3.Факторы, обусловленные динамикой полетов летательных

аппаратов и их влияние на организм летчика

а) пилотажные перегрузки

Уже в начале XIX века врачи обратили внимание на возможность существенно влиять на перераспределение крови в организме под воздействием радиальных ускорений и даже пытались использовать вращение на центрифуге с терапевтическими целями. В 80-е годы прошлого столетия ценные экспериментальные материалы были получены в ряде лабораторий России. Однако только запросы летной практики послужили серьезным толчком к развертыванию целого направления исследований по изучению феноменологии, механизмов действия и разработке средств защиты вот ускорений. В 1930 г. Н. М. Добротворский в книге «Летный труд» описал действия ускорений на организм летчика и высказал мнение в том, что ведущим звеном в генезе расстройств различных функций при этом является нарушение гемодинамики. Эти мысли в последующем были развиты в работах В. В. Стрельцова (1945), в которых одновременно намечены и некоторые пути Повышения устойчивости летчиков к пилотажным ускорениям посредством целенаправленной их тренировки. Позже проблема ускорений плодотворно решается как в теоретическом, так и в практическом аспектах отечественными и зарубежными авторами [Отвсевич Р. А., Исаков П. К., 1956; Сергеев А. А., 1967; Са-:яя В. М., 1970; Гурвич Г. И., 1971; Исаков П. К. и др., 1975; Gauer О. Н., Zuidema G. D., 1961, и др.].

В 60-е годы нашего столетия отмечался некоторый спад вНЭ> им иродо.'ых пилотажных перегрузок (±G_Z) в связи с перекл» НИЄМ внимании на попоречнонаправленные перегрузки, возникающие при космических полетах (±G_X). Однако уже в 70-е годы бурное развитие энерговооруженности новых самолетов, позволившее при их эксплуатации создавать экстремальные перегрузки (к +10 G_z и более), вновь потребовало проведения исследований, целью которых явилось более глубокое изучение характера физиолого-биохимических и цитоморфологических изменений в различных системах организма с тем, чтобы на основе полученных материалов разработать оптимальные пути и методы сохранения здоровья и высокой работоспособности летчиков при пилотировании на режимах с максимальными ускорениями. Этим исследованиям и в настоящее время уделяют большое внимание врачи и эргономисты.

Классификация длительно действующих перегрузок (ускорений)

Ускорение возникает при изменении скорости или направлении движения тела. Единицей измерения ускорения является м/с². В авиации ускорения часто выражают кратным числом относительно ускорения силы тяжести. Ускорение силы тяжести является гравитационной постоянной, выражаемой символом «g» (первая буква латинского слова gravitas — тяжесть) и равной 9,81 м/с². Например, ускорение величиной 40 м/с² в последнем случае округленно может быть обозначено как 4g'. Взаимоотношения между движением и силой четко определены тремя законами Ньютона, знание которых является необходимым условием для понимания происходящих первичных изменений в организме при действии ускорений. При этом постоянно следует помнить, что масса тела, характеризующая количество вещества, остается величиной неизменной при любом ускорении в противоположность весу (w), который определяется массой (ш) и ускорением (a); W= m-a.

Материалы данной главы касаются только радиальных и линейных ускорений. Первые возникают при изменениях направления полета самолета, вторые - при изменении скорости при полете по прямой. Последний вид ускорений в авиации существенного значения для человека в настоящее время не имеет, так как диапазон изменений скорости современного самолета при полете по прямой невелик, но не исключено, что в будущем роль линейных ускорений будет возрастать. Линейные и радиальные ускорения в зависимости вот продолжительности их действия условно делят на ударные (к десятых долей секунды) и длительные. Последние в свою очередь вполне обоснованно претерпевают дальнейшую классификацию.

Направление сил инерции всегда противоположны направлению ускорения. В отечественной медицине и биологии часто употребляют термин «перегрузка» (инерционные силы). Перегрузки не имеют размерности и выражаются относительными единицами, по существу показывающими во сколько раз увеличился вес тела при данном ускорении по сравнению с условиями обычной земной гравитации. В зависимости вот направления действия перегрузок по отношению к вертикальной осы тела различают продольные и поперечные перегрузки. При направлении вектора ускорений вот ног к голове говорят в положительных, а при направлении вот головы к ногам -об отрицательных перегрузках. Кроме того,различают поперечные (спина - грудь и грудь - спина), а также боковые (бок - бок) перегрузки. Направление вектора ускорения имеет важное значение для определения характера ответных реакций организма.

