Средняя скорость плавания под водой в гидроодежде с дыхательным аппаратом 0,3-0,5 м/с. На коротких дистанциях хорошо подготовленные пловцы могут развивать скорость 0,7-1 м/с, отлично подготовленные - до 1,5 м/с (5,4 км/час).
Видимость в воде зависит от количества и состава растворенных в ней веществ, взвешенных частиц, которые рассеивают световые лучи. В мутной воде даже при ясной солнечной погоде видимость почти отсутствует. Глубина проникновения света в толщу воды зависит от угла падения лучей и состояния водной поверхности. Косые солнечные лучи, падающие на поверхность воды, проникают на малую глубину, и большая часть их отражается от поверхности воды. Слабая рябь или волна резко ухудшают видимость в воде.
На глубине 10 и освещенность в 4 раза меньше, чем на поверхности. На глубине 20 и освещенность уменьшается в 8 раз, а на глубине 50 и - в несколько десятков раз. Лучи с различной длиной волны поглощаются неравномерно. Длинноволновая часть видимого спектра (красные лучи) почти полностью поглощается поверхностными слоями воды. Коротковолновая часть (фиолетовые лучи) в наиболее прозрачной океанской воде может проникать на глубину до 1000 м. Зеленые лучи не проникают глубже 100 м.
Зрение под водой имеет свои особенности. Вода обладает примерно такой же преломляющей способностью, как и оптическая система глаза. Если пловец погружается без маски, то лучи света проходят через воду и попадают в глаз, почти не преломляясь. При этом лучи сходятся не у сетчатой оболочки, а значительно дальше, за ней. В результате острота зрения ухудшается в 100-200 раз, а поле зрения уменьшается, изображение предметов получается неясным, расплывчатым, и человек становится как бы дальнозорким.
При погружении пловца-подводника в маске световой луч из воды проходит слой воздуха в маске, попадает в глаз и преломляется в его оптической системе как обычно. Но пловец-подводник при этом видит изображение предмета несколько ближе и выше его действительного местоположения. Сами же предметы кажутся под водой значительно больше, чем в действительности. Но опытные пловцы приспосабливаются к этим особенностям зрения и не испытывают затруднений.
Резко ухудшается в воде цветоощущение. Особенно плохо воспринимаются синий и зеленый цвета, которые близки к естественной окраске воды, лучше всего - белый и оранжевый.
Ориентирование под водой представляет определенные трудности. На поверхности человек ориентируется в окружающей среде с помощью зрения, а равновесие его тела поддерживается с помощью вестибулярного аппарата, мышечно-суставного чувства и ощущений, возникающих во внутренних органах и коже при изменении положения тела. Он все время испытывает действие силы тяжести (чувство опоры) и воспринимает малейшее изменение положения тела в пространстве.
При плавании под водой человек лишен привычной опоры. В этих условиях из органов чувств, ориентирующих человека в пространстве, остается надежда лишь на вестибулярный аппарат, на отолиты которого продолжают действовать силы земного тяготения. Особенно затруднено ориентирование под водой человека с нулевой плавучестью. Под водой пловец с закрытыми глазами допускает ошибки в определении положения тела в пространстве на угол 10-25°.
Больше значение для ориентирования под водой имеет положение человека. Наиболее неблагоприятным считается положение на спине с запрокинутой назад головой. При попадании в слуховой проход холодной воды вследствие раздражения вестибулярного аппарата у пловца появляется головокружение, затрудняется определение направления и ошибка часто достигает 180°.
Для ориентирования под водой пловец вынужден использовать внешние факторы, сигнализирующие о положении тела в пространстве: движение пузырьков выдыхаемого воздуха, буйки и т.п. Большое значение для ориентирования под водой имеет тренировка.
Слышимость в воде ухудшаемся, так как звуки под водой воспринимаются преимущественно путем костной проводимости, которая на 40% ниже воздушной. Дальность слышимости при костной проводимости зависит от тональности звука: чем выше тон, тем лучше слышен звук. Это имеет практическое значение для связи пловцов между собой и с поверхностью.
Звук в воде распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в атмосфере, поэтому под водой сигнал от источника звука, расположенного сбоку, поступает в оба уха почти одновременно, разница составляет менее 0,00001 секунды. Столь незначительная разница по времени поступления сигнала плохо дифференцируется, и четкого пространственного восприятия звука не происходит. Следовательно, установить направление на источник звука под водой человеку трудно.
