Текст книги "Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)"

meta:

author:

fio[ru]: В.В. Смолин, Г.М. Соколов, Б.Н. Павлов, В.М. Баранов

codes:

next:

type: dklinrek

code: III.VII

type: dkli00157

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Гелий впервые обнаружили в спектре протуберанцев Солнца в 1868 г. французский астроном P.J.C. Janssen и английский физик J.N. Lockyer. В 1881г. гелий был открыт в вулканических газах (фумаролах) Везувия, а в девяностых годах XIX века – в минералах и атмосферном воздухе. В 1916 г. в Канаде, а затем в США начали работать первые промышленные установки по выделению гелия. В первую мировую войну им заполняли дирижабли, что привело к форсированию его получения и к снижению себестоимости 1 кубометра гелия с 89000 до 0,3 – 0,5 доллара. Американский химик Мoore в 1919 г. заметил: «Если бы кто-нибудь сказал мне 5 лет назад, что гелием будут наполнять дирижабли, я бы отнесся к этому так же, как к идее покрытия памятника Вашингтону бриллиантами».

Гелий относится к благородным (инертным, или редким) элементам VIII группы периодической системы Д.И. Менделеева, атомный номер 2, атомная масса 4,0026. В обычных условиях гелий представляет собой бесцветный прозрачный газ, не обладающий запахом и не вызывающий вкусовых ощущений. Гелий сжижается труднее всех известных газов (при – 268,93 -

В силу особенностей физико-химических свойств гелий получил широкое применение в технике (в металлургии, машиностроении, военном деле, атомной физике). Все более широкое применение гелий получает в медицине, где он используется в виде кислородно-гелиевых и кислородно-азотно-гелиевых смесей (КГС и КАГС) в качестве лечебного фактора, а также при проведении водолазных спусков. Резкое увеличение потребности в гелии привело к значительному увеличению его производства. В настоящее время гелий добывается из природных газов, в которых он иногда находится в больших количествах.

type: dkli00365

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГЕЛИЯ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ГЛУБОКОВОДНЫХ ПОГРУЖЕНИЯХ

Глубоководные водолазные спуски с использованием КГС и КАГС начали проводиться после того, как было установлено, что дыхание воздухом на больших глубинах приводит к опасности возникновения у водолазов азотного наркоза, хотя попытки применения гелия при водолазных спусках были сделаны еще до открытия биологического действия индифферентных газов (азота, водорода и инертных газов) в условиях повышенного давления.

Первый опыт применения смеси гелия и кислорода в качестве заменителя воздуха для людей, работающих под давлением, был проведен в Вашингтоне 15 августа 1919 г. Ch. Kooke как метод ускорения декомпрессии за счет более быстрого выведения гелия из организма по сравнению с азотом. В том же году профессор Elihu Thomson из экспериментальной лаборатории в Линне штата Массачусетс предложил провести опыты на животных с использованием гелия с целью возможного увеличения глубин погружений водолазов более чем на 50 %. В 1924 – 1926 гг. главный хирург Управления горнорудной промышленности R.R. Sayers, химик этого Управления W.P. Yant и профессор химии Калифорнийского университета J.H. Hildebrand в сотрудничестве с физиологом медицинского училища Маркеттского университета в Милуоки Edgar End провели опыты на животных по использованию КГС под давлением и затем с участием людей. Однако первые же исследования с участием водолазов в 1925 г. показали, что, хотя гелий и безвреден как при атмосферном, так и при повышенном давлении, никакой выгоды в отношении продолжительности декомпрессии он не представляет. Декомпрессионные заболевания, возникающие у людей при дыхании КГС, оказались не менее опасными, чем при дыхании воздухом с использованием обычных режимов декомпрессии. Кроме того, исследования Р.Р. Сейерса и В.П. Янта в то время не получили практического применения, так как спуски водолазов проводились на небольшие глубины, а гелий был очень дорогим газом. В связи с этим за рубежом дальнейшие работы с гелием с 1927 г. практически прекратились на 10 лет, а в нашей стране лишь с 1936 г. начали проводиться исследования, направленные на изучение влияния повышенного парциального давления различных газов на организм животных и человека.

