad esempio, 1,2 ATA ci dà 1,32 OTU al minuto. Il limite di sicurezza riconosciuto è di 1425 unità al giorno.

Da quanto sopra, in particolare, dovrebbe risultare chiaro che una permanenza sicura a grandi profondità richiede una miscela a ridotto contenuto di ossigeno, che risulti irrespirabile ad una pressione inferiore. Ad esempio, a una profondità di 100 metri (11 ATA), la concentrazione di ossigeno nella miscela non dovrebbe superare il 12%, e in pratica sarà ancora inferiore. È impossibile respirare una tale miscela in superficie.

Azoto

L'azoto non viene metabolizzato dall'organismo e non ha un limite inferiore. Con l'aumento della pressione, l'azoto ha un effetto tossico sul sistema nervoso, simile al narcotico o intossicazione da alcol conosciuta come “narcosi da azoto”.

I meccanismi d'azione non sono esattamente chiariti, i confini dell'effetto sono puramente individuali e dipendono sia dalle caratteristiche dell'organismo che dalle sue condizioni. Quindi, è noto che migliora l'effetto della stanchezza, dei postumi di una sbornia, di tutti i tipi di stati depressivi del corpo come il raffreddore, ecc.

Piccole manifestazioni sotto forma di uno stato paragonabile ad una lieve intossicazione sono possibili a qualsiasi profondità, vige la “regola empirica del Martini”, secondo la quale l'esposizione all'azoto è paragonabile ad un bicchiere di martini dry a stomaco vuoto ogni 10 metri di profondità, che non è pericoloso e aggiunge buon umore. L'azoto accumulato durante le immersioni regolari influisce anche sulla psiche in modo simile alle droghe leggere e all'alcol, di cui l'autore stesso è testimone e partecipante. Si manifesta in sogni vividi e "narcotici", in particolare agisce nel giro di poche ore. E sì, i subacquei sono un po’ tossicodipendenti. Azoto.

Il pericolo è rappresentato da manifestazioni forti, caratterizzate da un rapido aumento fino alla completa perdita di adeguatezza, orientamento nello spazio e nel tempo, allucinazioni, che possono portare alla morte. Una persona può facilmente precipitarsi in profondità, perché lì fa bello o presumibilmente ha visto qualcosa lì, dimentica di essere sott'acqua e "respira" petto pieno”, sputare il boccaglio, ecc. Di per sé, l’esposizione all’azoto non è letale e nemmeno dannosa, ma le conseguenze in condizioni di immersione possono essere tragiche. È caratteristico che con una diminuzione della pressione, queste manifestazioni passino altrettanto rapidamente, a volte è sufficiente salire di soli 2,3 metri per “riprendersi bruscamente”.

Probabilità di manifestazioni gravi a profondità di immersione ricreativa livello base(fino a 18 m, ∼2,2 ATA) è considerato molto basso. Secondo le statistiche disponibili, i casi di avvelenamento grave diventano molto probabili a partire da 30 metri di profondità (∼3,2 ATA), e quindi la probabilità aumenta all'aumentare della pressione. Allo stesso tempo, le persone con stabilità individuale potrebbero non sperimentare problemi molto più profondi.

L'unico modo per contrastare è l'automonitoraggio costante e il controllo del partner con una diminuzione immediata della profondità in caso di sospetto avvelenamento da azoto. L'uso del "nitrox" riduce la probabilità di avvelenamento da azoto, ovviamente entro i limiti della profondità dovuta all'ossigeno.

Elio e altri gas

Nelle immersioni tecniche e professionali vengono utilizzati anche altri gas, in particolare l'elio. Sono noti esempi di utilizzo dell'idrogeno e persino del neon in miscele profonde. Questi gas sono caratterizzati da un elevato tasso di saturazione/desaturazione, gli effetti avvelenanti dell'elio si osservano a pressioni superiori a 12 ATA e possono essere, paradossalmente, compensati dall'azoto. Tuttavia ampia applicazione non ce ne sono a causa del costo elevato, quindi è praticamente impossibile per un subacqueo medio incontrarli, e se il lettore è veramente interessato a tali domande, allora ha già bisogno di utilizzare la letteratura professionale e non questa modesta recensione.

Quando si utilizzano miscele, la logica di calcolo rimane la stessa descritta sopra, vengono utilizzati solo limiti e parametri specifici del gas e per le immersioni tecniche profonde vengono solitamente utilizzate diverse composizioni diverse: per la respirazione durante la discesa, il lavoro sul fondo e man mano che si procede con la decompressione, le composizioni di questi gas vengono ottimizzate in base alla logica del loro movimento nel corpo sopra descritta.