Заслуживает внимания принятая представителями ряда стран, входящих в Аэрокосмический комитет по проблемам ускорений, таблица эквивалентов терминологии tGell С. F., 1961]. Хотя она и не охватывает всех сторон этой важной проблемы, но все же может быть полезной в практической деятельности исследователей. В настоящей главе мы приводим только часть данных этой таблицы (табл. 3), имеющих непосредственное отношение к рассматриваемым вопросам. Согласно рекомендациям Аэрокосмического комитета, вся терминология подразделена на две основные группы, объединенные в графах А и Б этой таблицы.

В граф А представлены две разновидности терминологии по ускорениям, чаще всего употребляемые при исследованиях в области авиации и астропавтики (за основу этой терминологии берется направление ускорения массы), в граф Б — инерция органов, тканей и жидкостей неповрежденного организма. В принятой системе координат вот Z проходит через центр массы тела параллельно позвоночнику. Действие инерционной силы по осы Z в направлении вниз, вот головы к тазу, обозначается символом +'G_Z (физиологически положительное ускорение, или положительная перегрузка); действие этих сил в обратном паправлении обозначается — G_z (физиологически отрицательное ускорение, или отрицательная перегрузка); символ +G_X указывает, что сила тяжести направлена поперечно вот грудь к спине (перегрузка «грудь — спина»), символ -Gx обозначает перегрузку в направлении «спина — грудь». Боковые поперечные перегрузки обозначаются как +Gy (дело налево) и -Gy (слева направо). Центр массы и направление осей в системе координат летательного аппарата не совпадают с центром массы и направлением соответствующих осей тела пилота, относительно которых рассчитываются векторы инерционных влияний на организм.

И таким образом, при оценке технических графиков ускорения летательного аппарата с точки зрения переносимости их человеком следует иметь в виде особенности физиологической терминологии, касающиеся инерционных влияний на организм.

Характеристика пилотажных перегрузок

Пилотажными перегрузками называются такие перегрузки, которые возникают при полетах на самополетах с изменением направленный, скоростей и воспроизведениях фигур высшего пилотажа во время спортивных состязаний и боевых маневров.

В последние годы в связи с возрастанием энерговооруженности самолетов и их прочностных качеств открываются возможности осуществлять такие пилотажные маневры, которые сопровождаются действием на летчика экстремальных перегрузок как по величине, так и по продолжительности. При полете на некоторых спортивных и военных самополетах величина перегрузок может достигать + 10G_Z и более [Burns I. W., Balldin U. I., 1983]. Время действия перегрузок может быть 10±5 с и больше. Чаще имеют место положительные перегрузки (« таз-глава»), но при воспроизведении «обратной петли» и ряда вторых фигур на высоко-маневренных самополетах отрицательные перегрузки в некоторых случаях достигают — 6G_Z. При выполнении сложных программ пилотажа возможно как последовательное, так и комбинированное действие перегрузок ±G_Z и перегрузок ±G_y.

На новых типах самолетов для повышения устойчивости человека к нерегрузкам предполагается существенно изменить конструкцию кресла, которая позволит наклонят спинку до 65° вот вертикалы. Это приведет к поэтому, что составляющая вектора перегрузки будет преимущественно направленная поперек тела человека, т.е. летчик будет подвергаться уже действию поперечнонаправ-ленных перегрузок (±G_X). Следовательно, уже на современных высокоманевренных самополетах летчик может подвергаться действию перегрузок всех трех векторов: z, в, х, причем перегрузки этих векторов могут действовать как последовательно с очень малыми интервалами времени, так и одновременно. Полеты на самополетах характеризуются также воздействием на летчика вибрационных, угловых и кориолисовых ускорений, которые вызывают ряд специфических реакций. Рассмотрение их действия приводится во вторых главах руководства.

Таким образом, на новом поколении самолетов характер пилотажных перегрузок существенно изменился по своим физическим параметрам, продолжительности действия на человека, большой динамичности, смены величины и одного направления на другое. Все это не может не отразиться на феноменологии и переносимости человеком перегрузок и его работоспособности.

Симптоматика и механизм действия перегрузок

Общие симптомы. Реакция человека на перегрузки определяется их величиной, градиентом нарастания, временем действия, направлением по отношению к магистральным сосудам тела, а такжі' исходным функциональным состоянием организма. В зависимости вот характера, величины и сочетаний указанных факторов в организме могут возникнуть изменения вот едва уловимых функциональных сдвигов к крайне тяжелых состояний, сопровождающихся полной потерей зрения и сознания при наличии глубоких расстройств функций сердечно-сосудистой, дыхательной, нервной и вторых систем организма.