Впервые заключение о том, что азот, составная часть сжатого воздуха, является причиной наркотического эффекта, было сделано A.R. Behnke, R. Thompson и E. Motley (1935). Была установлена опасность использования воздуха при спусках на глубины более 60 м. Это было подтверждено в 1937 г. при рекордном спуске водолазов на глубину 137 м В.М. Медведева, И.Т. Чертана и П.К. Спаи при дыхании сжатым воздухом. Из-за наркотического действия азота, содержащегося в сжатом воздухе, у водолазов при подходе к запланированной глубине появлялись галлюцинации, водолазы не могли контролировать свои действия и работать, но В.М. Медведеву удалось выполнить задание – взять пробу грунта и доложить об этом на поверхность. Спуски были проведены под общим руководством Постоянной комиссии по аварийно-спасательному делу, возглавляемой академиком Л.А. Орбели, при непосредственном руководстве начальника Военно-морского водолазного техникума Ф.А. Шпаковича и главного врача ЭПРОНа К.А. Павловского.

В 1937 г. доктор Edgar End провел многочисленные опыты по изучению биологического действия гелия под давлением на животных и с участием людей, результаты которых опубликовал в журнале «Америкэн Джорнал оф физиолоджи» в статье «Быстрая декомпрессия, следующая за применением КГС под давлением». 1 декабря 1937 г. американским инженером Max Gene Nohl на озере Мичиган при медицинском обеспечении доктором Эндом был осуществлен первый спуск под воду на глубину 420 футов (128 м) с использованием для дыхания КГС. Годом позже A.R. Behnke и O.D. Yarbrough подтвердили целесообразность использования КГС для водолазов в докладе, помещенном в Бюллетене военно-морской медицины.

В нашей стране экспериментальные исследования по применению гелия в водолазной практике были начаты в 1936 г. Е.М. Крепс, К.А.Павловский, Е.А. Ченыкаева и М.О. Прайс в опытах на кошках изучали действие на организм пребывания в 20 % кислородно-гелиевой среде (КГСр) под давлением до 8 кгс/см² и установили безвредность этой среды. Однако эти опыты показали, что при этом могут наблюдаться угрожающие симптомы декомпрессионной болезни. В 1939 г. Л.А. Орбели, М.П. Бресткин, Б.Д. Кравчинский, К.А. Павловский и С.П. Шистовский провели широкие исследования биологического действия азота и гелия на организм животных (кошек и собак) под давлением до 50 кгс/см².

Для широкого применения гелия в водолазной практике требовалась постановка специальных исследований по изучению скорости насыщения организма человека гелием в условиях повышенного давления и скорости рассыщения при декомпрессии, по определению свойства этого газа образовывать пересыщенные растворы в тканях и жидких средах организма, а также решение ряда других проблем. Для внедрения КГС в практику глубоководных водолазных спусков необходимо было также разработать новые режимы декомпрессии, изучить физиологическое действие этих смесей на организм человека и создать специальное водолазное снаряжение.

Уже первое знакомство с КГС на начальном этапе их использования в водолазной практике показало, что, помимо положительных свойств (меньшее «наркотическое» действие на организм и меньшая плотность по сравнению с азотом), гелий обладает рядом отрицательных свойств, наиболее существенными из которых являются следующие:

– высокая теплопроводность по сравнению с воздухом (в 6,18 раз больше), что вызывает при дыхании КГС резкое охлаждение организма под водой;

– искажение голоса водолаза, затрудняющее с ним связь;

– большая стоимость гелия в сравнении с воздухом;

– высокая проникающая способность гелия, затрудняющая герметизацию наполненных им емкостей (баллонов, отсеков барокамер и др.) и приводящая к значительным утечкам.

