Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая физиология. Учебное пособие
.pdf
заметно сужение сосудов в головном мозге, отчётливы процессы перераспределения крови (депонирование её в паренхиматозных органах).
Согласно данным С. Ламбертсена, при давлениях 2,5 ата кислорода его напряжение в концевых отделах мозговых капилляров в 5 раз
меньше, чем в почке или сердце. Этот факт свидетельствует о довольно эффективной защите клеток головного мозга от избытка кислорода путём сосудистой реакции и замедления кровотока, что обеспечивает поддержание оптимального кислородного режима мозговых центров. Однако такие защитные реакции, как сужение капилляров, замедление кровотока, осложняются развитием противоположного процесса: задержкой углекислоты в тканях, которая усиливается затрудненным её транспортом к лёгким венозной кровью вследствие выключения нормальной функции гемоглобина. Гиперкапния способствует
расширению сосудов и таким образом снимает защитную сосудистую
реакцию на кислород.
При удлинении экспозиции в пределах давления до 4 атм. кислорода развиваются признаки возбуждения вегетативной и гормональной
систем, повышается кровяное давление, нарушаются системы регуляции дыхания, кровообращения и крови. В этот период может возникнуть внезапная потеря сознания без судорожных явлений. Лёгочная паренхима также повреждается. Наконец, при более высоких давлениях
наблюдаются те же реакции, но они протекают быстрее и переходят в
судорожный припадок либо в коматозное состояние.
Таким образом, по мере увеличения парциального давления кислорода и удлинения его действия наряду с реакциями приспособительными (1-я стадия) появляются реакции патологические (2-я стадия), которые, нарастая, приводят к типичной картине кислородного отравления.
Компенсаторной стадии, или латентному периоду наступления симптомов кислородного отравления, придают большое значение в повышении устойчивости к кислородному отравлению. Было обнаружено
увеличение устойчивости к отравляющему действию кислорода путём
прерывистых экспозиций в нём в пределах этой стадии, т.е. тогда, когда организм ещё не успел пострадать от кислорода.
Несмотря на большое число исследований влияния кислорода на
организм, механизм его физиологического и отравляющего действия
недостаточно изучен. Отставание глубокой разработки этой проблемы в теоретическом аспекте явилось причиной трудностей в решении
ряда практических задач.
До настоящего времени нет чёткости и окончательных критериев
относительно сроков и величин безопасного дыхания кислородом для
71
здорового человека и в использовании оксигенотерапии больного организма. Большие колебания индивидуальной чувствительности к кислороду дают основания предполагать отсутствие порогов токсического
действия этого газа аналогично действию ионизирующей радиации. И
кислород, и проникающая радиация являются вредящими факторами
универсального действия на все живые организмы.
Адаптация организма к кислороду относительна и несовершенна
по сравнению с адаптацией к гипоксии, что связывается со сравнительно молодым в эволюционном аспекте развитием антиокислительных
защитных тканевых процессов, тормозящих высокий энергетический
потенциал кислорода. Допустимо думать, что развитие этого механизма шло на фоне нарастающего на протяжении многих тысячелетий содержания кислорода в земной атмосфере, тогда как в основе приспособительного механизма к гипоксии лежат уже пройденные в эволюционном развитии фазы анаэробных окислительных процессов в гипоксической атмосфере.
В механизме действия кислорода на организм определённое значение имеет «молчание» рефлекторных синокаротидных зон при оксигенации артериальной крови, что сказывается на функции дыхания. Внесена некоторая ясность в понимание механизма сложного, в основном
угнетающего влияния кислорода на гемопоэз красной крови.
Значительный прогресс был достигнут при изучении механизма токсического действия кислорода на лёгкие и центральную нервную систему. В первом случае были получены факты, указывающие на большое
значение сурфактанта и процессов поверхностного натяжения плёнки
альвеол лёгких. Однако остаётся не вполне ясным, что является ведущим в лёгочных поражениях кислородом – локальное его действие на
лёгочную ткань, гормональные или нервно-рефлекторные механизмы.
Более определённо обозначился при высоком давлении кислорода
так называемый судорожный центр, находящийся в ретикулярной формации среднего мозга; нарушение целостности этой области полностью исключает возникновение кислородных судорог. В происхождении судорог большая роль принадлежит симпатоадреналовой системе
и нарушению тканевого дыхания в различных отделах головного мозга.
