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.
Одно из современных направлений науки — экстремальная физиология и медицина — изучает реакции человеческого организма на воздействие различных, экстремальных факторов внешней среды, в том числе и связанных с условиями гипербарии.
Специфические и неспецифические экстремальные факторы, воздействующие на водолаза, можно разделить на три группы:
1. Факторы, связанные с физико-химическими свойствами газов под давлением.
2. Факторы, связанные с физико-химическими свойствами воды и гидросферой.
3. Факторы, связанные со свойствами замкнутого газового пространства, создаваемого гипербарической техникой.
Вполне очевидно, что в условиях повышенного давления действует весь комплекс вышеперечисленных факторов, но ведущими факторами являются, прежде всего, гидростатическое и атмосферное давление и измененное парциальное давление кислорода и индифферентных газов-разбавителей кислорода.
Анализ литературных данных и собственных исследований позволили автору (д.м.н. Б.Н. Павлов) сформировать картину действия на организм человека гидростатического давления и высокого парциального давления индифферентных газов (схема 42).
Схема 42
Взаимодействие главных факторов: гидростатического давления и высокого парциального давления индифферентных газов на организм
Таблица 6
Физиологические критерии, определяющие вклад гидростатического давления в формирование НСВД на разных уровнях организма
Воздействие гидростатического давления Физиологические показатели, характеризующие проявления НСВД МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ Изменяет межмолекулярные взаимодействия, фазовые переходы, объемное сжатие тканей, приводящее к деформации мембран Изменяет биофизические и биохимические процессы, тормозит реакции с увеличением объема конечного продукта, а с уменьшением объема катализирует. Изменяет трансмембранное распределение ионов, приводящее к деполяризации мембран и снижению порогов возбуждения КЛЕТОЧНЫЙ, ТКАНЕВЫЙ УРОВЕНЬ Влияет на метаболизм клеток и тканей, основные функции органелл клеток и функции мембран Продолжает изменять трансмембранное распределение ионов, включая повышенное вхождение анионов CI в клетки, богатые митохондриями, что приводит к гиперполяризации мембран возбудимых клеток и образованию эктопических очагов возбуждения в нервных центрах ОРГАНИЗМЕННЫЙ УРОВЕНЬ Нарушает нейрофизиологические механизмы регуляции функции, приводит к появлению и развитию НСВД Возникают постуральный и динамический тремор, отдельные миоклонии, судорожная активность ЭЭГ без внешних проявлений, приступы клонических судорог, клонико-тонические судороги, параличи жизненно важных нервных центров и гибель животного
Исследования психофизиологических реакций организма человека при воздействии гипербарии были ориентированы на поиск воздействий и газового состава, которые формировали индукционно-анаболическую фазу адаптации.
Динамика электрофизиологических показателей и показателей умственной работоспособности служили основанием для определения перехода организма во вторую стадию адаптации — стадию снижения резистентности. При проявлении симптоматики такого перехода нагрузочные пробы отменялись и проводилась декомпрессия. Этот прием позволил во всех экспериментах с участием человека избежать перехода к третьей стадии адаптации к гипербарии — стадии истощения, которая чревата декомпенсацией жизненно важных функций и возникновением патологических состояний.
В экспериментах на животных исследовались три последних симптома НСВД (клонические судороги, клонико-тонические судороги, паралич и смерть). Исследовалось также токсическое действие кислорода, скрининг и доклинические испытания фармацевтических препаратов, используемых в условиях гипербарии, острое гипоксическое состояние и декомпрессионная болезнь.
Б.Н. Павловым, на основании исследований механизмов гипербарии, была сформулирована концепция «Целенаправленной, активной адаптации человека к условиям гипербарии», суть которой заключается в том, что адаптация человека к гипербарической среде целенаправленно реализуется им самим в плановом порядке по трем основным направлениям:
1. Целенаправленное повышение неспецифической и специфической гипербарической резистентности к экстремальным факторам гипербарической среды осуществляется путем совершенствования, тренировки механизмов приспособляемости.