В 1940 г. была создана специальная баролаборатория на кафедре физиологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова (ВМедА) на кредиты, лично отпущенные Наркомом обороны СССР К.Е. Ворошиловым. Ее основным оборудованием стала барокамера с предкамерой и гидротанком диаметром 2 м общим объемом 13,5 м³ для проведения исследований под давлением до 20 кгс/см², а также 100-литровая камера для животных с рабочим давлением 70 кгс/см². Возглавил лабораторию военврач 2 ранга М.П. Бресткин. Баролаборатория долгое время была основной базой изучения действия высоких давлений искусственных газовых смесей и водной среды на организм человека. В камере для животных было проведено 2 опыта с быстрой компрессией кроликов гелием до 50 кгс/см². Эксперименты на животных позволили предположить, что замена воздуха гелием позволит увеличить глубину погружения человека приблизительно до 300 м. Под руководством Л.А. Орбели сотрудниками кафедры физиологии Б.Д. Кравчинским и С.П. Шистовским были разработаны режимы декомпрессии водолазов для спуска на глубины до 200 м с использованием для дыхания КГС и проведены первые имитационные спуски на эту глубину. Режимы оказались короче американских. Впервые в мире человеком была достигнута небывалая для того времени глубина 200 м в условиях «сухой» барокамеры. После окончания экспериментальных спусков в таблицы были внесены поправки. Результаты исследований позволили прогнозировать возможность более глубоких погружений без опасений неблагоприятного действия гелия предположительно до глубины 300 м. В 1941 г. были проведены безаварийные спуски при дыхании КГС на «глубины» до 130 м в гидротанке барокамеры. Целью исследований была дальнейшая проверка режимов декомпрессии, рассчитанных Б.Д. Кравчинским и С.П. Шистовским для глубин до 200 м, в условиях водолазного спуска в холодную воду в гидробарокамере. Блокада Ленинграда не позволила проверить режимы декомпрессии для водолазов, находившихся в водной среде гидробарокамеры на глубинах до 200 м.

После прорыва блокады Ленинграда в горизонтальной затопляемой барокамере ВМедА в 1944 – 1945 гг. была продолжена прерванная войной проверка режимов декомпрессии при дыхании КГС. Работу проводили Е.М. Крепс, А.П. Бресткин, К.А. Павловский, Б.Д. Кравчинский, А.Г. Жиронкин, А.Ф. Панин и др. По сравнению с испытаниями 1941 г. перед исследователями была поставлена более сложная задача – отработать режимы при погружениях в холодную воду при тяжелой мышечной работе. До 100-метровой глубины разработанные Б.Д. Кравчинским и С.П. Шистовским таблицы оказались безопасными даже при выполнении тяжелой работы. Но на больших глубинах случаи декомпрессионных заболеваний заставили прибегать к лечебной рекомпрессии и вносить поправки в режимы. Испытания были успешно проведены на глубины до 80 м с экспозицией на грунте 60 мин, до 100 м – 45 мин и на глубины 160 – 200 м с экспозициями 10 и 15 мин.

В 1946 г. под руководством Е.М. Крепса на Черноморском флоте в районе Сухуми со спасательного судна «Алтай» были проведены глубоководные водолазные спуски. В работе принимали участие К.А. Павловский, А.Г. Жиронкин, З.С. Гусинский, И.А. Александров, водолазы И.И. Выскребенцев, Б.А. Иванов, С.П. Кийко, Л.Ф. Кобзарь и др. Экспериментальные спуски проводились на глубины до 200 м в индивидуально-спасательном аппарате (ИСА) на КГС с использованием открытого водолазного колокола. На завершающем этапе испытаний в них приняли участие Л.А. Орбели и М.П. Бресткин. Проведено 50 парных водолазных спусков, испытаны инжекторно-регенеративное снаряжение ГКС-1 и закрытый водолазный колокол А.З. Каплановского. Однако это достижение осталось неизвестным для мировой общественности, и длительное время рекордами считались спуски английских водолазов Уилфорда Балларда на глубину 166,7 м (1948 г.) и Дж. Вуки на глубину 183 м (1956 г.).

В 1948 – 1949 гг. А.П. Бресткин переработал режимы декомпрессии водолазов и методику спусков на глубины до 200 м с использованием КГС. С целью уменьшения степени охлаждения организма водолазов, сокращения расхода гелия и упрощения конструкции закрытого водолазного колокола в режимы декомпрессии введен с 60 м воздушный этап декомпрессии и с 20 м – кислородный этап.

