Токсичность кислорода

Вплоть до начала 1990-х годов токсичность кислорода не являлась проблемой для дайверов, поскольку при ис­пользовании воздуха в рамках любительских погружений практически невозможно достигнуть того предела, за которым возникает кислородное отравление.

Более широкое использование в рекреационном дайвинге обогащенного воздуха или найтрокса (воздуха с добавлением кислорода, что позволяет уменьшить содер­жание азота), а также использование техническими дай-верами смесей с повышенным содержанием О₂ и чистого кислорода для декомпрессии, изменило существовавшую ситуацию. В то же время, лечение в условиях рекомпрессии, когда это необходимо, включает в себя вдыхание чистого кислорода под давлением, что может усугублять токсическое действие кислорода высокой концентрации.

Как правило, говорят о двух основных видах токси­ческого действия кислорода. Один из них включает сим­птомы

ЛЕГОЧНАЯ ФОРМА

КИСЛОРОДНОГО ОТРАВЛЕНИЯ

При легочной форме кислородного отравления, также называемой эффектом Лорейна Смита, происходит не­посредственное токсическое воздействие на легкие. В 1899 году Лорейн Смит обнаружил эту форму отравле­ния у подопытных животных. За исключением редких случаев (как правило, они являются результатом игнори­рования ранних симптомов), легочная форма не представляет серьезной опасности. Ее легко предотвратить, соблюдая установленные ограничения длительности/зна­чения повышенного РО₂.

У большинства людей легочная форма кислородно­го отравления проявляется при воздействии РО, выше 0,5 бар/ata в течение длительного времени (чем выше значение РО₂, тем скорее возникает отравление). Таким образом, отравление маловероятно даже при погружении на найтроксе (EANx), если оно проводится в пределах бездекомпрессионных интервалов. На глубине 15 метров РО₂ составляет приблизительно 0,53 бар/ata — казалось бы, есть вероятность проявления легочной формы кис­лородного отравления. Для сравнения, на глубине 40 метров РО₂ равно приблизительно 1,04 бар/ata, но для появления симптомов легочной формы кислородного отравления вам придется провести там более 12 часов. Используя EANx, вы достигаете этих значений РО₂ на меньших глубинах, однако даже в этом случае длитель­ность воздействия повышенного уровня кислорода оста­ется в пределах допустимых значений.

Технические дайверы могут получить легочную форму кислородного отравления, так как они проходят длительную декомпрессию, используя чистый кислород при РО  1,6 бар/ata. Это становится еще более вероятным при совершении серии таких погружений, если интервал между ними со­ставляет менее 24 часов. Исследователи также выявили появление легких симптомов отравления после длитель­ного воздействия РО₂ 0,25 бар/ata, так что теоретически возможно получить легочную форму кислородного от­равления в случае, если вы совершаете большое количес­тво неглубоких погружений с короткими поверхностны­ми интервалами. Однако есть вероятность, что дайвер даже не заметит легких симптомов отравления.

Наиболее ранним и значительным симптомом ле­гочной формы кислородного отравления является раз­дражение легочной ткани. Оно может начаться с легкого раздражения глотки и последующего кашля. В тяжелых случаях может отмечаться продолжительное жжение в груди и неконтролируемый кашель. Легочная форма кислородного отравления также может вызывать умень­шение жизненной емкости легких и снижение способнос­ти к газообмену, хотя эти осложнения встречаются край­не редко. Ни один из этих симптомов не будет представ­лять опасности в случае, если вы приостановите погру­жения и дадите вашему организму отдохнуть.

Как оказывается, организм легко восстанавливается после легочной формы кислородного отравления, если РО₂ возвращается к нормальным значениям (нормальное значение РО₂ равно 0,21 бар/ata). Поскольку в механизм восстановления вовлечены как химические реакции, так и физиологические процессы, его длительность может сильно варьировать. Исследования показали, что время, за которое восстанавливается жизненная емкость легких, в среднем составляет от 10 до 36 часов.

ТОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ КИСЛОРОДА НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ НЕРВНУЮ СИСТЕМУ В условиях дайвинга наиболее значимое токсическое действие кислород оказывает на центральную нервную систему (ЦНС). Причиной этого является возможность возникновения токсичной для ЦНС концентрации кис­лорода при бездекомпрессионных погружениях на EANx. также как и при технических погружениях на EANx и чистом кислороде. В то время как легочная форма кис­лородного отравления чаще всего не представляет серь­езной опасности, токсическое воздействие кислорода на ЦНС может вызвать утопление. Возникновение токси­ческого воздействия на ЦНС, в отличие от легочной формы отравления, не имеет такой зависимости от значе­ния РО и длительности воздействия (экспозиции).

Симптомы токсического поражения ЦНС включа­ют: нарушения зрения (туннельное зрение, неспособ­ность сфокусироваться), нарушение слуха (звон в ушах, появление посторонних звуков), тошноту, судорожные сокращения (особенно мышц лица), повышенную чувс­твительность к внешним раздражителям и головокруже­ние.

Наиболее тревожным симптомом является появле­ние конвульсий или гипероксических судорог. Такие судоро­ги представляют собой потерю сознания с возникновением повторяющихся сильных сокращений практически всех мышц тела в течение минуты. Длительность судорог может уменьшаться при снижении уровня РО₂. Это со­стояние сменяется глубоким учащенным дыханием и пос­тепенным возвращением сознания в течение получаса. Тесты в контролируемых условиях показывают, что сами по себе гипероксические судороги безвредны (хотя и не­приятны), но, находясь под водой, дайвер, скорее всего, потеряет регулятор и утонет. Очевидно, что полнолицевые маски и шлемы несколько снижают риск утопления.

Эксперименты, проведенные еще в 1940-х годах, показали, что чем выше значение РО₂, тем раньше про­является токсическое воздействие кислорода на ЦНС. К сожалению, вероятность возникновения отравления ЦНС значительно меняется не только от человека к че­ловеку, но и у одного и того же дайвера в разные дни, что осложняет планирование погружений. К примеру, в 1947 году доктор Кен Дональд (Королевский морской флот) в течение 90 дней 20 раз подвергал одного и того же доб­ровольца воздействию РО₂ равного 3.0 бар/ata. Время, необходимое для проявления симптомов отравления ЦНС варьировало от 20 минут до 2,5 часов без видимой закономерности.

На восприимчивость человека к токсическому дейс­твию О₂ влияет несколько факторов. Хотя тесты и отче­ты во многом не сходятся, физическая нагрузка, похоже, снижает вашу устойчивость к токсическому воздействию кислорода на ЦНС. Возможно, так происходит потому, что при физической нагрузке во время погружения по­вышается содержание СО₂, что вызывает расширение сосудов и увеличение поступления кислорода к мозгу. Некоторые исследователи сообщают, что, помимо физи­ческой нагрузки, многие лекарства, стимулирующие не­рвную систему, могут вызывать предрасположенность к отравлению ЦНС кислородом.

РАСЧЕТЫ БЕЗОПАСНЫХ ПРЕДЕЛОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ КИСЛОРОДА

Изменения восприимчивости к токсическому воздейс­твию кислорода на ЦНС не позволяют выработать огра­ничений по экспозиции и величине РО₂, но фактически это упрощает ситуацию. Вы можете избежать токсическо­го воздействия кислорода на ЦНС, поддерживая уровень РО₂ на таком низком уровне, чтобы отравление не могло возникнуть никогда. В условиях рекреационного и техни­ческого дайвинга таким уровнем считается РО₂, равное 1,4 бар/ata — для активной части погружения. В техничес­ком дайвинге во время декомпрессионных остановок допустимым значением РО₂ является 1,6 бар/ata, пос­кольку при этом дайвер находится в состоянии покоя.

С другой стороны, легочная форма отравления от­носительно предсказуема. Она рассчитывается в зависи­мости от парциального давления и длительности его воз­действия. Самым простым решением для рекреационных погружений большинство дайверов считают соблюдение единых пределов безопасного воздействия кислорода, разработанных в США Национальной администрацией по океану и атмосфере (NOAA):

Для повышения удобства расчетов при планирова­нии последовательных или многоуровневых погружений, пределы, разработанные NOAA, могут быть представле­ны в виде процентов от максимально допустимых значе­ний экспозиции. Этот принцип лежит в основе Таблицы насыщения кислородом, разработанной DSAT и распро­страняемой PADI, а также «часов ЦНС», широко используемых дайверами. (Пределы NOAA в большей мере направлены на предотвращение легочной формы кисло­родного отравления, нежели отравления ЦНС).