Общие изменения в состоянии человека при действии перегрузок проявляются ощущением тяжести во всем теле, вначале затруднением, а при нарастании величины перегрузки и полным отсутствием движений, особенно в конечностях, в некоторых случаях болевыми ощущениями в мышцах спины и шеи [Бабушкин В. П., 1959; de Graef P., 1983]. Происходит четко выраженное смещение мягких тканей и их деформация. Во время длительного воздействия достаточно больших положительных перегрузок на незащищенных противодавлением участках ног, ягодиц, мошонки могут появится кожные петехиальные кровоизлияния в виде точек или больших пятен, интенсивно окрашенных, но безболезненных, которые спонтанно исчезают в течение нескольких суток. Иногда наблюдается и отечность в этих местах, а при отрицательных перегрузках - отечность лица. Рано наблюдается расстройство зрения. При больших величинах перегрузок развивается потеря сознания, которая продолжается 9-21 с.

Механизм действия положительных и отрицательных перегрузок сложен и обусловлен первичными эффектами, вызываемыми инерционными силами. Наиболее важными из их являются следующие: перераспределение крови в организме в нижнюю (+G_Z) или в верхнюю ( -G_z)половину тела, смещение органов и деформация тканей, являющихся источниками необычной импульсации в ЦНС, нарушением кровообращения, дыхания и стресс-реакцией. Развивающиеся гипоксемия и гипоксия влекут за собой расстройства функции ЦНС, сердца, эндокринных желез. Нарушается биохимизм жизненных процессов. Могут наступит повреждения клеточных структур обратимого или необратимого характера, выявляемые цитохимическими и гистологическими методами.

Сердечно-сосудистая система. Нарушениям кровообращения при действии положительных и отрицательных перегрузок принадлежит ведущее место в генезе многих реакций и устойчивости человека к им. При действии положительных перегрузок происходит перемещение массы циркулирующей крови (как наиболее подвижной ткани) из верхней части тела в сосуды брюшной полости и нижних конечностей. В результате такого перераспределения кровяное давление в нижних частях тела повышается, а в верхних — понижается. Растет гидростатическое давление, затрудняется возврат крови к сердцу, увеличивается количество депонированной крови в емкостных сосудах живота и нижних конечностей. Уменьшается сердечный выброс вследствие неполного кровенаполнения полостей сердца. Нарушается коронарный кровоток; на рентгенограммах отчетливо выявляется уменьшение всех размеров сердца, тень сердца и крупных сосудов просветляется. Снижается кровоток во внутренних органах брюшной полости [Laughlin М. Н. et al., 1983]. Уменьшается объем циркулирующей крови, особенно при длительном действии перегрузок сложного профиля, например с величинами вот +4 к + 10G_Z [Burton R. К, 1980, и др.].

Нарушенная регионарная гемодинамика сердца частично проявляется в изменениях элементов ЭКГ. Естественно, что генез биоэлектрических изменений ЭКГ весьма сложен; вон обусловлен не только ишемическими явлениями. Значительная роль принадлежит изменениям положения сердца, гуморальной и электролитной систем, нарушению тонуса вегетативной нервной системы и ряда вторых экстракардиальных факторов. Тем не менее значение нарушения внутрисердечной гемодинамики в изменениях ЭКГ является немаловажным, а при определенных условиях и ведущим фактором. Сложность генеза, величина и время действия перегрузок обусловливают полиморфность изменений ЭКГ. В большинстве случаев имеют место синусовая тахикардия, нарушение внутрисердечной проводимости, изменения возбудимости и трофики миокарда. Нарушение ритма проявляется чаще всего в виде атриовентрикулярной блокады или экстрасистолии различного характера и топики. В отдельных случаях при перегрузках боевого маневрирования наблюдались полигонные экстрасистолы и даже полная блокада сердца. Естественно, что описанным изменениям противодействуют рефлекторные компенсаторные реакции, которые включаются с барорецепторных сосудистых зон (преждет всего с синокаротидных и аортальных), что ведет к учащению сердечных сокращений и перераспределению сосудистого тонуса. Увеличение перегрузок к 9-10Gz ведет к учащению пульса до 170- 200 ударов [Shubrooks S., 1972].

Установленная определенная зависимость между непрерывно нарастающей перегрузкой и гемодинамическими показателями: (табл. 4). Они, как правило, изменяются линейно роста ускорений [Архангельский Д. 10., Плахотнюк Л. С, 1983].При перегрузках, превышающих +6,5G_Z, в ряда лиц наблюдается относительная брадикардия или нарушается линейная зависимость между частотой сердечных сокращений и величиной перегрузки [Shubrooks S., 1972].