Охлаждение организмам воде протекает гораздо интенсивнее, чем на воздухе. Теплопроводность воды в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза больше, чем воздуха. Если на воздухе при 4°С человек может без особой опасности для своего здоровья находиться в течение 6 часов и при этом температура тела у него почти не понижается, то в воде при такой же температуре незакаленный человек без защитной одежды в большинстве случаев погибает от переохлаждения уже спустя 30-40 минут. Охлаждение организма усиливается с понижением температуры воды и при наличии течения.
В воздушной среде интенсивные теплопотери при температуре воздуха 15-20°С происходят в результате излучения (40-45%) и испарения (20-25%), а на долю теплоотдачи с помощью проведения приходится лишь 30-35%. В воде у человека без защитной одежды тепло в основном теряется в результате проведения. На воздухе теплопотери происходят с площади, составляющей около 75% поверхности тела, так как между соприкасающимися поверхностями ног, рук и соответствующими областями туловища существует теплообмен. В воде же теплопотери происходят со всей поверхности тела.
Воздух, непосредственно соприкасающийся с кожей, быстро нагревается и фактически имеет более высокую температуру, чем окружающий. Даже ветер не может полностью удалить с кожи этот слой теплого воздуха. В воде с ее большой удельной теплоемкостью и большой теплопроводностью слой, прилегающий к телу, не успевает нагреваться и легко вытесняется холодной водой. Поэтому температура поверхности тела в воде понижается интенсивнее, чем на воздухе. Кроме того, вследствие неравномерного гидростатического давления воды нижние области тела, которые испытывают большее давление, охлаждаются быстрее и имеют температуру кожи ниже, чем верхние, менее обжатые водой.
Тепловые ощущения организма на воздухе и в воде при одной и той же температуре различны. В таблице дана сравнительная характеристика ощущений человека при одинаковой температуре воды и воздуха.
Тепловые ощущения организма на воздухе и в воде
Среда Температура среды, гр. С
13 23 33
Воздух Прохладный Безразличный Теплый Вода Холодная Прохладная Безразличная
Вследствие интенсивного охлаждения и обжатия гидростатическим давлением кожная чувствительность в воде понижается, болевые ощущения притупляются, поэтому могут оставаться незамеченными небольшие порезы и даже раны.
При спусках под воду в гидрозащитной одежде температура кожи понижается неравномерно. Наибольшее падение температуры кожи отмечается в конечностях.
Кровообращение под водой в силу неравномерного гидростатического давления на различные участки тела имеет свои особенности. Например, при вертикальном положении человека среднего роста (170 см) в воде независимо от глубины погружения его стопы будут испытывать гидростатическое давление на 0,17 кг/см2 больше, чем голова. К верхним областям тела, где давление меньше, кровь приливает (полнокровие), от нижних областей тела, где давление больше, отливает (частичное обескровливание). Такое перераспределение тока крови увеличивает нагрузку на сердце, которому приходится преодолевать большее сопротивление движению крови по сосудам.
При горизонтальном положении тела в воде разность гидростатического давления на грудь и спину невелика - всего 0,02-0,03 кг/см2 и нагрузка на сердце возрастает незначительно.
Дыхание под водой возможно лишь при том условии, что внешнее давление воды равно внутреннему давлению воздуха в системе "легкие - дыхательный аппарат". Несоблюдение этого равенства затрудняет дыхание или делает его вообще невозможным. Так, дыхание через трубку на глубине 1 метр при разности между внешним и внутренним давлением 0,1 кг/см2 требует большого напряжения дыхательных мышц и долго продолжаться не может, а на глубине 2 метра дыхательные мышцы уже не в состоянии преодолеть давление воды на грудную клетку.
(Если считать площадь грудной клетки 6000 см2, то на глубине 2 и (гидростатическое давление 0,2 кг/см2) усилие со стороны воды на грудную клетку составит 0,2 х 6000 = 1200 кг!
Человек в покое на поверхности делает 12-24 вдохов-выдохов в минуту, и его легочная вентиляция (минутный объем дыхания) составляет 6-12 л/мин.
