патфиз учебник новый

651

туды приводит к значительному учащению сердечных сокращений, повышению тонуса периферических сосудов, изменению артериального давления и биоэлектрической активности сердца. По мере увеличения амплитуды и частоты вибрации появляются неврологические расстройства: болевые ощущения, снижение сухожильных рефлексов, особенно коленных, общая заторможенность. В результате длительного воздействия вибрации могут развиваться заболевания опорно-двигательного аппарата, в частности позвоночника, рефлекторные изменения функции желудка и кишечника.

Под действием вибрации, частота которой совпадает с собственными частотами тела, возникает резонанс. Вследствие этого тело или отдельные его части начинают колебаться с большей амплитудой, чем вибрирующая опорная поверхность или другие структуры организма, усиливая отрицательное воздействие на органы и системы (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Резонансные частоты тела человека и его отдельных частей

Начальные механизмы действия вибрации определяются в основном тем, что она вызывает поток импульсов с экстеро- и интероцептивных зон. Рефлекторная дуга может замыкаться по типу аксонрефлекса через соединительные ветви симпатического пограничного ствола и клетки боковых рогов, а также более высокие отделы вегето-сосудистых центров. В развитии изменений участвуют ретикулярная формация, стволовые вегетативные образования, диэнцефальная область, корковые вегетативные клетки. При воздействии вибрации в спинном мозгу возникают очаги возбуждения ( запредельное торможение "вибрационных центров"). В силу законов иррадиации возбуждение передается на соседние центры (сосудодвигательные). Возникают спа-

652

стической реакции сосудов. Это создает условия для возникновения патологически замкнутого порочного круга в цепи рефлекторной дуги. Новое вибрационное раздражение приводит к усилению возбуждения "вибрационных центров" и к углублению сосудистой реакции. При послеполетном обследовании летного состава можно выявить симптом орального автоматизма, гиперестезию дистальных отделов рук и ног, пошатывание при сенсибилизированной пробе Ромберга. Реже отмечаются нистагм, более часто - анизорефлексия сухожильных и кожных рефлексов, снижение коленных и ахилловых рефлексов. Поперечно-направленные вибрации могут вызвать боли в поясничной области, так как при этом приходится большая нагрузка на связочномышечный аппарат позвоночника и вследствие этого - утомление околопозвоночных мышц.

Влияние невесомости на организм

Невесомость - биологически значимый фактор космического полета. Значение невесомости обусловлено необычностью для человека данного состояния. Невесомость - это такое физическое состояние тела, когда оно как бы теряет массу и характеризуется уменьшением или полным исчезновением механического напряжения всех его структур.

В реальном космическом полете невесомость возникает при выполнении кругового полета вокруг Земли со скоростью 8 км/с. Именно при такой скорости полета на орбите создаются условия, когда центростремительное ускорение уравновешивается силами земного притяжения.

Невесомость, как специфический фактор обитаемости, оказывает на космонавтов непосредственное и опосредованное влияние. Под непосредственным действием невесомости понимается неблагоприятное влияние отсутствия земной гравитации, приводящее к исчезновению массы тела, деформации и напряжению структур различных органов и рецепторов организма. Под опосредованным влиянием невесомости понимаются функциональные изменения, происходящие в ЦНС человека вследствие измененной афферентации, поступающей в кору головного мозга от рецепторов (вестибулярного, интероцептивного, проприоцептивного, тактильного и др.) и волюморецепторов, приводящие к ослаблению регулирующей роли ЦНС и нарушению функциональной системности анализаторов, участвующих в анализе пространственных отношений.

Непосредственное влияние отсутствия земной гравитации порождает три основных причины изменений, происходящих в организме человека в условиях невесомости: изменение афферентации в ЦНС с механо- и волюморецепторов; снижение до нуля гидростатического давления крови и других жидких сред организма; отсутствие весовой нагрузки на костно-мышечную систему. Изменение и ослабление афферентации с механо- и волюморецепторов в

653

ЦНС обусловлено потерей массы отолитов, снижением напряжения познотонической мускулатуры и мышечных усилий при перемещении тела в связи с отсутствием необходимости преодоления сил земного притяжения, отсутствием рефлекторных реакций, направленных на сохранение равновесия тела, уменьшением растяжения полых гладкомышечных органов и сосудов, уменьшением деформации паренхиматозных органов вследствие отсутствия массы этих органов и их содержимого, снижением нагрузки на костносуставной аппарат и др.

