Образование газовых пузырьков

Если бы механизм образования газовых пузырьков в тканях был точно известен, то проблема борьбы с декомпрессионной болезнью было бы легче решить. В контролируемых условиях можно насытить тот или иной растворитель газом и затем значительно снизить окружающее давление; при этом можно сделать так, что образования газовых пузырьков не произойдет. Однако система растворителя и газа должна быть в таком случае совершенно неподвижной. Малейшее колебание такой системы приводит к интенсивному образованию газовых пузырьков.

Образование и рост газового пузырька начинаются с газового ядра, которое при своем росте должно преодолеть силы поверхностного натяжения, возникающие при образовании пузырька. Поверхностное натяжение выражено наиболее сильно при наименьшей величине пузырька, по мере его увеличения силы поверхностного натяжения слабеют. Более того, как только возникает пузырек — независимо от газа, из которого он образуется, — сразу же в это пространство устремляются другие растворенные газы, в результате чего создается новое газовое равновесие. Если напряжение газов в растворе велико, то поверхностное натяжение возникших пузырьков преодолевается довольно быстро и пузырьки начинают расти.

Harvey (1955) описал очень простой и интересный эксперимент, в котором он продемонстрировал проявление этого эффекта. Он использовал длинную трубку, расположенную в вертикальном положении, в которой слой воды, насыщенный углекислым газом, располагался над, слоем воды, насыщенной воздухом. Над ним располагался еще один слой воды, насыщенной воздухом. Верхняя часть этой трубки была подсоединена в вакуумному насосу. По мере уменьшения давления в трубке по ее дну слегка постукивали. При этом со дна начинали медленно всплывать мелкие пузырьки. После того как эти пузырьки достигали слоя воды, насыщенной углекислым газом, они неожиданно увеличивались в размере и начинали всплывать быстрее. Эти пузырьки, однако, вновь уменьшались в размерах и замедляли скорость своего движения вверх при прохождении через верхний «воздушный» слой воды.

Из этого опыта стало очевидно, что при образовании пузырьков в тканях организма человека, богатых водой, в состав пузырьков будут входить пропорциональные количества всех других газов, находящихся в растворе. Это положение относится в одинаковой степени и к жировой ткани, так как все газы с успехом диффундируют в нее, принимая участие в образовании газовых пузырьков.

Известно, что движение способствует образованию газовых пузырьков. В водолазной практике физическая нагрузка рассматривается как фактор, предрасполагающий к появлению декомпрессионной болезни, связанной с образованием пузырьков азота в органах и тканях, хотя теоретически физическая нагрузка должна, казалось бы, способствовать рассасыванию газовых пузырьков и выведению азота из организма.

При декомпрессии газовые пузырьки образуются с большей легкостью в тех тканях, которые в большей степени насыщены газами. Hickey и Stembridge (1958) описали ряд случаев, когда в результате внезапной декомпрессии образование газовых пузырьков происходило в жировых клетках, приводя к разрыву клеточных мембран и к высвобождению свободного жира в кровяное русло. Пузырьки азота наиболее часто образуются в тканях, окружающих суставы, где имеются небольшие жировые депо в прослойках плотной ткани. Плотная ткань препятствует увеличению размеров газовых пузырьков, которые благодаря этому начинают оказывать давление на чувствительные нервные окончания. Образование газовых пузырьков в жировых отложениях центральной нервной системы может привести к резкому сдавлению нервов, носящему местный характер.

В то же время признаки возникновения газовых пузырьков и симптомы, связанные с их образованием в крупных жировых отложениях подкожной клетчатки и брыжейки, отсутствуют.

Следует иметь в виду, что до появления симптомов поражения газовые пузырьки, растущие в органах и тканях, должны достичь определенного размера. Независимо от места образования газовых пузырьков в тканях механизм высвобождения азота из той или иной ткани будет различным. Высвобождение азота в образовавшиеся газовые пузырьки, циркулирующую кровь и, возможно, в жировую ткань, в которой при определенных условиях пузырьки долго не рассасываются, происходит путем диффузии. Все исследователи, работавшие над изучением проблем, связанных с декомпрессией, представили веские доказательства того, что путь высвобождения азота из организма при декомпрессии в корне отличается от того пути, по которому он попадает в организм во время повышения давления, причем скорость выведения азота из организма в таких случаях меньше скорости насыщения организма азотом во время повышения давления.

