33.7. Шум, инфразвук и ультразвук
Шумом называют беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков. Шум имеет определенную частоту, или спектр, выражаемый в герцах, и интенсивность – уровень звукового давления, измеряемый в децибелах. Громкость звука измеряется в фонах.
Под шумовой болезнью понимают стойкие, необратимые морфологические изменения в органе слуха, обусловленные влиянием производственного шума. При остром сверхмощном воздействии шума и звуков наблюдается гибель спирального (кортиева) органа, разрыв барабанных перепонок, кровотечение из ушей. При хроническом воздействии производственного шума наблюдается атрофия спирального органа с замещением его волокнистой соединительной тканью. Изменения в слуховом нерве могут отсутствовать. В суставах слуховых косточек наблюдается тугоподвижность.
Воздействие шума на организм в первую очередь зависит от его интенсивности. Различают три звуковые ступени с соответствующими им неврологическими расстройствами. Для первой ступени (30–65 фон) характерны преимущественно нарушения высшей нервной деятельности в виде рассеянности, вялости, апатии, ухудшения мнестических функций, а также головной боли и изменений кожной чувствительности.
При второй звуковой ступени (66–90 фон), соответствующей шумам машинных цехов и промышленных предприятий, нарушаются не только слуховые функции (тугоухость); часто наблюдается головокружение вследствие выраженного повышения тонуса в сосудах вертебрально-базилярного бассейна, тахикардия, парестезии в конечностях в результате спазма периферических сосудов, снижение работоспособности и операторских функций, на электроэнцефалограмме отмечается подавление альфа-ритма. Начальные проявления профессиональной тугоухости чаще всего встречаются у лиц со стажем работы в условиях шума около 5 лет. Среди людей, подвергающихся таким шумовым воздействиям, высок риск развития различных форм неврозов, в первую очередь неврастении.
Выше 90 фон лежит третья шумовая ступень. Она наблюдается при работе реактивных двигателей, пусках ракет, взрывах. Таким образом, в категорию риска попадают авиационные техники, летно-подъемные экипажи вертолетов и турбовинтовых самолетов, танкисты и операторы радиолокационных станций. В неврологическом статусе данного контингента можно выделить следующие синдромы: астенический синдром, симптомы мозжечковой и пирамидной дисфункции. Однако зачастую эти сдвиги становятся результатом сочетанного воздействия целого ряда экстремальных факторов, имеющих место в условиях полета либо военных действий. Так, при запредельных звуковых раздражениях (разрывы бомб и снарядов) у некоторых военнослужащих может развиться сурдомутизм, психомоторное возбуждение или реактивный ступор.
Эффективный путь борьбы с шумом – снижение его уровня в самом источнике за счет совершенствования конструкции машин. Помимо этого следует использовать
индивидуальные средства защиты: наушники, шлемы.
В лечении используются препараты с вазоактивными свойствами (блокаторы кальциевых каналов, дезагреганты, никотиновая кислота), нейропротекторы, витамины.
Воздействие шума на производстве часто сочетается с другими вредными факторами – такими как вибрация, а также инфра– или ультразвук.
Инфразвук (звуковые колебания с частотами ниже 20 Гц) вреден во всех случаях – слабый действует на внутреннее ухо и вызывает симптомы морской болезни, сильный заставляет внутренние органы вибрировать вплоть до их повреждения и даже остановки сердца. При колебаниях средней интенсивности (110–150 дБ) наблюдаются внутренние расстройства органов пищеварения и мозга с самыми различными последствиями, обмороками, общей слабостью. Инфразвук средней силы может вызвать слепоту.
Источником инфразвука являются различные механизмы и транспортные средства. Некоторые природные явления типа тайфунов также могут излучать инфразвуковые колебания. В последнее время начата разработка оружия с использованием инфразвука. Инфразвуковое воздействие на организм изучено мало. Не существует сколько-нибудь надежно задерживающих инфразвук материалов. В связи с этим необходимо совершенствовать технологии: перспективно, например, применение интерференционного метода ослабления излучения путем противофазного наложения колебаний.
Ультразвук (звуковые колебания от 18 кГц до 100 МГц и выше). Под влиянием ультразвуковых колебаний в тканях организма происходят сложные процессы: колебания частиц ткани с большой частотой, которые при невысокой интенсивности ультразвука можно рассматривать как микромассаж; образование внутритканевого тепла в результате трения частиц между собой; расширение кровеносных сосудов и усиление кровотока; усиление биохимических реакций, раздражение нервных окончаний. Эти свойства ультразвука используются в ультразвуковой терапии на частотах 800—1000 кГц при интенсивности 80–90 дБ, которая улучшает обмен веществ и снабжение тканей кровью.