В 1949 – 1950 гг. под руководством М.П. Бресткина с участием Е.М. Крепса, Н.А. Клименко, А.Ф. Панина, А.Ф. Маурера, З.С. Гусинского, А.Ф. Кобзаря, Н.В. Соловьева, И.А. Александрова, В.В. Смолина, А.П. Бресткина и водолазов Черноморского флота проведено обследование сухогрузного судна «Серов», затонувшего на глубине около 135 м. Экспериментальные водолазные спуски проводились в снаряжении ГКС-3 с использованием КГС, открытого и закрытого водолазных колоколов. В результате этих работ были приняты на снабжение ВМС глубоководное водолазное снаряжение ГКС-3, закрытый водолазный колокол и режимы декомпрессии для спуска водолазов на глубины до 150 м с использованием КГС, воздуха и кислорода. Новые режимы декомпрессии и методика глубоководных водолазных спусков на глубины до 150 м вошли во «Временное наставление по проведению глубоководных водолазных спусков с применением гелиокислородных смесей» (1950). Эта работа была последней для Постоянной комиссии под руководством Л.А. Орбели.

В 1951 г. З.С. Гусинский, В.В. Смолин, Б.И. Иванов на Черном море и Н.К. Кривошеенко, И.А. Александров, И.И. Выскребенцев на Каспийском море провели экспериментальные глубоководные спуски водолазов с целью внедрения нового метода глубоководных спусков с использованием водолазного снаряжения ГКС-3 и спускоподъемного устройства с закрытым водолазным колоколом в водолазную практику ВМФ. В 1951 г. большая группа водолазов-глубоководников была обучена и натренирована к спускам в инжекторно-регенеративном снаряжении на глубины до 200 м, а отдельными водолазами достигнуты глубины более 200 м (на Черноморском флоте – 220 м, на Каспийской флотилии – 212 м). Всего было проведено более 700 спусков с выполнением различных подводных работ. Разработанные А.П. Бресткиным режимы декомпрессии на КГС потребовали корректировки, так как при декомпрессии были случаи заболевания водолазов декомпрессионной болезнью. После этого в ВМФ начали проводиться систематические глубоководные водолазные спуски с использованием КГС на глубины до 200 м.

В 1952 г. Н.К. Кривошеенко, И.А. Александров и И.И. Выскребенцев впервые в мире на Баренцевом море провели экспериментальные водолазные спуски в снаряжении ГКС-3 на глубину 255 м. Впервые на глубину 220 м вместе с водолазами-испытателями без предварительной подготовки спустился врач И.А. Александров, однако при этом он получил тяжелое декомпрессионное заболевание.

В 1955 г. Г.Л. Зальцман предложил применять воздушно-гелиевые смеси (ВГС) взамен КГС для проведения спусков на глубины от 60 до 160 м в инжекторно-регенеративных скафандрах. В 1959 г. Г.Л. Зальцманом, С.Д. Куманичкиным и И.А. Александровым были разработаны новые режимы декомпрессии для спусков с использованием ВГС, которые применяются и в настоящее время.

