Знижений атмосферний тиск. Висотна (гірська) хвороба
Баротра́вма (грец. βαρος — вага і τραυμα — рана) — ушкодження організмів, що зумовлюється різкими змінами атмосферного тиску.
Баротравма настає при раптовому підвищенні цього тиску (при вибухах, кесонних роботах або зниженні (порушення герметичності кабіни висотноголітака), а також в результаті частих невеликих його коливань (найчастіше на літаку). Найбільш ушкоджуються при баротравмі барабанна порожнина івнутрішнє вухо, легені, придаткові порожнини носа, іноді мозок. Сильна баротравма може спричинитися до крововиливів і навіть смерті.
З кожним роком збільшується кількість осіб, які живуть і працюють в умовах зниженого атмосферного тиску. Це зв’язано не лише з розвитком авіації, космічної техніки, але і з народногосподарським освоєнням висот.
При вивченні наслідків зниженого атмосферного тиску на організм людини слід враховувати два основних варіанти: зміна тиску, що має місце в природніх умовах при підніманні на висоту по відношенню до рівня моря та при створенні і підтриманні штучної газової атмосфери, що має місце в космічних кораблях, на літаках і всіх інших апаратах та в приміщеннях, які знаходяться на великих висотах. При порушенні герметизації можливе різке зниження барометричного тиску, яке в залежності від ступеню і тривалості перепадів тиску приводить до різних патологічних змін в організмі.
У міру того як люди піднімаються все вище під час гірських сходженні, В літаках і космічних кораблях, все більш важливим стає розуміння впливу на людський організм висоти і зниженого тиску газового середовища (так само, як і деяких інших чинників - прискорень, невагомості і ін.)
Барометричний тиск на різних висотах. На рівні моря барометричний тиск становить 760 мм рт. ст., на висоті 3048 м - тільки 523 а на висоті 15240 м - 87 мм рт. ст. Це зниження барометричного тиску є основною причиною всіх проблем ви-«угной фізіології, пов'язаних з гіпоксією, оскільки в міру його падіння парціальний тиск кисню в атмосфері пропорцнональ але знижується, залишаючись весь час трохи нижче 21% загального барометричного тиску. Так, на рівні моря Ріг становить 159 мм рт. ст., тоді як на висоті 15240 м - лише 18 мм рт. ст.
Двоокис вуглецю і водяний пар зменшують напругу кисню в альвеолярному газі. Навіть на великих висотах двоокис вуглецю безперервно виділяється з крові в альвеоли. Крім того, з дихальних поверхонь видихається повітря випаровується вода. Ці два гази розбавляють кисень в альвеолах, зменшуючи його концентрацію. Незалежно від висоти за умови нормальної температури тіла тиск водяної пари в альвеолах одно 47 мм рт. ст.
Альвеолярне тиск вуглекислого газу (Рсо2) під час перебування на дуже великих висотах знижується (в порівнянні з 40 мм рт. Ст. На рівні моря) до більш низьких значень. У акліматизованих людини, вентиляція легенів якого зростає приблизно в 5 разів, Рсо2 у зв'язку з посиленим диханням знижується до значень, близьких до 7 мм рт. ст.
Тепер розглянемо, як парціальний тиск цих двох газів впливає на альвеолярний кисень. Припустимо, що барометричний тиск падає від 760 мм рт. ст. (Нормального значення на рівні моря) до 253 мм рт. ст. (Як на вершині Евересту, висота якого - 884773 м). При цьому 47 мм рт. ст. припадає на водяні пари, а на всі інші гази залишається всього 206 мм рт. ст. У акліматизованих людини 7 мм рт. ст. з 206 мм рт. ст. припадає на частку СО2 і, отже, залишається лише 199 мм рт. ст.
Якби організм не споживав кисень, Він становив би 1/5 з цих 199 мм рт. ст. і, таким чином, парціальний тиск кисню в альвеолах було б 40 мм рт. ст. Однак деяка кількість цього кисню постійно надходить у кров, залишаючи в альвеолярному газі приблизно 35 мм рт. ст. кисню. На вершині Евересту тільки самі стійкі до гіпоксії з акліматизованих людей насилу можуть вижити при диханні атмосферним повітрям. Але при диханні чистим киснем ефект зовсім інший, як ми побачимо далі.
