Елена Петровна Гора учебное пособие


Рис. 3.9. Влияние космического полета на организм (по: Н. А. Агаджанян и др., 1994) Медико-биологическое обеспечение полетов



страница20/37
Дата23.04.2016
Размер9.99 Mb.
ТипУчебное пособие
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   37

Рис. 3.9. Влияние космического полета на организм (по: Н. А. Агаджанян и др., 1994)

Медико-биологическое обеспечение полетов. Обеспечение пилотируемых полетов базируется на результатах предварительных исследований в наземных условиях (стендовые и модельные исследования на животных, эксперименты с участием человека в макетах космических объектов).

• Решающее значение имеют исследования непосредственно на космических летательных аппаратах. Жизнедеятельность человека на пилотируемых космических кораблях и орбитальных станциях обеспечивает комплекс оборудования и бортовых запасов для поддержания постоянного состава газовой среды, снабжения человека питьевой водой, продуктами питания, санитарно-техническими средствами. Так, система регенерации и кондиционирования воздуха на космических кораблях предполагает запасы химически связанного кислорода на борту в виде надперекиси щелочных металлов и сорбентов, поглощающих водяные пары и углекислый газ.

• Для обеспечения жизнедеятельности экипажа в случае аварийного приземления спускаемого аппарата в безлюдной местности в носимом аварийном запасе (НАЗ) предусмотрены продукты питания с максимальной энергетической и биологической ценностью при минимальных массе и объеме.

• Увеличение продолжительности пилотируемых космических полетов требует надежного обеспечения санитарно-гигиенических условий в кабине корабля, личной гигиены космонавта, тщательного контроля за состоянием кожных покровов, их микрофлорой, загрязнением, а также совершенствования полной и локальной обработки покровов тела. Особое внимание уделяется одежде космонавтов (полетный костюм, нательное белье, теплозащитный костюм, головной убор, обувь).

• Специальное значение имеют сбор, хранение и удаление отбросов жизнедеятельности человека и отходов от бортового оборудования и аппаратуры.

• Особое место занимают исследования условий и характера взаимообмена микроорганизмами между членами экипажа путем возможных аутоинфекций и инфекций, что особенно важно в условиях герметических кабин ограниченного объема в сочетании со снижением иммунорезистентности в космическом полете.

• Важное значение для разработки перспективных систем жизнеобеспечения имеют длительные медико-технические эксперименты. В них определяют возможность длительного поддержания нормальной работоспособности человека при изоляции в герметической камере ограниченного объема с использованием воды и кислорода, регенерируемых из отходов, и практически полностью обезвоженных продуктов питания. Изучают взаимодействие человека и окружающей среды в этих условиях, методы медицинского контроля, технологические режимы конструкций, отдельных блоков и другие вопросы. Эксперименты подтверждают возможность длительного существования и работы экипажа в системах с замкнутыми циклами, необходимыми для поддержания жизнедеятельности человека.

• Для обеспечения работ вне корабля в открытом космосе или на поверхности планет, а также для сохранения жизни в случае разгерметизации кабины космического корабля предназначены космические скафандры – индивидуальные средства обеспечения жизнедеятельности космонавтов.

• Деятельность космонавта при подготовке и осуществлении полета сопровождается выраженным нервно-эмоциональным напряжением. Считают, что космические полеты практически всегда будут содержать элементы риска и вероятность непредвиденных ситуаций. В связи с этим динамический контроль за состоянием человека, профилактика и устранение неблагоприятных влияний являются предметом космической психофизиологии. Исследования в этой области охватывают влияние факторов космического полета на нервно-эмоциональную сферу космонавтов, психофизиологические механизмы эмоционального напряжения и их влияние на профессиональную деятельность, психологическую совместимость членов экипажа, особенно в длительных космических полетах.

• Увеличение продолжительности полетов связано со смещением времени и его влиянием на биологические ритмы. Изучение процессов адаптации к этому неблагоприятному воздействию приводит к разработке режимов труда и отдыха в космических полетах. При этом исходят из представления, что изменения суточных режимов могут привести к десинхронизации физиологических процессов.

• Медико-биологическое обеспечение полетов человека в космос непременно включает в себя отбор и подготовку космонавтов. Опыт космических полетов свидетельствует о том, что отбор космонавтов, основанный на врачебной экспертизе летного состава, полностью себя оправдывает. Требования к физическому состоянию и здоровью наиболее высоки у кандидатов для длительных космических полетов, что обусловлено весьма длительным действием факторов полета на организм, расширением обязанностей членов экипажа и взаимозаменяемостью в полете. Отбор членов экипажа в соответствии с результатами медицинского контроля продолжается во время тренировок и подготовки к полету. При формировании специальных программ подготовки принимаются во внимание цели и задачи космических экспериментов, а также исходное состояние членов экипажа. Требования к состоянию здоровья космонавтов-исследователей несколько снизились. Более широкое привлечение специалистов различных профессий (геофизиков, астрономов, врачей, биологов и др.) к космическим полетам требует новых медицинских и психологических критериев отбора.

3.15.2. Адаптация к космическим полетам

До последнего времени в космической физиологии адаптация человека рассматривалась лишь в онтогенетическом аспекте. Между тем физиологическая адаптация – понятие более широкое. Оно включает изучение явлений не только индивидуальных, но также видовых (наследственно закрепленных) и популяционных адаптаций. Вместе с тем исследование механизмов адаптационных процессов указывает на то, что невозможно судить об адаптации человека только по физиологическим параметрам, не учитывая психологических, биохимических и других аспектов.



Индивидуальная адаптация. В настоящее время установлено, что в основе индивидуальной адаптации лежит генотип. При этом известно, что генетическая программа организма предусматривает не заранее сложившуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды, что соответствует представлениям И. И. Шмальгаузена о наследуемости нормы реакции. Этот важный постулат целесообразно учитывать при профессиональном отборе космонавтов. Определение наследственно заданной нормы реакции открывает возможность прогнозировать адаптационный резерв у претендентов на участие в космических полетах.

Кроме того, для космической физиологии, по-видимому, представляет интерес разработка гипотезы о стресс-норме, которая может быть применима, в частности, к адаптивным процессам в экстремальных условиях полета (при недостатке или избытке кислорода, повышенном содержании углекислого газа и т. п.).



Фенотипическая адаптация.

Адаптация, приобретаемая в ходе индивидуальной жизни организма при его взаимодействии с окружающей средой, определяется как фенотипическая адаптация.

Именно она является основой для тренировки космонавтов к отдельно взятым факторам космического полета или к их комплексу.



Неспецифическая перекрестная адаптация. Этапным моментом в изучении проблемы адаптации было выявление неспецифической перекрестной адаптации. Действительно, использование неспецифической адаптации является важным компонентом системы подготовки космонавтов. Однако частные вопросы перекрестной адаптации оказались изученными недостаточно. Остается неясным, при каком сочетании факторов полета может возникнуть перекрестная адаптация, а при каком – «перекрестная сенсибилизация», о которой упоминал Г. Селье.

Социальная и биологическая адаптация. Выявление во многих исследованиях фазового течения адаптации и изучение ее механизмов свидетельствуют о том, что космическая биология и авиакосмическая медицина не могут обойтись без исследования таких типов адаптации человека, как социальная и биологическая. Социальная адаптация включает в себя прежде всего психологическую адаптацию. К биологической адаптации можно отнести физиологическую, биохимическую и морфологическую адаптацию.

Если не останавливаться подробно на описании достаточно известных механизмов формирования различных фаз адаптации, представляется существенным следующее. В космической физиологии много внимания уделяется оценке эффективности адаптационных процессов. Разработаны критерии и методы диагностики функциональных состояний организма и его работоспособности. В настоящее время ведутся исследования, направленные на создание измерительно-вычислительных комплексов, позволяющих осуществлять динамический контроль функционального состояния организма и прогнозировать его адаптационные возможности.



