ЗАСОБИ ІНДИВІДУАЛЬНОГО ЗАХИСТУ ОРГАНІВ ДИХАННЯ

1.2 Атмосферне повітря та його властивості

За своїм складом атмосферне повітря (прошарок повітря, який оточує земну кулю) є механічною сумішшю різноманітних газів, кількість яких в сухому повітрі залишається незмінним. Маса одного літра повітря дорівнює 1,293 г при тиску 101 кПа (760 мм рт. ст.) і температурі 00С. Склад атмосферного повітря наведений у таблиці 1.2.

Оскільки повітря має масу, то воно справляє певний тиск на поверхню землі. Атмосферний тиск не завжди і не скрізь буває однаковим і залежить від географічної широти, температури повітря і висоти над рівнем моря. На широті 45 градусів на рівні моря при температурі 00С атмосферний тиск врівноважується в трубці з перетином 1 см2 барометра стовпом ртуті висотою 760 мм або стовпом води 10,33 м при 40С, що відповідає тиску на 1 см2 поверхні силою 10 Н (1,033 кгс). Ця величина називається “нормальною” або фізичною атмосферою. У техніці користуються технічною атмосферою (кгс/см2), що відповідає тиску 10 м вод. ст. або 735,6 мм рт. ст. при зазначених вище умовах. У системі одиниць СІ тиск вимірюється у Паскалях:

Повітря при підвищенні тиску дуже легко стискується, значно зменшується в об’ємі. Тиск повітря вимірюють за допомогою манометрів, що показують надлишковий тиск, тобто тиск над атмосферним. Сума надлишкового й атмосферного тисків називається “абсолютним тиском”.

У зазначених земних умовах на людину повітря давить рівномірно з усіх боків. Якщо поверхня тіла людини дорівнює 1,7 – 1,8 м2, то сила тиску повітря на нього складає 1,7 – 1,8 тис МПа. Проте людина цього не відчуває, тому що тіло її на 70 % складається з рідин, що практично не стискуються, а у внутрішніх порожнинах (легенях, середньому усі та ін.) тиск врівноважується протитисненням повітря, котрим людина дихає. При зміні тиску виникають хворобливі відчуття, які властиві водолазам, льотчикам, альпіністам.

Повітря, як і інші реальні гази і газові суміші, підпорядковується з відомим наближенням законам, виведеним для реальних газів. Будь-яка кількість газу або газової суміші характеризується чотирма величинами: об’ємом (V), тиском (Р), температурою (Т) і масою (m). Всі ці величини знаходяться в постійному зв’язку, який визначається газовими законами.

Залежність тиску повітря від його об’єму установлена відомим у фізиці законом Бойля-Маріотта:

, (1. 2)

де P – абсолютний тиск; V – об’єм газу.

Користуючись цією формулою, визначають запас повітря (кисню) у балонах повітряних або кисневих протигазів.

Приклад. Надлишковий тиск повітря в повітряних балонах об’ємом по 5 л кожний складає 20 МПа. Визначити об’єм, що буде займати це повітря за нормального тиску.

Р1=20 МПа;

Р2=0,1 МПа;

Vб=5 л; к=2

 

V2-?

 

На практиці доводиться враховувати зміни об’єму, тиску при різноманітних температурах. Ця залежність об’єму і тиску повітря від його температури визначається законами Гей-Люссака і Шарля. Закони можуть бути виражені двома формулами:

 (1. 3)

та

(1. 4)

При визначенні абсолютної температури газу потрібно до величини 273 градуса додати температуру газу в градусах Цельсія. Наприклад, при температурі повітря 200С його абсолютна температура буде дорівнювати 2930К.

Різноманітні гази, що входять до складу повітря, по різному діють при підвищенні тиску на організм людини. Тому для того, щоб розглянути дію на людину якогось газу під тиском, треба знати парціальний тиск цього газу, тобто частку загального тиску, що припадає на цей газ.

Відповідно до закону Дальтона, загальний атмосферний тиск складає:

 (1.5)

де Ратм – атмосферний тиск, МПа;

РN2, PO2, PCO2,...,Pn – парціальні тиски азоту, кисню, вуглекислого газу та інших газів, які входять у склад повітря, МПа.

З формули (1.5) видно, що атмосферний тиск дорівнює сумі парціальних тисків газів, що входять до складу повітря.

Величина парціального тиску газу, що входить до складу повітря, визначається за формулою:

 (1.6)

де ni – процентний склад і-го газу, який входить в атмосферне повітря, %.

У стиснутому повітрі відсотковий уміст газів, що входять до складу повітря, залишається незмінним, але парціальний тиск кожного газу (кисню, азоту, вуглекислого газу й ін.) збільшується рівно в стільки разів, у скільки підвищений загальний тиск.