При действии отрицательных перегрузок смещение крови происходит в направлении верхней половины тела, что сопровождается характерными изменениями различных функций организма. Весьма серьезные расстройства мозгового кровообращения наблюдаются при действии положительных перегрузок. Уже при величине - f-3,5Gz давление на уровне глаз может упасть к нулю. Однако анатомо-физиологические особенности обеспечения главного мозга кровью позволяют в течение значительного времени поддерживать мозговой кровоток и при несколько больших величинах перегрузок. Этому благоприятствуют длительное поддержание трансмурального давления на неизменном уровне вследствие одновременного снижения гидростатического давления и давления спиномозговой жидкости, активная вазодилатация артериол мозга и сифонный эффект, создаваемый столбом крови верхней части яремной вены. И только при полном спазме сосудов и расстройствах сифонного эффекта прекращаются мозговой кровоток и аэробный метаболизм, при этом усиливается гипоксия главного мозга, возникает обморок.

Дыхательная система. При действии положительных перегрузок учащается дыхание, нарастают дыхательный и минутный объемы, возрастает потребление кислорода [Исаков П. К., 1957; Бабушкин В. И., 1959, и др.] и выделение С0₂, увеличивается дыхательный коэффициент (рис. 15). Жизненная емкость легких к +3G_Z существенно не меняется, а при больших величинах перегрузок начинает падать; легочная вентиляция при +5G_Z увеличивается более чем в 2 раза [Исаков П. К. и др., 1958; Бабушкин В. И. и др., 1959, 1963]. Опускание диафрагмы и внутренних органов влечет за собой увеличение остаточной емкости легких. Расширяются альвеолы и усиливается вентиляция в верхних судьбах; развиваются ателектазы и отеки в нижних судьбах легких, выключая их из процесса газообмена. Применение в этих условиях противоперегрузочного костюма (ППК) уменьшает смещение диафрагмы, но вместе с тем увеличивает и количество не-вептилируемых альвеол в нижних отделах легких. Одновременно возникают регионарные гемодинамические расстройства, т.е. в верхней хорошо вентилируемой части легких кровоток в начале действия ускорений уменьшается, а при их дальнейшем нарастании полностью прекращается; в нижних судьбах легких, которые практически не вентилируются, кровоток увеличивается. Число иерфузируемых (но не вентилируемых) альвеол в нижних частях легких возрастает параллельно нарастанию ускорений. Это ведет к резкому нарушению оксигенации крови. Парциальное давление кислорода крови, отходящей вот нижних долей легких, падает к уровня смешанной венозной крови.

При перегрузке +5G_Z шунтирование крови достигает 50% величины сердечного выброса, что ведет к значительному снижению напряжения О₂ в артериальной крови. Содержание оксигемогло-бина при этом снижается до 85% и ниже. При дыхании 100% кислородом вымывание из крови азота способствует возникновению ателектазов и снижению поверхностной активности сурфак-тантов - фосфолипидной выстилки поверхности альвеол [Тихонов М. А. и др., 1978, 1981], что сопровождается сухим кашлем, болями у грудь, затруднением глубокого дыхания. Рентгенологически установлено, что после прекращения действия ускорений и произведенных нескольких глубоких вдохов альвеолы заполняются иоздухом и, как правило, ателектазы исчезают.

При воздействии перегрузок, характеризующихся сложными повторными профилями боевого маневрирования, объем выдыхаемого воздуха yвеличиваетси почти в трое по сравнению с контрольными величинами к вращения. Количество потребляемого 0₂ и выделяемого СО₂ вот профиля к профилю, которые с интервалами 4 мин повторялись 5 раз, уменьшалось, но оставалось более высоким, чем к началу действия перегрузок (табл. 5). Насыщение крови кислородом уменьшалось во время действия перегрузок к 83-84%, причем эти значения оставалися неизменными во всех 5 циклах вращения, что свидетельствует об отсутствии кумулятивного их действия [Burton R., 1980].

Как видно из таблицы, под влиянием ускорений происходят временные значительные нарушения функции внешнего дыхания, что часто приводит к гипоксемии и понижению общей и особенно зрительной работоспособности человека.