Перспективная адаптация. Одновременно совершенствуются и создаются новые методы повышения эффективности адаптации к различным неблагоприятным факторам. В их основе лежит представление о перспективной адаптации, в результате которой физиологическая перестройка организма приводит к углублению резервных возможностей организма и, по существу, является тренировкой.

Цена адаптации. Вместе с тем все острее становится проблема цены адаптации, в том числе отдаленных неблагоприятных последствий космических полетов. В силу того что освоение человеком космического пространства началось сравнительно недавно, мы не имеем пока достаточного объема научных данных по этой проблеме. Ее актуальность объясняется перспективой увеличения длительности, усложнения многочисленных выходов космонавтов в открытый космос и высадок на небесные тела.

При этом наиболее информативными показателями биологической цены адаптации могут быть такие критерии, как способность к воспроизведению, темпы старения и продолжительность жизни.

Перспективы. Какова же перспектива разработки проблемы адаптации человека в условиях подготовки к более продолжительным космическим полетам, включая планируемый полет человека на Марс? Здесь необходимо остановиться прежде всего на двух аспектах:

1) резервы организма человека в плане не только адаптации, но и реадаптации;

2) роль профилактики неблагоприятных воздействий таких полетов на организм.

При этом уже на этапе отбора следует акцентировать внимание на индивидуальных особенностях космонавтов в плане их способности к кратковременной и долговременной адаптации. Было показано, что к непродолжительному воздействию неблагоприятных условий наиболее эффективно адаптируются люди с большими колебаниями фоновых показателей, чего нельзя сказать о лицах со стабильными фоновыми данными. К длительной адаптации более подходят люди, у которых организм способен продолжительное время поддерживать в напряжении необходимые адаптивные механизмы. Обращает на себя внимание то, что люди, хорошо адаптирующиеся к значительным колебаниям условий среды, выраженным в течение короткого времени, гораздо хуже переносят длительные неблагоприятные воздействия, и наоборот.

Проблема обеспечения безопасности космических полетов и защиты от их возможных неблагоприятных влияний, в том числе отдаленных последствий, требует разработки все более совершенных методов профилактики. Работа в этом направлении входит в глобальную задачу создания искусственной среды обитания в космических аппаратах будущего.

В заключение следует отметить, что до сих пор в космической биологии и медицине проводились исследования адаптивных реакций лишь к воздействию отдельных факторов полета. Теперь этот этап в значительной степени уже завершен и все большее внимание привлекает изучение интегративного воздействия факторов полета на организм. По образному выражению Дж. Баркрофта, приспособление есть сумма всех возможных приспособлений. Можно предположить, что адаптация к такому суммарному влиянию будет протекать медленнее и сложнее, чем адаптация к отдельным факторам.

Таким образом, в настоящее время назрела необходимость создания общей концепции адаптации к космическому полету как к комплексу факторов, оказывающих экстремальное воздействие на организм.

3.16. Влияние подводных погружений

3.16.1. Подводная биология и медицина

К настоящему времени сформировалась новая область естественных наук – подводная биология и медицина, изучающая функциональное состояние организма человека при воздействии комплекса факторов, возникающих при погружении в водную среду. Целью этих исследований является изыскание способов защиты, которые позволят человеку не только успешно трудиться в условиях повышенного давления, но и полностью сохранить свое здоровье.

Возникли эти науки на базе классической физиологии во второй половине XIX века, когда появился особый вид трудовой деятельности человека – работа под повышенным давлением в кессонах и под водой.

В условиях повышенного атмосферного давления на организм влияет целый ряд факторов, с которыми в процессе эволюции человек не встречался: высокое гидростатическое давление, повышенное парциальное давление кислорода и других газов в среде для дыхания, повышенная плотность газов в дыхательной смеси.

Наиболее полные сведения об этом были впервые представлены в классической работе П. Бера «Атмосферное давление» (1878). Физиология человека обогатилась новыми данными о токсическом действии кислорода, о процессах сатурации и десатурации тканей организма инертными газами при изменении атмосферного давления, о нарушениях функций организма во время и после декомпрессии. В последующем гипербарическая физиология пополнилась представлениями о наркотическом действии инертных газов (азот, аргон, неон, криптон), специфическом действии гелия, безопасных границах применения азота и гелия в условиях повышенного давления, о возможности адаптации человека к длительному воздействию гипербарической среды.

От успехов подводной биомедицины зависит возможность освоения Мирового океана. Возрастающий интерес к гипербарической физиологии связан также с разработкой новых методов лечения, например оксигенобаротерапии, с перспективой полета человека на такие планеты Солнечной системы, как Венера, где давление атмосферы у поверхности составляет около 96 кг/см2.



3.16.2. Биологические проблемы погружения

Наиболее сложными биологическими проблемами, препятствующими в настоящее время погружению человека на большие глубины, являются проблемы преодоления нарушения функции дыхания и неврологических расстройств, возникающих при повышении давления воздуха более 6 кг/см2, т. е. на глубинах свыше 60 м.



1. Азотный наркоз. На этих глубинах при дыхании водолазов воздухом возникает состояние так называемого азотного наркоза, которое характеризуется снижением работоспособности, сонливостью, галлюцинациями, потерей ощущения времени, пространства. Большинство исследователей считают основной причиной такого состояния специфическое действие повышенного парциального давления азота, однако показано также потенциирующее влияние на формирование азотного наркоза повышенного давления кислорода, углекислого газа и общего охлаждения организма. Одним из главных факторов, способствующих накоплению углекислого газа в организме и увеличению охлаждающих свойств газов в условиях гипербарии, является повышение плотности газов, влияющее на диффузию газов в легких и теплообмен.

2. Нервный синдром высокого давления (НСВД). При замене в составе дыхательной смеси азота на менее плотный газ – гелий – удается исключить явления азотного наркоза и благодаря этому значительно увеличить глубину погружения. Однако при большой скорости погружения, на глубинах 300–350 м, у человека возникают неврологические расстройства, клиническое проявление которых отличается от состояния азотного наркоза. Эти нервные расстройства характеризуются комплексом симптомов, свидетельствующих о повышении возбудимости различных структур центральной нервной системы (тремор, гиперкинезы и др.). Возникновение состояния повышенной возбудимости в условиях гипербарии при дыхании гелиокислородными смесями известно в настоящее время под названием нервного синдрома высокого давления. Полагают, что причинами НСВД могут быть давление само по себе, действие гелия под повышенным давлением, тепловой стресс, а также накопление углекислого газа в тканях организма в условиях повышенной плотности дыхательной смеси.

На основе результатов изучения НСВД некоторые исследователи сделали вывод, что предельная глубина погружения человека при применении смесей, содержащих гелий, – 300 м, подобно тому как при дыхании газовыми смесями, содержащими азот, предельной является глубина в 60 м. Однако оказалось, что можно создать условия, отдаляющие неблагоприятное действие высокого давления. Таким образом, была обоснована возможность преодоления человеком НСВД на глубинах более 300 м. За последнее столетие удалось увеличить глубину погружения человека с 10–30 до 501 м, а продолжительность нахождения под водой – от нескольких минут до месяца.

Методы предупреждения НСВД. Для профилактики НСВД при достижении рекордной глубины погружения (610 м) французским исследователям фирмы «СОМЕХ» потребовалось столь медленно погружать водолазов, что общее время компрессии составило 264 ч. Снижение скорости компрессии при погружении на большие глубины является в настоящее время наиболее распространенным методом предупреждения развития НСВД на глубинах более 200 м.