Альвеолярне Ро2 на різних висотах. На рівні моря альвеолярне Р02 складає 104 мм рт. ст., на висоті 6096 м у неаккліматізірованного людини воно падає приблизно до 40 мм рт. ст., а у акліматизованих - лише до 53 мм рт. ст. Така різниця пояснюється тим, що у акліматизованих людини альвеолярна вентиляція зростає в набагато більшому ступені, ніж у неаккліматізірованного, що ми обговоримо далі.
Насичення гемоглобіну киснем на різних висотах. На малюнку показано насичення артеріальної крові киснем на різних висотах при диханні повітрям і чистим киснем. До висоти 3048 м насичення артеріальної крові киснем залишається на рівні не менше 90% навіть при диханні повітрям. Вище 3048 м кисневе насичення артеріальної крові, як демонструє блакитна крива на малюнку, швидко падає до значень трохи нижче 70% на висоті 6096 м і до значно менших значень на ще більших висотах.
Патогенез. При перебуванні на висоті людина дихає розрідженим повітрям зі зниженим парціальним тиском кисню. В зв’язку з цим падає і парціальний тиск його в альвеолярному повітрі, зменшується насиченість киснем артеріальної крові, що сприяє гіпоксемії, подразненню хеморецепторів рефлексогенних судинних зон, що в свою чергу забезпечує появу рефлекторних адаптивних реакцій, які сприяють підсиленню дихання і кровотоку, стимуляцію гіпофізарно-наднирникової системи і надбульбарних утворів головного мозку, включаючи кору. В той же час, внаслідок розвитку гіпервентиляції, наступає гіпокапнія, яка відіграє суттєву роль в патогенезі висотної хвороби і може бути причиною порушення регуляції кровотоку і дихання. Зниження в крові вмісту вуглекислоти викликає зсув кислотно-лужної рівноваги в сторону алкалозу і сприяє накопиченню в організмі недоокислених продуктів. Пізніше при значному дефіциті кисню в артеріальній крові на фоні адаптивних реакцій порушується діяльність центральної нервової системи, яка найбільш чутлива до кисневого голодування. Виникають зміни в інших органах та системах, порушуються всі види обміну речовин.
Механізм розвитку гірської хвороби
Безумовно провідне значення у виникненні висотної хвороби має нестача кисню, що сприяє зниження насичення крові і тканин організму киснем. Проте, ступінь вираженості і важкість прояву змін залежить від багатьох внутрішніх і зовнішніх причин. Так, на високогір’ї має місце високий рівень сонячної радіації, іонізація повітря, різкі коливання температури та вологість повітря. В розвитку висотної хвороби у льотчиків в сучасних літальних апаратах роль гіпоксії і зниженого атмосферного тиску невелика, але в даних умовах суттєвий вплив на організм, поряд з вібрацією, шумом і другими несприятливими факторами, чинять перевантаження в результаті великих швидкостей і прискорень.
Різні особи не однаково переносять зниження атмосферного тиску. Це залежить від тренування, стану нервової та серцево-судинної систем, а також від швидкості піднімання на висоту. Якщо піднімання проводиться повільно, то при цьому забезпечується можливість адаптації організму.
Клінічна картина гірської хвороби виникає при підніманні на висоту від 3000 м і більше над рівнем моря. При цьому початкові прояви починаються на різних висотах, що залежить від вихідного стану організму, його тренованості індивідуальних особливостей, віку, статі. Клінічні прояви різноманітні і обумовлені гіпоксією різних органів і систем. Вираженість клінічної картини залежить від акліматизації людей в умовах гіпоксії. У хворих появляється загальна слабість, підвищена втомлюваність, виникає абстенічний синдром з психопатологічними проявами. В таких випадках спостерігається ,,неадекватна” оцінка свого стану, головний біль, значне зниження пам’яті і уваги, змінюється характер, людина стає запальною, емоційно лабільною. Порушується больова і тактильна чутливість, знижується гострота зору, слух, нюх. Дихання стає почащеним, особливо при фізичному навантаженні, більш глибоке за рахунок збудження дихального центру.
При прогресуванні гірської хвороби і зниженні парціального тиску вуглекислоти в альвеолярному повітрі виникає зниження збудливості дихального центру, що приводить до різних порушень ритму дихання.