Орган зрения весьма чувствителен к действию пилотажных перегрузок. В зависимости вот величины и продолжительности действия +G_Z в нарушениях зрения выделяют две основные фазы: первая — ухудшение периферического зрения (сужение поля при появлении «серой пелены» наблюдается ограничение произвольных движений глазными яблоками, происходит ухудшение распознавания сигналов с низкой интенсивностью освещенности, недостаточной контрастностью и допускаются ошибки при различении мелких деталей. Появление указанных фаз зависит как вот физических параметров действующих ускорений, так и вот функционального состояния организма. Существенное значение имеет вне человека в кресле, определяющая ретина-аортальную составляющую (по осы «сетчатка глаза - дуга аорты»), которая имеет решающее значение в развитии временных зрительных расстройств (рис. 16).Когда эффективное систолическое давление крови (систолическое давление минус внутриглазное давление) на уровне глаз уменьшается к 40-30 мм рт. ст., периферическое зрение становится смутным, затем при уменьшении к 32-20 мм рт. ст. - пропадает, а при 21 мм рт. ст. и ниже исчезает и центральное зрение («черная подол»).

Основным механизмом временного нарушения зрения является расстройство регионарной гемодинамики (ишемия) с развитием гипоксии сетчатки. Очевидно, определенное значение имеет и гипоксия пробкового отдела зрительного анализатора вследствие гемодинамических нарушении. Глубокие расстройства зрения при положительных перегрузках (+G_Z), как правило, являются предвестниками потери сознания. Но при некоторых условиях полета, как видно на рис. 17, потеря сознания может наступит и без предвестников, какими являются «серая и черная подол».

Центральная нервная система. Перегрузка ±G_Z является стрессовым фактором для ЦНС, функция которой (по данным изучения условнорефлекторной деятельности и по показателям биоэлектрической активности коры и подкорковых образований) нарушается уже при величинах +2, ±3,5G_Z [Газенко О. Г. и др., 1963; Савин Б. М., 1967, и др.].

Исследование высшей нервной деятельности показало, что при нарастающем действии положительных ускорений преждет всего страдает процесс внутреннего торможения, затем отмечается удлинение скрытых периодов рефлексов на условные раздражители, возникают фазовые явления и, наконец, наступает полное торможение условных рефлексов. При изучении ЭЭГ при небольших перегрузках ( 2-2G_Z) наблюдается увеличение частоты и амплитуды быстрых колебаний и угнетение медленных волн, а при перегрузках 4-4G_Z вначале появляются дельта-волны, которые в дальнейшем сменяются «биоэлектрическим молчанием». Фазовый характер изменения функции ЦНС определяется величиной и временем действия ускорений, градиентом их нарастания и исходным функциональным состоянием организма. Большинством исследователей признается, что ведущее значение в механизме нарушений функции ЦНС принадлежат развивающейся гипоксии мозга.

Эндокринная система. При перегрузках +G_Z изменения функции ряда эндокринных желез носят фазовый характер, который обусловлен величиной и особенно продолжительностью действия, а также исходным функциональным состоянием. Нарастает уровень катехоламинов в крови. Отмечается понижение устойчивости к ускорениям адреналэктомированных и повышение гипофизэктомированных животных. Введение АКТГ перед воздействием ускорений понижает устойчивость к им, а введение адреналина — повышает. Удаление щитовидной железы повышает устойчивость к перегрузкам +G_Z, а введение тиреоидина понижает.

Следовательно, функциональное состояние желез внутренней секреции, с однои стороны, может существенно изменяться при действии ±G_Z, а с другой - может изменять резистентность организма к перегрузкам.

Желудочно-кишечный тракт. Действие перегрузок ±G_Z вызывает существенные изменения функций органов пищеварительного тракта [Суворов П. М., 1958, и др.]. Происходит торможение эвакуаторной функции желудка и кишечника. Секреторная функция носит фазный характер; вначале она тормозится, затем происходит ее повышение; при этом в кишечном секрете увеличивается количество плотных составных частей. Восстановление секреторной функции происходит в течение 2-4 нед.

Механизм изменений секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта большинство исследователей связывают с нарушениями функций вегетативной нервной системы и расстройством нейрогуморальной регуляции. Вместе с тем пельзя полностью исключить и ролы регионарных нарушений гемодинамики [Laughlin М. Н. et al., 1983] в нарушениях функции желудочно-кишечного тракта.

