Aparato de respiración. Fisiología respiratoria
Foto: mil.ru
Como no encontré publicaciones sobre sistemas respiratorios autónomos en el sitio, decidí llenar un poco este vacío.
Intentaré alejarme de describir los diseños de dispositivos específicos y dar algunos números. El propósito del artículo es revisar los principios generales del aparato y los requisitos previos para su creación.
Al mismo tiempo, no se puede prescindir de citar algunas cifras al describir los procesos que ocurren en el cuerpo humano durante el uso de estos dispositivos. Y es por la misma razón que es necesario tocar un poco la fisiología de la respiración humana.
Básicamente, por supuesto, este será un artículo sobre aparatos utilizados para respirar bajo el agua. Es decir, con mayor presión externa. Simplemente porque el aparato respiratorio de presión atmosférica o reducida es una versión simplificada de un vehículo submarino.
Por la misma razón, consideraremos principalmente los dispositivos utilizados por los aficionados al buceo submarino. Exactamente para aficionados, ya que los buceadores profesionales utilizan dispositivos simples de circuito abierto y su logro de grandes profundidades y duraciones de buceo está asegurado por equipos auxiliares. Como vehículos de descenso, cámaras de presión, fisiólogos especiales, equipos de apoyo, etc., etc.
Y aquí abordaré los problemas de la influencia del aumento de la presión en el cuerpo humano, ya que sin esto será difícil explicar algunas de las características de diseño de los aparatos respiratorios, así como la composición de las mezclas de gases que se utilizan en ellos.
Algunas abreviaturas para reducir el número de caracteres del texto.
El gas inerte es un gas que no participa en los procesos químicos del cuerpo.
La presión parcial es el valor absoluto de la presión del gas incluido en la mezcla de gases. A menudo se indica junto con el valor de presión de la mezcla de gases. La unidad de medida es ata. 1 ata = 1 atmósfera a nivel del mar.
Fisiología
Entonces, un poco de fisiología.
El propósito de la respiración es saturar la sangre con oxígeno, que es necesario para garantizar los procesos fisiológicos en el cuerpo y eliminar el dióxido de carbono, que se forma como resultado de estos mismos procesos.
Para llevar a cabo este intercambio de gases en el cuerpo humano, se proporciona un órgano especial: los pulmones.
La superficie interna de los pulmones está revestida de células alveolares. A través de las membranas de estas células, hay una transición de la sangre, que es un líquido, el dióxido de carbono disuelto en ella, al aire contenido en los pulmones, y la transición del oxígeno del aire a la sangre.
Cabe señalar aquí que el intercambio de gases alveolares ocurre bajo la condición de una DIFERENCIA en las presiones parciales de gases en la sangre y en la mezcla respiratoria en los pulmones.
Es decir, tener aire como mezcla respiratoria: 0,79 atm de nitrógeno y 0,21 atm de oxígeno (para simplificar la presentación), y sangre venosa del otro lado de los alvéolos con 0,06 atm de oxígeno, 0,059 atm de dióxido de carbono y 0,78 ATA. de nitrógeno, como resultado del intercambio de gases, obtenemos sangre arterial con 0,125 ATA de oxígeno, 0,052 ATA de dióxido de carbono y el mismo 0,78 ATA de nitrógeno.
En consecuencia, la composición del gas exhalado de los pulmones de 0,79 atm de nitrógeno, 0,17 atm de oxígeno y 0,04 atm de dióxido de carbono también cambia.
De esto se deduce que en este intercambio de gases, el nitrógeno es un gas inerte, ya que su cantidad en la mezcla inhalada y exhalada es la misma. Y también el hecho de que el cuerpo humano asimila solo el 4% del oxígeno del aire. Esto es importante para comprender los requisitos previos para crear un aparato respiratorio de circuito cerrado.
Dado que los pulmones son una especie de recipiente ubicado dentro del cuerpo, es necesario asegurar la circulación del gas para asegurar un intercambio continuo de gases. Es decir, los pulmones deben cambiar su volumen. Aumentar - inhalar - disminuir - exhalar. Hay 2 grupos de músculos principales responsables de esto en el cuerpo: la membrana y los músculos intercostales externos.
Y aquí me gustaría señalar una característica fisiológica.
Los receptores responsables de la respiración, es decir, los que inducen a una persona a inhalar, responden no a una falta de oxígeno en la sangre, sino a un exceso de dióxido de carbono. Y este es un punto muy importante.
De hecho, incluso si hay suficiente oxígeno en la sangre de por vida, una persona se asfixiará y tendrá una mayor concentración de dióxido de carbono. Y teniendo, por ejemplo, nitrógeno al 100% como mezcla respiratoria, una persona morirá sin siquiera entender por qué.
Es simple.
El nitrógeno, que circula por los pulmones, eliminará el dióxido de carbono de la sangre. Pero el oxígeno no fluirá hacia la sangre y la persona simplemente morirá, habiendo perdido previamente el conocimiento por hipoxia.
Por consiguiente, la tarea del aparato respiratorio es suministrar una mezcla respirable a los pulmones y eliminar el gas de escape de los pulmones.
En este caso, el gas a la entrada del sistema respiratorio debe estar a una presión aproximadamente correspondiente a la presión ambiental. Después de todo, si la presión es muy alta, existe el riesgo de dañar el sistema respiratorio de la misma manera que un globo explota si se le suministra gas a una presión que excede la fuerza de estallido.
Y si la presión es demasiado baja, los músculos responsables de la respiración simplemente no pueden crear el vacío necesario para llenar los pulmones de gas. Por eso nadie fabrica tubos respiratorios largos.
De hecho, si una persona que se encuentra a una profundidad de, por ejemplo, 1 metro de agua, intenta inhalar a través de un tubo de este tipo, sus pulmones tendrán que superar la presión de 1/10 ata. Y este mismo momento llevó a la aparición de aparatos respiratorios de dos etapas.
Y además, precisamente por la limitación de nuestros pulmones, como una especie de bomba, la respiración líquida es casi imposible, sin importar lo que demuestre nuestro conocedor de camas elásticas y al mismo tiempo el jefe de Roscosmos.
Esto concluye sobre fisiología y va directamente al aparato.
Aparato
En este momento, el aparato respiratorio más utilizado se puede dividir en dos grupos principales.
1. Dispositivos de ciclo abierto, que a su vez se dividen en:
a) monoetapa;
b) de dos etapas.
2. Dispositivos de tipo cerrado.
En el curso de la discusión con los editores, decidí no clasificar los dispositivos cerrados en absoluto, ya que casi todos los dispositivos tienen sus propias características. Por lo tanto, solo daré los tipos de aparatos principales o más utilizados del segundo grupo.
a) dispositivos semicerrados con suministro de gas activo (Rebreather semicerrado activo - ASCR);
b) dispositivos semicerrados con suministro de gas pasivo (Rebreather semicerrado pasivo - PSCR);
c) Aparato cerrado con control electrónico de suministro de gas (Rebreather electrónico de círculo cerrado - ECCR).
Será apropiado mencionar aquí que hay otro tipo de aparato: Rebreather de círculo cerrado manual (MCCR), pero no quiero señalarlo como un tipo separado. Explicaré por qué cuando escribo sobre un dispositivo electrónico.
Entonces esta es la primera parte.
Si alguien está interesado en el tema, habrá una continuación ...
información