Страждає при цьому і серцево-судинна система. При підніманні в гори розвивається тахікардія, підсилення серцевих скорочень, артеріальна гіпертонія. При зниженні функціонального стану міокарда виникає артеріальна гіпотонія. Відмічаються суттєві зміни з боку крові. Розвивається еритроцитоз, який збільшується з підніманням вгору. Підвищується також вміст гемоглобіну в крові при незміненому кольоровому показнику. Підвищується кількість тромбоцитів у периферичній крові.
Клінічна картина гірської хвороби має найбільш чітку симптоматику до 5-ї доби перебування на висоті. В подальшому ці симптоми можуть послаблюватись як результат адаптації до висоти. Якщо адаптивно-захисні механізми не справились з навантаженням при розвитку гіпоксії, патологічні явища прогресують, що супроводжується змінами серцевого м’яза і системи дихання з розвитком легенево-серцевої недостатності.
Гірська хвороба розвивається відносно повільно симптоми її проявляються, як правило, через кілька годин після піднімання на висоту і перебігають частіше компенсовано.
Висотна хвороба за своїм клінічним перебігом відрізняється від гірської. При швидкому підніманні на висоту висотна хвороба може виникнути гостро: проявляється підвищена втомлюваність, головокружіння, сонливість, апатія, м’язева слабкість, адинамія, розлад координації рухів, зниження пам’яті, уваги. В подальшому наростає слабкість, задишка, серцебиття. Можуть спостерігатися симптоми емоційної неврівноваженості, зміна настрою, ейфорія, яка швидко змінюється пригніченим настроєм, безпричинний сміх, плаксивість. З’являється нудота, блювота, шлунково-кишкові кровотечі. Іноді спостерігаються болі в кістках та суглобах.
При зниженні висоти або вдиханні кисню всі ці явища швидко проходять. Без застосування профілактичних засобів важкість захворювання знаходиться в прямій залежності від рівня висоти і часу перебування на висоті.
Вибухова декомпресія виникає у випадках швидкого перепаду атмосферного
тиску від нормального до зниженого, що буває при розгерметизації
висотних літальних апаратів (літаків, космічних кораблів). У розвитку
цього синдрому має значення: а) баротравма легень, б) серця і великих
судин унаслідок різкого підвищення внутрішньолегеневого тиску.
Розрив альвеол і судин сприяє проникненню газових пухирців у кровоносну
систему (газова емболія). У самих крайніх випадках відбувається миттєва
смерть внаслідок закипання крові й інших рідин організму, а також у
результаті блискавичної форми гіпоксії.
Ударні ефекти вибухової декомпресії. Розширення газу всередині тіла. Гіпоксія.
З декомпресії пов'язано три види ускладнень. По-перше, є ударні ефекти декомпресії, при яких пасажир може бути травмований рухом повітряного струменя, що минає з кабіни. По-друге, є ускладнення, викликані фактичним падінням тиску, що походять з-за раптового розширення повітря усередині кабіни і всередині самого тіла людини. По-третє, виникають ускладнення, викликані низьким тиском повітря, найважливішим з яких є гіпоксія.
Ударні ефекти вибухової декомпресії. При досить великий пробоїни в стінці наддути кабіни знаходиться поблизу може бути травмований або навіть викинутий через пробоїну за борт. Термін "викинутий", а не термін "витягнуть" використовується в силу того, що вакуум не може створити силу, а отже, не може витягти людину з літака. Перший термін передає характер руху повітряного потоку, який виштовхує різні об'єкти або людини через пробоїну. Дійсне ж викидання людини з літака - дуже рідкісне пригода.
При аварії літака DC-10 людина сиділа поруч з вікном, коли воно було зруйновано вибухом рухової установки. Хоча пасажир був пристебнутий ременем до крісла, але ремінь був слабо закріплено, і пасажира викинуло через що утворилася пробоїну у вікні. В аварії літака L-1011 двох дітей викинуло через пробоїну в проході між кріслами, яка утворилася при вибуху колеса.
Ударний ефект, різко виявляється в околицях пробоїни, носить досить локалізований характер. Люди, які сиділи приблизно за метр від пробоїни, цілком ймовірно, не відчували негативного впливу розмірів розбитого вікна, крізь пробоїну якого йшло закінчення повітряного потоку.