В 1956 г. Н.К. Кривошеенко, В.В. Смолин, С.Е. Буленков, Н.Т. Коваль, И.И. Выскребенцев и Б.А. Иванов впервые в мире провели на Каспийском море экспериментальные водолазные спуски на глубину 305 м (за 6 лет до спуска на такую глубину Г. Келлера). Непосредственно в спусках участвовали водолазы П.Я. Поражевский, А.А. Ковалевский, В.С. Шалаев и Д.Д. Лимбенс. Было установлено, что при быстрой компрессии водолазы на глубине 300 м не могут выполнять физическую работу. При этом В.В.Смолин впервые зарегистрировал ЭКГ у водолазов на глубинах от 200 до 300 м и по данным ЭКГ выявил мышечный тремор. Методика водолазных спусков и режимы декомпрессии были разработаны В.В. Смолиным. Во время спуска и пребывания на грунте водолазы находились на подвесах в водолазном колоколе, наполовину заполненном водой. Спуск до 100 м проводился со скоростью 20 – 30 м/мин, а от 100 до 305 м – со скоростью 40 – 50 м/мин. Пребывание водолазов на глубине 305 м составляло 10 – 13 мин. В период пребывания водолазов на грунте по записи ЭКГ определяли частоту сердечных сокращений, а с помощью телефонной связи подсчитывали частоту дыхания, запрашивали самочувствие, теплоощущения, оценку водолазом характера дыхания и мышечных усилий по сравнению с обычными условиями. В результате проведенных спусков было установлено, что на грунте самочувствие водолазов, по их мнению, было хорошим. Определялось сильное искажение голоса водолазов. В процессе спуска, начиная с глубины 240 м, и особенно сразу после прихода на грунт отмечались сильная мышечная дрожь в конечностях и чувство напряжения во всем теле. Эти ощущения, напоминавшие холодовую дрожь, не проходили в течение всей экспозиции на грунте. Мышечная дрожь отчетливо фиксировалась на ЭКГ. Сознание у водолазов было ясным, они правильно ориентировались во времени и пространстве, давали четкие и адекватные ответы на задаваемые им вопросы, внимание и память были полностью сохранены. Случаев головокружения, эйфории или подавленного состояния не отмечалось. Водолазы жаловались на ощущение сильного охлаждения тела, особенно в области груди, как они образно выражались, «легкие напоминали холодильник». Отмечалась также мышечная слабость в руках. Даже легкая работа по управлению водолазным снаряжением выполнялась с трудом. Была показана безопасность режимов декомпрессии.

В 1960 г. двадцатишестилетний швейцарский преподаватель математики Hannes Keller, используя способ сменной подачи дыхательных смесей, спустился на озере Лаго Маджоре (Швейцария) на глубину 156 м, которая, по его словам, была ступенью для достижения глубины 300 м. 26 апреля 1961 г. Ганс Келлер в присутствии Jacques-Yves Cousteau, F. Dumas, J. Alina и других видных специалистов произвел спуски в гидробарокамере при величинах давления, соответствующих глубинам 210, 270 и 300 м. После двухсекундной экспозиции под давлением 300 м вод.ст. началась декомпрессия. Суммарное время, проведенное Г. Келлером между 210 и 300 м, составило 2 мин, декомпрессия была проведена за 34 мин. Руководил спусками профессор физиологии А. Bühlman. 3 декабря 1962 г. Г. Келлер и английский журналист Питер Смолл с борта судна "Эврика", принадлежащего нефтяной компании "Шелл", провели спуск в водолазном колоколе "Атлантис" на глубину 1000 футов (305 м). При спуске присутствовали офицеры-наблюдатели ВМС США, представители промышленных компаний, журналисты и фотокорреспонденты. На глубине 305 м Келлер на несколько секунд вышел из колокола, выбросил 2 флага (швейцарский и американский) и сразу вернулся в колокол, где обнаружил утечку газовой смеси. Положение водолазов стало катастрофическим. П. Смолл потерял сознание, Г. Келлер нашел в себе силы закрыть крышку входного люка ВК и закрыть вентиль, после чего потерял сознание. При подъеме была установлена негерметичность ВК из-за попавшего под крышку люка кончика ласта. При устранении негерметичности ВК на глубине 60 м, пытаясь спасти жизнь Келлеру и Смоллу, погиб водолаз Кристофер Уиттекер. Питер Смолл, не приходя в сознание, скончался от декомпрессионной болезни еще до окончания декомпрессии. Американские и английские средства массовой информации обвинили Г. Келлера в грубом нарушении правил безопасности водолазных погружений. Специалисты по физиологии водолазных погружений считали, что успехи Г. Келлера в быстрой декомпрессии достигались за счет длительного дыхания кислородом непосредственно перед спуском, слишком короткого времени пребывания на грунте, исчисляемого несколькими секундами или минутами, и чередованием при погружении и подъеме обогащенных кислородом дыхательных смесей с различными индифферентными газами, в том числе, гелием.