Повышение интенсивности ультразвука и увеличение длительности его воздействия могут приводить к чрезмерному нагреву биологических структур и их повреждению, что сопровождается функциональным нарушением нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, изменением свойств и состава крови. Это происходит при непосредственном контакте человека со средами, по которым распространяется ультразвук. Защита от действия ультразвука при контактном облучении состоит в исключении непосредственного контакта.
Ультразвук используют в ряде промышленных процессов (сварка, лужение, пайка, очистка деталей, стерилизация жидкостей, сверление, резка, шлифовка, полировка), а также для контрольно-измерительных целей (гидроакустика, дефектоскопия и др.). Возможен и воздушный способ контакта с ультразвуком, при передаче колебаний по воздуху (например, при работе реактивных двигателей, газовых турбин).
Для лиц, работающих с источниками ультразвука, существует регламентированный режим работы. Также должны быть предусмотрены изолирующие устройства.
33.8. Ускорения
В повседневной жизни человек постоянно сталкивается с воздействием сил ускорения, но они сравнительно невелики и не оказывают какого-либо неблагоприятного влияния. Наибольший интерес представляет изучение этого фактора в военной авиации. Начиная с момента взлета самолета и заканчивая посадкой пилот постоянно испытывает действие механических сил, сообщающих его телу ускорения.
Основные механизмы воздействия перегрузок на организм. Под ускорением понимается сообщение телу дополнительной скорости в единицу времени. Величину ускорения принято выражать в метрах в секунду в квадрате (м/с2) или в единицах ускорения силы тяжести g (9,81 м/с2).
Ускорения могут быть продольными, т. е. действовать вдоль длинной оси тела (в направлении голова – таз или таз – голова), и поперечными (в направлении грудь
– спина, спина – грудь, бок – бок). В ряде случаев выделяют несколько особых видов ускорений, к числу которых относят угловое ускорение и ускорение Кориолиса. Особую группу составляют так называемые ударные ускорения – перегрузки, время действия которых не превышает 1 с.
При действии ускорений подвижные части тела, опорные ткани, органы в полостях и жидкости организма смещаются в сторону, противоположную направлению ускорения. Причиной расстройств становится как механическое смещение, так и рефлекторные сдвиги в результате раздражения интерорецепторов.
В настоящее время различают два основных механизма воздействия перегрузок на организм. Первый из них заключается в изменении деятельности центральной нервной системы под влиянием необычной афферентной импульсации, возникающей при раздражении рецепторов обширных зон брюшной и грудной полостей, что, в свою очередь, приводит к многочисленным расстройствам на периферии.
С другой стороны, под влиянием перегрузок нарушаются гемодинамика и газовый обмен – как следствие перемещения крови, застойных явлений в легких, деформации грудной клетки, смещения органов грудной и брюшной полостей и затруднения дыхания. Однако следует иметь в виду, что защитные компенсаторные механизмы человеческого организма способны настолько противостоять такого рода воздействиям, что гипоксия может и не наступить.
Ускорения, действующие в направлении голова – таз. Влияние ускорения,
действующего вдоль длинной оси тела в направлении голова – таз, будет различным в зависимости от величины ускорения, быстроты, с которой оно нарастает или снижается, и от продолжительности действия. Ускорение в 1 g представляет собой действие силы земного притяжения и практически человеком не ощущается.
При ускорении в 2 g возникает ощущение прижатого к сиденью тела и необычно тяжелых рук и ног. При увеличении ускорения до 3–4 g ощущение тяжести тела и конечностей усиливается, любые движения даются с большим
трудом. Тонус скелетной мускулатуры непроизвольно повышается. Туловище и голову с трудом удается удерживать в вертикальном положении. В груди возникает особое тянущее ощущение, что связано с натяжением, создаваемым органами грудной клетки. В нижней части ног появляется ощущение переполнения, в икроножных мышцах иногда возникают судороги.