В основе токсического действия кислорода во всех его формах лежат процессы угнетения тканевого дыхания, дыхательных ферментных
систем. Из них наиболее чувствительными к кислороду оказались системы, содержащие SH-группы.
Кислородная интоксикация имеет много общих черт с уникальным
действием проникающей радиации на все живые организмы. Подоб-
72
но приспособлению к радиации, адаптация к кислороду относительна
и несовершенна. Средства защиты против кислородного отравления и
действия радиационного фактора очень близки по своему химическому составу, они в основном содержат группы антиокислителей. Хотя
арсенал защитных средств против токсического действия кислорода
значительно возрос, всё же существующие способы не предотвращают полностью, а лишь ослабляют это действие.
В настоящее время значительно увеличился перечень заболеваний,
при которых показаны оксигенотерапия и оксигенобаротерапия. Выяснилось, что эффективность применения кислорода связана с уровнем кислородного голодания организма. Наиболее хорошие результаты оксигенотерапии были получены при лечении заболеваний, в развитии которых гипоксический фактор является доминирующим. Наряду с этим фактором представлены доказательства значительной роли
нервно-рефлекторного звена в физиологическом и лечебном действии
кислорода. Поставлен вопрос об адекватности парциального давления
кислорода как для лечебных целей, так и в жизнедеятельности организмов, находящихся в различных неблагоприятных условиях существования (освоение космоса и глубин, некоторые факторы производства и т.д.).
2.6.4. Гиперкапния
Гиперкапния – повышенное напряжение углекислого газа в артериальной крови и тканях организма. Она может развиваться в космическом
полёте при повышении концентрации углекислого газа в атмо сфере кабины или гермошлеме скафандра вследствие частичного или полного
нарушения работы системы удаления и поглощения углекислоты. Избыток углекислого газа в кабине может быть предусмотрен программой полёта по соображениям экономии веса, уменьшения габаритов и
энергоёмкости системы жизнеобеспечения, а также с целью усиления
регенерации кислорода, профилактики гипокапнии или для ослабления поражающего действия космической радиации.
В зависимости от вентилируемого объёма скафандра и кабины, повреждения системы регенерации и количества продуцируемой экипажем углекислоты её концентрация во вдыхаемом воздухе может возрасти до токсического уровня (более 1%, или 7,5 мм рт. ст. – 1 кПа)
за несколько минут или часов. В этом случае развивается состояние
острой гиперкапнии. Длительное (дни, недели, месяцы) пребывание
в атмо сфере с умеренным содержанием углекислого газа приводит к
хронической гиперкапнии.
73
При отказе ранцевой системы поглощения углекислоты в космическом скафандре во время интенсивной работы концентрация углекислого газа в гермошлеме достигает токсического уровня за 1–2 мин. В
кабине корабля с тремя космонавтами, выполняющими обычную для
них работу, это произойдет более чем через 7 ч после полного отказа
системы регенерации.
Даже умеренная гиперкапния ухудшает самочувствие и общее состояние, истощает резервы основных жизненных функций организма.
Поведение человека становится неадекватным, снижаются умственная
и особенно физическая работоспособность, а также устойчивость организма к стрессовым факторам – перегрузкам, ортостазу, перегреванию, гипероксии, декомпрессии.
Важно, что гиперкапния в космическом полёте чревата тяжёлыми
осложнениями и в связи с «обратным» действием углекислоты: после
перехода дыхания в гиперкапнической среде на нормальную газовую
смесь, а также на воздух или кислород отмеченные нарушения в организме часто не только не ослабевают, но даже усиливаются, возможно
появление новых симптомов отравления углекислотой. Такое состояние может сохраняться минуты, часы, а иногда и сутки после восстановления нормального газового состава вдыхаемого воздуха.
Повышение концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 0,8–1% не вызывает нарушений физиологических функций и работоспособности при остром и хроническом действии. Допустимость
больших концентраций определяют, прежде всего, с учётом длительности пребывания в такой атмосфере и интенсивности выполняемой
работы. Если космонавту предстоит несколько часов работать в скафандре, содержание углекислого газа в гермошлеме не должно превышать 2% (рСО
15 мм рт. ст. – 2 кПа). По достижении такой концентра-
2
ции углекислоты появятся жалобы на одышку и утомление, однако работа будет выполнена в полном объёме.