Почки. Имеющиеся в литературе сведения во влиянии положительных перегрузок на функцию мочевыделения противоречивы. Одни авторы наблюдали олигурию, а другие (в аналогичных исследованиях) - полиурию. Это несовпадение результатов трет5ует проведения дальнейших экспериментов в более строгих условиях их постановки. Описаны изменения и состава мочи; в неи находили повышенное содержание клеток эпителия, лейкоциты, невыщелоченные эритроциты и другие элементы. Показано также, что положительные ускорения вызывают снижение в моче натрия, уменьшение клиренса свободной воды и креатинина и повышение активности ренина [Apstein M. et al., 1974, и др.]. В механизме происходящих нарушений, очевидно, определенное место принадлежит изменениям гемодинамических факторов, а также перестройке регулирующей функции гипоталамо-гипофизарной системы.

Система крови. Изменения в системе крови происходят уже при сравнительно небольших величинах перегрузок. Они касаются как физико-химических, так и биохимических ее показателей. Установлены изменения в соотношении плазмы и форменных элементов крови; указывают на уменьшение объема циркулирующей крови, увеличение белка, плазмы и гематокрита, повышение удельного веса, щелочности, а также на ряд изменений в содержании электролитов и ферментов. При повторном воздействии предельно переносимых перегрузок (к - f-10Gz) отмечено снижение содержания общего белка плазмы, увеличение сахара, холестерина, билирубина, нарастание концентрации щелочной фосфатазы, аспарагиновой и аланиповой трансаминаз. Однако через 3 месс систематического воздействия большинство показателей восстановилось к исходного уровня, кроме снижения уровня ионов калия [Вартбаронов Р. А. и др., 1982].

Выявлено повышение в крови лактатов, пируватов ацетилхолина, катехоламинов, гистамина, серотонина и аминотрансфераз. Отмеченные изменения наблюдались вот нескольких минут к нескольких суток.

Методы исследования и критерии переносимости

Действие продольных перегрузок (±G_Z) на организм изучают как во время полетов на самополетах, так и посредством их воспроизведения на центрифугах с участием человека и использованием различных яшвотных. Хотя результаты опытов на животных не могут быть полностью без определенных поправок экстраполированы на человека, они позволяют применить почти весь арсенал имеющихся в исследователей физиологических, биохимических и цитохимических методик, что расширяет возможности познания происходящих изменений в организме и механизмов их развития.

В полетах на самополетах, оборудованных специальной аппаратурой, можно изучать характер изменений двигательной активности и общего поведения, состояние кожных покровов и мягких тканей лица, ЭКГ, АД и многие другие показатели гемодинамики, функции дыхания, ЦНС и мышечной системы (ЭЭГ, ЭМГ), зрение, слух и др. При исследованиях на центрифугах объем исследований может быть существенно расширен и, что очень важно, проведен в более оптимальных условиях, так как в полете ускорения действуют на фоне ряда вторых факторов (эмоциональный стресс, шум, двигательная активность с изменяющимся напряжением различных мышечных групп и пр.).

На основании анализа результатов многих исследований разработаны оценки переносимости человеком продольных перегрузок (±G_Z). Следует выделить субъективные и объективные критерии оценки устойчивости. Порог субъективной устойчивости представляет собой предел способности человека выдержать физический и эмоциональный дискомфорт, связанный с действием ускорений. Среди субъективных критериев наибольшие значения имеют болевые ощущения, дискомфорт, чувство тяжести, утомление. При отрицательной перегрузке такими критериями служат головная боль (распирание головы) и слезотечение. Некоторые авторы при отрицательной перегрузке описывают нарушение зрения в виде «красной пелены».

Главными объективными критериями пределов переносимости перегрузок являются гемодинамические показатели, время ответа на световой сигнал, нарушение зрения («серая или черная подол»), способности человека управлять самополетом, обморок. Следует помнить, что вслед за наступлением «черной пелены» довольно быстро наступает обморок (рис. 17). Однако при полетах на высокоманевренных самополетах с большими градиентами нарастания ускорений потеря сознания может произойти и без предвестников в виде нарушений зрения.

Из гемодинамических показателей наибольшего внимания заслуживает определение с помощью допплеровского расходомера скорости кровотока в височной артерии и систолического давления в сосудах ушной раковины. Установлено, что прекращение или появление ретроградного кровотока в лобной ветви височной артерии гроисходит, как правило, за 4-9 с к наступления «черной пелены». Исчезновение или резкое снижение осцилляции ушного пульса в большинства людей является прогностическим признаком потери зрения. Некоторыми исследователями рекомендовалось в качестве критерия переносимости использовать снижение содержания 0₂ в сосудах уха. Однако значительное отставание показа телеи оксиметров вот скорости нарастания ускорений, по мнению многих исследователей, является существенным препятствием к использованию последних для прогнозирования пределов устойчивости к перегрузкам.