Дыхание при ускорении до 2–4 g несколько учащается, увеличивается амплитуда дыхательных движений. С увеличением ускорения до 4–5 g и выше дыхание становится неправильным: продолжительный, медленный и затрудненный вдох и быстрый, механически форсированный выдох. Вдох затруднен вследствие того, что печень оттягивает диафрагму вниз, а сердце и легкие давят на нее сверху. В качестве защиты против форсированного выдоха голосовая щель закрывается, и дыхание задерживается на середине выдоха.
Существенно изменяется и деятельность сердечно-сосудистой системы. Как правило, наблюдается значительное увеличение частоты сердечных сокращений – до 150–180 уд./мин. В отдельных случаях явления тахикардии резко сменяются выраженной брадикардией. Данные электрокардиографического исследования показывают значительное уменьшение комплекса QRS, зубец Т расширяется, иногда становится отрицательным. Происходящее при этом перемещение крови ведет к оттоку ее из верхних частей тела в сосуды нижних частей туловища.
Одновременно возникают зрительные расстройства. Чаще всего они появляются, по данным разных авторов, при перегрузках в 3–5 g. Субъективно эти расстройства воспринимаются вначале в виде «дымки» перед глазами (вариант – «серая пелена»). При дальнейшем нарастании перегрузки наступает потеря зрения.
У некоторых людей при величинах перегрузки 4–5 g наблюдаются профузный пот, побледнение, тошнота и ощущение приближающейся потери сознания. При увеличении перегрузки или же времени ее воздействия за потерей зрения следует потеря сознания. Момент наступления бессознательного состояния зависит от индивидуальной устойчивости организма. При уменьшении ускорения сознание быстро восстанавливается, вслед за чем возвращается и зрение. Какие-либо тяжелые последствия отмечаются редко, хотя в течение непродолжительного периода сознание может быть спутанным.
Экспериментальные данные, полученные в условиях реального полета на самолете при перегрузках до 6–8 g, обнаружили удлинение времени ответной двигательной реакции на зрительные раздражители, увеличение числа ошибочного решения задач, уменьшение величины максимального и увеличение заданного мышечного усилия, а также ухудшение координации движений. На основании этих результатов были сделаны выводы, что перегрузка приводит к нарушению деятельности центральной нервной системы и снижению работоспособности.
В основе возникающих изменений в центральной нервной системе при перегрузках лежит, по-видимому, развивающаяся гипоксия и усиленный поток афферентных импульсов из деформированных органов и тканей. Оба эти процесса приводят к нарушению регулирующей и координирующей роли центральной нервной системы, что находит свое отражение в расстройстве деятельности
различных систем и организма в целом.
Ускорения, действующие в направлении таз – голова, возникают при выполнении самолетом таких фигур пилотажа, как внешний и перевернутый штопор, внешняя петля и полет в перевернутом положении.
При воздействии ускорения в 1 g возникают такие же изменения, как при положении головой вниз, а именно умеренное перемещение органов брюшной и грудной полостей в сторону головы и умеренный прилив крови к лицу. Если ускорение увеличивается, то усиливается давление привязных ремней вокруг бедер и плеч, а ощущения в голове и лице становятся крайне неприятными.
При ускорении от 2 до 3 g человек испытывает сильный прилив крови к лицу и пульсирующую головную боль. Кожа лица заметно краснеет и наливается кровью, кровеносные сосуды на носу и щеках становятся ясно видимыми. На этих участках развиваются мелкие подкожные кровоизлияния. Лицо и шея становятся одутловатыми из-за отека, в отечной ткани при надавливании остаются западения.
При увеличении ускорения до 3–4 g прилив крови к лицу усиливается, возникает ощущение значительного повышения внутричерепного давления (будто «мозг разрывается»). Испытуемым кажется, что глаза выпирают из орбит, а под веками чувствуется «песок». Сосуды конъюнктивы глаз набухают, иногда наблюдаются слезотечение и небольшие кровоизлияния. Появляется сильная головная боль и боли в глазах. Перед глазами возникает «красная пелена». Иногда наступает временная потеря зрения.
Существенные изменения происходят в деятельности системы кровообращения и дыхания. Кровяное давление в сонных артериях повышается, на электрокардиограмме отмечаются желудочковые экстрасистолы, выраженная брадикардия, асистолия и другие признаки вагусной блокады. В полости черепа нет свободного пространства для расширения мозговых сосудов, поэтому повышение кровяного давления в сонных артериях приводит к повышению внутричерепного давления. В опытах на животных было показано, что повышающееся при воздействии ускорения давление спинномозговой жидкости является одним из факторов, предупреждающих разрыв мозговых сосудов.