Наприклад, на поверхні парціальний тиск кисню складає

 

За збиткового тиску 0,2 МПа (2 кгс/см2) парціальний тиск вже дорівнюватиме, враховуючи:  

                                                

Фізіологічна дія того або іншого газу визначається не відносним відсотковим умістом газу в суміші, а (як це було показано в 1.1) величиною його парціального тиску. Це підтверджується таким прикладом. Якщо людина буде дихати на поверхні землі повітрям, у якому міститься 7,0% кисню, вона швидко знепритомніє і загине від нестачі кисню, тому що парціальний тиск у даному випадку буде дорівнювати лише 7 кПа (0,07 кгс/см2). Якщо людина буде вдихати це ж повітря при абсолютному тиску 0,3 МПа (3 кгс/см2) при глибині занурення 20 м, вона буде почувати себе добре, тому що в цьому випадку парціальний тиск кисню збільшиться в три рази і стане рівним 7х3=21 кПа (0,21 кгс/см2). Тобто таким же, як і на поверхні землі.

Відомо, що гранична величина парціального тиску кисню, що викликає отруєння організму, дорівнює 0,28 МПа (2,8 кгс/см2). Це приводить до того, що при зануренні в кисневих ізолюючих протигазах під воду з вмістом у дихальній суміші біля 90% кисню, подібний тиск наступає вже на глибині біля 20 м, оскільки  

Тому, щоб уникнути кисневого отруєння, занурення в кисневих ізолюючих протигазах у воду не припускається.

Найбільшу частину земної атмосфери складає азот. У звичайних умовах він є фізіологічно байдужим, нейтральним газом, що не бере участі в обміні речовин. У порівнянні з іншими газами, що входять до складу повітря, азот має підвищену розчинність у крові і тканинах людського організму. Азот – газ без кольору, запаху і смаку, він не горить і не підтримує горіння, трохи легший за повітря, його питома маса дорівнює 1,25 кг/м3.

За нормального тиску це нешкідливий газ, але при парціальному тиску біля 0,55 МПа (5,5 кгс/см2) він справляє наркотичну дію. До речі, з підвищенням тиску зростає парціальний тиск і других шкідливих домішок в повітрі (вуглекислого газу і т.д.), унаслідок чого підвищується їх токсична дія. Крім наркотичної дії азоту й отруйної дії кисню і вуглекислого газу, перебування під підвищеним тиском спричиняє насичення організму газами, що розчиняються в тканинах і крові.

Необхідно відзначити, що розчинення кожного газу відбувається незалежно від розчинення інших газів. При нормальному тиску в організмі людини масою 70 кг розчинено біля 1 л азоту. При вдиханні газової суміші, збагаченої киснем, відбувається “вимивання” цього азоту з організму людини. З підвищенням тиску спроможність тканин організму розчиняти гази збільшується пропорційно тиску. Кількість газу, що може розчинитися в рідині, залежить від величини парціального тиску, часу перебування під тиском і об’єму легеневої вентиляції. При фізичному навантаженні частота і глибина дихання, а також швидкість кровотоку збільшуються, тому насичення організму газами знаходиться в прямій залежності від інтенсивності фізичного навантаження.

При швидкому зниженні тиску розчинений у тканинах газ починає утворювати бульбашки. Током крові вони можуть розноситися по всьому тілу, викликаючи закупорку кровоносних судин, що призводить до декомпресійної (кесонної) хвороби.

Вміст азоту у видихуваному повітрі при виконанні роботи середньої ваги збільшується приблизно на 0,4 %, що відповідає 0,12 л/хв. Цей азот виділяється з організму під час окислювання та видозміни білків. Тобто відбувається процес “вимивання” азоту з організму. Під час застосування ізолюючого протигазу азот накопичується в системі протигазу, внаслідок чого відсотковий вміст кисню небезпечно зменшується. Тобто необхідно вживати заходів до видалення азоту із системи апарата для виключення заазотування протигазу.

Істотно діють на організм людини пари, що містяться в повітрі, кількість яких може коливатися до 4 % за обсягом. Чим вище температура повітря, тим більше в ньому водяного пару. Нормальним для дихання людини вважається повітря, у якому вміст водяного пару не перевищує 1,5- 2,5 %.

Кисень – основний газ, що бере участь в окисному процесі, який відбувається в живому організмі. Без кисню життя людини неможливе. Раптова перерва в забезпеченні організму киснем або навіть зменшення його надходження до тканин викликає кисневе голодування. Таке захворювання може наступити, якщо вміст кисню у вдихуваному повітрі буде менше 16 % за нормального атмосферного тиску. Вплив кисню на організм людини наведено в таблиці 1. 3.

Таблиця 1. 3 - Вплив кисню на організм чоловіка

Кількість кисню у повітрі, %

Стан організму

16-17

Нездужання, задишка, підсилюється серцебиття

11-13

Явна серцева нестача, підвищується частота пульсу та дихання

10,0

Знепритомнення (втрата свідомості)

7-8

Може наступити смерть

Граничне значення парціального тиску кисню у вдихуваному повітрі, нижче якого в організмі людини відбуваються функціональні розлади, складає 13 кПа (97,5 мм рт.ст.), що відповідає вмісту його у вдихуваному повітрі біля 13 % за нормального атмосферного тиску.

Перша допомога при кисневому голодуванні – винесення постраждалого на свіже повітря. Якщо його дихання припинилося, необхідно зробити штучне дихання і викликати лікаря. Після надання допомоги постраждалий швидко приходить у нормальний стан.

Концентрація кисню в повітрі знижується з кількох причин. При пожежах у приміщеннях із поганою притокою повітря кисень витрачається на горіння (див.табл. 1.4.). У цьому випадку концентрація його може знизитися до небезпечного значення. Крім того, можливі випадки витиснення повітря димом, наприклад, при пожежах у метро, тунелях, підвалах і т. д.

 

Таблиця 1. 4 – Змінювання складу повітря на пожежі

Місце добору проб

Вміст в % (за об’ємом)

СО

СО2

О2

Пожежі в підвалах

0,04-0,65

0,1-3,4

17,0-20,0

Пожежі на горищах

0,01-0,2

0,1-2,7

17,7-20,7

Пожежі на поверхах

0,01-0,4

0,3-10,1

9,9-20,8

Досліди з щільними димами

0,20-1,1

0,5-8,4

10,8-20,0

Кисень – газ без кольору і запаху, важчий за повітря (щільність 1,43 кг/м3). Кисень не горить, але підтримує горіння. Для дихання в кисневих ізолюючих протигазах застосовується чистий медичний кисень з аналізом, який підтверджує, що його вміст не менше 99,5 %.

У системі регенеративного дихального апарата вміст кисню, як правило, більше 60%. Наукові дослідження і багаторічна практика показали, що вдихання повітря, що має у своєму складі підвищений вміст кисню при атмосферному тиску в основному безпечно для людини і не відбивається на її здоров’ї. У цьому випадку парціальний тиск менше граничного рівня 0,28 МПа (2,8 кгс/см2). Проте дихання чистим киснем в атмосферних умовах протягом трьох діб призводить до розвитку запальних процесів у легенях людини.

У здорових людей віком 20 – 45 років, якщо вони дихають чистим киснем більше 7 годин з’являється задишка й інші ознаки незадовільного стану. Тому кількість вмикань в регенеративний дихальний апарат без крайньої потреби повинна бути обмежена. Перебування в апараті більше 4 годин неприпустимо і може бути дозволено лише у випадку крайньої необхідності (рятування постраждалих і т.д.). Особи, що відпрацювали в регенеративних дихальних апаратах одну зміну, можуть знову залучатися до роботи в протигазі не раніше, ніж через 8 годин.

До чинників, що ведуть до виникнення кисневого отруєння відносяться: підвищений вміст у вдихуваному повітрі вуглекислого газу, напружена фізична робота, переохолодження або перегрівання організму.

До складу атмосферного повітря входить (див. табл. 1.2.) і вуглекислий газ (СО2) – газ без кольору, запаху, зі слабким кислуватим смаком, важче кисню. Причиною підвищення кількості вуглекислого газу на пожежі можуть бути вибухові процеси, результати окислення деревини та вугілля. Крім того, вуглекислий газ при гасінні іноді подають до ізольованих пожежних ділянок. Якщо у повітрі міститься до 3 % вуглекислого газу, то він стимулює дихання. Так, у стані спокою підвищення вмісту СО2 в альвеолярному повітрі на 0,01 % викликає підвищення альвеолярної вентиляції на 5 %. При диханні повітрям, яке містить 6 % СО2, з’являється задишка та слабкість, при 10 % можливий запаморочний стан, при 20-25 % - смертельне отруєння.

Джерелом вуглекислого газу в газоповітряній суміші, яку вдихає газодимозахисник з ізолюючого протигазу, є шкідливий простір самого апарата (протягом усього часу роботи в ньому) та неповне поглинання видихуваного вуглекислого газу в регенеративному патроні кисневого ізолюючого протигазу.

Встановлено, що під час багатогодинної роботи в регенеративних дихальних апаратах середній склад СО2 у вдихуваній суміші не повинен перевищувати 0,25 %, а максимальний – 1 %.
© 2004 Академия гражданской защиты Украины