"Баротравмы ушей во фридайвинге. Методы компенсации давления" |
Возможно многие уже не раз читали и многие знают, но... Еще раз о баротравмах ушей и о методах компенсации давления, в простонародии "продувке". Смотрим видео и читаем статью.
Энциклопедия фридайвинга: баротравмы ушей, методы выравнивания давления, интервалы "продувки"Очень хорошая работа на данную тему была представлена на сайте Федерации фридайвинга РФ, реферат назывался "Строение и функции уха в контексте фридайвинга" (автор Александр Журавлев), в работе очень много биологии и терминологии, поэтому отобрал самое "жизненное" и представляю вашему вниманию. Воздействие давления на ушиПри погружении под воду давление во внешнем слуховом проходе становится равным давлению воды, независимо от того, есть ли воздух в проходе или проход заполнен водой, - оставшийся в проходе воздух сжимается, пока его давление не сравняется с давлением воды. Под действием давления барабанная перепонка прогибается внутрь. Манёвр ВальсальваВ этом способе продувания давление в полостях головы (и подмасочном пространстве) повышается путем выдоха при закрытых носовом и ротовом отверстиях. Повышенное давление создается в легких за счет напряжения диафрагмы и межреберных мышц. Этот маневр прост в исполнении, но имеет недостатки. С энергетической точки зрения для повышения давления в полостях головы неэффективно использовать легкие, объем которых в десятки раз больше объема полостей головы, - при напряжении дыхательных мыщц расходуется неоправданно много кислорода. Кроме того, создание избыточного давления в легких затрудняет кровообращение в них и повышает кровяное давление в организме, что дополнительно сжимает просвет слуховой трубы. Если продувание выполняется несвоевременно, то повышение кровяного давления при чрезмерно напряженной попытке продуться маневром Вальсальва может привести к травме мембраны круглого окна. Это обусловлено тем, что при повышении давления крови повышается давление перилимфатической жидкости, в результате чего мембрана круглого окна выгибается наружу. Если в барабанной полости уже было пониженное давление в сравнении с давлением в тканях и мембрана круглого окна была выгнута наружу, то из-за натуживания она может выгнуться еще больше и порваться. Кроме того, смещение перилимфатической жидкости стимулирует орган равновесия, что вызывает головокружение. Манёвр Френзеля
Маневр Френзеля требует периодического нагнетания воздуха в рот. Наполненного рта хватает от одного до нескольких продуваний, после чего рот наполняется снова выдохом из легких. Для наполнения рта требуется меньшее напряжение легких, чем при продувании ушей, поэтому достигается экономия усилий в сравнении с маневром Вальсальва. Чтобы увеличить объем воздуха, набираемого в ротовую полость, вместе с отведением вниз нижней челюсти надувают щеки. В этом положении ротовая полость вмещает более 100 мл воздуха. Надувание щек должно выполняться в момент нагнетания воздуха в рот, а не после закрытия голосовой щели; в противном случае оно превращается в бесполезную гримасу. Собственно говоря, установка сразу делается на надувание легкими щек, а рот при этом наполняется сам собой.
В челюстном маневре нужно соблюдать осторожность, следя за тем, чтобы не загнать воздух в слюнные железы, что может привести к их баротравме. Чтобы воздух открывал слуховую трубу до того, как он откроет протоки слюнных желез, первая должна достаточно легко продуваться. Поэтому начинающим, пока они не разработают слуховую трубу, не следует прилагать больших усилий в челюстном маневре Френзеля.
Все три фазы можно тренировать на суше, имитируя уменьшение объема под действием давления медленным выпусканием воздуха через нос. Тренировками в воде и на суше повышается объем максимального заполнения рта и объем, при котором удается выполнить продувание.
Интервал между продувкамиПродувка 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)
hn+1 = h1 + αdn. (5)
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 что достигается за счет большого их числа и малого размера. Толщина слизистой порядка 0,05 мм. 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 показало, что они способны нырять на глубину свыше 1 км и оставаться там до 1 часа. Исследование строения их ушей 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. 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 продувкиНа 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.