Указанные изменения афферентации в условиях невесомости приводят к нарушению привычного взаимодействия функциональных систем и возникновению сенсорного конфликта. Дефицит импульсации с механо- и волюморецепторов в остром периоде адаптации организма к невесомости может сопровождаться уменьшением активности дорсального отдела гипоталамуса, гипоталамо-гипофизарной системы и ретикулярной формации с ослаблением ее восходящего и нисходящего влияния, что приводит к установлению нового уровня корково-подкорковых взаимоотношений в виде снижения тонуса и уменьшения тормозящего влияния коры на подкорковые образования. В реальном космическом полете указанные изменения приводят к возникновению у космонавтов иллюзорных ощущений, повышению чувствительности рецепторов полукружных каналов вестибулярного анализатора и быстро наступающему укачиванию, а также к нарушению пространственной ориентировки и координации движений.

Снижение в условиях невесомости до нуля гидростатического давления крови и других жидких сред организма приводит к существенным изменениям в системе кровообращения и водно-солевого баланса человека. В основе указанных изменений лежит перемещение крови и других жидких сред организма в краниальном направлении. Это приводит к увеличению объема крови и повышению ее давления в сосудах головы, растяжению и стимуляции механорецепторов предсердия и сосудов сердечно-легочного отдела, что в свою очередь обуславливает включение рефлекторных и гуморальных механизмов, направленных на сохранение гемодинамического и водно-солевого гомеостаза.

Возникающие при этом срочные компенсаторно-приспособительные реакции связаны с торможением секреции антидиуретического гормона гипофиза, с уменьшением активности ренин-ангиотензин-альдостероновой системы и торможением вазомоторного центра. Это приводит к частичной потере организмом жидкости и электролитов путем учащения диуреза, уменьшению объема плазмы крови, рефлекторному сужению легочных сосудов, расширению сосудов большого круга кровообращения, депонированию крови во внутренних органах и ограничению ее поступления в сердечно-легочную область. В более поздние периоды пребывания в невесомости к ним присоединяются приспособительные реакции, проявляющиеся в снижении общего

654

объема массы эритроцитов и гемоглобина и приводящие к дальнейшему уменьшению объема циркулирующей крови.

Отсутствие нагрузки на костно-мышечную систему в условиях невесомости, а также снижение мышечных усилий при статической и динамической работе, связанных в условиях Земли с преодолением силы тяжести, обуславливают общую недогрузку мышц, дефицит мышечной активности и уменьшение общего объема проприоцептивной импульсации. Указанные изменения приводят к нарушению координации движений и ослаблению функции нервномышечного аппарата, снижению интенсивности общего метаболизма, процессов структурно-пластического обмена в костно-мышечной системе, а также к снижению роли мышечной системы в общей гемодинамике организма.

При длительном нахождении в невесомости, особенно если не выполнять физические упражнения, в организме будут прогрессировать дальнейшее снижение мышечной работоспособности, развиваться детренированность сер- дечно-сосудистой и дыхательной систем, нарушаться процессы биологического окисления с разобщением окислительного фосфорилирования. В реальном космическом полете отсутствие нагрузки на костно-мышечную систему проявляется у космонавтов в нарушении координации движений, снижении мышечных усилий, замедлении выполнения двигательных актов и в нарушении соразмеренности движений по усилиям. В последующем может появиться функциональная атрофия как поперечно-полосатой, так и гладкой мускулатуры, что будет проявляться в снижении ортостатической устойчивости космонавтов.

В целом, в условиях длительной невесомости у космонавтов, кроме перечисленных отклонений, наблюдается снижение обмена веществ, уменьшение массы тела, угнетение функциональной активности нейрогуморальной и иммунной систем, что сопровождается общей астенизацией организма и снижением его резистентности к неблагоприятному воздействию среды обитания.

Организм человека, как сложная биологическая система, с первых минут воздействия невесомости включает все врожденные и приобретенные механизмы, обеспечивающие оптимальное приспособление к необычной среде существования. При этом реализуются все компоненты адаптации: регуляторный, пластический, энергетический и неспецифический.

Адаптация организма космонавтов к условиям невесомости включает 4 последующих фазы (стадии): первичных адаптивных реакций продолжительностью до 2 дней, начальной адаптации продолжительностью около недели, относительно устойчивой адаптации продолжительностью до 4-6 недель, устойчивой адаптации.

655

Глава 2. ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ СПЕЦИАЛИСТОВ ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА

Взаимодействие военно-морских специалистов со специфической средой обитания кораблей и подводных лодок приводит к изменению функционального состояния, которое зависит как от факторов самой работы, так и от факторов обитаемости кораблей. Наиболее сложные условия характерны для подводной лодки, находящейся в длительном автономном плавании и особенно при спасении из затонувшей подводной лодки.

