При нырянии в глубину ухо подвергается воздействию большого давления и для безопасного занятия фридайвингом необходимо иметь представление о строении уха и

Интервал между продувками Продувка ушей отнимает немало сил у ныряльщиков. Интересно рассмотреть, от чего зависит интервал глубины между продувками (шаг продувки). Чем больше шаг продувки, тем меньше продуваний необходимо сделать на протяжении погружения, и тем больше сил экономит ныряльщик. Сначала для простоты рассмотрим случай, когда среднее ухо не меняет своего объема при изменениях внешнего давления, т.е. пренебрежем изменениями объема из-за вдавливания барабанной перепонки внутрь барабанной полости. В этом случае давление в барабанной полости будет оставаться неизменным, до тех пор пока в нее не поступает воздух. Давление p снаружи барабанной перепонки определяется глубиной d погружения: p=0.1d+patm (здесь и далее давление измеряется в атмосферах, а глубина в метрах, плотность воды принята равной 1 кг/л). После каждой продувки давление с обоих сторон барабанной перепонки становится одинаковым, и при последующем увеличении глубины на величину h разность давлений становится равной 0.1h. Когда эта разность давлений достигает некоторого максимального значения ∆pmax, которое способна без боли выдерживать барабанная перепонка у ныряльщика, возникает желание продуться. Шаг продувки h, таким образом, не зависит от глубины погружения и определяется по формуле: h = 10∆pmax. (1) У начинающих ныряльщиков шаг продувки нередко не превосходит 1 м. Поэтому им приходится продуваться очень часто. Это может быть обусловлено слабостью барабанной перепонки, небольшим ее воспалением (а возможно также малой подвижностью суставов слуховых косточек, слабостью стременной мышцы ■). По мере повышения тренированности шаг продувки быстро достигает 3–4 м. Если этого не происходит, следует обратиться к врачу для проверки барабанной перепонки и среднего уха. У высокотренированных ныряльщиков шаг продувки доходит до 6 м и более. Из опыта известно, что во время нырка по мере увеличения глубины погружения интервал между продувками возрастает, а не остается постоянным, как это следует из формулы (1). Это можно объяснить, если учесть, что при увеличении внешнего давления барабанная перепонка вдавливается внутрь, и следовательно объем полости среднего уха уменьшается. При уменьшении объема давление в среднем ухе возрастает, и тем самым достигается некоторая компенсация давления за счет упругости воздуха. Величина этой компенсации с ростом глубины повышается, поскольку с повышением давления воздух становится более упругим. В результате происходит увеличение интервала между продувками. Для численных оценок найдем формулу для шага n-й продувки с учетом уменьшения объема среднего уха под действием давления воды. Будем считать, что после каждой продувки барабанная перепонка занимает одинаковое положение (в среднем так оно и есть). Допустим, n-е продувание выполнено на глубине dn. Давление p с обоих сторон барабанной перепонки стало равным 0.1dn+patm. После увеличения глубины на величину h давление снаружи увеличится на 0.1h, а внутри, согласно закону pV=const, на p∆V/ (V0 − ∆V), где V0 − полный объем полости среднего уха (равный сумме объемов барабанной полости и воздухоносных полостей височной кости), ∆V − изменение этого объема из-за разности давлений. Когда разность между внешним и внутренним давлениями достигнет значения ∆pmax, появится желание продуться. Обозначим α = ∆Vmax / (V0 − ∆Vmax). (2) Коэффициент α характеризует максимальное сжатие среднего уха, которое ныряльщик может выдерживать без боли, ∆Vmax - величина уменьшения объема полости среднего уха при разности давлений ∆pmax. С учетом введенного обозначения получаем уравнение для шага продувки: ∆pmax=0.1h-αp. Отсюда шаг продувки равен h = 10∆pmax + 10αp. (3) Мы видим, что в сравнении с (1) шаг продувки увеличился на величину 10αp, которая растет