Conclusione pratica

La comprensione di queste tesi permette di dare senso a molti dei vincoli e delle regole indicate nei corsi, cosa assolutamente necessaria sia per ulteriori sviluppi, e per la loro corretta violazione.

Nitrox è consigliato per l'uso nelle immersioni normali perché riduce il carico di azoto sul corpo anche rimanendo completamente nei limiti dell'immersione ricreativa, questa è una sensazione migliore, più divertimento, meno conseguenze. Tuttavia, se hai intenzione di immergerti in profondità e spesso, devi ricordare non solo i suoi benefici, ma anche la possibile intossicazione da ossigeno. Controlla sempre personalmente i livelli di ossigeno e determina i tuoi limiti.

L'avvelenamento da azoto è il problema più probabile che potresti incontrare, sii sempre rispettoso di te stesso e del tuo partner.

Separatamente, vorrei attirare l'attenzione sul fatto che leggere questo testo non significa che il lettore abbia padroneggiato l'intera serie di informazioni per comprendere il lavoro con i gas durante le immersioni difficili. Per applicazione pratica questo è del tutto insufficiente. Questo è solo un punto di partenza e una comprensione di base, niente di più.

La PaO2, insieme ad altre due quantità (paCO2 e pH), costituisce il concetto di "gas nel sangue" (Gas nel sangue arterioso - ABG (s)). Il valore della paO2 dipende da molti parametri, i principali dei quali sono l'età e l'altezza del paziente (pressione parziale dell'O2 nell'aria atmosferica). Pertanto, la pO2 deve essere interpretata individualmente per ciascun paziente.
I risultati accurati per gli emogasanalisi dipendono dalla raccolta, dall'elaborazione e dall'analisi effettiva del campione. Errori clinicamente importanti possono verificarsi in ognuna di queste fasi, ma le misurazioni dei gas nel sangue sono particolarmente vulnerabili agli errori che si verificano prima dell'analisi. I problemi più comuni includono
- prelievo di sangue non arterioso (misto o venoso);
- la presenza di bolle d'aria nel campione;
- quantità insufficiente o eccessiva di anticoagulante nel campione;
- ritardare l'analisi e mantenere il campione non raffreddato per tutto questo tempo.

Un campione di sangue adeguato per l'analisi emogasanalisi contiene tipicamente 1-3 ml di sangue arterioso prelevato in modo anaerobico da un'arteria periferica in uno speciale contenitore di plastica utilizzando un ago di piccolo diametro. Le bolle d'aria che potrebbero entrare durante il campionamento devono essere rimosse immediatamente. L'aria nella stanza ha una paO2 di circa 150 mmHg. (al livello del mare) e la paCO2 è praticamente pari a zero. Pertanto, le bolle d'aria che si mescolano con il sangue arterioso spostano (aumentano) la paO2 a 150 mm Hg. e ridurre (diminuire) la paCO2.

Se si utilizza l'eparina come anticoagulante e il prelievo viene effettuato con una siringa e non con un contenitore apposito, è necessario tenere conto del pH dell'eparina, che è circa 7,0. Pertanto, un eccesso di eparina può modificare tutti e tre i valori dell’emogasanalisi (paO2, paCO2, pH). È necessaria una quantità molto piccola di eparina per prevenire la coagulazione; 0,05 - 0,10 ml di una soluzione diluita di eparina (1000 UI/ml) contrasteranno la coagulazione di circa 1 ml di sangue senza alterare pH, paO2, paCO2. Dopo aver lavato la siringa con eparina, nello spazio morto della siringa e dell'ago rimane solitamente una quantità sufficiente di eparina, sufficiente per anticoagulare senza alterare i valori ABG.

Dopo la raccolta, il campione deve essere analizzato il prima possibile. Se si verifica un ritardo superiore a 10 minuti, il campione deve essere immerso in un contenitore con ghiaccio. I leucociti e le piastrine continuano a consumare ossigeno nel campione dopo la raccolta e possono causare un calo significativo della paO2 se conservati per lunghi periodi a temperatura ambiente, soprattutto in condizioni di leucocitosi o trombocitosi. Il raffreddamento impedirà qualsiasi clinica cambiamenti importanti, per almeno 1 ora, riducendo l'attività metabolica di queste cellule.

La pressione o tensione parziale dell'anidride carbonica (pCO2) è la pressione della CO2 in una miscela di gas in equilibrio con il plasma sanguigno arterioso ad una temperatura di 38°C. L'indicatore è un criterio per la concentrazione di anidride carbonica nel sangue.