Основные факторы, действующие на военно-морских специалистов:

высокая или низкая температура;

повышенная концентрация диоксида углерода (рСО2);

повышенная концентрация токсических газообразных примесей;

повышенное давление газовой и водной среды;

сниженное парциальное давление кислорода (рО2);

повышенное парциальное давление кислорода;

повышенное парциальное давление азота (рN2);

ионизирующее излучение;

высокая влажность;

боковые ускорения (волнение моря);

гиподинамия и гипокинезия;

отсутствие или недостаток воды и пищи;

сенсорная депривация.

Свои особенности имеет труд водолазов, акванавтов, врачей-спецфизиологов и баротерапевтов, а также подводников, которые по роду деятельности систематически или периодически подвергаются действию повышенного давления газовой и водной среды. Человек сталкивается с условиями повышенного давления газовой и водной среды в процессе водолазных спусков и кессонных работ, в подводных домах, при нырянии и подводном плавании с аквалангом, при лечении сжатым воздухом, искусственными газовыми смесями или кислородом в камерах повышенного давления и барооперационных, при спасении из отсеков затонувшей подводной лодки. Число людей подвергающихся воздействию гипербарии с каждым годом увеличивается.

Учитывая, что многие из вышеперечисленных экстремальных факторов встречаются при профессиональной деятельности других военных специали-

656

стов и достаточно широко представлены в литературе, в этой главе мы подробнее остановимся на влиянии на организм повышенного давления газовой и водной среды.

Историческая справка

В 1861 году в штаты экипажей военных кораблей Российского флота были введены водолазы, а в 1906 году в России появился подводный флот.

Первым центром подготовки водолазов и офицеров-водолазов, научной разработки вопросов гипербарических физиологии и медицины и совершенствования водолазного снаряжения и оборудования была Кронштадтская школа водолазов. В 1923 году создана экспедиция подводных работ особого назначения (ЭПРОН); водолазы, водолазные специалисты и врачи-физиологи провели огромную работу по подъему затонувших надводных кораблей и подводных лодок. Фундаментальные исследования по воздействию повышенного давления газовой и водной среды на организм координировала Постоянная комиссия по аварийно-спасательному делу АН СССР, которую возглавляли ведущие физиологи страны: академики Л.А. Орбели, В.Н. Черниговский и Е.М. Крепс.

Начиная с 1939 года, под руководством Л.А. Орбели проведены принципиально важные исследования в гидрокомпрессионных камерах Военномедицинской академии по воздействию высоких парциальных давлений азота, кислорода и гелия на организм человека и животных. В этих исследованиях принимали участие сотрудники академии: М.П. Бресткин, А.П. Бресткин, И.И. Голодов, А.Т. Жиронкин, Б.Д. Кравчинский, Е.М. Крепс, К.А. Павловский, А.Ф. Панин, С.И. Прикладовицкий, П.А. Сорокин, Н.В. Соловьев, В.Б. Фарбер, С.П. Шистовский и др.

Сотрудники М.И. Якобсона и Н.Н. Щупаков исследовали состояние здоровья кессонных рабочих и метростроевцев в условиях гипербарии.

С 1940 года в Военно-морской медицинской академии под руководством академиков АН К.М. Быкова и В.Н. Черниговского были предприняты систематические исследования изменений различных функций организма в условиях пребывания под повышенным давлением воздуха и кислорода.

Эти научно-исследовательские работы проводили сотрудники Военноморской медицинской академии и научно-исследовательских институтов ВМФ: В.К. Абросимов, В.А. Аверьянов, С.А. Артемьев, А.Л. Береза, Ю.М. Бобров, А.Н. Бухарин, Л.К. Волков, Е.Э.Герман, Г.Л. Зальцман, Г.А. Зараковский, И.С. Карев, Н.К. Кривошеенко, В.И.Кулешов, Н.А. Лапшин, А.П. Мясников, Л.Г.Медведев, В.Я. Назаркин, Б.А. Нессирио, А.В. Риккль, В.И. Ро- машкин-Тиманов, И.А. Сапов, А.С. Солодков, В. И. Тюрин, А.Л. Фокин и др.

657

Влияние повышенного давления на организм

Выделяют три периода воздействия повышенного давления газовой среды (спуск под воду):

период повышения давления (компрессия), сжатие газов, спуск водолаза, акванавта, кессонного рабочего или аквалангиста на максимальную глубину погружения;

период пребывания под максимальным давлением (изопрессия), пребывание «на грунте» (это не обязательно дно, а наибольшая глубина спуска);

период снижения давления (декомпрессия), расширение газов, подъем с глубины, выход с глубины на поверхность.