Первым из флотских врачей-спецфизиологов в 1961 г. освоил глубину 160 м в снаряжении ГКС-3М Г.М.Соколов. В эти годы водолазы-глубоководники различных флотов ежемесячно проводили водолазные спуски на глубины до 160 м, а отдельные группы наиболее опытных водолазов ежеквартально спускались на глубины до 200 м. При этом выполнялись типовые водолазные работы на макетах, размещенных на платформе водолазного колокола, или на реальных объектах. Время пребывания на грунте при тренировочных спусках составляло 20 – 30 мин с учетом половины времени погружения. Спуски на глубины 61 – 100 м проводились с использованием для дыхания 50 % ВГС, на 101 – 160 м – 33 % ВГС, а на 161 – 200 м – 7 % КГС.

В 1962 – 1964 гг. под руководством В.В. Смолина при участии врачей и инженеров Н.Т. Коваля, Г.Т. Салия, В.Г. Сорокина, В.А. Вишнякова, Ю.Е. Ильяша, и Б.В. Капустина были проведены исследования по изучению возможности применения дифференцированных КАГС. В результате исследований было установлено, что они обеспечивают более длительное пребывание водолаза на грунте и более короткую декомпрессию. Так, разработанные режимы декомпрессии на дифференцированных КАГС для спусков водолазов на глубины от 60 до 120 м с экспозициями на грунте 20, 30, 45 и 60 мин и на глубины от 130 до 160 м с экспозициями 20, 30 и 45 мин по общему времени декомпрессии оказались в среднем на 25 – 30 % короче, чем соответствующие режимы на ВГС. Кроме того, из-за более низкого коэффициента теплопроводности азота по сравнению с гелием эти смеси позволяют водолазам находиться на глубинах до 160 м в течение 50 – 60 мин без явлений резкого охлаждения организма. Режимы декомпрессии с использованием дифференцированных КАГС и методика их применения были включены в Правила водолазной службы (ПВС-64). Для внедрения нового метода водолазных спусков были созданы газовые смесители (СГ-1, а затем УПГС-1), обеспечивающие динамическое смешивание кислорода, азота и гелия в процессе водолазного спуска в снаряжении ГКС-3М в любых необходимых соотношениях с поддержанием нужного расхода и давления смеси. Опытные образцы смесителей были успешно испытаны при экспериментальных спусках в лабораторных и морских условиях.

В 1965 – 1966 гг. В.В. Смолиным, К.М. Рапопортом, В.Г. Сорокиным, Г.А. Кучук и В.А. Пожидаевым впервые в нашей стране были проведены поисковые исследования возможности сокращения режимов декомпрессии водолазов путем смены в процессе водолазного спуска газовых смесей с различными индифферентными газами. Были рассчитаны и проверены в лабораторных условиях режимы декомпрессии водолазов с глубин до 160 м и животных с глубин до 300 м, установлена возможность сокращения времени декомпрессии в 1,2 – 4 раза по сравнению с существующими. По результатам исследований были разработаны режимы декомпрессии водолазов с глубин до 200 м. В дальнейшем под руководством Л.Г. Медведева в ряде работ были исследованы вопросы использования в водолазной практике, в том числе применительно к деятельности водолазов спецчастей ВМФ, газовых смесей с различной индифферентной основой. По их результатам было разработано специальное водолазное снаряжение и рассчитаны допустимые перепады давлений для бездекомпрессионного подъема водолазов на поверхность или к исходному давлению после их пребывания на различных глубинах.

В 1975 г. В.А. Вишняков, Э.А. Чириманов, В.В. Смолин, И.А. Александров и Г.М. Соколов разработали «Правила водолазной службы (ПВС-75)«;. В документ вошли новые режимы лечебной рекомпрессии, разработанные И.А. Александровым, В.В. Смолиным, Г.Л. Зальцманом и В.И. Тюриным. В таблицу включен новый режим, разработанный В.В. Смолиным для лечения особо тяжелых форм декомпрессионной болезни под давлением 10 кгс/см² с экспозицией 60 мин. Для исключения наркотического действия азота и токсического действия кислорода на организм пострадавшего в период компрессии в соответствии с предложением Г.М. Соколова с давления 7 до 10 кгс/см² в барокамеру подается чистый гелий.