Влияние водной среды на организм человека

По массе в воде содержится 11,19% водорода и 88,81% кислорода. Тяжелая вода содержит 20% водорода.

Отцом океанографической химии можно считать Роберта Бойля, доказавшего в 1670-х годах, что пресная вода, попадающая в моря, содержит соли в незначительном количестве, которые затем концентрируются. Им была сделана первая попытка количественного определения солености путем выпаривания морской воды и взвешивания сухого остатка. Однако при этом он допустил ошибку, так как не учел того, что некоторые составные части солей являются летучими вещества. Он предложил определять соленость расчетным способом по плотности воды.

Первый химический анализ морской воды сделал А.Лавуазье.

Вся природная вода содержит растворенные в ней вещества, количество которых значительно больше в воде морей и океанов по сравнению с пресной водой рек и озер. На долю пресных вод приходится лишь 2,5%, а 97,5% составляют соленые воды Мирового океана. Морская вода является слабым щелочным раствором. В ней обнаружено 73 химических элемента. Химический состав морской воды подразделяется на 5 групп:

• 1 основные 11 ионов (хлорид, натрий, сульфат, магний, кальций, калий, бикарбонат, бромид, барит, стронций, фторид), которые составляют 99,98% массы всех растворенных солей;
• 2 биогенные элементы (С, Н, N, P, Si, Fe, Mn), из которых состоят организмы;
• 3 растворенные в воде газы (О2, N2, СО2, Н, S, ?CH, Ar и другие инертные газы), при этом соотношение: О2: N2 = 1: 2, а не 1: 4, как в воздухе;
• 4 группа микроэлементов с концентрацией меньше 1. 10−6;
• 5 органические вещества.

Подавляющая доля солей морской воды приходится на хлориды, а не на карбонаты, что отличает ее от речной воды, в которой преобладают углекислые соли.

В среднем океанская вода содержит 35 г минеральных солей в 1 л, т. е. массовая соленость составляет 35%, или 3,5%. Соленость крови человека (около 1%) в 3,5 раза меньше солености океана и близка к солености воды средней части Балтийского моря. Количество хлористого натрия в верхних слоях Черного моря 20 г в 1л воды, а в средней части Балтийского моря (8,5 г/л) такое же, как в 0,85%-ном физиологическом растворе для внутривенных инъекций.

В поверхностных слоях морей и водах океана при температуре -2°С содержание О2 составляет около 8,5 мл/л, при 30 °C — до 4,5 мл/л. Глубины Черного моря, как и некоторые другие моря, лишены кислорода. В отсутствие естественного окислителя на Черном море глубже 200-метровой отметки вода насыщена сероводородом и является безжизненной.

Плотность морской воды в отличие от пресной зависит не только от температуры и давления, но и от солености. Чистая вода имеет наибольшую плотность при температуре +4°С, однако с повышением солености эта температура понижается, и при солености выше 24,695‰ становится ниже температуры замерзания. Морская вода соленостью ниже этого значения называется солоноватой, выше — чисто морской.

Жидкий грунт — резко выраженный слой скачка плотности воды с вертикальным коэффициентом, достаточным для того, чтобы подводная лодка могла лежать в этом слое воды без хода, как на грунте. Жидкий грунт может также влиять на деятельность водолазов и работу подводных аппаратов.

Вязкость морской воды, или внутренне трение, — свойство морской воды противодействовать и сопутствовать относительному перемещению частиц (слоев) жидкости. Молекулярная вязкость морской воды — очень малая величина, равная в среднем 10−3 кг/м. с, и изменяется незначительно при изменении температуры, солености и давления воды. Коэффициент турбулентной вязкости во много раз больше: в верхнем слое океана, подверженном воздействию ветра, он достигает 103 кг/м. с.

Физиологические механизмы адаптации организма к водной среде (плаванию) имеет ряд особенностей, отличающих ее от физической работы в воздушной среде. Эти особенности обусловлены механическими факторами: движением в плотной водной среде, горизонтальным положением тела и большой теплоемкостью воды.

Названные особенности водной среды оказывают специальное влияние на деятельность различных органов и систем. В процессе тренировки у пловцов формируется особое комплексное восприятие различных раздражителей, называемое «чувством воды». Оно обусловлено ощущениями, возникающими при раздражении тактильного, температурного, проприоцептивного и вестибулярного рецепторов. Функции зрительной и слуховой сенсорных систем при нахождении пловца под водой существенно ухудшаются.

Двигательная деятельность пловца определяется горизонтальным положением тела, большим сопротивлением воды движению, включением в работу преимущественно мышц рук и плечевого пояса (до 70%) и ног — при плавании брассом (И.Л. Гончар, 2010).

Деятельность внутренних органов и систем организма у пловцов имеет свои особенности (брадикардия, умеренное повышение артериального давления, усиленный венозный приток к сердцу, увеличение ударного и минутного объемов крови, расширение полостей сердца и умеренная гипертрофия миокарда). При дыхании пловцам приходится преодолевать сопротивление воды, в связи с этим у них хорошо развита дыхательная мускулатура.

Изменения в картине крови при плавании характеризуются увеличением содержания эритроцитов, гемоглобина и лейкоцитов. При плавании почти отсутствует потоотделение, поэтому продукты обмена веществ у пловцов могут выводиться только через почки, что предъявляет дополнительные требования к их функциям.

В отличие от других видов физических упражнений плавание происходит в условиях водной среды, где на организм человека воздействуют как физические упражнения, так и пребывание в водной среде. В этом двустороннем воздействии заключаются специфические особенности плавания (И.В. Платонов, 2013).

