Habitable underwater hyperbaric facilities: respiratory balance in the human organism during adapting to saturation nitrogen-oxygen hyperbaria

Gulyar, Sergiy A.; Barats, Yuri M.

doi:10.2478/phr-2019-0014

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Habitable underwater hyperbaric facilities: respiratory balance in the human organism during adapting to saturation nitrogen-oxygen hyperbaria

Autorzy

Gulyar Sergiy A. , Barats Yuri M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.2478/phr-2019-0014

Warianty tytułu

Zamieszkiwalne hiperbaryczne obiekty podwodne: równowaga oddechowa w organizmie człowieka podczas adaptacji do hiperbarii azotowo-tlenowej

Języki publikacji

Abstrakty

There were evaluated responses of the respiratory system to changes in the variables of the external environment under increased pressure. To the model of professional underwater human activity underwater served the conditions of full saturation in compressed air or nitrogen-oxygen gas mixtures. Technical devices were presented by a number of underwater laboratories, mounted at the bottom (Ikhtiander-66, 67 and 68), hyperbaric chambers, submersible drilling rigs (Bur-1 and 2), and an autonomous diving Ikhtiander-2 for a long stay in the water. Studies of respiratory gases mass transport conditions in man showed than within the pressure range of 0.25-1.1 MPa at density of moderate hyperoxic and nitrogen-helio-oxygen environment up to 14 kg/m3 oxygen and carbon dioxide regimes of the organism come to a new functional level which provides the adaptation to the extremal conditions. It is determined that an increase of physiological dead breathing space, a decrease of the rate of the O2 diffusion through the alveole-capillary barrier, intensification of unevenness of ventilator-perfusional relations in lungs and an increase of blood shunting in lungs are the main respiratory mechanisms which regulate mass transfer of O2 and CO2 in man under hyperbaria. The leading hemodynamic mechanism is the retention of volume blood circulation and cardiac output. It is studied how the compression rate, high partial pressures of oxygen and nitrogen, microclimate parameters in inhabited hypebaric chambers influence changes of functional breathing system. Absence of hypoxic state is proved in man (full saturation of man with nitrogen) under normoxia in nitrogen-oxygen environment with the density 6.34 kg/m3. These are also the data about accelerated rehabilitation of divers using the method of active adaptation o high altitudes. Basic directions in physiological studies of functional breathing system under increased pressure of gas and water environment are described.

Eksperymenty polegały na ocenie reakcji układu oddechowego na zmiany zmiennych środowiska zewnętrznego pod zwiększonym ciśnieniem. Badania dotyczyły wpływu na organizm ludzki całkowitego nasycenia mieszanin sprężonego powietrza lub azotu i tlenu. Szereg laboratoriów podwodnych zaprezentowało różnego rodzaju urządzenia techniczne do stosowania w środowisku podwodnym (Ikhtiander-66, 67 i 68). Należą do nich: komory hiperbaryczne, wiertnice podwodne (Bur-1 i 2) oraz autonomiczny kombinezon nurkowy przeznaczony do długotrwałych pobytów w wodzie. Badania dotyczące warunków transportu masowego gazów oddechowych u człowieka wykazały, że w zakresie ciśnień 0,25-1,1 MPa, przy gęstościach środowiska umiarkowanie hiperoksyjnego i azotowo-heliotlenowego do 14 kg/m3 w reżimie tlenowym i dla poziomu dwutlenku węgla w organizmie, osiągają one nowy poziom funkcjonalny, który ułatwia adaptację do warunków ekstremalnych. Stwierdzono, że zwiększenie fizjologicznej martwej przestrzeni oddechowej, zmniejszenie szybkości dyfuzji O2 poprzez barierę pęcherzykowo-kapilarną, nasilenie nierównomierności relacji powietrzno-perfuzjalnych w płucach oraz wzrost przepływu krwi w płucach są głównymi mechanizmami oddechowymi regulującymi masowy transfer O2 i CO2 u człowieka w warunkach hiperbarii. Głównym mechanizmem hemodynamicznym jest utrzymanie odpowiedniego krążenia krwi i rzutu serca. Zbadano, w jaki sposób stopień sprężania, wysokie ciśnienia cząstkowe tlenu i azotu oraz parametry mikroklimatyczne w komorach hiperbarycznych wpływają na zmiany w rozwoju układu oddechowego. Brak stanu niedotlenienia u człowieka (pełne nasycenie człowieka azotem) wykazano w warunkach normoksji w środowisku azot-tlen o gęstości 6,34 kg/m3. Dane te dotyczą również przyspieszonej rehabilitacji nurków z zastosowaniem metody aktywnej adaptacji na dużych wysokościach. Opisano podstawowe kierunki badań fizjologicznych czynnościowych układów oddechowych w warunkach zwiększonego ciśnienia gazu i środowiska wodnego.