прямо пропорционально давлению. Чтобы найти явное выражение для шага n-й продувки подставим в (3) значение давления на глубине n-й продувки p=0.1dn+patm и учитывая, что согласно (3) шаг первой продувки равен h1 = 10∆pmax + 10αpatm, (4) получаем: hn+1 = h1 + αdn. (5) Поскольку hn+1 – hn = α(dn– dn–1) = αhn, то нетрудно найти искомое выражение для шага n-й продувки: hn = h1(1+α)n–1. (6) Теперь, пользуясь этой формулой, сделаем численные оценки. Если допустить, что при максимально переносимой разности давлений смещение барабанной перепонки не превышает 0,5 см, то с учетом площади барабанной перепонки не более 1 см2, изменение объема среднего уха ∆Vmax не будет превосходить 0,2 см3 (считаем, что смещенная перепонка имеет форму конуса). Реально оно будет заметно меньше, поэтому это оценка сверху. Поскольку полный объем среднего уха V0 около 10 см3, то α не превосходит 0,02. Поэтому между пятой и шестой продувками интервал не будет превосходить (1+α)5=(1,02)5≈1,1 от глубины первой продувки, а между десятой и одиннадцатой — 1,22. Увеличение шага продувки на глубине d в сравнении с несжимаемым ухом согласно (5) составляет αd, что на глубине 20 м даст не более 0,4 м, а на глубине 50 м — не более 1 м. На практике у тренированных ныряльщиков на глубине наблюдается увеличение шага продувки на несколько метров, а относительное увеличение — до 1,5 и более раз. К примеру, если первый шаг был равен 3 м, то на глубине 20 м шаг вполне может достичь 5 м, что соответствует α~0,1. Таким образом, не удается в полной мере объяснить наблюдаемые данные лишь смещениями барабанной перепонки. По-видимому, существуют другие пути уменьшения объема среднего уха. Здесь выдвигается гипотеза о возможном механизме такого уменьшения. Обратимся к анатомии сосцевидных ячеек. Площадь поверхности слизистой этих ячеек довольно велика — 75–330 см2[18], что достигается за счет большого их числа и малого размера. Толщина слизистой порядка 0,05 мм[19]. Таким образом, объем слизистой порядка 1 см3. Представляется правдоподобным, что изменение кровенаполнения слизистой при перепадах давления может изменять ее объем в 2 раза. Если принять во внимание вызываемое этим уменьшение объема среднего уха, то α может стать порядка 0,1. Этого вполне достаточно для получения наблюдаемого возрастания шага продувки, поскольку (1,1)5≈1,6. Данное объяснение требует экспериментальной проверки. В результате поиска в доступной литературе упоминаний о компенсации давления слизистой сосцевидных ячеек таковых не было найдено для человека, но были найдены для ныряющих млекопитающих. Наблюдения со спутников за хохлачами[9] показало, что они способны нырять на глубину свыше 1 км и оставаться там до 1 часа. Исследование строения их ушей[20] выявило, что в среднем ухе имеется кавернозная ткань, которая при погружении наполняется кровью и уменьшает объем газа в среднем ухе практически до нуля! - хохлачам вообще нет необходимости продуваться. Применение формулы (2) в случае хохлачей дает α → ∞, и поэтому согласно (4) глубина первой продувки у них h1 → ∞. Вполне вероятно, что у человека наряду с другими нырятельными рефлексами млекопитающих есть и этот, хотя, конечно не в столь выраженной форме, как у тюленей. Можно предположить, что изменение кровенаполнения слизистой сосцевидных ячеек происходит не только пассивным путем из-за разности давлений, но и с помощью активного изменения просвета сосудов слизистой. В барабанной перепонке в области основания рукоятки молоточка имеется небольшая ненатянутая часть (pars flaccida, рис. 2), которая лишена фиброзного слоя и легко смещается под действием разности давлений. Высказывалось предположение, что эта часть служит датчиком давления[21]. Если это действительно так, то можно также предположить, что существует рефлекторное изменение кровенаполнения слизистой сосцевидных ячеек с участием pars flaccida. При смещении pars flaccida внутрь кровенаполнение