• Однако в поисках новых методов профилактики НСВД исследования проводятся и в других направлениях. Например, значительное сокращение периода компрессии водолазов при погружении на глубины 475 м без выраженных признаков НСВД было достигнуто при использовании для дыхания газовых смесей с компонентами-антагонистами – гелий и азот в соотношении 10:1.

• Большое внимание в последнее время уделяется профилактике и терапии симптомов НСВД с помощью фармакологических средств. Применяя газы-антагонисты и фармакологические средства, удалось довести глубину погружения высших животных (приматов) без выраженных признаков НСВД до 1000 м.

• В последние годы в отделе подводной биомедицины Научно-исследовательского института гигиены водного транспорта Министерства здравоохранения РФ успешно развиваются нейрофизиологические исследования с целью выявления ранних признаков НСВД с помощью экспресс-диагностики состояния животных при разной скорости компрессии и в будущем на основе этих данных управления параметрами среды гипербарических камер.

• Многие исследователи полагают, что основную роль в решении проблемы преодоления НСВД будет играть отбор и тренировка людей, наиболее устойчивых к воздействиям гипербарии.

• Исследование механизмов развития и путей профилактики НСВД в настоящее время достаточно быстро прогрессирует. Если проблема преодоления НСВД будет решена, то откроются реальные возможности погружения человека на большие глубины с использованием в качестве среды для дыхания газовых смесей с гелием. До недавнего времени такой прогноз был невозможен из-за отсутствия убедительных экспериментальных данных о возможностях преодоления человеком другого физиологического барьера – высокой плотности газовой смеси. Предполагалось, что функция дыхания человека и в состоянии покоя, и особенно при физических нагрузках, при увеличении плотности газовой среды более чем в 10 раз относительно обычной не сможет обеспечить адекватный газообмен. Такой величины плотность воздуха достигает при погружении человека на глубину 100 м, а плотность гелиокислородных смесей – при погружении на глубину 600 м.



На основании данных о физических закономерностях диффузии газов в условиях повышенной плотности, а также результатов экспериментальных исследований, была сформулирована теория, согласно которой гипоксические состояния в условиях гипербарии связаны с недостаточностью функции дыхания. Однако исследования, в которых водолазам предлагалось во время пребывания в камере при давлении 37 кг/см2 переключаться на дыхание газовыми смесями, содержащими неон, показали отсутствие гипоксических состояний как в условиях покоя, так и при тяжелых мышечных нагрузках. В этих исследованиях при дыхании газовыми смесями, содержащими неон, плотность среды была увеличена более чем в 28 раз по сравнению с обычной. Таким образом, были смоделированы возможности респираторной системы человека успешно обеспечивать газообмен при плотности дыхательной смеси, эквивалентной той, которая возникает при дыхании гелиокислородными смесями на глубине 1500 м.

3. Токсическое действие кислорода при гипербарии. До настоящего времени это остается очень важной и сложной проблемой. Повышенное содержание кислорода в дыхательных смесях водолазов и кессонных рабочих впервые применил П. Бер. Гипероксические смеси он использовал для профилактики и лечения декомпрессионных расстройств, возникающих после работы в среде повышенного давления. В дальнейшем содержание кислорода в газовых смесях для дыхания водолазов стали повышать с целью снижения содержания в них инертных газов и сокращения режимов декомпрессии. Были установлены безопасные границы применения высоких концентраций кислорода при кратковременном действии повышенного давления. Однако при глубоководных погружениях и длительном пребывании человека в условиях гипербарии становится очевидным неблагоприятное влияние длительного воздействия и относительно малых величин повышения концентрации кислорода в дыхательной смеси, необходимых для обеспечения газообмена в среде повышенной плотности.

Если до последнего времени при пребывании в газовой среде в условиях гипербарии считалось приемлемым повышение содержания кислорода до 0,35 кг/см2, а при работе в водолазном снаряжении – увеличение содержания кислорода до 1 кг/см2, то в настоящее время стало ясно, что содержание кислорода в среде для дыхания водолазов должно быть максимально приближено к нормальному. Было показано, что в результате гипероксического воздействия при гипербарии как в состоянии покоя, так и особенно во время мышечной деятельности возникают гиперкапния и дыхательный ацидоз вследствие изменения чувствительности дыхательного центра к рН и СО2 в гипероксической среде при повышенном атмосферном давлении, блокирования механизма элиминации СО2 гемоглобином и снижения эффективности кровообращения в легких. Таким образом, один из главных вопросов, требующих своего разрешения в настоящее время, – определение нижней границы токсического действия кислорода, особенно при длительном воздействии среды при повышенном атмосферном давлении. В этом плане перспективным направлением исследований является изучение возможностей ферментных систем и биологических антиоксидантов.

4. Нарушение температурного гомеостаза. Другой физиологический барьер, препятствующий погружению человека на большие глубины, – обеспечение температурного гомеостаза организма при погружении в барокамере, и особенно при выходе водолазов в окружающую толщу воды. В настоящее время известно, что по мере повышения давления зона температурного комфорта все более сужается, по величине приближаясь к температуре тела.

При высоких давлениях в гелиокислородной среде для создания комфортных условий требуется значительно большее повышение окружающей температуры, чем в обычных условиях. В последнее время получены данные о неадекватности теплоощущений человека в гипербарической среде относительно реального теплового состояния организма. Также известно, что зоны комфортных температур значительно изменяются в условиях покоя или работы. Они в большей мере зависят также от уровня энергопродукции человека, т. е. от характера его деятельности.



По мере увеличения барометрического давления или глубины погружения все более актуальной становится проблема оценки истинного теплового состояния организма и оперативного регулирования микроклимата водолазных барокамер.

5. Декомпрессия. Несмотря на более чем столетнюю историю изучения, до настоящего времени эта проблема не решена. Она, по-видимому, будет актуальной до тех пор, пока применяются методы погружения человека, при которых дыхание происходит при давлениях, соответствующих глубине погружения.

Первые исследования возможностей дыхания жидкими смесями были встречены с энтузиазмом, однако до реального использования их человеком еще далеко.

В связи с этим актуальными остаются исследования, направленные на:

– сокращение периодов декомпрессии после пребывания под давлением;

– раннюю диагностику, лечение и профилактику заболеваний, связанных с декомпрессией.

В поисках способов сокращения декомпрессии исследуются механизмы сатурации и десатурации тканей организма при гипербарии с целью разработки режимов плавной, близкой к физиологической кривой десатурации.

Большое внимание уделяется исследованиям возможностей сокращения периода декомпрессии за счет периодического переключения человека на дыхание различными инертными газами.

Представляются актуальными также исследования, направленные на создание аппаратуры, позволяющей следить за ходом индивидуального процесса десатурации с последующей корректировкой режима декомпрессии. Последнее имеет также большое значение для профилактики и ранней диагностики заболеваний, связанных с декомпрессией.



Методы оптимизации реакций организма.

1. Рациональный подбор газовой среды. Как показал В. П. Николаев, важнейшие требования, предъявляемые к искусственной дыхательной среде при различных давлениях, – обеспечение нормального снабжения организма кислородом и нормальная плотность, – могут быть выполнены путем создания газовых смесей того или иного состава.

• В отношении содержания кислорода вопрос решается сравнительно просто. Обычно стремятся сохранить напряжение этого газа в среде, близким к нормальному, лишь немного увеличивая его с учетом возникающих при высоких давлениях среды нарушений диффузионного процесса. Предлагается, правда, корректировать рО2 в соответствии с метаболическими потребностями. На основе принципа максимально возможного уменьшения напряжения функций дыхания и кровообращения была создана математическая модель, позволившая вывести оптимальные концентрации вдыхаемого кислорода в газовой смеси для мышечных нагрузок разной мощности. Полученные таким путем величины рО2 расположились в диапазоне от 0,021 до 0,033 МПа. Более высокое парциальное давление кислорода в среде по расчетам должно выводить показатели легочной вентиляции и гемодинамики из пределов оптимальности. Кроме того, значительная гипероксия (рО2 выше 0,040-0,050 МПа) при длительных экспозициях оказывает известное токсическое действие.