Słowa kluczowe

underwater laboratory Ikhtiander hyperbaria aquanaut respiratory gases transport saturation diving regimes of oxygen dioxide in the organism regimes of carbon dioxide in the organism autonomous diving suit submersible drilling rigs

laboratorium podwodne Ikhtiander hiperbaria akwanaut transport gazów oddechowych nurkowanie nasycone reżim tlenowy w organizmie reżim dwutlenku węgla w organizmie kombinezon nurkowy autonomiczny wiertnice podwodne

Wydawca

Polskie Towarzystwo Medycyny i Techniki Hiperbarycznej

Czasopismo

Polish Hyperbaric Research

Rocznik

2019

Tom

nr 3(68)

Strony

93--118

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., rys.

Twórcy

autor

Gulyar Sergiy A.

gulyar@zepter.ua

A.A.Bogomolets Institute of Physiology, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 401601, Ukraine

autor

Barats Yuri M.

Solel Boneh-Menorah M&E, Shikun&Binui, Tel Aviv, Israel

Bibliografia

1. Gulyar S.A. Respiratory gases transport during adaptation of man to hyperbaria.- Kyiv: Naukova dumka, 1988.- 296 p;
2. Zhironkin A.G. Oxygen. Physiological and toxic effects. – Leningrad: Science, 1972, 172 p. (in Rus.);
3. Zhironkin A.G., Panin A.F., Sorokin P.A. Influence of increased partial pressure of oxygen on the human and animal organism. – Leningrad: Medicine, 1965, 187 p. (in Rus.);
4. Petrovsky B.V., Efuni S.N. Fundamentals of hyperbaric oxygenation. – Moscow: Medicine, 1976, 344 p. (in Rus.);
5. Salzman G.L. Physiological basis of a person’s stay under high pressure. – Leningrad: Medgiz, 1961, 126 p. (in Rus.);
6. Salzman G.L. Initial manifestations of oxygen epilepsy in humans.- In the book: Hyperbaric epilepsy and anesthesia.- Leningrad: Nauka, 1968, p. 15-25 (in Rus.);
7. Bennet P.B. Inert gas narcosis.- In: Physiology and medicine of diving and compressed air work. 2nd ed. London: Balliere-Tindal, 1975, p. 207-230;
8. Brauer R.W. Temperature regulation in high pressure environments. Basel etc., 1973, p. 99-111;
9. Breslav I.S., Kalacheva E.L. The influence of the density of gas mixtures on the work of the respiratory apparatus.- Human Physiology, 1980, 6, 2, p. 317-322 (in Rus.);
10. Kurenkov G.I., Yakhontov B.I., Syrovegin A.V. Effect of a hyperbaric medium on the human and animal organism. – Moscow: Nauka, 1980, 259 p. (in Rus.);
11. Troshikhin G.V. Physiological mechanisms of the influence on the body of a helium medium with a different oxygen content under normal and hyperbaric conditions. Abstract of the dissertation ... of the doctor of medical sciences. - Leningrad, 1981, 49 p. (in Rus.);
12. Lanphier E.H. Pulmonary function.- In: Physiology and medicine of diving and compressed air work, 2nd ed. London: Balliere-Tindal, 1975, p. 102-154;
13. Sapov I.A., Volkov L.K., Menshikov V.V., Yunkin I.P. Study of the laws of decompression gas formation using ultrasound.- Doklady AN USSR, 1975, 22, 2, p. 508-511 (in Rus.);
14. Buhlmann A.A. Decompression theory: Swiss practice.- In: Physiology and medicine of diving and compreseed air work, 2nd ed. London: Balliere-Tindal, 1975, p. 348-365;