В кабине космического корабля с периодическим выполнением
только легкой работы космонавт может справиться с заданием в течение нескольких часов при увеличении концентрации углекислоты до 3%
(рСО
22,5 мм рт. ст. – 3 кПа). Однако возникнут выраженная одышка
2
и головная боль, которая может продолжаться длительное время. Повышение содержания углекислоты в гермошлеме скафандра или в кабине до 3% и более – тревожная ситуация, подлежащая немедленному устранению.
Состояние острой гиперкапнии можно установить по увеличению
рСО
в артериальной крови (более 40 мм рт. ст., или 5,33 кПа), а так-
2
74
же по субъективным и клиническим признакам: одышка, особенно в
покое, тошнота и рвота, усталость при работе, головная боль, головокружение, нарушения зрения, синюшность лица, сильная потливость.
Признаки хронической гиперкапнии развиваются при длительном
пребывании в атмосфере с содержанием углекислого газа от 0,9 до
2,9%. В этих условиях изменяются электролитный баланс и кислотнощелочное состояние, происходят напряжение физиологических функций и истощение функциональных резервов, обнаруживаемые нагрузочными пробами. Хроническая гиперкапния сопровождается фазовыми изменениями психомоторной деятельности (возбуждение, сменяющееся депрессией), которые проявляются в поведении и во время
умственной и мышечной работы. Головная боль, усталость, тошнота и
рвота выражены меньше. Часто бывает стойкая гипотензия. Нарушение электролитного баланса и кислотно-щелочного состояния, а также
напряжение функции коры надпочечников определяются только биохимическими методами.
Пока нет специфических методов лечения гиперкапнического ацидоза или способов повышения устойчивости организма к действию повышенных концентраций углекислого газа. Самой эффективной помощью космонавту при нарушении системы регенерации будет быстрейшее восстановление нормального газового состава вдыхаемого воздуха.
Если нельзя устранить неполадки в основной системе регенерации, то
следует использовать субсистемы и аварийные системы, а также аварийные запасы кислорода на борту или в скафандре.
2.6.5. Адаптация к условиям высоких и низких температур
Оптимальное тепловое состояние человека обеспечивается условиями теплового комфорта, не ограничиваемого по времени пребывания
и не требующего включения дополнительных приспособительных механизмов организма. В экстремальных условиях среды, сопровождаемых значительными перепадами температуры, включаются поведенческие, физиологические адаптивные реакции, а при резких или длительных термических сдвигах могут развиваться патологические состояния, в крайних случаях приводящие к летальному исходу.
Исследователями предложены различные классификации тепловых состояний человека в зависимости от того, какие критерии были
положены в основу. С точки зрения адаптации наибольший интерес
представляет классификация, построенная на основе данных о характере изменений приспособительных механизмов системы терморегу-
75
ляции, т.е. основных приспособительных реакций, позволяющих организму бороться с действием высоких и низких температур окружающей среды. При выборе физиологических показателей для оценки
теплового состояния, очевидно, основное внимание необходимо уделять изменению таких показателей, которые наиболее полно отражают функциональное состояние организма при каждой степени нагревания или охлаждения человека. Так, в условиях, когда теплосодержание «ядра», срединных структур организма значительно не изменяется, но нарушена структура теплового обмена, наиболее важны физиологические показатели, характеризующие тепловое состояние «оболочки» тела. К таким показателям относятся температура кожи, средняя температура тела, тепловые потоки с поверхности тела, внутренний градиент температур, разность температур туловища и конечностей, теплоизоляция поверхностных тканей. При повышенных температурах окружающей среды большое значение приобретает исследование потерь веса тела и теплоотдачи испарением влаги, при пониженных – тепловых потоков с поверхности тела, теплопродукции организма, биоэлектрической активности мышц. В условиях, когда значительно изменяется теплосодержание организма, оценка теплового состояния человека должна проводиться в основном по физиологическим
показателям, характеризующим изменения теплового обмена и состояние сердечно-сосудистой системы (уровень теплоотдачи, минутный,
систолический объем сердца и т.д.). Эти показатели позволяют контролировать состояние организма человека в условиях высоких и низких
температур окружающей среды. При перегревании и переохлаждении
человека наблюдаются различия в изменениях многих физиологических показателей, означающих в одном случае возможность сохранения теплового баланса, а в другом – угрозу срыва или срыв приспособительных реакций организма.
