Схема 41
Формирование системы компенсаторно-защитных, адаптационных механизмов, в процессе подготовки, полета и возвращения космонавта
Выделяют три группы специалистов, работающих под водой: водолазы, осуществляющие различные виды работ в течение нескольких часов под давлением методом кратковременных погружений с использованием кислорода (до глубин 20 м вод. ст.), сжатого воздуха и искусственных газовых смесей (до 60 м). Затем, водолазы-глубоководники, производящие работы от нескольких минут до нескольких часов методом кратковременных погружений с использованием для дыхания искусственных газовых смесей, на глубинах 60 — 200 м вод. ст. И акванавты — водолазы и водолазы-глубоководники, работающие в условиях постоянного пребывания под повышенным давлением, от одних суток до нескольких месяцев методом длительных погружений на глубинах от 5 до 30 м вод. ст. на сжатом воздухе и на глубинах от 5 до 500 м вод. ст. и более с использованием искусственных газовых смесей.
Действию повышенного давления подвергаются также кессонщики-специалисты, работающие под водой без специального снаряжения в особых устройствах — кессонах, в которых создается повышенное давление при постоянной вентиляции сжатым воздухом до давлений 40 м вод. ст.
Если учесть, что подводный любительский спорт в последнее время (особенно после изобретения акваланга) получил массовое распространение, то можно представить себе, какое количество людей подвергается воздействию факторов повышенного давления водной и газовой среды. Несмотря на довольно жесткие правила и требования к технике безопасности погружений, подобная массовость приводит и к неоправданно большому количеству экстремальных ситуаций, связанных с неопытностью людей, пренебрежением и несоблюдением правил декомпрессии и состоянию техники.
Показано, что человек может опускаться и эффективно работать на глубинах до 500 м. При этом, с использованием специальных гипербарических береговых комплексов — до 700 м с пребыванием на глубине до нескольких суток, используя кислородно-гелиевые смеси (КГС), кислородно-азотно-гелиевые смеси (КАГС), кислородно-азотно-водородно-гелиевые смеси (КАВГС) или дыхательные газовые смеси (ДГС). Все это стало возможно благодаря широкому комплексу научно-исследовательских работ, в которых изучалось действие высокого гидростатического давления и повышенного парциального давления индифферентных газов, кислорода и смесей их на организм человек. Здесь следует отметить, что в группу инертных газов входят: криптон, ксенон, неон, аргон, гелий, водород и азот. Большинство из них используется в газовых смесях при глубоководных погружениях.
Гипербарическая физиология, изучающая реакции человеческого организма (или организма животных в эксперименте), является одним из разделов экстремальной физиологии. Было установлено, что повышенное гидростатическое давление оказывает неоднозначное действие на организм. На первых стадиях оно стимулирует, а затем угнетает физиологическую активность и моторные функции. Оказалось, что чем сложнее организация живых существ, тем они менее устойчивы к действию повышенного давления. В исследованиях П. Бриджмена (1948) и М. Гоникберга (1960) было установлено, что высокое гидростатическое давление угнетает биохимические реакции, идущие с увеличением объема конечных продуктов и стимулирует реакции, протекающие с уменьшением их объема.
Интересно отметить, что гидростатическое давление свыше 500–700 МПа вызывает изменения в структуре белка, аналогичные с изменениями под действием высокой температуры. При снижении давления гидростатическая «коагуляция» белка обратима.
Установлено, что под действием высокого гидростатического давления у теплокровных животных возникают эффекты так называемого нервного синдрома высоких давлений (НСВД). При этом вначале наблюдается общее возбуждение, вслед за которым появляется мелко— и крупноамплитудный тремор, далее следуют отдельные миоклонии, клонические, клонико-тонические судороги, параличи и наступает гибель.
Было обнаружено, что индифферентные газы обладают наркотическим действием на организм. При этом ксенон и криптон выявляют наркотический эффект даже при нормальном барометрическом давлении, аргон свыше 0,2 МПа, азот при 0,6 МПа, водород при 2,0 МПа. Наркотическое действие неона и гелия в экспериментах обнаружено не было, поскольку под давлением раньше возникают симптомы НСВД.