При ускорениях этого направления нарушается также функция дыхания, причем довольно резко уже при малых величинах перегрузки. Сперва частота дыхательных движений значительно возрастает, однако начиная с ускорения величиной 3–4 g наблюдается, как правило, почти полная остановка дыхания. При продолжительном воздействии перегрузок наступившее апноэ время от времени сменяется отдельными дыхательными движениями, в основном беспорядочного характера.
При значительном ускорении развивается спутанность сознания, а в некоторых случаях подопытные лица и летчики теряют сознание в полете. Спутанность сознания может сохраняться некоторое время после полета; иногда наблюдается неуверенная походка.
Описанные выше симптомы зависят не только от величины ускорения и продолжительности воздействия, но и от быстроты его нарастания. Индивидуальная
переносимость перегрузок этого направления определяется степенью неприятных ощущений, принимающих характер жестоких болей в том случае, если ускорение за несколько секунд повышается до 2,5–3 g. Необходимо также отметить, что перегрузки, возникающие при действии ускорения в направлении таз – голова, даже в течение нескольких секунд переносятся организмом хуже всего.
Поперечные ускорения. Как указывалось выше, ускорения, действующие в направлении, перпендикулярном длинной оси тела, носят название поперечных. Ускорение до 4 g, направленное поперек тела, не вызывает каких-либо других субъективных ощущений, кроме повышенного давления в частях тела, выдерживающих основную массу организма. Это давление, распределяясь по большому участку (по всей поверхности тела), не достигает такой степени, как при продольных ускорениях обоих направлений.
Ускорение в 6–8 g заметно затрудняет вдох вследствие сжатия грудной и брюшной полостей в плоскости действия силы. Величина поперечного ускорения, при которой наступает затруднение дыхания, зависит от направления ускорения по отношению к опорным костным структурам. Наибольшее затруднение наступает в том случае, если действие перегрузки направлено от спины к груди. Тогда передняя стенка брюшной полости и грудная клетка, защищенная только эластичными ребрами, должны выдержать груз позвоночника и внутренних органов.
Меньшее действие оказывает перегрузка, направленная от груди к спине. В этом случае давление передается на позвоночник, а живот и грудь сжимаются в переднезаднем направлении под влиянием собственной массы.
Кровяное давление повышается скачкообразно по мере увеличения ускорения до тех пор, пока не наступит задержка дыхания. После этого уровень кровяного давления остается почти неизменным. Причина повышения кровяного давления – сжатие брюшной и грудной полостей, так что часть крови оказывается выжата из брюшной полости в общий кровоток. Часто наблюдаются петехиальные кровоизлияния в подкожную клетчатку спины, груди, в грудные и лопаточные мышцы.
Ударные (кратковременные) перегрузки. Перегрузки, продолжительность воздействия которых составляет менее 1 с, носят название кратковременных, или ударных. Воздействию таких перегрузок организм человека подвергается при обычных прыжках с высоты, в момент раскрытия парашюта, при неправильном приземлении на твердый грунт, при катапультировании с самолета, в танках в момент выстрела из орудия, а также при различных авариях, во время которых скорость движения падает за очень короткий промежуток времени. Ударное воздействие на организм человека может быть обусловлено не только твердыми предметами, но и массой жидкости и волной сжатия жидкости или даже воздуха.
Кратковременные перегрузки с высоким градиентом нарастания действуют на организм несколько иначе, чем перегрузки продольного и поперечного направлений. Основным и ведущим механизмом нарушения нормального функционирования организма выступает травма органов и тканей. В результате чрезвычайно резкой деформации органов и тканей возникают нарушения их структуры, которые при
превышении предела упругости тканей приобретают необратимый характер. Так, при направлении перегрузки голова – таз возможно развитие подвывихов позвонков, образование грыж межпозвонковых дисков, сдавление спинномозговых корешков, переломы тел позвонков и суставных отростков с травмой спинного мозга. Следствием запредельных перегрузок, действующих в направлении таз – голова, становятся кровоизлияния в головной мозг и сетчатку, зрительные расстройства, кровоизлияния во внутренние органы. Иногда наблюдаются переломы костей черепа, в особенности его основания.