Лечебное воздействие плавания на организм отмечается многими специалистами. Оно благотворно влияет на основные показатели физического развития человека: рост, вес; является прекрасным средством профилактики и исправления нарушений осанки, сколиозов, плоскостопия; укрепления сердечно-сосудистой и нервной системы; развития дыхательного аппарата и мышечной системы; содействует росту и укреплению костной ткани.

Тело человека обладает плавучестью, так как его удельный вес близок к удельному весу воды, то есть в воде тело становится как бы невесомым. Это свойство имеет практическое значение: отпадает необходимость в каких-либо движениях для сохранения положения тела в воде, что создает условия для корригирования нарушений осанки, для восстановления двигательных функций после перенесенных травм и предупреждения их негативных последствий.

При любых способах плавания почти все суставы позвоночника действуют с высокой амплитудой и в самых различных плоскостях, при этом пределы возможностей несколько расширяются, так же суставы позвоночника уже не несут тяжелой статической опорной нагрузки. В то же время, активное движение ног в воде в безопорном положении укрепляет стопы и предупреждает развитие плоскостопия (И.В. Платонов, 2013).

Специфические особенности плавания связаны с двигательной активностью в водной среде. При этом организм человека подвергается двойному воздействию: с одной стороны на него воздействуют физические упражнения, с другой — водная среда. Эти особенности также обусловлены и физическими свойствами воды: ее плотностью, вязкостью, давлением, температурой, теплоемкостью.

Воздействие воды на организм начинается с кожи. Омывая тело пловца, вода очищает кожу, улучшая тем самым ее питание и дыхание. Кроме того, кожа подвергается химическому воздействию содержащихся в воде микроэлементов. Плотность воды примерно в 775 раз больше плотности воздуха, а отсюда затруднение движений, ограничение скорости и большие энергозатраты. При плавании основная мышечная работа затрачивается не на удержание человека на воде, а на преодоление силы лобового сопротивления. Давление воды препятствует выполнению вдоха, а при выдохе в воду приходится преодолевать ее сопротивление, что приводит к повышенной нагрузке на дыхательную мускулатуру. При плавании вырабатывается новый автоматизм дыхания, который характеризуется уменьшением длительности дыхательного цикла, увеличением частоты и минутного объема дыхания. При этом увеличивается легочная вентиляция и жизненная емкость легких.

Вода оказывает воздействие на двигательный аппарат: для поддержания тела на поверхности воды при поднятой голове требуется усилие каждой руки 300−400 г, а при плавании это усилие возрастает несколько десятков раз, увеличивая силу мышц, действуя на все кожные покровы, вода одновременно повышает электрическую активность биотоков, напряжения, заставляя все нервные клетки реагировать в полную силу (Н.Ж. Булгакова, 2015).

Кроме плотности и давления воды существенное влияние на организм при занятиях плаванием оказывает ее теплоемкость. Теплоемкость воды в 4 раза больше и теплопроводность в 25 раз выше, чем воздуха. Поэтому, когда человек находится в воде, его тело излучает на 50−80% больше тепла, чем на воздухе, в связи с чем у него повышается обмен веществ для сохранения теплового баланса в организме.

Анализируя физиологические изменения при плавании и его влияние на организм нужно сказать о двигательной деятельности пловца. Она определяется горизонтальным положением тела, большим сопротивлением движению, выработкой специфических двигательных автоматизмов и новой координации движений, строгой последовательностью работы отдельных мышечных групп, включением в работу преимущественно мышц рук и плечевого пояса (до 70%) и ног при плавании брассом. Под влиянием тренировки у пловцов хорошо развивается сила мышц. Кроме того, горизонтальное положение тела при плавании, давление воды на подкожное венозное русло, глубокое диафрагмальное дыхание способствуют притоку крови к сердцу и в целом существенно облегчают его работу. Поэтому плавательные упражнения при соответствующей дозировке допустимы для лиц с ослабленным сердцем и могут использоваться как одно из средств укрепления и развития сердечно-сосудистой системы (И.В. Платонов, 2013).

При нахождении человека в воде у него увеличивается количество форменных элементов крови: эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина. Это наблюдается даже после одноразового пребывания в воде. Через 1,5−2 часа после занятия состав крови фактически достигает нормального уровня. Однако уровень форменных элементов крови при регулярных занятиях повышается на более длительное время.

Характерной особенностью плавания является то, что тело воде не имеет твердой опоры. Такое положение значительно увеличивает его двигательные возможности и содействует их развитию. Действие мышц при отсутствии твердой опоры способствует более длительному сохранению эпифизарных хрящей в костях конечностей, а, следовательно, и продолжению роста тела пловца в целом. Занятия плаванием гармонически развивают основные качества: силу, быстроту, ловкость, выносливость.

Еще одной особенностью плавания является относительная невесомость тела в условиях водной среды. Вес тела человека нейтрализуется выталкивающей силой воды. Взвешенное состояние тела в воде разгружает опорно-двигательный аппарат от статической нагрузки и способствует правильному процессу физического формирования человека. Создаются условия для корригирования нарушенной осанки, для восстановления двигательных функций, утраченных вследствие травм, и для предупреждения их последствий (И.Л. Гончар, 2010).

Таким образом, плавание способствует глубокой положительной морфологической и функциональной перестройке всех систем организма, что возможно при использовании плавания как вида спорта, имеющего также оздоровительно-гигиеническое и лечебное значение.