• И снова приходится возвращаться к одной из сложнейших проблем гипербарической физиологии – затруднениям дыхания вследствие повышенной плотности дыхательной среды. Этот барьер к настоящему времени удалось значительно отодвинуть благодаря широкому применению гелиевых смесей. Еще большие преимущества сулит использование в качестве разбавителя кислорода самого легкого газа – водорода. Действительно, при давлении 0,71 МПа человек в условиях дыхания смесью 97 % Н2 и 3 % О2 мог развить максимальную вентиляцию легких более чем в полтора раза большую, чем при дыхании воздухом.

Существенно облегчалось дыхание водолазов и улучшались их эргономические показатели, как было показано в эксперименте «Гидра-4», при использовании смеси 98 % Н2 и 2 % О2 (по сравнению с аналогичной гелиокислородной смесью) под давлением 1,3–2,4 МПа. В частности, снижалось усилие, затрачиваемое на создание определенной скорости потока. В результате, например, при давлении 1,3 МПа испытуемые справлялись с 10-минутной работой мощностью до 225 Вт.

• Теоретически водородно-кислородные смеси должны позволить человеку дышать под огромным давлением – 15 МПа, которое соответствует глубине 1500 м вод. ст. Взрывоопасность таких смесей легко устраняется низкими концентрациями кислорода. Однако исследователи встретились здесь с неприятным сюрпризом: неожиданно выраженным оказалось действие высокого парциального давления водорода на ЦНС. В экспериментах с мышами, экспонированными в барокамере, заполненной водородно-кислородной смесью, у животных при давлении 6–7 МПа появлялся тремор, а при 10,9 МПа – судороги. У обезьян судороги начинались при давлении около 7 МПа.

Вместе с тем водород проявляет наркотические свойства, которые выражены у данного газа всего лишь примерно в 4 раза слабее, чем у азота. Возможно, именно по этой причине у кроликов при давлении 2,8 МПа водород вызывал снижение не только двигательной, но и дыхательной активности. Человек испытывал наркотическое состояние уже при давлении водородно-кислородной смеси всего 1,5–1,8 МПа: по свидетельству участников эксперимента «Гидра-4», этот эффект напоминал «азотный наркоз», хотя и несколько отличался от последнего – эйфория была «более приятна». Такое действие водорода удается преодолеть лишь путем добавления в дыхательную смесь других компонентов – комбинируя содержание различных газов таким образом, чтобы их неблагоприятные эффекты – наркоз и НСВД – по возможности взаимно компенсировались. Так, при давлении 3 МПа была успешно применена газовая смесь такого состава: 74 % Н2, 24 % Не, 2 % О2. Предлагают, в частности, комбинации нескольких газов – гелия и водорода с неоном и азотом, – позволяющие, кроме того, смягчить неблагоприятное влияние «легких» газов на терморегуляцию организма и разборчивость речи.

• Известно, что вследствие затруднения дыхания и (или) малой чувствительности к гиперкапническому стимулу у человека в гипербарической среде зачастую проявляется тенденция к задержке СО2 в организме. Кроме того, в условиях работы при повышенном давлении с использованием респираторной аппаратуры может повышаться концентрация двуокиси углерода. Вместе с тем гиперкапния значительно усиливает наркотический эффект высокого парциального давления азота, а также токсического действия кислорода, и это может привести к развитию порочного круга, рокового для функции дыхания и чреватого дыхательной недостаточностью. Поэтому меры по возможному предотвращению накопления СО2 в дыхательной смеси служат неотъемлемым элементом оптимизации гипербарической среды.

• Устранению одышки и тем самым повышению работоспособности способствует создание небольшого положительного давления (+10 см вод. ст.) в дыхательных путях. Принципиально новым способом разгрузки дыхательной мускулатуры от тяжелой работы по преодолению сопротивления, обусловленного повышенной плотностью газовой среды, является применение искусственной или вспомогательной вентиляции легких. Пока такой способ в основном находится на стадии экспериментирования. С этой целью для опытов на лабораторных животных разработан специальный поршневой респиратор, осуществляющий вентиляцию через эндотрахеальный катетер, причем газовая смесь в фазу вдоха нагнетается в легкие, а выдох (он в полтора раза длительнее вдоха) осуществляется пассивно. Теоретически возможно использование и другого способа, основанного на создании колебаний давления в емкости (барокамере или «подводном доме»), где находится человек. Перспективность этого пути весьма вероятна.

• В настоящее время получила развитие идея создания так называемой активной газовой среды, которая стимулировала бы формирование активных адаптивных реакций организма на неблагоприятные условия. В этом плане кажется перспективным использование нестационарной искусственной атмосферы с циклично изменяющимся газовым составом. Можно думать, что исследования, развернувшиеся в этом направлении, помогут в ближайшем будущем решить данную проблему.

2. Дыхательная тренировка. Другим методом повышения толерантности организма к гипербарической среде может быть дыхательная тренировка. В условиях плотной газовой среды уменьшению затрат энергии на вентиляцию в легких способствует переход на медленное и глубокое дыхание. В частности, И. С. Бреслав (1975) показал, что обучение такому режиму дыхания позволяет успешно выполнить мышечную работу в условиях значительного сопротивления инспираторным и экспираторным потокам. Подобную тренировку проходят водолазы.

Представляется целесообразной предварительная тренировка к искусственному сопротивлению вдоху. Увеличение работоспособности дыхательных мышц получали и с помощью систематической произвольной гипервентиляции легких, особенно в сочетании с резистивной нагрузкой.

В литературе встречаются сообщения о том, что у профессиональных водолазов дыхание и без какой-либо специальной тренировки медленное и глубокое, что у них значительно больше средние легочные объемы и, наконец, что у них и в нормальных условиях ослаблена реакция дыхания на гиперкапнию – уменьшен наклон кривых (параметр Sv) роста вентиляции и окклюзионного давления в ответ на прогрессивное увеличение рСО2 и повышено пороговое значение рСО2. В связи с этим у водолазов альвеолярное напряжение двуокиси углерода выше, чем у представителей других профессий – и не только в гипербарической, но и в обычной среде, а при мышечной работе может даже превышать 80 мм рт. ст. Здесь, правда, у некоторых авторов возникает сомнение: не является ли это следствием профессионального отбора людей для работы под водой по каким-то признакам, с которыми указанные особенности связаны? Тем более что, как выяснилось, многие из этих особенностей не коррелируют с водолазным опытом. Предлагалось даже специально отбирать индивидов с уменьшенной реакцией дыхания на физическую нагрузку, поскольку высокий уровень легочной вентиляции в плотной газовой среде, естественно, резко увеличивает энерготраты на работу дыхательных мышц, а снижение усилия, затрачиваемого этими мышцами, уменьшает выраженность одышки.

По другому пути пошли исследователи, в течение 5 месяцев тренировавшие респираторную мускулатуру водолазов с помощью дыхания через добавочное сопротивление (диафрагма с отверстием 8–6,5 мм): тренированные таким способом люди показали в условиях давления гелиокислородной смеси 4,6 МПа более высокие уровни легочной вентиляции, чем нетренированные.

И все же по крайней мере часть функциональных сдвигов в системе дыхания является несомненным результатом систематического воздействия факторов гипербарии. Сюда можно отнести уменьшение максимальных экспираторных потоков с одновременным увеличением форсированной жизненной емкости легких, повышение силы дыхательных мышц и т. д. Правда, со временем подобные перестройки могут терять свое приспособительное значение и приобретать патологический характер.

