Соотношение насыщения кислородом и его потребления в разных тканях организма варьирует весьма значительно. Процесс проникновения кислорода из внешней среды в организм человека физиологически организован посредством систем внешнего дыхания, кровообращения, крови и тканевого дыхания так, чтобы избежать кислородного голодания при возможных условиях и формах деятельности организма. В отличие от гипоксии гипероксия является новым биологическим фактором, не встречавшимся в филогенезе, и поэтому на избыточное проникновение кислорода не выработана специальная система регуляции. Ответная неспецифическая реакция, наступающая в условиях гипероксии, может рассматриваться как результат отраженной регуляции гипероксии — выключения постоянно действующего в обычных условиях «гипоксического управления».

При спусках водолазов под воду или в барокамере с использованием для дыхания воздуха на организм водолаза помимо повышенного парциального давления азота действует также повышенное парциальное давление кислорода. Ежеминутно через альвеолы при дыхании воздухом проходит 250— 350 мл кислорода в состоянии покоя и до 4500-5000 мл во время работы. При пребывании в воздушной среде в условиях нормального давления насыщение кислородом гемоглобина не достигает 100 %, а колеблется между 90,5 и 99,9 % вследствие шунтирования венозной крови в сосудах легких. Однако достаточно повысить парциальное давление кислорода во внешней среде на 0,1 кгс/см2, чтобы гемоглобин стал полностью насыщенным кислородом.

В процессе водолазного спуска поступление кислорода в организм происходит не только с помощью оксигемоглобина, но также за счет значительного дополнительного физического растворения кислорода в плазме крови. Этот процесс осуществляется в зависимости от величины парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе (закон Генри — Дальтона). Таким образом, дополнительное поступление кислорода в организм в гипербарических условиях происходит так же, как и транспорт кровью индифферентных газов. Однако главным и весьма существенным отличием динамики распределения кислорода в организме является тот факт, что кислород постоянно потребляется в клеточных структурах организма и обратно из них в кровь не поступает (исключение из этого правила возможно в условиях снижения давления).

Известно, что 1 г чистого гемоглобина крови связывает 1,39 см3 кислорода, превращаясь в оксигемоглобин. При содержании в 1 л крови 150 г гемоглобина в химической связи с ним находится 201 см3 кислорода, а в 5 л крови - 1005 см3. Физически растворенного кислорода в 1 л крови содержится всего 3 см3, а в 5 л — 15 см3. Учитывая то, что потребление кислорода человеком в покое составляет 225—250 см3 в 1 мин, физически растворенного кислорода для его доставки тканям явно недостаточно, а на долю гемоглобина приходится доставка не менее 210—253 см3 в минуту.

При повышении парциального давления кислорода во внешней среде изменяется кислородный режим организма. При парциальном давлении кислорода 3 кгс/см2 (абс.), то есть при повышении его содержания во внешней среде в 15 раз по сравнению с воздухом, количество растворенного в плазме кислорода достигает 6 об.% (15 см3 • 15 = 225 см3), что соответствует артериовенозной разнице и обеспечивает потребности организма без участия оксигемоглобина, который перестает диссоциировать. Пребывание в гипероксической среде приводит к увеличению напряжения кислорода в жидких средах организма: плазма крови — межтканевая жидкость — внутриклеточная среда. Кислородная емкость жидких сред увеличивается, поскольку возросший кислородный поток из крови превышает потребление кислорода в тканях. Венозная кровь артериализуется.

Избыточно растворенный кислород, действуя на сосудистые и тканевые рецепторы, выступает как агент, вызывающий функциональную денервацию регуляторной системы, заставляя организм довольствоваться одним «гиперкапническим управлением». Кислород под давлением 2—3 кгс/см2 оказывает не только рефлекторное, но и прямое угнетающее влияние на дыхательный центр. В итоге всех воздействий снижается уровень функционирования внешнего дыхания (урежение и углубление дыхания, снижение легочной вентиляции), общей гемодинамики (брадикардия, снижение сердечного выброса, сужение сосудов, повышение периферического сопротивления, уменьшение скорости кровотока, депонирование крови), регионарной гемодинамики (сужение мозговых сосудов и замедление кровотока) и системы крови (эритропения, лимфопения). Все эти сдвиги, а также наступающая артериализация венозной крови приводят к затруднению выведения углекислого газа, росту его напряжения, а также содержания водородных ионов в крови, тканях и органах, в том числе в дыхательном центре.

Гиперкапния, в свою очередь, активизирует функцию внешнего дыхания и гемодинамики, способствуя частичному восстановлению этих функций. Наступающее в гипероксической среде снижение функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем есть явление рефлекторное, нервное, указывающее на избыток кислорода в крови и на то, что более энергичная его доставка в тело становится излишней. Эту реакцию следует рассматривать как приспособительную, компенсаторную, направленную на то, чтобы уменьшить гуморальную генерализацию в организме избыточно растворенного кислорода, выступающего при определенных значениях его парциального давления как патогенное начало. При водолазных спусках с использованием для дыхания воздуха патологическая реакция организма, связанная с действием повышенного парциального давления кислорода, как правило, не наступает.