2. Гипербарические экосистемы

Анализ накопленного фактического материала свидетельствует о том, что гипербарические объекты, скафандры, гидрокостюмы, подводные лодки, аппараты и жилища, гипербарические комплексы особенно длительного пребывания, необходимо рассматривать как экологические системы, имеющие свои характерные особенности, то есть как гипербарические экосистемы.

Экология – это область знаний, изучающая взаимоотношения живых организмов и их сообществ с окружающей неживой средой и друг с другом. Основной функциональной единицей в экологии является экологическая система (экосистема): любая единица, включающая все совместно функционирующие организмы на данном участке, которая взаимодействует с физической средой таким образом, что поток энергии создает определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями. Экосистемы могут быть открытыми и закрытыми.

По аналогии с определениями космической экологии гипербарические экосистемы можно определить как пространственно замкнутые системы длительного поддержания жизнедеятельности человека в условиях повышенного давления газовой и водной среды обитания. Законом Российской Федерации от 30 марта 1999 года о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения среда обитания человека подразделяется на природную и искусственную.

На Земле на каждый квадратный метр суши приходится более 1000 м³ атмосферы и почти 10 000 м² океана плюс большие объемы постоянной растительности. Все они выполняют роль накопителей отходов, регуляторов и регенераторов. Очевидно, что для длительного пребывания человека в замкнутом объеме буферные функции должны взять на себя специальные устройства, объединенные в единую систему жизнеобеспечения (СЖО). Работа СЖО требует затрат энергии. Таким образом, гипербарическая экосистема поддерживается искусственными энергетическими субсидиями, в отличие от природных экосистем, движимых энергией Солнца.

Для обеспечения поддержания активной жизнедеятельности человека в изолированном объеме требуется наличие пищи. В рамках гипербарических объектов никаких питательных веществ не производится, а необходимое их количество либо запасается, либо поступает извне. Поэтому гипербарические экосистемы являются гетеротрофными, т.е. не производящими питательные вещества.

Человек в гипербарической среде находится под непосредственным действием высокого давления и дышит или сжатым воздухом в котором парциальное давление кислорода и азота возрастает соответственно глубине, или газовой смесью, коренным образом отличающейся от воздуха по всем показателям. Так, при давлении дыхательной газовой смеси 50 кгс/см² (глубина погружения 500 м) процентное содержание кислорода составляет в ней менее 1 %, а гелия и/или водорода – более 99 %. Теплопроводность такой смеси в 6 раз выше, чем у воздуха, поэтому диапазон комфортных температур чрезвычайно мал и составляет 31-32^оС, а ее изменение всего лишь на 0,5-1,0 С вызывает переохлаждение или перегревание организма. Плотность газовой среды в условиях высокого давления в 6-10 раз выше, чем в обычных условиях, что значительно затрудняет функцию внешнего дыхания.

Дополнительные трудности создает необходимость длительных сроков, до 2 недель и более, выведения человека из условий пребывания под повышенным давлением по специальным режимам декомпрессии, что обусловлено медленным выделением из тканей организма растворившихся в них при высоком давлении индифферентных газов. Немаловажное значение имеет также низкая температура воды. Одной из важнейших характеристик гипербарической экосистемы является практически постоянное изменение величины давления газовой среды и ее состава. Периоды компрессии и декомпрессии в большинстве глубоководных водолазных спусков занимают 60-90% времени.

Мир повышенного давления для человека не является его естественной экологической средой обитания, к которой он приспособлен эволюционно. Поэтому необходимо осуществлять мероприятия по устранению или компенсации неблагоприятных эффектов гипербарии. На протяжении многих лет, вплоть до настоящего времени, наиболее распространенной гипербарической средой при погружениях под воду является сжатый воздух, который позволяет водолазам опускаться только до глубины 60 метров, а в аварийных ситуациях до 80. Физиологическим барьером дальнейшего погружения является азотный наркоз. Использование кислородно-гелиевой дыхательной смеси позволило разработать технологию водолазных работ на глубинах до 500 метров. Следующим барьером, ограничивающим глубину водолазных спусков, является нервный синдром высоких давлений (НСВД), грозное проявление которого – судороги. Достижение еще больших глубин связано с использованием водорода, присутствие которого в многокомпонентной дыхательной смеси отодвигает порог возникновения судорожных стадий НСВД. Видимо биологический предел глубины для человека при использовании для дыхания искусственных газовых смесей лежит в пределах 800-1000 м вод. ст.

Высокое давление, необычные газовая среда и параметры микроклимата вызывают зачастую непредсказуемые и неконтролируемые изменения еще одного компонента гипербарического биотического сообщества – микроорганизмов. Их свойства под давлением стремительно меняются в силу колоссальной приспособляемости. Как правило, эти новые свойства неблагоприятны для здоровья человека. ( В.К.Ильин 1997 и др.)

Из вышеизложенного становится понятным, что изучение гипербарических экологических систем представляет собой, прежде всего, сложнейшую техническую задачу. Она решается в рамках прикладной области знаний – экспериментальной экологии, которая разрабатывает способы создания искусственных экосистем, позволяющих обеспечить длительное пребывание человека в гермообъектах.