увеличивается, а при смещении наружу - уменьшается, благодаря чему достигается компенсация давления в среднем ухе. Если существует нервная регуляция кровенаполнения сосудов слизистой сосцевидных ячеек, то очевидно на него будет влиять психическое состояние, подобно тому, как это происходит со слизистой носа. В этом случае степень увеличения интервала между продувками будет также зависеть от психологического настроя. Поскольку при увеличенном интервале между продувками легче нырнуть на бóльшую глубину, то тем самым (в случае подтверждения высказанных гипотез) будут выявлены новые факторы, оказывающие влияние на результативность во фридайвинге. В данном контексте в новом свете предстают сосудосуживающие средства. Их применение помогает устранить непроходимость слуховых труб, но вместе с тем уменьшает компенсирующее расширение слизистой в среднем ухе, т.е. уменьшает коэффициент α. Продуваться становится легче, но делать это приходится чаще. Поэтому при глубоких погружениях применение сосудосуживающих средств нежелательно. Это тем более справедливо, если учесть, что их действие отчасти распространяется и на сосуды легких, что снижает компенсаторный приток крови к легким и тем самым повышает вероятность баротравмы последних. Степень уменьшения объема среднего уха зависит от максимальной толерантной разности давлений ∆pmax. Эта разность, по-видимому, лимитируется в основном барабанной перепонкой, поскольку обычно именно она травмируется при превышении ∆pmax, но очевидно этот вопрос требует статистических исследований, поскольку нельзя исключить, что у некоторых индивидов лимитируюшими (т. е. слабыми местами) являются другие части уха ■. Итак, мы видим, что увеличение интервала между продувками достигается за счет двух факторов: 1) увеличения максимальной толерантной разности давлений ∆pmax и 2) повышения сжимаемости среднего уха α. Это описывается формулой (3). Первый фактор повышается по мере укрепления тренировками тканей уха, прежде всего барабанной перепонки. Второй фактор малоисследован. Пока не ясно, в какой мере он поддается тренировкам, но не исключено, что он зависит от психического настроя (через регуляцию тонуса сосудов в слизистой оболочке среднего уха). Измерив фактические интервалы между продувками и их глубины можно вычислить ∆pmax и α, при которых формулы (4) и (5) лучше всего соответствуют фактическим значениям. Таким путем можно набрать статистику по фридайверам и продолжить исследование данного вопроса. ■ Продолжительность продувки На продувание ушей уходит некоторое время и силы. В процессе нырка первая продувка обычно занимает от 0,5 до 2 с.[10] Продолжительность продувки (время нагнетения воздуха в среднее ухо) определяется объемом воздуха ∆V, который нужно вдуть в среднее ухо, формой слуховой трубы, разницей давлений ∆p в носоглотке и среднем ухе перед продуванием и вязкостью η воздуха. В первом приближении будем считать, что форма слуховой трубы и разница давлений ∆p одинаковы в каждом акте продувания. Вязкость воздуха при повышении давления увеличивается незначительно: порядка 1 % на 100 м глубины, поэтому ее изменениями тоже можно пренебречь. Что касается объема вдуваемого воздуха ∆V, то его легко оценить исходя из того, что общее число n молекул воздуха в среднем ухе равно n = pV/kT, где p — давление в среднем ухе, V — объем полости среднего уха, k — постоянная Больцмана, T — температура в среднем ухе. Отсюда получаем, что для выравнивания разницы давлений ∆p необходимо вдуть ∆n = ∆pV/kT молекул воздуха. Поскольку разность давлений ∆p приблизительно одинакова во всех актах продувки, то следовательно число вдуваемых молекул ∆n также одинаково. Объем ∆V, занимаемый молекулами ∆n, равен ∆V = ∆nkT/p = ∆pV/p. Таким образом, объем ∆V вдуваемого в среднее ухо воздуха, уменьшается с ростом глубины обратно пропорционально давлению p воды. Следовательно время, затрачиваемое на продувку, сокращается с ростом глубины. К