Сопротивление воздушному потоку. Пределы внешней работы затрачиваемой на дыхание
Одно из первых ранних исследований влияния внешнего сопротивления дыханию было проведено Silverman и сотрудниками в 1945 г. Оно главным образом касалось защитного дыхательного снаряжения и поэтому не включало рассмотрение эффектов плотности газов или гидростатического давления. Авторы определили сопротивление указанных аппаратов с учетом перепада давлений, возникающего при постоянной скорости потока 85 л/мин. Цитируемые авторы рекомендовали в качестве максимально переносимого перепада давлений при этой скорости потока величину
6.4 см вод. ст. во время вдоха и 4,1 см вод. ст. во время выдоха. Этот интервал показывает, что снаряжение можно использовать при тяжелой физической нагрузке. В снаряжение входили дыхательные аппараты, имеющие сопротивление
4.5 см вод. ст.(л-1с) на вдохе и 2,9 см вод. ст.(л-1с) на выдохе при скорости газового потока 1,42 л/с.
На основе экспериментов Silverman, Mead в 1955 г. рассчитал, что общее сопротивление дыханию не должно превышать 12 см вод. ст.(л-1с). В результате экспериментов авторы сделали предположение, что при дыхании воздухом респираторное сопротивление будет оставаться ниже этой величины до глубины 81 м. Mead измерил сопротивление двух систем с открытым циклом дыхания на поверхности и на основе полученных результатов сделал вывод, что при использовании дыхательных аппаратов в условиях повышенного давления воздуха величина их сопротивления будет намного превышать рекомендованную.
Измерения были сделаны при максимальных зарегистрированных скоростях дыхательного потока в состоянии покоя и во время тяжелой физической нагрузки, соответствующей потреблению кислорода около 2 л/мин. Примечательно, что несмотря на турбулентный характер потока вследствие работы легочного автомата, сопротивление на вдохе не зависело от скорости потока газа. Величины сопротивлений намного ниже рекомендуемых Mead в 1955 г., а величины во время физической нагрузки совместимы с предложенными Slilvermarr и сотрудниками. Однако следует заметить, что эти данные не учитывают влияний, которые будут оказывать иммерсия и увеличенная плотность газов на дыхательное усилие, направленное на преодоление внутренних факторов.
Пределы внешней работы, затрачиваемой на дыхание. Silverman и сотрудники в 1945 г. на основе поставленных ими экспериментов по изучению переносимости внешнего сопротивления дыханию рассчитали, что внешняя мощность, затрачиваемая на дыхание, не должна превышать 0,6% от общей интенсивности физической работы, выполняемой водолазом. Cooper в 1960 г. вычислил величину внешней работы, затрачиваемой на дыхание, при использовании различного дыхательного снаряжения на основе диаграмм давление — объем, полученных на работающих испытуемых, а также в технических экспериментах на установке с помпой, генерирующей синусоидальный поток газа для имитации процесса легочной вентиляции.
Cooper отметил, что рассчитанная Silverman внешняя мощность дыхания основывалась на среднем респираторном давлении и скоростях газового потока. Допуская синусоидальную форму волны дыхания и ламинарные условия потока для «фиксированных резисторов», предложенных Silverman, Cooper сделал пересчет рекомендованной величины внешней мощности дыхания и получил значение равное 0,74% от общей интенсивности физической нагрузки. На основании собственных исследований, а также используя данные Silverman и сотрудников, Cooper установил пределы внешней работы, затрачиваемой на дыхание. Максимально переносимая физическая нагрузка на органы дыхания, за пределами которой могут возникнуть опасный дискомфорт и физиологические нарушения, установлена равной 0,25 кгм/л (2,45 Дж/л)1, а рекомендованный предел респираторной работы, гарантирующий комфортное дыхание, составляет половину указанной величины, т. е. 0,125 кгм/л.
Хотя эти пределы линейны, когда выражены как потребность в респираторной мощности (например, 0,25V кгм/мин), на практике же при использовании большинства дыхательных аппаратов они нелинейны по характеру, и поэтому их критические величины, более вероятно, могут появляться при максимальной легочной вентиляции.