Повреждение позвонков обычно происходит при перегрузках величиной около 20 g (катапультирование и различные кататравмы). Наиболее уязвимы грудной и верхний поясничный отделы на уровне ThVIII—LII, что связано с особенностями анатомического строения позвоночника и направлением вектора механической энергии при описываемых видах перегрузок. Повреждения позвонков проявляются в варианте клиновидной деформации в переднезаднем направлении. При этом нередко в патологический процесс (отек, повреждение и т. п.) вовлекаются спинномозговые корешки. Возможны дисгемические спинальные нарушения при компрессии артерии Адамкевича. Другой вариант повреждения нервной системы – сотрясения и ушибы спинного мозга с соответствующей клинической картиной.
Средства повышения устойчивости организма к перегрузкам. Борьба с неблагоприятным воздействием перегрузок осуществляется по двум направлениям:
а) устранение факторов, снижающих компенсаторные возможности организма к перегрузкам, и специализированная физическая подготовка летного состава, которая включает упражнения, способствующие тренировке нервно-рефлекторных реакций;
б) разработка технических конструкций, смягчающих отрицательное воздействие перегрузки и помогающих организму наиболее эффективно реализовать свои компенсаторные возможности.
Знакопеременные ускорения. При эксплуатации транспортных средств, создающих ускорения или меняющих положение тела человека относительно гравитационной или гравитоинерционной вертикали, вестибулярный аппарат подвержен необычному раздражению, которое может намного превысить физиологические пределы и вызвать побочные вестибулярные эффекты с развитием патологического синдрома, хорошо известного под названием болезнь движения, морская или воздушная болезнь, кинетозы, синдром укачивания.
Болезнь движения – это ответ организма на ненормальные условия среды, поэтому все лица, попадающие под достаточно продолжительное действие определенных двигательных стимулов, страдают ею. В современном обществе лишь очень немногие люди ни разу в своей жизни не подвергались действию провоцирующих укачивание движений транспорта.
Наиболее частой причиной болезни движения становится морской транспорт: морской болезнью страдают до 90 % состава экипажа. Движения надувных спасательных плотов в штормовом море, по-видимому, следует считать наиболее сильным провоцирующим стимулом.
По сравнению с морской воздушная болезнь менее продолжительна, так как современные авиалайнеры летают на больших высотах, в спокойных воздушных массах, и подвергаются воздействию турбулентных потоков воздуха лишь во время снижения или набора высоты. Заболеваемость воздушной болезнью у пассажиров достигает 8 %, причем характерно, что пилоты этих самолетов не страдают от воздушной болезни до тех пор, пока сами не становятся пассажирами.
Современные военные самолеты выполняют самые разные маневры, которые порождают провоцирующие двигательные стимулы. Для решения определенных задач они могут лететь на большой высоте в турбулентных воздушных потоках. Проблема воздушной болезни становится наиболее острой во время тренировочных полетов. Примерно 50 % штурманов современных самолетов испытывают воздушную болезнь во время тренировок, 40 % курсантов-летчиков также подвержены этой болезни, причем все случаи тяжелого проявления воздушной болезни связаны с тренировочными полетами.
Неврологические нарушения при синдроме укачивания характеризуются широким клиническим полиморфизмом. Они могут быть систематизированы и объединены в следующие группы синдромов: вегетативно-сосудистой дистонии, цефалгии, транзиторной астении, межполушарной пирамидной асимметрии, статокинетических расстройств, мозжечковой и рассеянной неврологической микросимптоматики. Первые три синдрома в основном влияют на физическую и умственную работоспособность. Остальные имеют важное сигнальнопрогностическое значение и отражают качественно новый этап влияния знакопеременных ускорений на организм. Выраженные нарушения высшей нервной деятельности и органической неврологической симптоматики, изменения церебральной гемодинамики и вегетативного обеспечения свидетельствуют о начале дезадаптации.
С лечебно-профилактической целью при действии знакопеременных ускорений рекомендуется использовать бетагистин и этимизол. Возможно также применение антигистаминного препарата дименгидрината по 1–2 таблетки 2–3 раза в сутки. Очень эффективна тренировка статокинетической системы методом знакопеременных индивидуально дозированных ускорений подпороговой силы. Сущность методики заключается в том, что пациент сам подбирает себе скорость вращения в кресле Барани, изменяет ее по ходу процедуры и заканчивает процедуру при возникновении неприятных ощущений. Рекомендуется проводить не менее семи сеансов с интервалом через день не позднее чем за месяц до возможного воздействия экстремальных знакопеременных стимулов.