La variazione della pCO2 gioca un ruolo di primo piano nei disturbi respiratori dello stato acido-base (acidosi respiratoria e alcalosi respiratoria)

Nell'acidosi respiratoria, la pCO2 aumenta a causa di una violazione della ventilazione polmonare, che provoca l'accumulo di acido carbonico,

Nell'alcalosi respiratoria, la pCO2 diminuisce a causa dell'iperventilazione dei polmoni, che porta ad una maggiore escrezione di anidride carbonica dal corpo e all'alcalinizzazione del sangue.

Con azidosi/alcalosi non respiratorie (metaboliche), l'indicatore pCO2 non cambia.
Se si verificano tali cambiamenti nel pH e l'indice pCO2 non è normale, allora si verificano cambiamenti secondari (o compensatori).
Quando si valuta clinicamente una variazione della pCO2, è importante stabilire se le variazioni sono causali o compensatorie!

Pertanto, con acidosi respiratoria e alcalosi metabolica compensata si verifica un aumento della pCO2, mentre con alcalosi respiratoria e compensazione dell’acidosi metabolica si verifica una diminuzione.

Le fluttuazioni del valore della pCO2 in condizioni patologiche sono comprese tra 10 e 130 mm Hg.

Nei disturbi respiratori la direzione dello spostamento del valore del pH nel sangue è opposta allo spostamento della pCO2, nei disturbi metabolici gli spostamenti sono unidirezionali.

Concentrazione di ioni bicarbonato

La concentrazione di bicarbonati (ioni HCO3-) nel plasma sanguigno è il terzo indicatore principale dello stato acido-base.

In pratica, ci sono indicatori dei bicarbonati effettivi (veri) e dei bicarbonati standard.

Il bicarbonato effettivo (AB, AB) è la concentrazione di ioni HCO3– nel sangue analizzato a 38°C e i valori effettivi di pH e pCO2.

I bicarbonati standard (SB, SB) sono la concentrazione di ioni HCO3– nel sangue analizzato quando viene portato a condizioni standard: piena saturazione di ossigeno nel sangue, equilibrato a 38°C con una miscela di gas in cui la pCO2 è 40 mmHg.

Nelle persone sane, la concentrazione di bicarbonati topici e standard è quasi la stessa.

Il valore diagnostico della concentrazione di bicarbonati nel sangue sta, innanzitutto, nel determinare la natura delle violazioni dello stato acido-base (metabolico o respiratorio).

L'indicatore cambia principalmente con i disturbi metabolici:

Con l’acidosi metabolica l’indice HCO3 diminuisce perché. spesi per la neutralizzazione delle sostanze acide (sistema tampone)

Con alcalosi metabolica - aumentata

Poiché l'acido carbonico si dissocia molto poco e il suo accumulo nel sangue non ha praticamente alcun effetto sulla concentrazione di HCO3–, la variazione dei bicarbonati nei disturbi respiratori primari è piccola.

Quando l'alcalosi metabolica viene compensata, i bicarbonati si accumulano a causa della diminuzione della respirazione, mentre quando l'acidosi metabolica viene compensata, a causa dell'aumento del riassorbimento renale.

Concentrazione base tampone

Un altro indicatore che caratterizza lo stato acido-base è la concentrazione di basi tampone (basi tampone, BB), che riflette la somma di tutti gli anioni nel sangue intero, principalmente anioni bicarbonato e cloro, altri anioni includono ioni proteici, solfati, fosfati, lattato, corpo chetonico, ecc.

Questo parametro è quasi indipendente dalle variazioni della pressione parziale dell'anidride carbonica nel sangue, ma riflette la produzione di acidi da parte dei tessuti e in parte la funzione dei reni.

Dal valore delle basi tampone, si possono giudicare i cambiamenti nello stato acido-base associati ad un aumento o una diminuzione del contenuto di acidi non volatili nel sangue (cioè tutti tranne l'acido carbonico).

In pratica, il parametro utilizzato per la concentrazione delle basi tampone è il parametro "anioni residui" o "anioni non rilevabili" o "disadattamento anionico" o "differenza anionica".

L'uso dell'indice di differenza anionica si basa sul postulato della neutralità elettrica, cioè il numero di negativi (anioni) e positivi (cationi) nel plasma sanguigno dovrebbe essere lo stesso.
Se determiniamo sperimentalmente la quantità di ioni Na+, K+, Cl–, HCO3– maggiormente rappresentati nel plasma sanguigno, la differenza tra cationi e anioni è di circa 12 mmol/l.