Еще в 1919 г. Э. Томпсоном было предложено использовать кислородно-гелиевую смесь для дыхания водолазов при глубоководных погружениях. А в 1934 г. А. Барач впервые успешно использовал кислородно-гелиевую смесь для лечения бронхиальной астмы и обструкций гортани.
Здесь необходимо подчеркнуть, что наиболее важный для жизни газ — кислород, при дыхании в чистом виде и при повышенном давлении более 0,2–0,4 МПа становится токсичным. При этом, в диапазоне давлений 0,3–0,4 МПа кислород (без эритроцитов и гемоглобина) может обеспечивать основные жизненные функции за счет физического растворения в жидких тканях и средах организма.
Установлено, что резкие перепады давления (в 0,03 МПа и более) между внешней средой и воздухоносными полостями организма человека приводят к различным баротравмам. Однако, китообразные (особенно киты и кашалоты) при нырянии на большие глубины в процессе эволюции выработали ряд специфических физиологических механизмов, позволяющих в 3–5 раз увеличивать содержание миоглобина в мышцах. У этих животных гораздо большее количество альвеол и капилляров, иное перераспределение крови в органах и тканях.
Кашалоты, например, ныряют на глубины до 2000 м и при этом могут задерживать дыхание до 1,5 ч.
В результате процессов сатурации и десатурации газов в тканях организма, происходит насыщение тканей газами или обратный процесс — выделение газов, причем для разных тканей с различной скоростью. Чем выше скорость снижения давления (при подъеме на поверхность), тем быстрее идет процесс свободного газообразования в тканях, лимфе, крови. Симптоматика проявлений декомпрессионной болезни достаточно характерна: от легких болей в суставах до клиники газовой эмболии с потерей сознания и летальным исходом.
При высокой степени насыщения тканей организма индифферентными газами проявляется определенный комплекс приспособительных реакций, который во многом обусловлен психофизиологическими резервами организма. Этот принцип используется для осуществления так называемых длительных погружений (ДП). Физиологический предел возможности пребывания человека в условиях гипербарии, согласно современным представлениям, ограничен глубинами 800 — 1000 м вод. ст. При использовании кислородно-азотно-гелиевых смесей достигнута глубина 666 м (П. Беннетт, университет Дьюка). В экспериментальном барокомплексе фирмы «Комекс» с использованием кислородно-азотно-водородно-гелиевой смеси испытателями была достигнута «глубина» 701 м (Б. Гардетт, 1993).
Современная гидронавтика рассматривает различные гипербарические объекты: подводные лодки, батискафы, скафандры, подводные жилища и гипербарические комплексы; как экологические системы со своими специфическими особенностями, т. е. как гипербарические экосистемы. Эти системы можно определить, как пространственно замкнутые системы длительного поддержания жизнедеятельности человека в условиях повышенного давления газовой и водной среды обитания. В отличие от природных экосистем, существующих за счет энергии Солнца, гипербарические экосистемы должны поддерживаться искусственными энергетическими устройствами. Вполне понятно, что все гипербарические экосистемы по способу питания являются гетеротрофными, так как получают готовое питание извне.
Поскольку плотность газовой среды в условиях высокого давления в 6 — 10 раз выше, чем при обычных условиях, функция внешнего дыхания человека значительно затруднена. Значительные сложности создают длительные сроки (до двух недель) выведения человека из условий пребывания под повышенным давлением. Это связано с медленным выделением из тканей и жидкостей организма растворенных в них газов. В большинстве глубоководных спусков периоды компрессии и декомпрессии занимают до 60–90 % всего времени.
Необходимо отметить, что высокое давление, измененные параметры микроклимата и необычная газовая среда могут вызвать неоднозначные и непредсказуемые реакции микроорганизмов, которыми буквально насыщен человеческий организм и которые могут находиться в воздушной замкнутой среде. Эти особенности проявлений микрофлоры могут быть неблагоприятны для здоровья и работоспособности человека.
Из всего вышесказанного с полной очевидностью следует, что исследование гипербарических экологических систем представляется сложнейшей задачей технического, биологического и медицинского планов. Не менее очевидно также, что условия обитания в замкнутых гипербарических экосистемах для человека являются экстремальными.