Розширення газу всередині тіла. На рівні моря шар повітря, під яким ми живемо, чинить тиск 100 кПа. Це також та сила, яка змушує підніматися стовпчик Житков ртуті у вакуумі всередині трубки на висоту 760 мм.
Кожен знайомий з явищем утворення міхурів в пляшці з содовою водою при її відкорковуванні. У цих прохолодних напоях Газ (вуглекислий газ) розчинений під тиском і під ним же утримується в щільно закритій пляшці. Коли пробка знімається, тиск всередині пляшки зменшується, розчинений газ перетворюється на міхури і виходить з пляшки.
У повсякденному житті азот і кисень адсорбуються кров'ю і тканинами. Якщо тиск раптово зменшиться, в різних частинах нашого тіла можуть утворитися газові бульбашки. Якщо вони утворюються в порожнинах, звідки немає виходу, у таких як живіт, пазухи, гездо зуба, простір у внутрішньому вусі, то можуть заподіяти значну біль. Газові міхури можуть також утворюватися всередині тканин, навколо з'єднань і суглобів, викликаючи больові відчуття, звані висотними болями в кінцівках і суглобах.
Під час швидкої декомпресії повітря всередині легень розширюється і з силою виходить через рот і ніс. Люди можуть перенести раптову декомпресію за відсутності негативного наслідки до тих пір, поки трахея (шлях, по якому проходить повітря з легенів до рота) буде відкрита. У спокійному стані легке може без зусиль витримати раптове подвоєння свого об'єму. Але якщо легені розширюються дуже швидко, може відбутися розрив оболонки легкого, що дозволить повітряним міхурам проникнути в кров через пошкоджені стінки кровоносних судин. Це викликає явище, що отримало назву розрив легені або повітряна емболія судин. Розрив легені є винятково рідкісним станом. Повідомлення про еденічних випадках такого стану відносяться до тих ситуацій, коли люди намагалися під час декомпресії затримати дихання.
Легені при відкритій трахеї фактично володіють значною переносимістю до швидкої або вривной декомпресії. Добровольці, які зазнали декомпресії,відповідної прехода висоти з 2500 до 15000 метрів протягом 0,2 с, перенесли її без травм. Існує досить незначна ймовірність того, що більш жорстка ситуація може скластися на борту цивільного літака, що загрожує пошкодженням легенів.
Гіпоксія. У принципі повітря складається з двох газів: азоту (79,02%) і кисню (20,95%). Інша частина (0,03%) припадає на інші гази, головним чином на вуглекислий. У загальному обсязі повітря водяні пари можуть становити до 4 - 5%. Таким чином, при підвищенні вологості кількість азоту і кисню зменшується на 1 - 2%. Кількість кисню у повітрі визначається парціальним тиском кисню (po2).
У сухому повітрі на рівні моря po2 = 20,95% від нормального тиску 760 мм ртутного стовпа або 159,2 мм ртутного стовпа. Зменшення po2 в атмосфері може призвести до гіпоксії. Навіть при малих висотах близько 1500 метрів над рівнем моря, де po2 падає зі 159,2 мм ртутного стовпа до 120 мм, людина відчуває невелике зниження чутливості до світла - очі є одним з найбільш чутливих до зменшення рівня кисню органів. Зазвичай, коли ви переходите з яскраво освітленої кімнати в темну, вам буває важко розглянути тьмяно освітлений предмет. На висоті 1500 метрів або вище вам було б ще складніше розпізнати предмет, якщо тільки вам раніше не доводилося пристосовуватися до перебування на цій висоті.