На первой стадии перегревания или переохлаждения организ-
(устойчивое приспособление) наблюдаются явления, свидетель-
ма
ствующие о том, что организм успешно противостоит неблагоприятному действию окружающей среды. При высоких температурах происходит расширение периферических сосудов, увеличивается теплоотдача испарением влаги с поверхности тела и дыхательных путей. Последняя равна общей тепловой нагрузке – суммарной величине теплопродукции организма и внешней тепловой нагрузки. Действие низких
температур окружающей среды приводит к сужению периферических
сосудов и повышению теплопродукции организма вследствие мышечного термогенеза.
76
Следовательно, при первой степени перегревания или переохлаждения реакция сосудов на воздействие тепла и холода играет весьма
большую роль. Однако уже здесь включаются механизмы химической
терморегуляции, проявляющиеся в некотором снижении теплопродукции организма в условиях высоких температур и повышении – в условиях низких температур окружающей среды.
На первой стадии перегревания и переохлаждения человека накопление или дефицит тепла в организме происходят в основном за счёт
изменения температуры «оболочки». Температура же «ядра» изменяется сравнительно немного (на 0,2– 0,5°C). Работоспособность человека при таких воздействиях, по данным многих авторов, практически не изменяется.
На второй стадии перегревания или переохлаждения человека
(частичное приспособление) терморегуляция не справляется с дей-
ствием высоких и низких температур окружающей среды. Даже максимальное включение приспособительных механизмов терморегуляции (теплопродукции при охлаждении, теплоотдачи при перегревании)
не даёт возможности компенсировать тепловую нагрузку при высоких
температурах и теплоотдачу при низких температурах окружающей среды. В этом случае значительно изменяется температура «сердцевины»
(при высоких – на 1–1,5°C, при низких – на 1,5–2,0°C).
При высоких температурах окружающей среды (45, 50, 55°C), несмотря на повышение теплоотдачи испарением влаги с поверхности
тела и дыхательных путей, общая тепловая нагрузка не компенсируется и перегревание организма происходит вследствие уменьшения или
прекращения отдачи эндогенного тепла во внешнюю среду. В условиях низких температур окружающей среды при продолжающемся увеличении окислительных процессов в организме из-за мышечной дрожи теплопотери с поверхности тела и дыхательных путей превышают
уровень теплопродукции.
В этих условиях снижаются отдельные показатели работоспособности, например такие, как качество управления в режиме слежения,
способность к динамической и статической работе, выполнение тонких координированных движений. Многие показатели работоспособности, включая определение временных интервалов реакции на световой и звуковой раздражители, скорость счета, познавательные и другие психические функции, по данным большинства авторов, не изменяются или даже несколько улучшаются.
Третья стадия перегревания и переохлаждения организма (срыв
приспособления)
характеризуется признаками, свидетельствующими о
77
полной невозможности приспособления организма к условиям внешней среды. Приспособительные механизмы терморегуляции некоторое время остаются максимально напряженными, а затем их уровень
начинает постепенно уменьшаться. Одновременно происходит снижение эффективности деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной
и мышечной систем.
На срыв приспособительных реакций организма в условиях высоких температур среды (60, 70, 80°C) указывает снижение теплоотдачи испарением влаги, преобладание внешней тепловой нагрузки над
теплоотдачей испарением влаги, снижение скорости секреции пота,
уменьшение систолического и минутного объёмов крови, мощности
сокращения левого желудочка и скорости выброса крови.
В работах А. Бартона, О. Эдхолма и др. показано, что при ректальной температуре около 35°C после максимального увеличения теплопродукции организма наблюдается её снижение. На основании этих
сведений (по аналогии с характером изменений приспособительных
реакций при высокой температуре) вторая стадия охлаждения заканчивается максимальным увеличением теплопродукции, на третьей стадии происходит снижение её уровня, достигающего при температуре
тела около 30°C величин основного обмена и ниже.
Подобное деление стадий охлаждения по изменению приспособительных реакций организма, очевидно, является наиболее рациональным, т.к. характеризует компенсаторные возможности теплового обмена, сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
При третьей степени перегревания и переохлаждения организма
наблюдается снижение всех показателей работоспособности человека. Выполнение заданной работы возможно только за счет максимального волевого усилия при включении дополнительных физиологических резервов организма.
И наконец,
организма
сердечно-сосудистой и дыхательной систем (коллапс, потеря сознания).
Таким образом, в рассмотренной классификации стадии и степени перегревания и переохлаждения организма различают не только по
температуре тела и клиническим признакам, но и по изменению приспособительных реакций организма. По этим показателям первая, вторая, третья и четвертая стадии (степени) перегревания и переохлаждения организма отличаются друг от друга степенью включения приспособительных механизмов в процесс терморегуляции. На первой стадии
приспособительные реакции организма включены только частично, на
четвёртая степень перегревания и переохлаждения
характеризуется быстрым угнетением деятельности ЦНС,
78
второй – включены до максимума, на третьей – частично отключены,
на четвертой – отключены полностью (до исходных и ниже).