Некоторые исследователи наблюдали в ходе пребывания в гипербарической среде повышение максимальной произвольной вентиляции. Это явление частично можно объяснить уменьшением сопротивления дыханию вследствие бронходилятации, рефлекторно наступающей при тяжелой работе и гиперкапнии, а частично – тренировкой дыхательной мускулатуры. В свою очередь, увеличение функционального резерва аппарата дыхания оказывает положительное влияние на работоспособность. Мы упоминали «азотный наркоз» в качестве неблагоприятного фактора, который может усугубить эффекты, связанные с затруднением дыхания из-за повышенной плотности дыхательной среды. При повторных экспозициях влияние этого фактора на физиологические функции удается значительно ослабить: улучшается способность человека к самоконтролю. В условиях использования гелиокислородных дыхательных смесей под высоким давлением водолазы научаются подавлять мышечный тремор. Вместе с тем для работы в таких условиях предлагалось отбирать индивидов, мало подверженных проявлениям нервного синдрома высоких давлений. Кроме того, возбуждающее действие этого синдрома на ЦНС может способствовать повышению активности центрального дыхательного механизма. То же может происходить в начальных стадиях «азотного наркоза». Аналогичное действие могут оказывать факторы неспецифического характера – стрессорное состояние, эмоциональный подъем, сопряженный с пребыванием в необычных условиях, хотя в некоторых случаях те же факторы могут отрицательно сказаться на работоспособности. В этом, надо думать, заключается причина того, что МВЛ обычно оказывается выше расчетной для данной плотности. Сообщалось, что выше расчетной оказывались и максимально выполнимые кратковременные мышечные усилия нагрузки.

Таким образом, профессиональный отбор и соответствующая подготовка человека могут повысить его устойчивость к неблагоприятным эффектам гипербарии.

3.17. Искусственная газовая атмосфера

Нормальная жизнедеятельность и работоспособность человека в условиях космического полета обеспечиваются благодаря использованию герметических кабин регенерационного типа, в которых до полета или во время полета устанавливается, а затем на протяжении всего полета поддерживается искусственная газовая атмосфера (ИГА). ИГА защищает в полете живые организмы от неблагоприятного влияния космического пространства, и в первую очередь от крайне опасного действия низкого барометрического давления. Одновременно ИГА является источником кислорода, необходимого для дыхания.

Использование ИГА в кабинах космических кораблей ставит перед специалистами – биологами, физиологами, врачами и инженерами – вопрос о том, какой она должна быть, т. е. каким физиолого-гигиеническим и техническим требованиям должна прежде всего удовлетворять? Речь идет о рациональном выборе основных параметров ИГА, таких, как величина общего барометрического давления, ее химический состав: выбор газов-разбавителей, допустимый диапазон колебаний в ней парциального давления кислорода (рО2), углекислого газа (рСО2), температуры и других параметров.

Решение этих вопросов и, следовательно, всей проблемы рационального формирования ИГА возможно только при условии учета сложного взаимодействия многих физиологических и технических факторов. В итоге создание рациональной ИГА, по существу, является определенным компромиссом между медико-биологическим и техническим подходом к этой проблеме. Первый определяет стремление к созданию гигиенических условий, близких к комфортным; второй ограничивает это стремление и требует считаться с трудностями конструктивного порядка: с необходимостью ограничивать вес и габариты аппаратуры, опасностью возникновения взрыва и пожара, а также вероятностью возникновения различных аварийных ситуаций. Последнее обстоятельство приводит к необходимости при формировании ИГА оценивать ее и в случаях нарушения герметичности кабины. Важно также при создании ИГА учитывать и то, что в зависимости от задач полета космонавты могут покидать космический корабль – осуществлять операции вне корабля или на поверхности небесных тел, вокруг которых практически отсутствует атмосфера (Луна), или где она крайне разрежена (Марс), или же, наоборот, имеет весьма высокую плотность (Венера). В таких случаях при создании ИГА следует, по-видимому, принимать во внимание конструктивные особенности (в первую очередь величину давления) скафандра, а также герметических отсеков транспортных средств и жилищ, которыми будут пользоваться космонавты (В. Б. Малкин, 1975).

Несмотря на то что отечественные и американские исследователи при создании искусственной газовой атмосферы (ИГА) в космических кораблях руководствовались в значительной степени общими принципами, практически вопрос о формировании ИГА был решен далеко не однозначно.

Отечественные исследователи избрали ИГА, близкую по основным параметрам (давлению и газовому составу) к нормальной земной атмосфере, и тем самым создали для космонавтов при нормальных режимах полета достаточно хорошие условия обитания.

Американские исследователи из-за ряда технических выгод использовали также приемлемую для космонавтов моногазовую ИГА, состоящую из кислорода, под общим давлением 258 мм рт. ст. При этом они, по-видимому, учитывали и удобство использования ее в случаях выхода космонавтов из кабины в скафандрах с низким общим давлением.

Эти ИГА, успешно использованные в полетах, в общем отвечают основным физиологическим принципам формирования ИГА. Они обеспечивают экипажу в полете условия нормального газообмена, не вызывают сколько-нибудь значительного напряжения приспособительных механизмов и поэтому не снижают адаптационного резерва организма.

Как американские, так и российские специалисты продолжают исследовательскую работу по созданию ИГА для космических кораблей. Это свидетельствует о том, что используемые в настоящее время ИГА в свете перспективы полетов большой продолжительности, по-видимому, вряд ли являются оптимальными. В процессе разработки этой проблемы обсуждаются различные варианты ИГА.

Классификация ИГА. Последовательное рассмотрение и оценку различных вариантов ИГА целесообразно провести в соответствии с классификацией ИГА. В ее основу могут быть положены химический состав, физические свойства и основные физиологические характеристики ИГА.

1. С точки зрения физиологической оценки ИГА по условиям газообмена и по величине рО2 и рСО2 во внутренней среде (кровь, альвеолярный воздух) могут быть эквивалентными нормальной земной атмосфере и не полностью эквивалентными, содержащими некоторый избыток О2 и СО2 или дефицит О2.

2. По химическому составу ИГА может состоять только из одного газа (О2), двух газов – О2 и какого-либо биологически индифферентного газа, или, наконец, в ее состав, помимо О2, могут входить несколько индифферентных газов (Н2, Не, Ne, Аг).

3. Физические свойства ИГА, помимо того, что они зависят от ее химического состава, зависят еще и от величины барометрического давления, которое также может широко варьировать.

Из сказанного становится очевидным, что число принципиально возможных для практического использования в космических полетах вариантов ИГА достаточно велико. Однако целесообразно ограничить их рассмотрение лишь теми, которые в настоящее время привлекают наибольшее внимание исследователей и были в связи с этим экспериментально изучены в лабораторных опытах, а некоторые из них были уже использованы в полетах (В. Б. Малкин, 1975).



Анализ ИГА различного газового состава. Сначала рассмотрим ИГА, имитирующие нормальную газовую атмосферу Земли. К ним относятся ИГА, которые в основном состоят тоже из двух газов: О2 и N2; содержание других газов в них невелико – порядка 1 %. Следует сразу же заметить, что когда речь идет об имитации нормальной атмосферы Земли в кабинах космических кораблей, то при этом подразумевается создание комфортных условий, установленных гигиенистами для жилых помещений в географических районах, расположенных на уровне моря. Речь идет о воспроизведении хорошо изученных искусственных условий, которые условно мы обозначим термином «нормальная земная атмосфера» (НЗА).