Воздействие давления на внешний слуховой проход (ныряем в шлеме)
При нырянии без шлема вода может свободно втекать во внешний слуховой проход и уменьшать объем оставшегося в слуховом проходе воздуха, пока его давление самопроизвольно не выровняется с давлением воды. Когда же на голову надет шлем и ушная раковина закрыта, ситуация меняется. Под действием давления шлем прижимается к ушной раковине и препятствует притоку воды во внешний слуховой проход. В результате давление в нем выравнивается в основном за счет прогибания шлема внутрь ушной раковины. Однако прогибание шлема ограничено формой внешнего уха, и объем воздуха может уменьшаться таким путем лишь в 2-4 раза. Следовательно начиная с некоторой глубины (порядка 10-30 м) компенсации окажется недостаточно. При продувании барабанная перепонка будет выгибаться наружу и может быть травмирована. Если продувание не делать, то под нагрузкой оказывается мембрана круглого окна, поскольку давление перилимфы будет равно давлению воды, а давление в барабанной полости — чуть больше атмосферного. Чем толще материал шлема, тем больше требуется усилие для его прогиба и тем больше оказывается разница между давлениями с разных сторон шлема, то есть во внешнем слуховом проходе и воде. Поэтому при толстом шлеме самопроизвольное выравнивание давления во внешнем ухе хуже, чем при тонком.
Чтобы облегчить выравнивание давления во внешнем ухе выпускают воздух из-под шлема (особенно из пространства между шлемом и ушной раковиной) на небольшой глубине. В этом случае для изменения объема оставшегося воздуха в несколько раз, потребуется лишь небольшой прогиб шлема, что позволит нырять на существенно большие глубины. Иногда делают в шлеме небольшие отверстия напротив ушных раковин — это радикально решает проблему с выравниванием давления во внешнем ухе. Однако, если вода холодная такой способ нежелателен, — есть риск застудить уши. В этом случае лучше использовать шлем без отверстий и заливать в него теплую воду. Впрочем, если отверстия сделать маленькими, например диаметром 1 мм, то этого будет достаточно для выравнивания давления, но циркуляция воды будет небольшой.
Профилактика баротравм ухаДля предупреждения баротравм уха при нырянии должна быть в норме барофункция слуховой трубы. При ее нарушении, а также при насморке, ангине, воспалении или отечности слизистой носоглотки лучше воз держаться от ныряния.
По-видимому, самый простой и эффективный способ повышения проходимости слуховых труб и тренировки тубарных мышц — регулярно продувать уши.
Начинающим ныряльщикам рекомендуется щадяще увеличивать нагрузку на уши, не допуская болевых ощущений, чтобы не травмировать миниатюрные суставы слуховых косточек. Травма этих суставов чревата снижением их подвижности, что вызовет снижение толерантности к давлению и громким звукам, а также снижение остроты слуха.
У некоторых начинающих ныряльщиков, не имеющих опыта ныряния на море, соленая морская вода, попадая в рот или нос вызывает отек слизистой носоглотки. Для привыкания к соленой воде может потребоваться несколько дней. Поскольку выезд на море обычно ограничен по времени, то начинающие ныряльщики нередко стремятся форсировать освоение глубины несмотря на затруднения с продуванием. Это повышает риск баротравм. Баротравмы еще больше нарушают барофункцию. Поэтому стремление к ускоренному освоению глубины может дать обратный результат. Привыканию к соленой воде способствует полоскание горла морской водой. За 1-2 недели до выезда на море можно начать полоскать горло гипертоническим раствором соли (2 чайные ложки без верха на 250 мл — примерно такая концентрация соли в Красном море). Промывание носа морской водой также может оказаться полезным, но для уменьшения риска инфицирования лучше использовать раствор соли в чистой воде или кипятить морскую воду, а затем пропускать ее через бумажный фильтр. Промывание носа в первые дни лучше делать нормотоническим раствором (0,9 г соли на 100 мл) и постепенно переходить к бóльшим концентрациям. Однако вряд ли целесообразно применять более концентрированные растворы чем 2 г на 100 мл. Слишком частое и долгое промывание (ежедневно на протяжении месяцев) едва ли полезно для слизистой носоглотки и пазух. В частности неясно, может ли это привести к ее гипертрофии или атрофии мерцательного эпителия.