Условия пребывания человека в окружающей среде. Эти усло-
вия, вызывающие первую, вторую и третью степени перегревания или
переохлаждения организма, расцениваются, соответственно, как допустимые, предельно допустимые и критические, или недопустимые.
При допустимых условиях перегревания или переохлаждения человека наблюдается определённое напряжение механизмов терморегуляции организма. Однако вследствие включения приспособительных реакций сохраняется термостабильное состояние «ядра». Снижение теплоотдачи при высоких и повышение при низких температурах
окружающей среды с помощью радиации и конвекции компенсируется
изменениями теплопродукции, а также теплоотдачи путём испарения
влаги с поверхности тела и дыхательных путей. Возможно продолжительное пребывание человека в этих условиях при отсутствии изменений работоспособности, опасности для здоровья и явлений кумуляции
при повторном действии подобных условий. Основными физиологическими показателями оценки теплового состояния человека являются средняя температура тела, средневзвешенная температура кожи, тепловые потоки с поверхности тела, внутренний градиент температур,
теплоизоляция поверхностных тканей, структура теплового обмена.
В предельно допустимых условиях перегревания и переохлаждения вследствие неполного приспособления организма к действию
внешней среды возникает значительное напряжение терморегуляции
и снижение некоторых показателей работоспособности. Такие условия без опасны для здоровья, не приводят к кумуляции при повторном
их действии и допускаются только на ограниченное время при постоянном медицинском контроле.
При критическом (недопустимом) перегревании и переохлаждении
наблюдаются срыв приспособительных механизмов терморегуляции
организма, снижение работоспособности, возникают опасность для
здоровья и явления кумуляции при повторном действии неблагоприятных условий микроклимата.
В предельно допустимых и критических условиях перегревания и
переохлаждения организма в качестве основных физиологических критериев принимаются потери веса и теплоотдача испарением влаги (при
перегревании), средняя температура среды и температура тела, компоненты теплового обмена (теплоотдача, теплопродукция, изменения теплосодержания), показатели состояния сердечно-сосудистой системы
(минутный и систолический объём крови и др.).
79
Таким образом, первая, вторая и третья степени воздействия высоких и низких температур окружающей среды могут быть расценены
как допустимые, предельно допустимые и критические (или предельно переносимые) условия перегревания и переохлаждения организма.
Каждая из степеней дискомфорта характеризуется определённой величиной дефицита или накопления тепла в организме. При составлении классификации тепловых состояний учитывались общегигиенические подходы к нормированию микроклимата, возможность выполнения работы с необходимым объёмом и качеством, степень влияния
неблагоприятных условий на состояние здоровья при однократном и
повторном действии окружающей среды.
Исследования, проводимые с экипажами летательных аппаратов,
работающими в экстремальных условиях, свидетельствуют о необходимости разработки средств профилактики от перегревания и переохлаждения организма человека. Решение этой важной проблемы может осуществляться по трём направлениям:
1. Разработка средств индивидуальной защиты членов экипажей
летательных аппаратов.
2. Нормирование микроклимата помещений с учётом теплозащитных свойств одежды, сезона года, уровней эмоциональной и физической нагрузки, метеорологических условий окружающей среды и других факторов, встречающихся в полёте.
3. Физиолого-гигиеническая регламентация режима труда и отдыха экипажей летательных аппаратов.
Одним из важных условий при конструировании теплорегулирующих систем является принцип автоматического терморегулирования,
применение которого позволяет поддерживать комфортные условия
микроклимата воздуха при различной теплоизоляции одежды и тяжести физической работы.
2.6.6. Адаптация к ограниченному питанию и недостатку воды
С точки зрения сенсорной физиологии чувство жажды и чувство
голода нельзя приписать какому-то конкретному сенсорному органу
или части тела, поэтому они и называются общими ощущениями. К последним относятся также усталость, ощущение духоты и половое влечение (либидо). Общая черта их всех – то, что они вызываются одним
или несколькими адекватными стимулами, возникающими в самом организме,
цепторами, некоторые из них до сих пор не известны и вызывают об-
а не в окружающей среде. Эти стимулы воспринимаются ре-
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]