При длительном действии больших величин перегрузок маневрирования с применением средств защиты нередко на первое место среди критериев, ограничивающих переносимость перегрузок и эффективную деятельность, выступают резкие боли в различных группах мышц, а также развивающееся утомление. Предполагается, что в этом случае в основе утомления лежит перенапряжение организма и истощение запасов катехоламинов.

Влияние на работоспособность летчика

Полеты на современных летательных аппаратах требуют вот летчика своевременного восприятия команд и считывания поступающей информации, быстрой ее переработки, незамедлительного принятия решения и четких безошибочных реакций по их реализации, а также строго координированных двигательных актов.

Воздействие перегрузок, как известно, может вызвать целый ряд неблагоприятных эффектов, обусловленных нарушением процессов афферентного восприятия, изменением функционального состояния ЦНС, расстройством координации движений рук, ног, головы и ограниченной подвижностью всего туловища. Особое значение для работы летчика в условиях действия пилотажных перегрузок имеет нарушение зрительного восприятия: сужение поля зрения, уменьшение контрастности зрительных образов, ухудшение цветоразличения и глубинного зрения. Снижается оперативная память, затрудняются решение арифметических задач, выполнение ряда психологических тестов и компенсаторное слежение. Действие механических сил значительно ослабляет работу мышечных групп. Наиболее сильно это сказывается на крупноамплитудных движениях. Так, при перегрузке +4G_Z приподнять туловище становится трудно, а при +8G_Z двигать руками и ногами уже невозможно (кроме движения кистью в лучезапястном суставе).

Проблема работоспособности в условиях действия перегрузок много лет находится в центре внимания исследователей, ей уделяется большое внимание и в настоящее время. Уже при перегрузках +2G_Z навыки управления самополетом ухудшаются. При этом увеличивается число допускаемых ошибок, они становятся более грубыми. Нарушается регуляция точных движений. Количество превентивных движений при перегрузках +3G_Z уменьшается в несколько раз. Возникают ложные экстраполяционные движения. Степень выраженности нарушения работоспособности в значительной мэр обусловлена величиной ускорения, продолжительностью его действия, градиентом нарастания, частотой повторяемости отдельных пиков и циклов, а также прочностью выработки двигательных динамических стереотипов [Зорилэ В. И., Куприянов А. А., 1972; Handler E., 1980, и др.].

Комбинированное действие перегрузок + G_Z и ±Gy вызывает значительно более выраженные нарушения качества управления, чем перегрузки одного направления. Так, при перегрузках +5G_Z качество управления ухудшается лишь на 19% по сравнению со статическим состоянием, при комбинации +5G_Z и +1Gy — на 45% ы при комбинации +5G_Z и +2G_Y — на 70% [Frasier J. et al., 1982]. Работоспособность при полетах на высокоманевренных самополетах с большими перегрузками сравнительно быстро понижается, и летчик сильно устает. Наблюдается определенная корреляция между уровнем работоспособности и величиной действующей перегрузки (см. рис. 19). Принимая во внимание значительно выраженную индивидуальную помехоустойчивость людей к ускорениям, целесообразно проводит для высокоманевренных самолетов психофизиологический отбор по специально разработанным программам.

Влияние отрицательных перегрузок

Отрицательные перегрузки наблюдаются при выполнении «мертвой» петли, вращении в штопоре или просто в перевернутом полете вниз головой. Уже при перегрузках —1, 5-5G_Z появляется выраженное состояние дискомфорта: чувство прилива крови к голове, тяжесть и распирание головы, пульсирующая головная боль, снижение зрения, затруднения по управлению самополетом. При возрастании перегрузок к —2, 5-5G_Z наблюдаются одышка, опущение нижних век, слезотечение, в отдельных случаях петехиальпые кровоизлияния на коже лица, шеи, под конъюнктивой. Перегрузки больших величин при воздействии всего в течение нескольких секунд приводят к потере сознания. Максимально переносимыми уровнями отрицательных перегрузок считают следующие: —5G_Z в течение 5 с, — 3G_Z — 10-10 с и — 2G_Z — в течение 5 мин [Sharp G. R., Ernsting J., 1978].