примеру, если продувка на глубине 3 м потребовала 1 с, то на глубине 30 м она может занять 1/3 c, а на глубине 70 м — всего 1/6 c. На практике, однако, может случится так, что при увеличении глубины погружения накапливается баротравматический отек слуховой трубы из-за неполного продувания, просвет слуховой трубы сужается и время продувки не уменьшается или даже увеличивается. С другой стороны, на глубинах свыше 30-40 м (а при нырянии на выдохе на меньших глубинах) происходит значительный отток крови к легким, в результате чего кровенаполнение слуховой трубы уменьшается. Поэтому при отсутствии баротравматического отека просвет трубы увеличивается и облегчается ее открытие, что приводит к дополнительному сокращению времени продувки. Таким образом, при глубоких погружениях важно тщательно и своевременно продувать уши, не допуская неполной продувки. Тогда с ростом глубины продуваться будет легче (разумеется, пока хватает запаса воздуха), а сама продувка будет требовать меньше времени. Прочность барабанной перепонки При неограниченном повышении разности давлений между полостью среднего уха и наружным слуховым проходом происходит разрыв барабанной перепонки. Разрыв обычно случается в нижней ее части и имеет форму маленькой щели. Поскольку этой щели вполне достаточно для выравнивания давления, дальнейшего повреждения не происходит. При разрыве барабанной перепонки из-за очень резкого изменения давления, например при ударной волне от взрыва, повреждения носят более обширный характер, вплоть до полного отрыва барабанной перепонки. В отношении давления разрыва имеются противоречивые данные. Так американские врачи Армстронг и Гейм (1937) установили, что повышение давления более 0,04 ат вызывает невыносимую боль в среднем ухе и головокружение, а более 0,13-0,20 ат приводит к разрыву барабанной перепонки[11]. По данным Б. В. Петровского и С. Н. Ефуни (1976), к разрыву барабанной перепонки обычно приводит разница давления около 0,26-0,30 ат, а у лиц с рубцами и атрофией перепонки, снижающими ее упругость, разрыв возможен и при меньшем градиенте давления. В. И. Воячек и К. Л. Хилов (1963) считают, что при медленном нарастании давления барабанная перепонка может выдерживать давление до 1 ат и более. Эти цифры плохо согласуются между собой и с наблюдаемыми глубинами первой продувки у многих фридайверов (3–4 м, что соответствует разности давлений 0,3-0,4 ат). По-видимому, существует несколько причин этих расхождений. Во-первых, велик разброс в прочности барабанной перепонки у различных индивидов. Во-вторых, не всегда ясно что подразумевается под разницей давлений: разница с разных сторон перепонки или разница между давлением окружающей среды, вызывающем боль или разрыв, и давлением в ухе до повышения давления. В-третьих, некоторые из приводимых в литературе цифр являются средними значениями, в то время как другие носят нормативный характер (для целей обеспечения безопасности) и соответствуют нижним значениям давления разрыва, наблюдаемого в группе. Рис. 8. Давление в наружном слуховом проходе, приводящее к разрыву барабанной перепонки человека[22] На рис. 8 приведены данные оригинального исследования 1906 г. В этом исследовании использовались трупы и давление в наружном слуховом проходе повышалось до разрыва барабанной перепонки. Давление в полости среднего уха при этом оставалось практически равным атмосферному, поскольку избыточное давление в среднем ухе могло выравниваться через слуховую трубу. Из этих данных видно, что среднее давление разрыва у взрослых около 1,5 ат, а у детей около 2 ат. С другой стороны, в группе из 100 человек велика вероятность того, что у кого-то из этой группы прочность барабанной перепонки окажется меньше 0,5 ат. Относительно недавнее обследование 90 субъектов при аутопсии дало среднее давление разрыва барабанной перепонки 1,2 ат при полном диапазоне разброса 0,5—2,1 ат.