2. Оптимизация, на основе научного подхода, состава гипербарической среды обитания, параметров микроклимата, режимов декомпрессии, компресс труда и отдыха для уменьшения агрессивности воздействия на организм неблагоприятных факторов и повышение безопасности труда и жизни в сочетании с конструированием (созданием) индивидуального снаряжения гермообъектов с высокоэффективными техническими средствами жизнеобеспечения, средств обеспечения безопасности водолазных спусков и подводных работ.
3. Фармакологическая профилактика и защита организма человека от неблагоприятного действия факторов гипербарии.
В результате проведенных скрининговых исследований было установлено, что при развитии НСВД наиболее эффективно повышают порог возникновения тремора и судорог препараты бенздеазепинового ряда, особенно гидазепам. Клинические испытания эффективности гидазепама по профилактике и купированию НСВД, возникающего у человека в условиях быстрой компрессии (0,2 МПа в мин) до 200 м вод. ст. при дыхании кислородно-гелиевой смесью, позволили разработать и утвердить инструкцию по использованию гидазепама в качестве средства профилактики НСВД при быстрой, аварийной компрессии до глубин 300 м.
Было установлено перспективное применение водорода для уменьшения неблагоприятного действия на организм высокого давления, проявляющегося в последовательном возникновении постурального и динамического тремора, отдельных миоклоний, клонических судорог, клонико-тонических судорог и гибели. Как уже указывалось выше, последние стадии НСВД изучаются только на животных.
Для оценки безопасности пребывания и изучения механизмов адаптации организма человека к среде, содержащей аргон, были проведены исследования с участием человека, целью которых было изучение дыхательной функции, сердечнососудистой системы, умственной к физической работоспособности, показателей крови и мочи в гипербарических условиях насыщенного погружения.
В результате этих исследований была доказана принципиальная возможность и безопасность жизнедеятельности и работы человека при длительном пребывании в нормоксической кислородно-азотно-аргоновой среде под давлением 10 м вод. ст. в течение 7 суток. В этих исследованиях было также установлено, что присутствие аргона в дыхательных смесях оказывает положительное влияние на адаптацию организма к кратковременной гипоксии, что подтверждается данными исследований физической работоспособности, ЭЭГ исследованиями, исследованиями умственной работоспособности, функции внешнего дыхания и сердечнососудистой системы.
Исследования с участием человека позволили установить, что длительное (до 5 суток) пребывание людей в гипоксических кислородно-азотно-аргоновых и кислородно-азотных средах, в которых при избыточном давлении газовой среды 5 м вод. ст. концентрация кислорода составляет 10 об.%, является безопасным, так как по данным исследований сердечнососудистой и дыхательной систем, клинико-биохимических анализов крови и мочи, умственной и физической работоспособности не отмечено изменений, выходящих за пределы физиологической нормы.
В следующих экспериментах с увеличением длительности до 18 суток в кислородно-азотно-аргоновой среде, при избыточном давлении 5 м вод. ст. и объемным содержанием кислорода 15 % подтверждена безопасность пребывания людей в этой искусственной газовой среде и высокая умственная и физическая работоспособность.
В сравнении с гипоксической кислородно-азотной средой получены данные о положительной роли аргона при адаптации организма человека к длительной гипоксической гипоксии. Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что в гермообъектах может быть создана пожаробезопасная среда, длительно поддерживающая жизнедеятельность человека. Как известно, среда с 10 % кислорода практически является пожаробезопасной. В качестве такой среды может быть предложена кислородно-азотно-аргоновая среда с содержанием 10 % кислорода, 30–60 % азота и 30–60 % аргона при избыточном давлении 5 м вод. ст. Полученные результаты позволяют говорить о физиологическом действии аргона при нормальном барометрическом давлении, отличающимся от биологического наркотического действия аргона, начинающего проявляться при избыточном давлении более 20 м вод. ст. В исследованиях с участием человека при нормальном барометрическом давлении показано, что потребление кислорода при выполнении физических нагрузок в гипоксических аргон-содержащих смесях больше, чем в гипоксических азотных смесях.