Мы уже упоминали о том, что газовый пузырек должен содержать все газы, растворенные в крови и тканях организма. Этот факт делает использование газовых смесей в качестве средства уменьшения времени декомпрессии нерациональным. Истинная степень насыщения жидкостей организма каждым газом по сравнению с азотом гораздо ниже, однако при образовании газовых пузырьков может иметь место эффект суммирования газовых концентраций. Кислород обычно в качестве источника образования газовых пузырьков в организме не рассматривается, так как любой избыток кислорода в тканях быстро вовлекается в процесс метаболизма. Однако с чисто физической точки зрения кислород можно рассматривать в качестве одного из источников образования газовых пузырьков. Эта гипотеза была проверена Donald (1955) на козах. Вообще говоря, козы оказались при проведении исследований в области подводной медицины весьма ценными экспериментальными животными. Их реакции в ответ на декомпрессию весьма напоминают реакции человеческого организма. Особенно это касается специфических поражений кессонной болезнью суставов ног, которые во время опыта должны быть приподнятыми над полом в слегка согнутом положении. При проведении исследований коз помещали в рекомпрессионные камеры с давлением, эквивалентным давлению на глубине 45 м, где животные находились в течение часа и дышали газовой смесью, содержащей 64 % кислорода, после чего следовала быстрая декомпрессия. При обнаружении у животных признаков кислородного отравления их исключали из опыта. Так, по этой причине одно животное из восьми, взятых в опыт, было из дальнейшей работы исключено. Из оставшихся 7 животных одно в результате быстрой декомпрессии совершенно не пострадало, в то время как у других животных в пределах 5 минут пребывания на поверхности были обнаружены признаки резко выраженной декомпрессионной болезни, сопровождаемой беспокойством, хрипами в легких и одышкой. Козы при этом ложились на пол. Однако через 5 минут после этого у них без какого-либо лечения наступало полное восстановление первоначального состояния, чего никогда не бывает в том случае, если декомпрессионная болезнь с такими проявлениями вызывается путем образования в тканях пузырьков азота. У контрольных животных, которые погружались на такую же глубину с меньшим количеством кислорода, но с одинаковым количеством азота во вдыхаемом воздухе, развития симптомов декомпрессионной болезни также не наблюдалось.

Несмотря на то что эта работа в настоящее время представляет интерес скорее с академической, чем с практической, - точки зрения, она служит лишним доказательством сложности решения проблемы декомпрессионной болезни.

К решению этой проблемы можно подойти двояко. Если мы считаем, что декомпрессионные таблицы должны быть более рациональными, в них следует внести поправку на действие различной температуры морской воды и характера работы человека под водой. Следует также учитывать и индивидуальные колебания в протекании некоторых процессов в организме. Для этого необходимо провести определенные исследования с целью определения скорости выведения азота из организма того или иного испытуемого. Эти данные должны быть подвергнуты специальной оценке. Максимум того, что можно достичь в этом направлении, заключается в составлении индивидуальных декомпрессионных таблиц для каждого водолаза, в которых нашли бы свое отражение индивидуальные особенности адаптации того или иного человека к изменениям окружающего давления.

К решению этой проблемы можно было бы подойти и с точки зрения значительного сокращения времени, затрачиваемого на декомпрессию водолазов при многократных погружениях. Если водолаз остается на грунте неопределенно долго, то со временем в его организме образуется новое газовое равновесие в соответствий с окружающим давлением. При наступлении этой стадии человек должен подчиняться правилам, предусмотренным определенной декомпрессионной таблицей независимо от того, начинает ли он немедленный подъем или продолжает оставаться на грунте. Так, например, если человек адаптируется к пребыванию в сухом герметичном подводном убежище, то он может находиться там в комфортных условиях в течение дней или даже недель, выходя из него время от времени в водолазном снаряжении для выполнения определенных заданий под водой. Очень важно независимо от глубины расположения подводного убежища, чтобы атмосфера внутри этого убежища сохраняла безопасную концентрацию компонентов, входящих в состав газовой смеси. Так, например, может возникнуть необходимость снижения в ней процентного содержания кислорода для того, чтобы парциальное давление кислорода находилось на безопасном уровне. Очень важна тщательная проверка состава газовой среды замкнутого пространства и ее очистка. Следует отметить, что эта проблема на атомных подводных лодках, которые могут находиться в отрыве от земной атмосферы в течение многих недель, уже решена. Доказано также, что погружения из подводного убежища могут быть произведены на гораздо большие глубины по сравнению с погружениями с поверхности при экономии времени на декомпрессию. Такие подводные убежища могут быть и подвижными. Человек может осуществлять выход в воду и из некоторых типов подводных лодок. После выполнения определенного задания водолаз вновь возвращается в подводную лодку, не затрачивая большого количества времени на обычную декомпрессию.

Экономические перспективы такого пребывания человека под водой вполне очевидны, что было подтверждено при проведении разнообразных подводных исследований. Очень может быть, что освоение человеком Мирового океана с помощью подводных герметических баз окажется столь же важным для блага человечества, как и освоение им космического пространства.

Смотрите также