Физика дыхания человека: параметры потока, времени, объёма и давления при спонтанном, спонтанно-активируемом и аппаратном дыхании

Нормальное дыхание у здорового человека происходит без сознательных усилий при атмосферном давлении и концентрации кислорода 21%. При стрессе, физической нагрузке, на высоте и при лёгком заболевании организм автоматически приспосабливается за счёт увеличения объёма и частоты дыхания.

Более длительные адаптационные изменения при нагрузке и на высоте включают увеличение числа эритроцитов и повышение плотности капилляров в мышечной ткани. Когда более тяжёлые внешние условия или лёгочные заболевания превосходят возможности этих адаптаций, для поддержания достаточной вентиляции и сохранения жизни требуется техническая помощь.

С экологической точки зрения необходимо решать две задачи: токсичность окружающей атмосферы и изменения внешнего давления и концентрации кислорода. С медицинской точки зрения к механизмам помощи дыханию относятся подача кислорода при атмосферном давлении, положительное давление и поток без дополнительного кислорода либо их сочетание.

В обзоре описаны различные технологии, применяемые для поддержания безопасной среды дыхания. К вопросам экологического вмешательства относятся фильтрующие и подающие воздух маски для токсичных сред (для защиты на производстве и в лаборатории), а также системы подачи газа по требованию для пожарных, водолазов, использующих автономный подводный дыхательный аппарат, и для применения на высоте, включая высокоэффективную авиацию и космические аппараты.

К вопросам медицинского вмешательства относятся назальная канюля, постоянное положительное давление в дыхательных путях и медицинские аппараты искусственной вентиляции лёгких. Основная цель статьи — дать базовое представление о нормальном дыхании человека и его адаптации в разных условиях с использованием доступных технологий.