15. Workman R.D., Bornman R.C. Decompression theory: American practice. In: Physiology and medicine of diving and compressed air work, 2nd ed. London: Balliere-Tindal, 1975, p. 307-330;
16. Berezovsky V.A. Oxygen tension in the tissues of animals and humans.- Kyiv: Nauk.Dumka, 1975, 279 p. (in Rus.);
17. Zagryadsky V.P. Change in breathing at increasing hypercapnia. - Physiol. Journal of the USSR, 1971, 57, 12, p. 1820-1822 (in Rus.);
18. Kovalenko EA, Chernyakov II Tissue oxygen under extreme flight factors. – Moscow: Nauka, 1972, 263 p. (in Rus.;
19. Myasnikov A.P. Medical Support for Divers, Aquanauts and Caisson Workers, 2nd ed. Leningrad: Medicine, 1977, 208 p. (in Rus.);
20. Sirotinin N.N. Life at heights and disease of heights. - Kyiv, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, 1939, 225 p. (in Rus.);
21. Lambertsen C.J. Prediction of physiological limits to human undersea activity and extension of tolerance to high pressure.- In: Advances in physiological sciences. Budapest: Pergamon press, 1971, v. 18, p.143-146;
22. Gulyar S.A. Oxygen regimes of the body of aquanauts at a depth of 15-30 m. - In: Underwater medical and physiological studies, Kyiv: Naukova Dumka, 1975, p. 86-93 (in Rus.);
23. Gulyar S.A. Respiratory mechanisms of regulation of the oxygen regime of the human body in the nitrogen-helium-oxygen environment under a pressure of 11 kgf / cm2. - In: Physiological effect of hyperbaria, Kyiv: Naukova Dumka, 1982, p. 67-78 (in Rus.);
24. Gulyar S.A., Shaparenko B.A., Kiklevich Yu.N., Barats Yu.M., Grinevich V.A. Human organism and underwater environment. - Kyiv.: Health, 1977, 183 p. (in Rus.);
25. Kolchinskaya A.Z. Oxygen regimes of the body of a child and adolescent. – Kyiv: Naukova Dumka, 1973, 320 p. (in Rus.);
26. Kolchinskaya A.Z. Complex research in the field of underwater physiology. - In the book: Underwater medical and physiological research. – Kyiv: Naukova Dumka, 1975, p. 8-22 (in Rus.)[
27. Workman R.D., Bond G.F., Mazzone W.F. Prolonged exposure of animals to pressurized normal and synthetic atmospheres.- NMRL: New London, 1962.- p. 19 (Rep.N 374);
28. Barats Yu.M., Kachuro Yu.Yu., Kiklevich Yu.N, Pesok V.N. Experiment Ichtyander-66.- Sudostroenie, 1966, 362, 1, p. 26-28 (in Rus.);
29. Barats Yu.M., Zubchenko A.G., Kachuro Yu.Yu., Kiklevich Yu.N., Rudenko V.G. Underwater laboratories Ichtiander type, Sudostroenie, 1970, 390, 5, p.14-17 (in Rus.);
30. Barats Yu.M., Zubchenko A.G., Kachuro Yu.Yu., Kiklevich Yu.N., Rudenko V.G. The Ichtyander underwater laboratories .- Underwater science and technology journal, 1970, December, p. 230-233;
31. Underwasser-Laboranorien vom Typ Ichtiander”.- Shiff und Hafen, Organ der Schiffbautechnischen Gesellschaft e. V. Organ des Germanishen Lioyd, Jahrgang 22, Juli 1970, Heft 7, p. 674-675 (in De.);
32. Gulyar S.A., Barats J.M., Kiklevitsch J.N. Die Ichtiander-Experimente. Zur Adaptation des Menschen an die Bedinungen in UW-Laboratorien in geringen Tiefen.- Poseidon, 1973, 136, 4, p. 158-162 (in De.);