Un aumento del gap anionico indica l'accumulo di anioni (lattato, corpi chetonici) o cationi non misurati, che è specificato dal quadro clinico o dall'anamnesi.

Gli indicatori delle basi tampone totali e del gap anionico sono particolarmente informativi in ​​caso di cambiamenti metabolici nello stato acido-base, mentre in caso di disturbi respiratori le sue fluttuazioni sono insignificanti.

Basi tampone in eccesso

Eccesso di base (BE, IO) - la differenza tra i valori effettivi e quelli dovuti delle basi buffer.
In valore, l'indicatore può essere positivo (eccesso di basi) o negativo (deficit di basi, eccesso di acidi).

L'indicatore del valore diagnostico è superiore alle concentrazioni di bicarbonati topici e standard. L’eccesso di basi riflette le variazioni del numero di basi nei sistemi tampone del sangue, mentre il bicarbonato effettivo riflette solo la concentrazione.

I maggiori cambiamenti nell'indicatore si osservano nei disordini metabolici: nell'acidosi si rileva una mancanza di basi nel sangue (deficit di basi, valori negativi), nell'alcalosi - un eccesso di basi (valori positivi).
Limite di carenza compatibile con la vita, 30 mmol/l.

Con i cambiamenti respiratori, l'indicatore cambia leggermente.

Il valore del pH determina l'attività delle cellule

L'equilibrio acido-base è uno stato fornito da processi fisiologici e fisico-chimici che costituiscono un sistema funzionalmente unificato per stabilizzare la concentrazione di ioni H +.
La concentrazione normale di ioni H+ è di circa 40 nmol/l, ovvero 106 volte inferiore alla concentrazione di molte altre sostanze (glucosio, lipidi, minerali).

Fluttuazioni della concentrazione di ioni H+ compatibili con l'intervallo di vita compreso tra 16 e 160 nmol/l.

Poiché le reazioni metaboliche sono spesso associate all'ossidazione e alla riduzione delle molecole, queste reazioni coinvolgono necessariamente composti che agiscono come accettori o donatori di ioni idrogeno. La partecipazione di altri composti è ridotta a garantire la costanza della concentrazione di ioni idrogeno nei fluidi biologici.

La stabilità della concentrazione intracellulare di H+ è necessaria per:

Attività ottimale degli enzimi nelle membrane, nel citoplasma e negli organelli intracellulari

Formazione del gradiente elettrochimico della membrana mitocondriale al livello adeguato e produzione sufficiente di ATP nella cellula.

Gli spostamenti nella concentrazione degli ioni H+ portano a cambiamenti nell'attività degli enzimi intracellulari, anche entro i limiti dei valori fisiologici.
Ad esempio, gli enzimi della gluconeogenesi nel fegato sono più attivi quando il citoplasma è acidificato, il che è importante durante il digiuno o l'esercizio muscolare, gli enzimi della glicolisi sono più attivi a pH normale.

La stabilità della concentrazione extracellulare degli ioni H+ garantisce:

Attività funzionale ottimale delle proteine ​​del plasma sanguigno e dello spazio intercellulare (enzimi, proteine ​​di trasporto),

Solubilità delle molecole inorganiche e organiche,

Protezione non specifica dell'epitelio cutaneo,

Carica negativa sulla superficie esterna della membrana eritrocitaria.

Quando la concentrazione degli ioni H+ nel sangue cambia, si attiva l’attività compensatoria di due principali sistemi dell’organismo:

1. Sistema di compensazione chimica

L’azione dei sistemi tampone extracellulari ed intracellulari,

Intensità della formazione intracellulare di ioni H+ e HCO3–.

2. Sistema di compensazione fisiologica

Ventilazione polmonare e rimozione di CO2,

Escrezione renale degli ioni H+ (acidogenesi, ammoniogenesi), riassorbimento e sintesi di HCO3–.

Una diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno nell'aria inalata porta ad un livello ancora più basso negli alveoli e nel sangue in deflusso. Se gli abitanti delle pianure scalano le montagne, l'ipossia aumenta la loro ventilazione polmonare stimolando i chemocettori arteriosi. Il corpo reagisce con reazioni adattative, il cui scopo è migliorare l'apporto di ossigeno ai tessuti. Cambiamenti nella respirazione durante l'ipossia ad alta quota in persone diverse diverso. Le reazioni della respirazione esterna che si verificano in tutti i casi sono determinate da una serie di fattori: 1) la velocità con cui si sviluppa l'ipossia; 2) il grado di consumo di O 2 (riposo o attività fisica); 3) la durata dell'esposizione ipossica.

La risposta compensatoria più importante all’ipossia è l’iperventilazione. L'iniziale stimolazione ipossica della respirazione, che si verifica quando si sale in quota, porta alla lisciviazione di CO 2 dal sangue e allo sviluppo dell'alcalosi respiratoria. Ciò a sua volta provoca un aumento del pH del liquido extracellulare del cervello. I chemocettori centrali rispondono a un tale cambiamento del pH nel liquido cerebrospinale con una forte diminuzione della loro attività, che inibisce i neuroni del centro respiratorio a tal punto che diventa insensibile agli stimoli provenienti dai chemocettori periferici. Abbastanza rapidamente, l'iperpnea viene sostituita da un'ipoventilazione involontaria, nonostante l'ipossiemia persistente. Una tale diminuzione della funzione del centro respiratorio aumenta il grado di stato ipossico del corpo, che è estremamente pericoloso, soprattutto per i neuroni della corteccia cerebrale.

Con l'acclimatazione alle condizioni di alta quota, avviene l'adattamento meccanismi fisiologici all'ipossia. Dopo aver soggiornato per diversi giorni o settimane in quota, di norma, l'alcalosi respiratoria viene compensata dall'escrezione di HCO 3 da parte dei reni, a causa della quale parte dell'effetto inibitorio sull'iperventilazione alveolare cade e l'iperventilazione aumenta. L'acclimatamento provoca anche un aumento della concentrazione di emoglobina dovuto all'aumentata stimolazione ipossica delle eritropoietine da parte dei reni. Quindi, tra gli abitanti delle Ande, che vivono costantemente ad un'altitudine di 5000 m, la concentrazione di emoglobina nel sangue è di 200 g / l. I principali mezzi di adattamento all'ipossia sono: 1) un aumento significativo della ventilazione polmonare; 2) un aumento del numero dei globuli rossi; 3) un aumento della capacità di diffusione dei polmoni; 4) aumento della vascolarizzazione dei tessuti periferici; 5) un aumento della capacità delle cellule dei tessuti di utilizzare l'ossigeno, nonostante il basso pO 2 .

Alcune persone sviluppano una condizione patologica acuta quando salgono rapidamente ad alta quota ( mal di montagna acuto ed edema polmonare da alta quota). Poiché tra tutti gli organi del sistema nervoso centrale è quello più sensibile all'ipossia, quando si sale ad alta quota si verificano principalmente disturbi neurologici. Quando si sale in quota, sintomi come mal di testa, stanchezza, nausea. Spesso si verifica edema polmonare. Al di sotto dei 4500 m tali disturbi gravi si verificano meno frequentemente, anche se si verificano anomalie funzionali minori. A seconda delle caratteristiche individuali dell'organismo e della sua capacità di acclimatarsi, una persona è in grado di raggiungere grandi altezze.

Domande di controllo

1. Come cambiano i parametri della pressione barometrica e della pressione parziale dell'ossigeno con l'aumentare dell'altitudine?

2. Quali reazioni adattative si verificano quando si sale in quota?

3. Come avviene l'acclimatazione alle condizioni degli altopiani?

4. Come si manifesta il mal di montagna acuto?

Respirazione durante l'immersione

Durante il lavoro subacqueo, il subacqueo respira ad una pressione superiore a quella atmosferica di 1 atm. per ogni immersione di 10 m. Circa 4/5 dell'aria sono azoto. A livello del mare l'azoto non ha effetti significativi sull'organismo, ma ad alta pressione può causare vari gradi di narcosi. I primi segni di anestesia moderata compaiono a una profondità di circa 37 m se il subacqueo rimane in profondità per un'ora o più e respira aria compressa. Con una lunga permanenza a una profondità superiore a 76 m (pressione 8,5 atm.), di solito si sviluppa la narcosi da azoto, le cui manifestazioni sono simili all'intossicazione da alcol. Se una persona inala l'aria della composizione abituale, l'azoto si dissolve nel tessuto adiposo. La diffusione dell'azoto dai tessuti è lenta, quindi la risalita del subacqueo in superficie deve avvenire molto lentamente. Altrimenti è possibile la formazione intravascolare di bolle di azoto (il sangue "bolle") con gravi danni al sistema nervoso centrale, agli organi della vista, dell'udito e forti dolori alle articolazioni. C'è un cosiddetto disturbo da decompressione. Per il trattamento, la vittima deve essere ricollocata in un ambiente con alta pressione. La decompressione graduale può durare diverse ore o giorni.

La probabilità di malattia da decompressione può essere notevolmente ridotta respirando miscele di gas speciali, come una miscela di ossigeno ed elio. Ciò è dovuto al fatto che la solubilità dell'elio è inferiore a quella dell'azoto e si diffonde più velocemente dai tessuti, poiché il suo peso molecolare è 7 volte inferiore a quello dell'azoto. Inoltre, questa miscela ha una densità inferiore, quindi il lavoro svolto sulla respirazione esterna è ridotto.

Domande di controllo

5. Come cambiano i parametri della pressione barometrica e della pressione parziale dell'ossigeno con l'aumentare dell'altitudine sul livello del mare?

6. Quali reazioni adattative si verificano quando si sale in quota?

7. Come avviene l'acclimatazione alle condizioni degli altopiani?

8. Come si manifesta il mal di montagna acuto?

7.3 Compiti di prova e compito situazionale

Scegli una risposta corretta.

41. SE UNA PERSONA SI IMMERGE SENZA ATTREZZATURA SPECIALE CON IPERVENTILAZIONE PRELIMINARE, LA CAUSA DELLA PRESA DI COSCIENZA IMPROVVISA PUÒ ESSERE PROGRESSIVA

1) asfissia

2) ipossia

3) iperossia

4) ipercapnia

42. QUANDO SI IMMERGE SUBACQUEA CON MASCHERA E BOCCAGLIO NON È POSSIBILE AUMENTARE LA LUNGHEZZA DEL TUBO STANDARD (30-35 cm) A CAUSA

1) il verificarsi di un gradiente di pressione tra la pressione dell'aria negli alveoli e la pressione dell'acqua sul torace

2) il pericolo dell'ipercapnia

3) il pericolo di ipossia

4) aumento del volume dello spazio morto

Caso di studio 8

I campioni di immersioni si immergono fino a una profondità di 100 m senza attrezzatura subacquea e ritornano in superficie in 4-5 minuti. Perché non soffrono di malattia da decompressione?

8. Risposte campione a compiti di test e compiti situazionali

Risposte di esempio alle attività di test:

Risposte di esempio ai compiti situazionali:

Soluzione del problema situazionale n. 1:

Se parliamo di respirazione naturale, allora la prima è giusta. Il meccanismo della respirazione è l'aspirazione. Ma se intendiamo la respirazione artificiale, allora è giusta la seconda, poiché qui il meccanismo è forzato.

Soluzione del problema situazionale n. 2:

Per un efficace scambio di gas è necessaria una certa relazione tra ventilazione e flusso sanguigno nei vasi polmonari. Pertanto, queste persone presentavano differenze nei valori del flusso sanguigno.

Soluzione del problema situazionale n. 3:

Nel sangue l'ossigeno esiste in due stati: fisicamente disciolto e legato all'emoglobina. Se l'emoglobina non funziona bene, rimane solo l'ossigeno disciolto. Ma ce n'è ben poco. Quindi è necessario aumentarne la quantità. Ciò si ottiene mediante l'ossigenoterapia iperbarica (il paziente viene posto in una camera con alta pressione di ossigeno).

Soluzione del problema situazionale n. 4:

Il malato viene ossidato dall'enzima malato deidrogenasi NAD-dipendente (frazione mitocondriale). Inoltre, quando una molecola di malato viene ossidata, si forma una molecola di NADH H +, che entra catena completa trasferimento di elettroni per formare tre molecole di ATP da tre molecole di ADP. Come sapete, l'ADP è un attivatore della catena respiratoria e l'ATP è un inibitore. L'ADP in relazione al malato è ovviamente scarso. Ciò porta al fatto che l'attivatore (ADP) scompare dal sistema e appare l'inibitore (ATP), che a sua volta porta all'arresto della catena respiratoria e all'assorbimento di ossigeno. L'esochinasi catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato dall'ATP al glucosio per formare glucosio-6-fosfato e ADP. Pertanto, durante il lavoro di questo enzima, l'inibitore (ATP) viene consumato nel sistema e appare l'attivatore (ADP), quindi la catena respiratoria riprende a funzionare.

Soluzione del problema situazionale n. 5:

L'enzima succinato deidrogenasi, che catalizza l'ossidazione del succinato, appartiene alle deidrogenasi FAD-dipendenti. Come è noto, FADH 2 garantisce l'ingresso dell'idrogeno in una catena di trasporto degli elettroni accorciata, durante la quale si formano 2 molecole di ATP. L'amobarbital blocca la catena respiratoria a livello della 1a coniugazione della respirazione e della fosforilazione e non influisce sull'ossidazione del succinato.

Soluzione del problema situazionale n. 6:

Con un serraggio molto lento del cordone ombelicale, quindi, il contenuto di anidride carbonica nel sangue aumenterà molto lentamente e i neuroni del centro respiratorio non potranno essere eccitati. Il primo respiro non avviene mai.

Soluzione del problema situazionale n. 7:

Il ruolo principale nell'eccitazione dei neuroni del centro respiratorio è svolto dall'anidride carbonica. Nello stato agonico l'eccitabilità dei neuroni del centro respiratorio è drasticamente ridotta e quindi non possono essere eccitati dall'azione di quantità ordinarie di anidride carbonica. Dopo diversi cicli respiratori c'è una pausa durante la quale si accumulano quantità significative di anidride carbonica. Ora possono già eccitare il centro respiratorio. Ci sono diversi respiri, la quantità di anidride carbonica diminuisce, c'è di nuovo una pausa e così via. Se non è possibile migliorare le condizioni del paziente, un esito fatale è inevitabile.

Soluzione del problema situazionale n. 8:

Un subacqueo a grandi profondità respira aria ad alta pressione. Pertanto, la solubilità dei gas nel sangue aumenta in modo significativo. L'azoto nel corpo non viene consumato. Pertanto, con un rapido aumento, la sua maggiore pressione diminuisce rapidamente e viene rapidamente rilasciata dal sangue sotto forma di bolle, che porta ad un'embolia. Il subacqueo non respira affatto durante l'immersione. Con una rapida lievitazione, non succede nulla di brutto.

Allegato 1

Tabella 1

Nome degli indicatori di ventilazione polmonare in russo e inglese

Nome dell'indicatore in russo	Abbreviazione accettata	Il nome dell'indicatore per lingua inglese	Abbreviazione accettata
Capacità vitale dei polmoni	V.C	Capacità vitale	V.C
Volume corrente	PRIMA	Volume corrente	tv
Volume di riserva inspiratoria	ROVD	volume di riserva inspiratoria	IRV
volume di riserva espiratoria	ROvyd	Volume di riserva espiratoria	ERV
Massima ventilazione	MVL	Ventilazione volontaria massima	MW
capacità vitale forzata	FZhEL	capacità vitale forzata	FVC
Volume espiratorio forzato nel primo secondo	FEV1	Volume di espirazione forzata 1 sec	FEV1
Indice Tiffno	IT, o FEV1/VC%		FEV1% = FEV1/VC%
Flusso espiratorio massimo 25% FVC rimanente nei polmoni	MOS25	Flusso espiratorio massimo 25% FVC	MEF25
	Flusso espiratorio forzato 75% FVC	FEF75
Flusso espiratorio massimo 50% della FVC rimanente nei polmoni	MOS50	Flusso espiratorio massimo 50% FVC	MEF50
	Flusso espiratorio forzato 50% FVC	FEF50
Flusso espiratorio massimo 75% della FVC rimanente nei polmoni	MOS75	Flusso espiratorio massimo 75% FVC	MEF75
	Flusso espiratorio forzato 25% FVC	FEF25
Portata espiratoria media compresa tra il 25% e il 75% di FVC	SOS25-75	Flusso espiratorio massimo 25-75% FVC	MEF25-75
	Flusso espiratorio forzato 25-75% FVC	FEF25-75

Allegato 2

PARAMETRI RESPIRATORI DI BASE

VC (VC = Capacità Vitale) - capacità vitale dei polmoni(il volume d'aria che lascia i polmoni durante l'espirazione più profonda dopo il respiro più profondo)

Rovd (IRV = volume di riserva inspiratoria) - volume di riserva inspiratoria(aria aggiuntiva) è il volume d'aria che può essere inalato durante un'inspirazione massima dopo un'inspirazione normale

ROvyd (ERV = Expiratory Reserve Volume) - volume di riserva espiratoria(aria di riserva) è il volume d'aria che può essere espirato alla massima espirazione dopo un'espirazione normale

EB (IC = capacità inspiratoria) - capacità inspiratoria- la somma effettiva del volume corrente e del volume di riserva inspiratoria (EV = DO + RVD)

FOEL (FRC = capacità funzionale residua) - capacità polmonare funzionale residua. Questo è il volume d'aria nei polmoni di un paziente a riposo, in una posizione in cui la normale espirazione è completata e la glottide è aperta. FOEL è la somma del volume di riserva espiratoria e dell'aria residua (FOEL = ROvyd + RH). Questo parametro può essere misurato utilizzando uno dei due metodi: diluizione con elio o pletismografia corporea. La spirometria non misura il FOEL, quindi il valore di questo parametro deve essere inserito manualmente.

RH (RV = volume residuo) - aria residua(un altro nome - OOL, volume residuo dei polmoni) è il volume d'aria che rimane nei polmoni dopo la massima espirazione. Il volume residuo non può essere determinato mediante la sola spirometria; ciò richiede ulteriori misurazioni del volume polmonare (utilizzando il metodo della diluizione dell'elio o la pletismografia corporea).

TLC (TLC = capacità polmonare totale) - capacità polmonare totale(il volume d'aria nei polmoni dopo il respiro più profondo possibile). FC = CV + OB

Se sopra il liquido c'è una miscela di gas, ogni gas si dissolve in esso in base alla sua pressione parziale, nella miscela, cioè alla pressione che cade sulla sua parte. Pressione parziale di qualsiasi gas in una miscela di gas può essere calcolata conoscendo la pressione totale della miscela di gas e la sua composizione percentuale. Quindi, alla pressione atmosferica di 700 mm Hg. la pressione parziale dell'ossigeno è circa il 21% di 760 mm, ovvero 159 mm, l'azoto - 79% di 700 mm, ovvero 601 mm.

Durante il calcolo pressione parziale dei gas nell'aria alveolare va tenuto presente che è satura di vapore acqueo, la cui pressione parziale a temperatura corporea è di 47 mm Hg. Arte. Pertanto, la quota di altri gas (azoto, ossigeno, anidride carbonica) non è più 700 mm, ma 700-47 - 713 mm. Con un contenuto di ossigeno nell'aria alveolare pari al 14,3%, la sua pressione parziale sarà di soli 102 mm; con un contenuto di anidride carbonica del 5,6%, la sua pressione parziale è di 40 mm.

Se un liquido saturo di gas ad una certa pressione parziale entra in contatto con lo stesso gas, ma avente una pressione inferiore, parte del gas uscirà dalla soluzione e la quantità di gas disciolto diminuirà. Se la pressione del gas è maggiore, nel liquido si dissolverà più gas.

La dissoluzione dei gas dipende dalla pressione parziale, cioè dalla pressione di un particolare gas, e non dalla pressione totale della miscela di gas. Pertanto, ad esempio, l'ossigeno disciolto in un liquido sfuggirà nell'atmosfera di azoto allo stesso modo che nel vuoto, anche quando l'azoto si trova sotto una pressione molto elevata.

Quando un liquido entra in contatto con una miscela di gas di una certa composizione, la quantità di gas che entra o esce dal liquido dipende non solo dal rapporto tra le pressioni del gas nel liquido e nella miscela di gas, ma anche dai loro volumi. Se un grande volume di liquido è in contatto con un grande volume di una miscela di gas la cui pressione differisce nettamente dalla pressione dei gas nel liquido, grandi quantità di gas possono fuoriuscire o entrare in quest'ultimo. Al contrario, se un volume sufficientemente grande di liquido entra in contatto con una bolla di gas di piccolo volume, una quantità molto piccola di gas lascerà o entrerà nel liquido e la composizione gassosa del liquido praticamente non cambierà.

Per i gas disciolti in un liquido, il termine " voltaggio”, corrispondente al termine “pressione parziale” per i gas liberi. La tensione è espressa nelle stesse unità della pressione, cioè in atmosfere o in millimetri di mercurio o colonna d'acqua. Se la pressione del gas è 1,00 mm Hg. Art., ciò significa che il gas disciolto nel liquido è in equilibrio con il gas libero sotto una pressione di 100 mm.

Se la tensione del gas disciolto non è uguale alla pressione parziale del gas libero, l'equilibrio è disturbato. Viene ripristinato quando queste due quantità diventano nuovamente uguali tra loro. Ad esempio, se la pressione dell'ossigeno nel liquido di un recipiente chiuso è di 100 mm e la pressione dell'ossigeno nell'aria di questo recipiente è di 150 mm, l'ossigeno entrerà nel liquido.

In questo caso, la tensione dell'ossigeno nel liquido verrà allentata e la sua pressione all'esterno del liquido diminuirà fino a quando non verrà stabilito un nuovo equilibrio dinamico ed entrambi questi valori saranno uguali, avendo ricevuto un nuovo valore compreso tra 150 e 100 mm . Il modo in cui la pressione e lo stress cambiano in un dato studio dipende dai volumi relativi di gas e liquido.