[23] Эти данные вполне объясняют указанные выше расхождения и согласуются с наблюдаемыми у ныряльщиков глубинами продувки. Таким образом, прочность здоровой тренированной барабанной перепонки позволяет ей выдерживать без разрыва давление до 20 м водного столба. У ныряльщиков при частых и/или интенсивных тренировках идеальное состояние барабанной перепонки, по-видимому, редко встречается. Это обусловлено частыми небольшими растяжениями, переохлаждением, увлажнением барабанной перепонки водой и последующим ее иссушением из-за вымывания ушной серы. Вымывание серы и повреждение кожи наружного слухового прохода инородными телами (в том числе механическими приспособлениями для чистки ушей) способствует инфицированию. Как указывалось выше, у рядовых тренированных ныряльщиков обычным является появление боли при давлении 3-4 м водного столба, а у высокотренированных — 6—8 м и более. У начинающих ныряльщиков боль может возникать и при давлении менее 1 м. Это, однако, свидетельствует скорее о нездоровье ушей, чем о норме.

Похожие:

	Химическое загрязнение среды промышленностью Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее...		Учреждение высшего профессионального образования К каждой лекции необходимо готовиться за несколько дней до ее чтения. Накануне лекция просматривается и подвергается окончательной...
	Учреждение высшего профессионального образования К каждой лекции необходимо готовиться за несколько дней до ее чтения. Накануне лекция просматривается и подвергается окончательной...		Климатообразующие факторы. Распределение давления, осадков на Земле Сформировать представление о распределении давления на Земле, об образовании постоянных ветров
	Пояснительная записка 103 с, 36 рисунков, 24 таблицы, 19 источников,... Цель работы – разработка гасителя пульсации давления для снижения шума и вибраций в газотранспортных магистралях		Программа дисциплины Институты власти в средневековой Руси В стадии формирования находилась и сама государственность средневековой Руси. Следует иметь в виду, что проблема формирования власти...
	Реферат: Особенности эмо на энергетических и промышленных объектах Специфика современных объектов такова, что устанавливаемая на них электронная аппаратура часто подвергается воздействию высоких уровней...		Глубина обработки, см: на парах До 10 Лущильник предназначен для лущения стерни после уборки колосовых зерновых культур на глубину до 10 см при углах атаки 30 или 350,...
	Антибиотики – история далёкая и близкая Современную медицину не возможно представить без применения антибиотиков. Поэтому необходимо не только иметь представление об их...		Инструкция по работе с Автоматической Телефонной Справочной Службой... Для работы с атссб вам необходимо иметь телефон с возможностью тонального набора
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Оборудование: таблица «Строение уха», муляж уха, карточки с д/з, карточки с проблемными вопросами, бумага для проектов		4. Олимпийские имена Для успешного усвоения данной темы необходимо... Следует иметь представление о программе и составе участников древних Олимпийcких игр; культурных, педагогических, экономических,...
	Данного реферата «Основы логики и решение логических задач». Выбор... При решении различных олимпиадных задач, даже в 5-6 классе, можно часто встретиться с логическими задачами. Существует много способов...		Функциональные нарушения уха при хроническом среднем отите 14. 01.... Рф (с изменениями от 16 марта, 27 ноября 2000 г., 17 февраля 2004 г.), утвержденного приказом Минобразования РФ от 27 марта 1998...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Поскольку Ростовская область расположена в степной зоне, школьникам необходимо иметь представление о растительном и животном мире...		Опухоли и опухолеподобные образования наружного уха. Клиника, диагностика,... Руководство для работников приемных пунктов предприятий химической чистки и крашения (утв. Минбытом рсфср 20. 06. 1990)