В нормальных условиях при каждом вдохе-выдохе в легких обменивается не более 1/6 всего находящегося в них воздуха. Остальной воздух остается в альвеолах легких и является той средой, где происходит газообмен с кровью. Альвеолярный воздух имеет постоянный состав и в отличие от атмосферного содержит 14% кислорода, 5,6% углекислого газа и 6,2% водяных паров. Даже незначительные изменения в его составе приводят к физиологическим сдвигам, которые являются компенсаторной защитой организма. При значительных изменениях компенсаторная защита не будет справляться, в результате возникнут болезненные (патологические) состояния.
Не весь воздух, попадающий в организм, достигает легочных альвеол, где происходит газообмен между кровью и легкими. Часть воздуха заполняет дыхательные пути организма (трахею, бронхи) и не участвует в процессе газообмена. При выдохе этот воздух удаляется, не достигнут альвеол. При вдохе в альвеолы вначале поступает воздух, который остался в дыхательных путях после выдоха (обедненный кислородом, с повышенным содержанием углекислого газа и водяных паров), а затем свежий воздух.
Объем дыхательных путей организма, в которых воздух увлажняется и согревается, но не участвует в газообмене составляет примерно 175 см3. При плавании с дыхательным аппаратом (дыхательной трубкой) общий объем дыхательных путей (организма и аппарата) увеличивается почти в два раза. При этом вентиляция альвеол ухудшается и снижается работоспособность.
Интенсивные мышечные движения под водой требуют большого расхода кислорода, что приводит к усилению легочной вентиляции, в результате увеличивается скорость потока воздуха в дыхательных путях организма и аппарата (дыхательной трубки). При этом пропорционально квадрату скорости потока воздуха возрастает сопротивление дыханию. С увеличением плотности сжатого воздуха соответственно глубине погружения сопротивление дыханию также возрастает.
А это оказывает существенное влияние на длительность и скорость плавания под водой. Если сопротивление дыханию достигает 60-65 мм рт. ст., то дышать становится трудно и дыхательные мышцы быстро утомляются. Растягивая по времени фазу вдоха и выдоха, можно уменьшить скорость потока воздуха в дыхательных путях, что приводит к некоторому снижению легочной вентиляции, но в то же время заметно уменьшает сопротивление дыханию.
Влияние на организм парциального давления газов
Газы, входящие в состав воздуха для дыхания, оказывают влияние на организм человека в зависимости от величины их парциального (частичного) давления.
Азот воздуха начинает практически оказывать токсическое действие при парциальном давлении 5,5 кг/см2. Так как в атмосферном воздухе содержится примерно 78% азота, то указанному парциальному давлению азота соответствует абсолютное давление воздуха 7 кг/см2 (глубина погружения - 60 м). На этой глубине у пловца появляется возбуждение, снижаются трудоспособность и внимательность, затрудняется ориентировка, иногда наблюдается головокружение. На больших глубинах (80-100 м) развиваются зрительные и слуховые галлюцинации. Практически на глубинах свыше 80 метров пловец становится нетрудоспособным, и спуск на эту глубину при дыхании воздухом возможен только на очень короткое время.
Кислород в больших концентрациях даже в условиях атмосферного давления действует на организм отравляюще. Так, при парциальном давлении кислорода 1 кг/см2 (дыхание чистым кислородом в атмосферных условиях) уже после 72-часового дыхания в легких развиваются воспалительные явления. При парциальном давлении кислорода более 3 кг/см2 через 15-30 мин возникают судороги и человек теряет сознание. Факторы, предрасполагающие к возникновению кислородного отравления, это: содержание во вдыхаемом воздухе примеси углекислого газа, напряженная физическая работа, переохлаждение или перегревание.
При малом парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе (ниже 0,16 кг/см2) кровь, протекая через легкие, насыщается кислородом не полностью, что приводит к снижению работоспособности, а в случаях острого кислородного голодания - к потере сознания.
Углекислый газ. Поддержание нормального содержания углекислого газа в организме регулируется центральной нервной системой, которая очень чувствительна к его концентрации. Повышенное содержание углекислого газа в организме приводит к отравлению, пониженное - к снижению частоты дыхания и его остановке (апноэ). В нормальных условиях парциальное давление углекислого газа в атмосферном воздухе составляет 0,0003 кг/см2. Если парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом воздухе повысится более 0,03 кг/см2, организм уже не справится с выведением этого газа путем усиленного дыхания и кровообращения и могут наступить тяжелые расстройства.
Следует иметь в виду, что парциальному давлению 0,03 кг/см2 на поверхности соответствует концентрация углекислого газа 3%, а на глубине 40 м (абсолютное давление 5 кг/см2) - 0,6%. Повышенное содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе усиливает токсическое действие азота, которое уже может проявиться на глубине 45 м. Вот почему необходимо строго следить за содержанием углекислого газа во вдыхаемом воздухе.
Насыщение организма газами. Пребывание под повышенным давлением влечет за собой насыщение организма газами, которые растворяются в тканях и органах. При атмосферном давлении на поверхности в организме человека массой 70 кг растворено около 1 л азота. С повышением давления способность тканей организма растворять газы увеличивается пропорционально абсолютному давлению воздуха. Так, на глубине 10 и (абсолютное давление воздуха для дыхание 2 кг/см2) в организме уже может быть растворено 2 л азота, на глубине 20 и (3 кг/см2) - Зл азота и т.д.
Степень насыщения организма газами зависит от их парциального давления, времени пребывания под давлением, а также от скорости кровотока и легочной вентиляции. При физической работе частота и глубина дыхания, а также скорость кровотока увеличиваются, поэтому насыщение организма газами находится в прямой зависимости от интенсивности физической нагрузки пловца-подводника. При одинаковой физической нагрузке скорость кровотока и легочная вентиляция у тренированного человека возрастают в меньшей степени, чем у нетренированного, и насыщение организма газами будет различным. Поэтому необходимо обращать внимание на повышение уровня физической тренированности, на устойчивое функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Снижение давления (декомпрессия) вызывает насыщение организма от индифферентного газа (азота). Избыток растворенного газа при этом попадает из тканей в кровяное русло и током крови выносится в легкие, откуда путем диффузии удаляется в окружающую среду. При слишком быстром всплытии растворенный в тканях азот образует пузырьки различной величины. Током крови они разносятся по всему телу и вызывают закупорку кровеносных сосудов, что приводит к декомпрессионной (кессонной) болезни.
Газы, образовавшиеся в кишечнике пловца-подводника в период пребывания его под давлением, при всплытии расширяются, что может привести к болям в области живота (метеоризму). Поэтому всплывать с глубины на поверхность нужно медленно, а в случае длительного пребывания на глубине с остановками в соответствии с таблицами декомпрессии.
Влияние на организм задержки дыхания при нырянии
Особенностью ныряния является задержка дыхания во время интенсивной физической нагрузки, когда в организм не поступает кислород, столь необходимый для работы мышц и, главное, мозга. При этом в зависимости от нагрузки потребление кислорода увеличивается до 1,5-2 л/мин. Охлаждающее действие воды тоже способствует увеличению потребления кислорода, вызывая кислородную недостаточность. Кроме того, задержка дыхания на вдохе сопровождается повышением внутрилегочного давления до 50-100 мм вод. ст., что затрудняет приток крови к сердцу и ухудшает внутрилегочное кровообращение.
В воде во время ныряния потребность сделать вдох некоторое время не ощущается. Это происходит до тех пор, пока парциальное давление углекислого газа в крови не достигнет величины, необходимой для возбуждения дыхательного центра. Но и в этом случае усилием воли можно подавить потребность сделать вдох и остаться под водой. При продолжительном воздействии углекислого газа на дыхательный центр его чувствительность понижается. Поэтому нестерпимая вначале потребность сделать вдох в дальнейшем притупляется.
Появление потребности сделать вдох является для ныряльщика сигналом к всплытию на поверхность. Если же ныряльщик не всплывает, то по мере расхода запасов кислорода, содержащегося в воздухе легких, начинают развиваться явления кислородного голодания, которые быстротечны и заканчиваются неожиданной потерей сознания. Кислородное голодание - наиболее частая причина гибели при нырянии.
На глубине парциальное давление кислорода соответственно выше, что позволяет ныряльщику дольше находиться под водой без ощущения признаков кислородного голодания. Например, на глубине 30 м (абсолютное давление воздуха 4 кг/см2) при снижении содержания кислорода в воздухе легких до 5% ныряльщик чувствует себя хорошо, так как парциальное давление кислорода в легких такое же, как в атмосферном воздухе.
Во время всплытия парциальное давление кислорода начнет быстро падать как за счет потребления кислорода, так и главным образом за счет снижения абсолютного давления. На глубине 20 и оно будет ниже 0,15 кг/см2, на глубине 10 м - ниже 0,1 кг/см2, у поверхности - ниже 0,05 кг/см2, а такое низкое парциальное давление кислорода приводит к потере сознания.