Как считают многие специалисты, использование в кабинах наших космических кораблей ИГА, близкой к НЗА, было вполне оправданно, прежде всего в связи с тем, что такая ИГА с биологической точки зрения является наиболее адекватной для человека, исторически адаптировавшегося к ней. В принципе ИГА, близкая к НЗА, может быть использована в длительных космических полетах как один из наиболее надежных вариантов ИГА.

Некоторые исследователи полагают, что, несмотря на приемлемость использования НЗА в качестве ИГА в кабинах космических кораблей, все же в большинстве случаев применение ее нерационально. По этому поводу О. Г. Газенко и А. М. Генин пишут: «…копирование земной атмосферы неоправданно ограничивает возможность вариаций ИГА, которые могут оказаться целесообразными с точки зрения техники и защиты человека в аварийной обстановке».

В связи с необходимостью при выборе ИГА считаться с весовыми параметрами (чем выше давление ИГА, тем соответственно толще должны быть стенки кабины и больше ее вес), вероятностью возникновения аварийных ситуаций многие исследователи указывают на теневые стороны использования НЗА. Они отмечают, что в случае нарушения герметичности кабины величина перепада барометрического давления будет значительной, что может привести к серьезному повреждающему действию при взрывной декомпрессии. Переход из НЗА в ИГА с низким давлением, например при переходе из одного корабля в другой или при пользовании скафандрами с низким давлением, чреват серьезной опасностью возникновения высотной декомпрессионной болезни. В случаях использования скафандров с низким давлением это может осложнить не только пребывание космонавтов в аварийной ситуации, но и оказать неблагоприятное влияние на выход их в открытый космос и на поверхность небесных тел, практически лишенных или имеющих крайне разреженную атмосферу. Здесь же следует отметить, что некоторые исследователи указывают на целесообразность использования НЗА в кабинах лишь в ограниченных случаях не только в связи с вероятностью возникновения аварийных ситуаций. Эту точку зрения они аргументируют тем, что сами условия полета большой продолжительности могут приводить к таким функциональным сдвигам в организме (к астенизации – развитию детренированности), при которых комфортные, достаточно стабильные параметры НЗА окажутся уже далеко не оптимальными.

• В связи с вышесказанным исследователи отмечают, что в ряде случаев в кабинах космических кораблей целесообразно использовать двухкомпонентные ИГА, эквивалентные НЗА, но с более низким барометрическим давлением.

Максимально допустимое снижение давления ИГА лимитируется величиной порядка 190 мм рт. ст. При этом для сохранения нормального обеспечения организма О2 в случаях использования столь низких величин давления газовый состав ИГА должен практически состоять только из одного О2, т. е. газовая среда уже не может быть двухкомпонентной. В связи с этим при рассмотрении ИГА, состоящую из О2 и N2, остановимся лишь на четырех диапазонах пониженного давления: 526, 405, 308 и 267 мм рт. ст., соответствующих высотам: 3000, 5000, 7000 и 8000 м.

В работе Д. И. Иванова и др. были последовательно апробированы в условиях лабораторного эксперимента три перечисленные выше ИГА с общим давлением 525, 405 и 308 мм рт. ст. Исследования при меньших величинах давления этими авторами не проводились по двум соображениям: необходимости профилактики высотной деком-прессионной болезни (ВДВ), возникновение которой, уже начиная с высот 7500–8000 м, становится реальностью, а также вследствие увеличения возможности пожара в связи с повышенным содержанием О2 в ИГА.

Результаты этой работы показали, что месячное пребывание испытуемых в условиях ИГА, эквивалентных по О2 НЗА, при давлениях, соответствующих высотам 3000–7000 м, не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на организм. Об этом можно было прежде всего судить по тому, что все три апробированных варианта ИГА с физиологической точки зрения оказались равноценными. Отмеченные у испытуемых в этом исследовании изменения некоторых физиологических параметров: снижение потребления О2 на 10–15 %, повышение частоты сердечных сокращений, особенно отчетливое при проведении ортостатической пробы, изменение суточной периодики частотного спектра ЭЭГ, увеличение числа медленных волн в дневное время – не зависели от газового состава и давления ИГА, а были обусловлены влиянием гиподинамии и изменениями режима труда, отдыха и сна.

В дальнейшем эти исследования были продолжены А. Г. Кузнецовым и др., которые провели исследования с 2-месячным пребыванием испытуемых в ИГА с общим давлением газов 308 мм рт. ст. При этом у испытуемых также были обнаружены функциональные сдвиги, обусловленные в основном только влиянием гиподинамии. Значительное внимание, которое уделяют исследователи созданию ИГА с общим давлением газов порядка 300 мм рт. ст. и менее, не случайно. Некоторые авторы указывают, что давление 300 мм рт. ст. является оптимальным, так как, будучи еще достаточно высоким, практически надежно предохраняет от возникновения декомпрессионных явлений и поэтому не требует проведения десатурации организма от N2 при вхождении в ИГА. Оно также удобно и в случаях необходимости использования скафандров с низким давлением, так как практически исключает вероятность возникновения ВДВ, которая может возникнуть только в крайне редких случаях при аварийной разгерметизации в первые часы полета. Кроме того, с технической точки зрения использование двухкомпонентной ИГА с давлением 300 мм рт. ст. выгодно, поскольку позволяет снизить вес кабины.

• Большинство исследователей полагают, что человек и животные могут нормально жить в ИГА, лишенных N2. Эта точка зрения аргументирована многочисленными экспериментальными данными, свидетельствующими о нормальном развитии беспозвоночных и позвоночных животных в условиях ИГА, в которой азот полностью отсутствует. Виологическая роль N2 для человека сводится к тому, что он заполняет полости тела, и в первую очередь легкие, и тем самым поддерживает их определенный объем, препятствуя развитию ателектазов.

Эту функцию азота могут, по-видимому, выполнять и другие индифферентные газы, в том числе и гелий – Не.

1. ИГА с Не. Для утверждения возможности использования Не в качестве одного из основных компонентов ИГА необходимы доказательства того, что сам по себе этот газ не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на организм.

Результаты исследований, проведенных на животных, а также с участием человека, в которых азот в условиях нормального и пониженного давления был в ИГА замещен гелием, дают основания считать, что последний не оказывает токсического влияния на организм и так же, как и N2, является биологически индифферентным газом. Следует лишь упомянуть, что некоторые функциональные сдвиги – увеличение потребления кислорода, снижение количества эритроцитов и гемоглобина и связанное с этим повышение суточного потребления железа, – которые были обнаружены в гелиокислородной среде у кроликов Гамильтоном и др., как и изменения устойчивости животных к гипоксии, отмеченные А. Г. Диановым, обусловлены, вероятно, теплофизическими свойствами Не (В. Б. Малкин, 1975).

После того как принципиальная возможность использования Не вместо N2 в ИГА доказана, следует ответить на второй вопрос: насколько целесообразна такая замена?

Авторы, которые указывают на целесообразность использования Не вместо N2 в ИГА, аргументируют свою точку зрения следующими соображениями. Так, согласно данным М. И. Якобсона, А. Г. Дианова и А. Г. Кузнецова, при использовании Не несколько уменьшается вероятность возникновения ВДВ и особенно ее тяжелых форм, которые могут иметь место у космонавтов после перехода их в условия низкого барометрического давления. Это мнение основано, по-видимому, на том, что бунзеновский коэффициент растворимости в жире N2 примерно в 4 раза выше, чем Не. В работах американских исследователей Берда и др. было, наоборот, установлено несколько более частое проявление «bends» – мышечно-суставной формы ВДВ у людей, находившихся в ИГА, в которой использовался Не. Вопрос же о частоте проявления тяжелых форм ВДВ при использовании ИГА, содержащей Не, остается открытым.