Пределы безопасного воздействия кислорода, разра­ботанные NOAA, были созданы для использования дай-верами-исследователями, которым приходится совер­шать многочисленные погружения в течение нескольких дней подряд. Тем не менее, несмотря на легкость в использовании, эта методика оказалась недостаточно гиб­кой для применения в коммерческом и техническом дай­винге, сопряженном с длительными декомпрессиями в условиях высокого РО₂. В таких случаях дайверы пользу­ются методом Репекса, созданным доктором Р. В. Гамиль­тоном для расчета предельных значений, при которых возникает токсическое воздействие О₂ на легкие.

Метод Репекса позволяет представить токсическое воздействие кислорода в единицах, названных единицами легочной токсичности (OTU):

OTU = время в минутах х [(РО₂ – 0.5) ÷ О.5]^0,83

Допустимое количество OTU в день зависит от со­вокупного воздействия кислорода за несколько дней. На­пример, за один день вы можете набрать 850 OTU, но если вы планируете совершать ежедневные погружения в течение 10 дней, максимальное допустимое количество OTU в день сократится примерно до 300. Если вы срав­ните пределы NOAA с методом Репекса, вы увидите, что по стандартам NOAA допускается накопление 300 OTU в день – лимит по методу Репекса для погружений в тече­ние нескольких дней. Обе системы состоятельны, но ме­тод Репекса более гибкий, поскольку позволяет вам уве­личивать экспозицию в случае, если вы не собираетесь постоянно погружаться в течение многих дней. Нор­мальной практикой в техническом дайвинге является одновременное соблюдение ограничений, рассчитывае­мых по методу Репекса и NOAA/ «часов ЦНС».

Вдыхание 100%-ного кислорода при атмосферном давлении не вызывает риска поражения ЦНС, поскольку РО₂ при этом составляет всего 1.0 бар/ata. Появление серьезных симптомов легочной формы кислородного отравления в этом случае возможно только после 12 ча­сов постоянной экспозиции. Поэтому спасатели в чрез­вычайной ситуации могут давать кислород пациентам (даже дайверам), не опасаясь вызвать кислородное отрав­ление. В больницах, в случае, если пациенту необходимо длительное применение кислорода, его концентрацию обычно снижают.

Другой процедурой, важной для контроля токсичес­кого действия кислорода в техническом дайвинге, явля­ется осуществление воздушных пауз, или, проще говоря, переключение на воздух или другой газ с низким содер­жанием кислорода для того, чтобы на несколько минут уменьшить РО₂. Для этого технические дайверы в про­цессе проведения декомпрессионной остановки на чистом кислороде на глубине 6 метров, переключаются на воздух или самый низкий по содержанию О₂ газ. Такие паузы производятся через каждые 20 минут, при этом их длительность составляет 5 минут. При совершении пог­ружений, требующих более длительной декомпрессии, технические дайверы могут осуществлять воздушные паузы на каждой декомпрессионной остановке, при кото­рой РО₂ достигает 1,6 бар/ata. Некоторые исследования показывают, что более частые и короткие паузы дают лучший эффект (например, трехминутная пауза каждые 10-12 минут). Обычно длительность пауз не учитывается при подсчете общего времени декомпрессии.

Основаниями для проведения воздушных пауз являются научные опыты, которые доказы­вают, что они в заметно увеличивают стойкость к повышению концентрации О₂ и способны отсрочить проявление отравления ЦНС. Фи­зиологи утверждают, что за эти несколько ми­нут происходит частичное восстановление мно­гих процессов, изменяющихся под воздействи­ем токсических концентраций О₂, хотя полное восстановление требует многих часов. Проведе­ние воздушных пауз позволяет в полной мере использовать преимущества этого механизма восстановления и, таким образом, ведет к уменьшению риска кислородного отравления.