Незважаючи на можливі труднощі розпізнавання слабко освітлених об'єктів на відносно малій висоті 1500 метрів, було б помилково робити з цього висновок, що політ на такій висоті є неодмінно небезпечним. Він напевно не більш небезпечний, ніж їзда на автомобілі на тих же висотах по гірській дорозі в Денвері, штат Колорадо, місті, розташованому на висоті 1500 метрів над рівнем моря. Але навіть при настільки слабкої реакції зору вона все ж є, а значить при великих "висотах" у кабіні реакція може виявитися більш серйозною за своїми наслідками. Ось чому тиск повітря в салоні та кабіні пілота авіалайнера підтримується на безпечному рівні, навіть якщо літак може здійснити політ на значних висотах. Куріння і розпивання алкогольних напоїв є двома іншими факторами, які можуть призвести до збільшення симптомів гіпоксії на даній висоті. Вдихання лише незначної кількості CO (складової частини диму сигарети) може деактивувати більшу частину гемоглобіну - компонента крові, який є носієм кисню.Фізіологічний вплив зовнішніх умов на завзятого курця на рівні моря може виявитися порівнянними з впливом на курити зовнішніх умов на висоті 3700 метрів над рівнем моря. Якщо "висота" у кабіні досягне 1800 - 2400 метрів над рівнем моря, завзятий курець буде відчувати симптоми, пов'язані з висотами великими 3700 метрів над рівнем моря. Іншими словами, негативний вплив збільшення висоти посилюється шкідливим впливом CO. Аналогічне твердження можна віднести і до поєднання згубного впливу алкогольних напоїв із збільшенням висоти. Алкогольуповільнює здатність клітин засвоювати кисень. На великій висоті менше кисню і, якщо ви випили спиртне, у вашого організму менше можливості засвоїти наявний у повітрі кисень. Такий стан може мати у разі декомпресії фатальні наслідки.
"Висота" у кабіні є терміном, який використовується для представлення умов висоти, що відповідає певному тиску. Літак може летіти на висоті 9000 метрів, а "висота" у кабіні буде всього 1500 метрів, так як тиск повітря всередині утримується у тому ж самому рівні, який був, скажімо, в Денвері, штат Колорадо. Пілот регулює "висоту" у кабіні з тим, щоб вона не піднялася вище 2500 метрів, навіть коли літак летить на висоті 12000 метрів і вище. В аварійній ситуації збільшення "висоти" у кабіні до 4500 метрів по всій імовірності не представляє небезпеки, і пасажири не потребують отримання додаткового кисню. Але якщо ви не отримуєте додатковий кисень після приблизно 10 хвилин, ви можете почати відчувати деякі симптоми гіпоксії: тимчасове погіршення пам'яті, запаморочення та головний біль.
На великих висотах тяжкість цих симптомів зростає так само, як і ймовірність втрати свідомості. При будь-якому польоті реактивного літака на відстані, що перевищує 300 - 500 кілометрів, льотчику, ймовірно, доведеться вести літак на висоті 9000 метрів і вище. Для трансконтинентальних польотів висота 11000 - 13000 метрів є звичайною. Як правило, на цих висотах "висота" в кабіні складає 1800 - 2400 метрів. Якщо в літаку відбувається вибухова декомпресія на висоті 9000 метрів, в цьому випадку "висота" у кабіні підніметься до 9000 метрів і, вірогідно, у вас збережетьсясвідомість протягом однієї хвилини. Якщо літак летить вище, і "висота" у кабіні піднімається до 12000 метрів, у вас збережеться свідомість приблизно лише в течії 18 секунд.
Тривалість ефективного свідомості (ВЕЗ) - період часу від початку декомпресії до моменту часу, коли виконання розумного дії стає неможливим. При висоті польоту близько 12000 метрів ПЕМ становить приблизно 15 секунд. Причина швидкої втрати свідомості на великих висотах пов'язана змеханізмом проникнення кисню в кров. Проходячи через тканину невеликих мішечків, званих альвеолами, атмосферний кисень потрапляє в легені і кров завдяки тому, що парціальний тиск кисню в повітрі вище його значення в крові, що надходить в легені. Кров, яка надходить в легені, не збіднена киснем, але зазвичай нормальне парціальний тиск крові, що надходить у легені, нижче, ніж po2 в повітрі. Така ситуація має місце до тих пір, поки буде досягнута висота приблизно 10000 метрів. Вище цієї висоти парціальний тиск нижчий, ніж у крові. Таким чином кров, яка надходить в легені, замість того, щоб збагатитися киснем, насправді втрачає його і надходить у мозок при меншому вмісті кисню, ніж було при вступі в легені. Така збіднена киснем кров надходить у мозок сидить або перебуває в спокої людини протягом 5 - 6 секунд. Для працюючої людини цей час ще менше. Мозок є потужним споживачем кисню, але володіє вельми низькою накопичувальної здатністю. Ось чому, коли така збіднена киснем кров досягає мозку, свідомість зберігається всього лише кілька секунд.