Малая растворимость гелия в тканях и высокий коэффициент его диффузии лежат в основе того, как указывают А. Г. Дианов и др., что при дыхании кислородом время практически полной десатурации организма от Не значительно меньше, чем от N2. Это уже существенное и бесспорное преимущество использования Не в ИГА. В случаях повышения температуры в кабине благодаря высокой теплопроводности Не космонавты гораздо лучше будут переносить это воздействие в ИГА, в которой N2 заменен Не.

В такой среде должна также повыситься устойчивость к гиперкапнии, интенсивным физическим нагрузкам и другим воздействиям, приводящим к значительному росту вентиляции. Этот эффект обусловлен тем, что при форсированном дыхании гелиокислородной смесью сопротивление воздухоносных путей в связи с низкой плотностью Не сказывается меньше, чем при дыхании воздухом. При нормальном, спокойном дыхании этот эффект практически не проявляется, так как сопротивление воздухоносных путей определяется уже не плотностью, а в основном вязкостью вдыхаемого газа. Вязкость Не существенно не отличается от N2.

Одним из доводов, обосновывающих целесообразность замены азота в ИГА гелием, является высокая устойчивость атома Не к действию различных видов радиации. Это выгодно отличает Не от N2. Относительно большой вес N2 определяет его слабые защитные свойства по отношению к космическому излучению как с точки зрения поглощения первичных нуклонов, так и в отношении образования вторичных частиц. Согласно данным М. Г. Дмитриева, под действием ионизирующего излучения в воздухе образуются «возбужденные» атомы и ионы азота. Они вступают в химические реакции с О2, в результате чего образуются такие токсические соединения, как окись, закись и двуокись азота. Помимо перечисленных соображений, целесообразность замены азота в ИГА гелием обусловлена и с технической точки зрения. Плотность Не приблизительно в 7 раз меньше плотности N2, в связи с чем использование гелиокислородной атмосферы в космических кораблях приводит к снижению стартового веса, а также веса запасов газа, необходимых для восполнения атмосферы корабля. Данное преимущество гелиокислородной ИГА не всегда может в полной мере проявляться в связи с высокой текучестью Не. Это является причиной сокращения резервного времени при утечке газов из кабины в случаях замены азота в ИГА гелием, что, несомненно, следует считать отрицательной стороной такой замены. К сказанному следует добавить, что замена азота в ИГА гелием должна также привести к снижению энергии, необходимой для вентиляции кабины. Несмотря на определенные выгоды использования Не в ИГА, экспериментальных исследований с участием человека, в которых бы изучался этот вопрос, сравнительно немного. В работах отечественных исследователей была экспериментально изучена ИГА, состоящая из О2 и Не при нормальном барометрическом давлении (1 атм).

Результаты работ этих авторов показали, что пребывание в гелиокислородной среде не вызывает у испытуемых сколько-нибудь существенных изменений самочувствия, поведения и работоспособности. Однако замена азота в ИГА гелием все же сопровождалась некоторыми функциональными сдвигами. Наиболее важными из них были изменения теплообмена, речи и дыхания. Так, пребывание в гелиокислородной ИГА при температурах, являющихся комфортными в условиях обычной воздушной атмосферы (18–24 °C), сопровождалось заметным охлаждением испытуемых. Например, при температуре 21 °C у испытуемых быстро появлялись неприятные теплоощущения. При этом средневзвешенная температура кожи за 2 ч снижалась почти на 2 °C. В гелиокислородной ИГА зона теплового комфорта оказалась заметно сдвинутой в сторону более высоких температур и находилась в дневное время в пределах 24,5-27,5 °C, а ночью в пределах 26–29 °C. При оценке этих данных обращает на себя внимание значительное сужение (на 3 °C) зоны теплового комфорта в гелиокислородной среде по сравнению с аналогичной зоной в воздухе. Как уже отмечалось, этот эффект гелиокислородной атмосферы связан с высокой теплопроводностью Не.

Замена азота воздуха гелием привела и к изменению речи испытуемых: в гелиокислородной ИГА спектр речи сдвигался в сторону высоких частот на величину порядка 0,7 октавы. Разборчивость речи при этом несколько ухудшалась, но еще сохранялась на уровне допустимых величин (90–95 %). Сразу после перехода на дыхание обычным воздухом речевая функция восстанавливалась. Согласно расчетным данным, скорость распространения звука в гелиокислородной среде при давлении в 1 атм и температуре 27 °C в 1,85 раза выше, чем в воздухе. Это и является причиной искажения речи после замены азота воздуха гелием.

Функциональные изменения дыхания в гелиокислородной среде проявлялись в увеличении максимально возможной вентиляции легких, что было обусловлено снижением сопротивления воздухоносных путей. Таким образом, результаты исследований, в которых азот воздуха замещался гелием, показали практическую возможность использования такой ИГА (В. Б.Малкин, 1975).

Американские исследователи провели изучение гелиокислородной ИГА с общим давлением 380 мм рт. ст., 360 мм рт. ст. и 258 мм рт. ст.

Анализ результатов этих работ позволяет считать, что длительное (до 56 дней) пребывание в гелиокислородной среде не оказывает неблагоприятного влияния на обмен веществ, дыхание, кровообращение и центральную нервную систему. Отмеченные в этих исследованиях некоторые патологические сдвиги были обусловлены влиянием различных факторов, не связанных непосредственно с заменой азота в ИГА гелием. Так, например, в опытах, проведенных Цефтом и сотрудниками, возникновение раздражения слизистой оболочки век – развитие конъюнктивита – было обусловлено низкой влажностью ИГА (давление 380 мм рт. ст.); при повышении влажности эти нарушения исчезали. Снижение ортостатической устойчивости у одного из испытуемых, как и в большинстве исследований в имитаторах кабин, было обусловлено, по-видимому, развитием гиподинамии.

Сухость слизистых оболочек, развитие конъюнктивита, отмеченные у испытуемых при 56-суточном пребывании в гелиокислородной ИГА с общим давлением 258 мм рт. ст. (рО2 – 175; pHe – 74; сN2 – 2), также были связаны с низкой влажностью. Жалобы испытуемых на боли в животе и повышенный метеоризм нельзя связывать с наличием Не в ИГА. Они были обусловлены, очевидно, другими причинами, возможно неудачным рационом питания. С наличием Не в ИГА были связаны в этих исследованиях лишь незначительные искажения речи и изменения температуры кожи при выполнении физических упражнений. Однако эти изменения существенного значения не имеют, так как искажения речи могут быть устранены с помощью соответствующих технических средств, равно как и все неприятные теплоощущения в гелиокислородных средах легко устранимы путем повышения температуры ИГА.

При сравнительной оценке гелиокислородных ИГА с низким давлением следует принимать во внимание, что при медленной утечке газов из кабины резервное время (то время, в течение которого давление снизится до критической величины, определяющей развитие острой гипоксии) у членов экипажа будет тем меньше сравнительно с ИГА, содержащими N2, чем выше процент содержания Не в ИГА. Следовательно, при наиболее низком общем давлении (258 мм рт. ст.) это различие между гелио– и азотно-кислородными ИГА будет уже относительно небольшим.



В заключение следует сказать, что если при подводных погружениях в ряде случаев целесообразность использования Не в ИГА доказана, то для ИГА кабин космических летательных аппаратов этот вопрос еще находится в стадии изучения (В. Б. Малкин, 1975).

2. Моногазовая (кислородная) ИГА. Вопрос о целесообразности использования чистого кислорода в кабинах высотных летательных аппаратов обсуждался еще до начала Второй мировой войны В. А. Спасским. Он полагал, что в гермокабинах высотных самолетов, возможно, будет целесообразно использовать О2 при давлении порядка 230 мм рт. ст. Спасский считал, что до более низких величин давление не стоит снижать, так как при этом, с одной стороны, значительно возрастает вероятность возникновения ВДВ и высотного метеоризма, с другой – практически будет отсутствовать даже небольшой резерв О2 в случаях повышенной утечки газа из кабины.