33. Voronov S.O. Encyclopedia of marine disasters of Ukraine.- Kyiv: Bogdana, 2008.- 848 p. (in Rus.);
34. Barats Yu.M., Gulyar S.A., Zubchenko A.G., Kiklevich Yu.N., Selin A.G. Diving suit for a long stay of diver under water.- Sudostroenie, 1971, 406, 9, p. 26 (in Rus.);
35. Zubchenko A.G., Tunin G.A., Ostrovsky Yu.I., Barats Yu.M., Sovetov Yu.N., Kiklevich Yu.N., Ajbulatov N.A. Underwater drilling rig for drilling small geological wells. - Oceanology, Moscow, 1973, 13, 4, p. 727-731 (in Rus.);
36. Gulyar S.A. Respiratory and hemodynamic mechanisms of regulation of the oxygen regimes of the human body with hyperbaria. - Abstract of thesis ... Doctor of Medical Sciences, Kyiv, 1983, 47 pp (in Rus.);
37. Gulyar S.A. Method and program for calculating on an electronic computer the indicators of respiration, hemodynamics, respiratory function of the blood and oxygen regimes of the human body .- In the book: Special and clinical physiology of hypoxic conditions. – Kyiv: Naukova Dumka, 1979, v. 3, p. 24-37 (in Rus.);
38. Gulyar S.A. Features of respiration, blood circulation and oxygen regimes of the human body at hyperbaric hyperoxia. - Physiological Journal, 1980, 26, 1, p. 45-52 (in Rus.);
39. Sorokin P.A. The effect of inhalation of oxygen at normal and elevated pressure on the hemodynamics and ECG of a person.- In: Body functions in an altered gas environment. Moscow-Leningrad, 1958, v. 2, p. 46-60 (in Rus.);
40. Evstropova G.N. Electrical activity of myocardium at rest and at work during a multi-day stay in hyperbaria. - Bull. Experimental Biology and Medicine, 1977, 84, 9, p. 259-262 (in Rus.);
41. Lally D.A., Zechman F.W., Tracy R.A. Ventilatory responses to exercise. – Respirat. Physiol., 197, 20, 2, p. 117-129;
42. Morrison J.B., Florio J.T., Butt W.S. Observations after loss of consciousness under water.- Undersea biomed. Res., 1978 ,5, 2, p. 179-187;
43. Gelfand R., Lambertsen C.J., Peterson R.E. Human respiratory control at high ambient pressures and inspired gas densities. J. Appl. Physiol, 1980, 48, 3, p. 528-539;
44. Kuznetsov A.G. To the physiology of extreme effects on the body. - In the book: Ecological human physiology: Adaptation of a person to extreme environmental conditions. Moscow: Science, 1970, p. 5-20 (in Rus.);
45. Wilson I.M., Kligfield P.D., Adams G.M. Human ECG changes during prolonged hyperbaric exposures breathing N2-O2 mixtures.- J. Appl. Physiol., 1977, 42, 4, p. 614-623;
46. Anokhin P.K. Essays on the physiologists of functional systems.- Moscow .: Medicine, 1975, 447 p. (in Rus.);
47. Kotovsky E.F., Shimkevich L.L. Functional morphology under extreme impacts. – Moscow: Nauka, 1971, 387 p. (in Rus.); Polish Hyperbaric Research
48. Lambertsen C.J. Effects of oxygen at high partial pressure.- In: Handbook of physiology. Section 3. Respiration. Washington, 1965, v. 2, p. 1027-1046.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-27ab7f1b-39ea-45c8-8cb2-47d547583a9f