Механизм этих расстройств обусловлен преждет всего перемещением под влиянием инерционных сил крови в верхнюю часть туловища, шею и главу. При перегрузках —3G_Z среднее АД на уровне глаз возрастает до 170 мм рт. ст., а венозное — до 100 мм рт. ст. В этих условиях срабатывание рефлекса с каротидного синуса вызывает брадикардию и генерализованную реакцию артериол, что ведет к снижению АД. На ЭКГ регистрируются изменения, характерные для нарушений сердечного ритма, вплоть к атриовентрикулярной блокады и асистолии. Механические и гемодинамические изменения в легких вызывают снижение легочной вентиляции. Установлено шунтирование венозной крови. Все это влечет за собой снижение сатурации крови в легких и понижение содержания кислорода в крови.

Следовательно, человек по отношению к отрицательным ускорениям значительно менее устойчив, чем к положительным и тем более поперечным, поэтому в широкой летной практике не рекомендуется превосходить значение отрицательных перегрузок более 1,5 ед. [Нажмудипов К. Г., 1981].

Влияние знакопеременных перегрузок

Воздействие на летчика знакопеременных перегрузок часто встречается при полетах на малых высотах вследствие турбулентности атмосферы. Величина перегрузок, как правило, при этом не превышает 2 ед., частота колебаний может достигать 30 Гц,, а время действия продолжается десятки минут.

Однако выполнение сложных пилотажных фигур в ряде случаев такяїе ведет к последовательному перехода вот положительных к отрицательным перегрузкам и наоборот [Нажмудинов К. Г., 1981; Balldin U. I., 1983]. Такого вида перегрузки, особенно при повторных их действиях циклами, переносятся организмом значительно тяжелее, чем положительные или даже отрицательные перегрузки. Большое значение имеют такие факторы, как общая продолжительность действия цикла, величина, амплитуда колебаний положительных и отрицательных перегрузок, длительность «площадок» на каждом пике, градиент нарастания и функциональные особенности человека.

В зависимости вот указанных физических характеристик знакопеременных перегрузок лимитирующими критериями переносимости могут выступать зрительные расстройства, укачивание, утомление, реже патологические элементы на ЭКГ. Описан случай гибели пилота, выполнявшего сложную программу фигур высшего пилотажа состоящую из ряда элементов, сопровождающихся действием на организм больших положительных и отрицательных перегрузок. Так как самолет позволял воспроизводить перегрузки со значениями вот —6,5G_Z к +8G_Z, то, как полагают авторы, летчик при быстром переход вот отрицательных перегрузок к положительным, вероятно, потерял сознание вследствие нарушения кровоснабжения мозга и неуправляемый самолет потерпел катастрофу [Aviat. Space Environ. Med., 1981, vol. 59, N 9, p. 570]. Неблагоприятные последствия воздействия знакопеременных перегрузок описаны также при полете со сложным маневром, когда один из летчиков получил тяжелую травму с переломами шейных позвонков [Shall D. G., 1983].

Приведенное свидетельствует, что пилотировапие с выполнением маневров, сопровождающихся знакопеременными перегрузками, должно проводится с большой осторожностью.

б) ударные перегрузки

Проблема ударных перегрузок возникла в связи с созданием средств аварийного покидания (катапультирования) и безопасного приземления экипажей летательных аппаратов и стала разрабатываться в авиационной медицине с конца 20-х - начала 40-х годов текущего столетия. В Германии, Великобритании, СССР, США, Швеции и вторых «авиационных» странах были проведены первоначальные исследования по переносимости животными и человеком перегрузок катапультирования, разработаны катапультные кресла, осуществлены первые экспериментальные, а затем и вынужденные катапультирования в полете, сформулированы основные медико-технические требования к безопасному покиданию самолета в аварийной обстановке.

С начала 60-х годов более интенсивно (в связи с обеспечением космических полетов) разрабатываются вопросы спасения на старте и безопасного приземления (приводнения) экипажей в возвращаемых с орбиты аппаратах. Определились типичные области импульсных ударных воздействий, характерных для условий катапультирования и аварийного приземления. Узловыми вопросами безопасного катапультирования и приземления стали уточнение допустимых величин ударного воздействия (ударной перегрузки) для человека, находящегося в катапультном кресле или приземляемом объекте и разработка средств и способов повышения его устойчивости к значительным механическим нагрузкам, а также изучение условий и факторов, определяющих эффективное применение летчиком средств аварийного покидания или приземления.

Ударные перегрузки в авиации встречаются, кроме того, при использовании индивидуальных спасательных парашютов, в момент грубой посадки на аэродром, на взлете и посадке палубных самолетов и в некоторых вторых случаях. Возникающие при этом перегрузки не достигают, как правило, критических величин, хотя и могут при отягчающих обстоятельствах (отсутствие фиксации -гола, нарушение позы, разрушение конструкции) приводит к тяжелым травмам.