Отечность слизистой носоглотки может быть вызвана психосоматическими факторами, в том числе психическим волнением. Волнение уменьшается по мере накопления опыта, увеличения знаний по теории ныряния и в дружелюбной атмосфере.
Отек слизистой носа происходит рефлекторно при охлаждении тела, особенно ступней, поэтому использование хорошего гидрокостюма уменьшает риск баротравм уха.
При нырянии в шлеме на глубины свыше 20 м в тонком костюме и свыше 10 м в толстом нужно не забыть о необходимости выравнивания давления в наружном слуховом проходе (см. выше).
Прочность барабанной перепонки определяется прочностью коллагеновых волокон ее фиброзного слоя. Для выработки коллагена организму необходим белок и витамин С.[13] Поэтому для профилактики баротравм необходимо полноценное питание. Изменения в тканях становятся заметными через 1-2 недели после изменения рациона.
При ослаблении слуха, связанного с нарушением проводимости в среднем ухе, следует избегать больших нагрузок на барабанную перепонку, поскольку отклонения от нормы в слуховых косточках, кольцевой связке стремени и мембране круглого окна могут делать их нетолерантными к статическим нагрузкам. С другой стороны, умеренные нагрузки на барабанную перепонку, вероятно, могут оказывать положительное влияние на состояние звукопроводящей системы среднего уха, повышая подвижность ее элементов.
Оказание помощи при баротравмах ухаВ первую очередь необходимо уменьшить риск инфицирования, обеспечить комфорт и отдых пострадавшему (поскольку стресс ослабляет иммунитет), а также хорошее питание. Если вокруг пыльно или ветренно, на ухо следует наложить дышащую стерильную повязку. Без осмотра барабанной перепонки трудно быть уверенным произошел ли ее разрыв или только растяжение, поэтому не следует чем-либо промывать ухо, самостоятельно очищать наружный слуховой проход от крови. Нельзя сморкаться, громко разговаривать и продуваться. Для постановки диагноза и назначения лечения необходимо обратиться к отоларингологу. В полевых условиях установить наличие перфорации можно путем продувки под водой - при разрыве перепонки из уха будут выходить пузыри воздуха.
Лечение состоит главным образом в предотвращении инфицирования, ускорении рассасывания гематом и удалении экссудата из уха. При наличии головных болей применяют обезболивающие средства. Для предотвращения развития патологических процессов в среднем ухе необходимо обеспечить нормальную проходимость слуховой трубы, если она нарушена. С этой целью в нос (в положении на спине) закапывают сосудосуживающие средства (например 2—3%-раствор эфедрина по 3-5 капель в каждое носовое отверстие, 3-4 раза в день). Если не обеспечить проходимость трубы, понижающееся (из-за растворения газов) давление в среднем ухе будет постоянно выравниваться с атмосферным через место разрыва в перепонке, и регулярное открытие раны будет мешать ее заращению.
При отсутствии инфекции растяжения барабанной перепонки и маленькие разрывы обычно заживают самостоятельно через 1-3 недели. Сильные разрывы могут потребовать восстановления барабанной перепонки (мирингопластики). В этой области хирургии достигнуты значительные успехи, — даже отсутствующие перепонку и слуховые косточки удается восстановить благодаря применению аллотрансплантатов. Повреждение окон улитки может проявляться ощущением неустойчивости и легким пошатыванием при ходьбе . При отсутствии инфекции перфорации в окнах улитки нередко заживают самостоятельно, но если этого не случилось в течении месяца, то необходимо хирургическое вмешательство, поскольку при дальнейшей отсрочке операции велика вероятность развития глухоты. При своевременной операции окна успешно заживают.
|