Возможность длительного пребывания животных в моногазовой ИГА, эквивалентной по газообмену НЗА и составленной практически из одного только кислорода (pN2 < 10 мм рт. ст.) с давлением 190–200 мм рт. ст., была доказана работами американских и российских ученых.

В этих работах было установлено, что в условиях моногазовой среды, эквивалентной по О2 НЗА, у некоторых подопытных животных может развиваться ателектаз легких. Согласно данным В. Макхаттла и С. Рана, возникновение у мышей ателектаза легких в первые 48 ч пребывания в моногазовой атмосфере явилось причиной гибели некоторых из них, хотя большинство животных без видимых нарушений поведения и каких-либо повреждений пробыли весь срок эксперимента – 59 дней. В дальнейшем в опытах на крысах Н. А. Агаджанян и др., А. М. Генин, С. Г. Жаров и др. также наблюдали в первые дни пребывания в такой ИГА у некоторых животных развитие ателектазов, которые вскоре исчезали, после чего животные продолжительное время – до 100 суток – сохраняли нормальное физиологическое состояние. Этими авторами было отмечено у животных развитие лишь умеренной дегидратации, которая была обусловлена повышенным испарением жидкости в условиях пониженного (до 200 мм рт. ст.) давления в ИГА.

В работах Е. П. Хиатта и др., проведенных на молодых растущих крысах, не было выявлено развития ателектазов и какого-либо другого неблагоприятного влияния моногазовой ИГА (рО2 – 196 мм рт. ст.). Пребывание в ней в течение 24 дней вызывало у подопытных животных лишь некоторое снижение выделения мочи. Авторы связали этот эффект с повышенной потерей жидкости, обусловленной ростом ее испарения в условиях разреженной атмосферы.

Наиболее обстоятельное изучение возможности длительного пребывания животных в условиях моногазовой среды проведено в США А. Пепелько, который для суждения о влиянии моногазовой среды использовал биологический критерий: способность к репродукции. Эксперимент продолжался 11 месяцев. Если учесть, что срок жизни крыс ограничен примерно 2,5 годами, то следует признать длительность этого эксперимента весьма большой. Согласно данным этого автора, моногазовая среда не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на физиологическое состояние и биологию белой крысы. В такой среде у животных нормально протекает беременность и нормально растет и развивается потомство. Единственный загадочный результат этой работы – гибель некоторых рожденных в условиях моногазовой ИГА животных после перевода их через 21 день после рождения в условия НЗА. Можно предположить, что смерть животных в условиях НЗА была обусловлена какими-то побочными факторами, не связанными непосредственно с моногазовой ИГА, в которой они ранее находились.

Оценивая результаты экспериментов на животных, можно сделать заключение о том, что моногазовая среда является биологически приемлемой, хотя пребывание в ней и связано с определенным риском развития ВДВ и ателектаза легких.

Исследования влияния на организм человека ИГА, состоящей в основном из О2 с общим давлением порядка 190–200 мм рт. ст., проведенные в США С. Велчем и сотрудниками, Д. Морганом и сотрудниками, а в нашей стране А. М. Гениным и С. Г. Жаровым, позволили установить, с одной стороны, возможность в случаях необходимости использования такой ИГА, с другой – были отмечены определенные неблагоприятные эффекты, которые могут возникнуть в таких условиях обитания. Так, в работе Велча и сотрудников у одного из испытуемых в среде рО2 – 176 мм рт. ст. возникли загрудинные боли, которые, возможно, были связаны с развитием ателектазов легких. Воли исчезали при повышении давления ИГА. У некоторых развивался ушной ателектаз, и у всех были отмечены признаки дегидратации.

В исследованиях Д. Моргана и сотрудников у шести испытуемых обнаружены хрипы в легких, у одного – боль в суставе и у двух – небольшое снижение (до 90 %) насыщения артериальной крови кислородом.

В исследованиях, проведенных А. М. Гениным и др., длительное (30-суточное) пребывание в моногазовой атмосфере (содержание N2 в ИГА от 5 до 10 %) испытуемые перенесли хорошо, сохранив на высоком уровне физическую и интеллектуальную работоспособность. У них не было обнаружено ателектазов ни в легких, ни в полости среднего уха. Это, возможно, было обусловлено тем, что испытуемые при исследованиях периодически выполняли физические упражнения. 0пределенное значение могло иметь и то обстоятельство, что содержание N2 в ИГА было несколько выше, чем в опытах С. Велча и Д. Моргана. Авторы указали на некоторые отрицательные стороны испытанной ими ИГА. Прежде всего они отметили необходимость длительной десатурации организма от N2 перед началом эксперимента. Почти во всех случаях, когда время десатурации было меньше 3 ч, переход испытуемых в моногазовую ИГА приводил к появлению у них симптомов.



Исследования с участием людей показали, что при соблюдении определенных условий (предварительной десатурации, профилактики ателектазов легких посредством физических упражнений) моногазовая ИГА с общим давлением 200 мм рт. ст. может быть, по-видимому, использована и в полетах (В. Б. Малкин, 1975).

Преимущества моногазовой ИГА

Выгоды определяются с технической стороны тем, что создается возможность упростить и сделать более надежной регуляцию систем жизнеобеспечения, уменьшить вес самой ИГА и кабины. Преимуществом такой ИГА является и то, что низкое давление снижает вероятность повреждений организма в случае взрывной декомпрессии; значительно упрощается и проблема использования скафандров с низким давлением.



Недостатки моногазовой ИГА

В то же время моногазовая ИГА имеет ряд серьезных теневых сторон. К ним следует отнести повышение пожарной опасности, которая резко возрастает в моногазовой ИГА. Последнее обусловлено прежде всего отсутствием в ИГА газов-разбавителей (N2, Не, Ne), снижающих скорость горения различных материалов. Большая опасность возникновения пожара определяет необходимость ограничить использование некоторых материалов в кабине и предъявляет высокие требования к пожарной безопасности. Вторым серьезным недостатком моногазовой ИГА с давлением 200 мм рт. ст. является почти полное отсутствие «резерва времени» в случаях повышенной утечки газов из кабины. Падение давления на 70–80 мм рт. ст. представляет уже большую опасность для членов экипажа. К недостаткам рассматриваемой ИГА следует отнести также необходимость длительной десатурации от N2 на старте и, наконец, возможность развития ателектазов легких, среднего уха, а также быстрое развитие дегидратации организма в случаях снижения содержания влаги в ИГА.

Детально исследованная американскими специалистами моногазовая ИГА с общим давлением 258 мм рт. ст. успешно апробирована в полетах длительностью до 2 недель. Перспектива ее дальнейшего использования в полетах большей продолжительности является предметом дискуссии (В. Б. Малкин, 1975).


Каталог: books -> download -> rtf
rtf -> Жизнь Александра Флеминга Андре Моруа
rtf -> Мифы и реальность
rtf -> Курс лекций по госпитальной терапии, написана доступным языком и будет незаменимым помощником для тех, кто желает быстро подготовиться к экзамену и успешно его сдать. Предназначена для студентов медицинских вузов
rtf -> Александр Лихач За гранью возможного Александр Владимирович Лихач в своей новой книге «За гранью возможного»
rtf -> Как пользоваться домашней аптечкой 4 Назначение гомеопатических препаратов 6 «Число горошин»
rtf -> Татьяна Сергеевна Сорокина История медицины Том I часть Первобытное общество
rtf -> Татьяна Демьяновна Попова книга
rtf -> Справочник для всей семьи


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   37


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница