|
|
Чтобы правильно понять и учесть
физиологическое влияние факторов высотного полета на организм человека,
рассмотрим вначале некоторые физиологические показатели человека,
характеризующие его жизнедеятельность. Знание этих показателей организма
человека позволяет наиболее полно сформулировать физиолого-гигиенические
требойания к системам обеспечения жизнедеятельности экипажей летательных
аппаратов.
Дыхание и кровообращение. В результате обмена веществ в
клетках .организма и в крови происходит процесс постоянного образования
углекислого газа и расходования кислорода. Жизненный процесс поддержания
газообмена между окружающей средой ,и человеком осуществляется при помощи функций
дыхания и кровообращения.
Дыхание человека делится на внешнее и внутреннее. Внешнее
дыхание определяет газообмен между окружающим воздухом и кровью человека.
Внутреннее дыхание обусловливает обмен газов в крови и тканях человека.
При внешнем дыхании воздух, вдыхаемый человеком, проходит
через верхние дыхательные пути (нос, рот, гортань, и трахею), затем через
бронхи и, разветвляясь по бронхиолам, попадает в легкие, состоящие из
множества маленьких пузырьков альвеол. Тонкие стенки альвеол обвиты густой
сетью капиллярных кровеносных сосудов с настолько малым диаметром, что
красные кровяные тельца—эритроциты — могут проходить через них только
поодиночке. Через стенки альвеол по законам диффузии происходит обмен газов
между легкими и кровью.
При внутреннем дыхании процесс газообмена в крови и тканях
организма происходит следующим образом. Согласно схеме кровообращения,
показанной на 1.3, насыщенная кислородом кровь в процессе работы сердца
поступает в левое предсердие и оттуда — в левый желудочек сердца, а затем под
действием сокращения сердечной мышцы желудочка артериальная кровь поступает в
аорту и по сети артерий доходит до капилляров тканей организма, где кислород
по законам диффузии переходит из крови к тканям.
В результате обмена веществ в клетках организма
артериальная кровь преобразуется в венозную кровь, обогащенную углекислым
газом. Венозная кровь из капилляров, соединяющихся в вены, поступает в правое
предсердие. Рассмотренный путь крови называется большим кругом
кровообращения.
Перешедшая из правого предсердия в правый желудочек сердца
кровь переходит по легочным артериям в легкие и оттуда, обогатившись
кислородом, по легочной вене поступает опять в левое предсердие. Такое
движение крови происходит по малому кругу кровообращения.
Непосредственным переносчиком кислорода крови являются
эритроциты, содержащие в себе гемоглобин Нв, обладающий способностью легко
соединяться с кислородом, образуя неус- тойчив9е химическое
вещество—оксигемоглобин НвС>2. Окси- гемоглобин в крови распадается и,
отдавая тканям кислород, опять становится гемоглобином. Эритроциты составляют
41 — 46% объема крови и представляют собой плоские диски с диаметром 0,007 мм
в количестве 2,5 . 1012 на общее количество крови в организме человека,
которое составляет величину порядка 5 литров. Скорость тока в крови поддерживается
на нужном уровне работой сердца, перекачивающего около 250 л/ч крови. Таким
образом, вся циркулирующая в теле человека кровь проходит через легкие
приблизительно за 72 с.
Рассмотренный процесс газообмена в организме человека
.определяется величиной парциального давления кислорода в газовой среде.
Процесс усвоения организмом кислорода происходит по закону
диффузии, т. е. лишь в том случае, если парциальное давление кислорода во
вдыхаемом (или альвеолярном) воздухе больше парциального давления кислороду в
венозной крови, протекающей по капиллярным кровеносным сосудам к альвеолярным
стенкам легких. Для удаления углекислого газа из организма нео0ходимо иметь
обратное соотношение парциального давления углекислого газа по сравнению с
парциальным давлением кислорода.
Таким образом, первостепенным фактором, от которого
зависит диффузия, является разность парциальных давлений газа по обе стороны
легочной мембраны AP = PqA— Р0ав, где Ро*а — парциальное давление кислорода в
альвеолярном воздухе, Ро2в — парциальное давление кислорода в венозной крови.
Поступление воздуха в легкие и удаление его из них
обусловливаются механическими движениями грудной клетки и межреберных мышц и
грудобрюшной диафрагмы. В обычных условиях человек делает 15—20 вдохов в
минуту.
При нормальном вдохе объем вдыхаемого воздуха
приблизительно равен 0,5—0,6 литра. При усиленном вдохе, следующим после
нормального вдоха, дополнительно вводится в легкие до 1,5 литров воздуха;
кроме того, !в легких всегда .имеется резервный воздух. Общая сумма
составляющих объемов определяет жизненную емкость легких: 0,5—0,6 л —
нормальный вдох, 1,5—2,5 л — усиленный вдох, 1,0—2,9 л — резервный воздух,
которая приблизительно равна УЛ =3-^6 литрам.
Отношение объема выделенного человеком углекислого газа к
объему поглощенного им кислорода называется дыхательным коэффициентом
человека.
Поступление воздуха в легкие и удаление его из них
обусловливаются механическими движениями грудной клетки и межреберных мышц и
грудобрюшной диафрагмы. В обычных условиях человек делает 15—20 вдохов в
минуту.
При нормальном вдохе объем вдыхаемого воздуха
приблизительно равен 0,5—0,6 литра. При усиленном вдохе, следующим после
нормального вдоха, дополнительно вводится в легкие до 1,5 литров воздуха;
кроме того, !в легких 'всегда .имеется резервный воздух. Общая сумма
составляющих объемов определяет жизненную емкость легких: 0,5—0,6 л —
нормальный вдох, 1,5—2,5 л — усиленный вдох, 1,0—2,9 л — резервный воздух,
которая приблизительно равна УЛ = 3-^6 литрам.
Отношение объема выделенного человеком углекислого газа к
объему поглощенного им кислорода называется дыхательным коэффициентом
человека.
Объемный расход воздуха в единицу времени WA принята
называть легочной вентиляцией.
Величина легочной вентиляции Wn устанавливается такой,
чтобы парциальные давления О2 и С02, а также водородный показатель рН+
артериальной крови всегда находились на необходимом уровне. Требуемая
обеспечивается определенным сочетанием соответствующих параметров внешнего
дыхания (глубиной и частотой дыхания). Частота ш и глубина V дыхания
определяются в свою очередь величиной парциального давления кислорода и
углекислого газа. Если в альвеолярном воздухе имеется недостаток кислорода
или избыток углекислого газа, то парциальное давление кислорода в
артериальной крови ЯО2А падает, что стимулирует легочную вентиляцию Wл, а
это, iB свою очередь, обусловливает приведение к норме (к заданному значению)
Ро2 и Рсо2-
Таким образом, в организме человека существует сложная
система саморегулирования кислородного и углекислотного режимов, которая
управляет поступлением кислорода в легкие, кровь и ткан.и в соответствии с
энергетическими потребностями организма человека и удалением образующейся в
результате обменных процессов углекислоты. Непрерывный газообмен организма с
внешней средой обеспечивается системой дыхательной регуляции (или дыхательным
хемостатом), работающей по принципу регулятора с обратной связью. Структурная
схема системы дыхательной регуляции, показанная на 1.4, состоит из объекта
регулирования (управляемой системы) ш регулятора (управляющей системы).
Данная схема представляет, естественно, упрощенную модель систем/?
дыхательной регуляции, но она позволяет лучше понять ^сложные процессы,
происходящие в ней.
Объектом регулирования здесь является легочный резервуар и
объем газа в кровеносной системе. Регулятор включает в себя хеморецепторы,
нервные пути, дыхательный центр, дыха- ^ тельные мышцы, управляющие параметрами
внешнего дыхания.
Хеморецепторы, расположенные в различных местах организма,
чувствуют отклонение парциального давления 02 в ар- термальной крови от
заданного значения (РО2А)О И ПО нервным путям передают сигналы в дыхательный
центр, расположенный в продолговатом мозгу. Дыхательный центр представляет
собой группу нервных клеток, деятельность которых обусловливает сокращение
дыхательных мышц и изменение параметров внешнего дыхания и, следовательно,
легочной вентиляции. Последняя обеспечивает изменение притока воздуха
(кислорода) к альвеолам легких и, в конечном итоге, к изменению наличия
кислорода в артериальной крови и газообмена в тканях. Возмущающим
воздействием на объект является изменение Роа во вдыхаемом воздухе.
Анализ переходных процессов [13, 34], полученных при
воздействии ступенчатой функции возмущения в виде мгновенного изменения
содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, позволил получить следующие
значения параметров системы регуляции дыхания:
т0= 1,41 мин, k0 — 0,01 мм рг. ст./мл. мин, тРрг ^ 0>31
мин, &рег = 59 мл мин/мм рт. ст.
Знание динамических свойств системы регуляции дыхания
человека, ее реакции на возмущающие воздействия позволяет правильнее подойти
к вопросу синтеза кислородно-дыхатель- ной аппаратуры для летного состава,
оценить и понять взаимодействие контуров системы дыхательной регуляции
человека и системы подачи кислорода в различных режимах ее работы.
|