Висотна (гірська) хвороба виникає в розрідженій атмосфері (зниження атмосферного тиску) від нестачі кисню, а також від недостатнього вмісту вуглекислоти в крові внаслідок її посиленого виділення при почастішанні і поглибленні дихання. Хворобливі явища можуть вже з'явитися на висоті 2000 м над рівнем моря. Зазвичай хвороба розвивається на висоті 4000-5000 м. При всякій фізичній роботі потреба в кисні підвищується. Тому при сходженні на гори (альпінізм) явища гіпоксемії (знижений вміст кисню в крові) наступають швидше, ніж на тій же висоті в осіб, що перебувають у спокої (наприклад, на літаку).
Основною причиною виникнення висотної хвороби є гостре кисневе голодування. Розвиток кисневого голодування зумовлюється зниженням атмосферного тиску з обов’язковим зниженням при цьому парціального тиску кисню в повітрі ,або зниженням вмісту кисню в повітрі в штучному газовому середовищі герметично замкнених приміщень. Перша ситуація може трапитись під час висотних польотів у літальних апаратах з кабінами відкритого типу, або після неповного поступового порушення гермітичностікабін закритого типу, друга- внаслідок відмови систем, що генерують повітря в герметичних кабінах і приміщеннях.
Різновидом висотної хвороби є гірська хвороба, у виникненні якої поряд з недоліком кисню грають також роль такі посилюючі фактори, як фізичне стомлення, охолодження, зневоднення організму, ультрафіолетове випромінювання, важкі погодні умови (наприклад, ураганні вітри), різкі перепади температур протягом дня (від +30 ° C вдень до -20 ° C вночі) і т. д. Але основним патологічним фактором гірської хвороби є гіпоксія.
Перша згадка про гірську хворобу зустрічається в історичних хроніках, пов’язаних із захворюванням іспанців південноамериканського континенту. Після захвату Перу іспанські конкістадори змушені були перенести столицю нової провінції із високогірної Джауї у розташовану на рівнині Ліму, оскільки іспанське населення Джауї не давало потомства і вмирало. І лише через декілька десятиріч, протягом яких європейці періодично піднімались у гори із наступним поверненням на рівнину , відбулася адаптація , й у джауї , в сімї вихідців з Європи народилася дитина.
В цей час Аскота (1590) дав перший опис гірської хвороби. Подорожуючи уПіруанських Андах , він відзначив у себе і своїх супутників на висоті 4500м розвиток хворобливого стану і повязував його з розрідженням повітря в наслідок загального зменшення атмосферного тиску. І тільки майже через півтора століття , в 1786 р., Соссюр, який зазнав гірської хвороби при сходженні на монблан, пояснив її виникнення недостатністю кисню і підтвердив тим самим гіпотезу Аскота.
Людина здатна адаптуватися до висотної гіпоксії, спортсмени спеціально тренують свою здатність до адаптації для того, щоб підвищити спортивні досягнення. Гранично можливими для тривалої адаптації (година - десятки годин) до гіпоксії вважаються висоти на рівні близько 8000 метрів. Тривале перебування людини на таких висотах без дихальних кисневих приладів неможливе. Симптоми і течія При сходженні пішки в першу чергу з'являється м'язова слабкість, потім задишка, поглиблене і прискорене дихання, почастішання серцевої діяльності, запаморочення, нудота, блювання. Потім внаслідок розширення кровоносних судин з'являються кровотечі носові, легеневі. Висотна хвороба у осіб, що перебувають у спокої (літаку), часто починається з мозкових явищ: сонливість, запаморочення, апатія, судоми і втрата свідомості. У деяких випадках раптово можуть виникнути явища колапсу. При різких змінах атмосферного тиску (наприклад, швидкому підйомі літака) з'являються сильні болі в придаткових порожнинах (лобових, гайморових), вухах, суглобах. У різних людей буває різна пристосовність до розрідженій атмосфері. Постійно живуть на великих висотах більш пристосовані до нестачі кисню. Велике значення має постійна тренування до підйомів, відоме звикання до розрідженого повітря. Особливо важко переносять підйоми хворі легеневими і серцевими захворюваннями, гіпертонією, які страждають недокрів'ям, хоча в звичайних умовах вони і є практично здоровими (в стані компенсації).