Воздействие повышенного давления воздуха и искусственных газовых смесей на организм человека по-разному проявляется в каждом из этих периодов. Так, например, баротравма уха возникает преимущественно в период быстрой компрессии, баротравма легких в период быстрой декомпрессии, а декомпрессионная болезнь – во время декомпрессии или чаще всего после выхода из-под повышенного давления газовой среды.

Условно действие повышенного давления на организм подразделяют на механическое и биологическое. Механическое действие повышенного давления вызывает расстройства, связанные, прежде всего, с перепадом давлений (баротравма уха и придаточных пазух носа, баротравма легких, обжим водолаза местный и общий, барогипертензионный синдром, баротравма кишечника, баротравма зуба). Биологическое действие повышенного давления обусловлено парциальными давлениями газов, входящих в дыхательную газовую смесь (декомпрессионная болезнь, отравление кислородом, кислородное голодание, наркотическое действие азота, отравление диоксидом углерода, нервный синдром высоких давлений (гелиевая дрожь), синдром изобарической противодиффузии газов).

Выделяют следующие факторы водолазного спуска: общее давление (Р); парциальные (частичные) давления газов (рО2, рСО2, pN2, pHe и др.), входящих в дыхательную смесь; высокая влажность дыхательной смеси; повышенная плотность дыхательной смеси; шум от поступающего в водолазный скафандр, кессон или подводный дом сжатого воздуха или искусственной газовой смеси; пониженная освещенность под водой.

Низкая температура воды и интенсивная мышечная работа (особенно на течении), как правило, существенно повышают энерготраты водолаза. Кроме значительных физических усилий у водолазов возникает большое нервнопсихологическое напряжение, обусловленное необычностью окружающей среды, некоторым риском при каждом спуске под воду и невозможностью обычного речевого общения с людьми, находящимися на поверхности и др. Таким образом, факторы, действующие на человека при погружении под во-

658

ду, существенно отличаются от обычной внешней среды.

Для поддержания динамического постоянства внутренней среды организма водолаза, приспосабливающегося к повышенному давлению газовой и водной среды, включаются резервные механизмы регулирующих (нервной, гормональной и иммунной) и регулируемых (сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной и др.) систем. При изменении внешней среды и увеличении времени пребывания под водой за пределы физиологических границ возникают декомпенсаторные реакции, патологические изменения и заболевания водолазов.

Предложенная А.П. Мясниковым в 1977 году концепция гипербарочувствительности и гипербаропоражаемости позволяет дифференцировать компенсаторные и декомпенсаторные реакции и критерии нормирования воздействия повышенного давления газовой среды.

Таблица 2.1

Влияние гипербарии на функциональное состояние гипербарии

Под гипербарочувствительностью понимается свойство организма реагировать на повышенное давление газовой среды. Понятие гипербаропоражаемости включает все виды нарушений структуры и функции, возникающие под действием гипербарии. В таблице 2.1 представлена зависимость функцио-

659

нального состояния организма от пороговых и экстремальных воздействий гипербарии.

Важно, что патологические сдвиги при специфических заболеваниях и травмах водолазов, подводников, кессонных рабочих и аквалангистов, прежде всего, существенно снижают профессиональную работоспособность военных специалистов.

Из всего многообразия специфической патологии, характерной для условий гипербарии, остановимся на четырех наиболее тяжелых и часто встречающихся нозологических формах. Речь пойдет о декомпрессионной болезни, наркотическом действии азота, отравлении кислородом и баротравме легких.

Декомпрессионная болезнь

Декомпрессионная болезнь - профессиональное заболевание широкого контингента лиц, находящихся в условиях повышенного давления газовой среды, возникающее вследствие однократного или повторяющегося воздействия неадекватной декомпрессии, сопровождающейся образованием в организме свободного газа, проявляющееся, как правило, поражением ряда систем и расстройством их функций и выявляемое либо в непосредственной связи со снижением давления (острая декомпрессионная болезнь), либо без такой связи, в отдаленном периоде, у водолазов, кессонных рабочих, акванавтов с большим стажем работы (хроническая декомпрессионная болезнь).

Острую декомпрессионную болезнь по степени тяжести подразделяют на легкую (поражение кожи, мышц и суставов), среднюю (присоединяются поражения сердечно-сосудистой и дыхательной систем) и тяжелую (присоединяется поражение центральной нервной системы).

Этиология.

Причиной острой декомпрессионной болезни является пересыщение тканей, возникающее в результате их насыщения метаболически индифферентным газом (прежде всего азотом при дыхании сжатым воздухом) в процессе компрессии и изопрессии, и последующим неадекватным снижением давления. Так как практически всегда пересыщение возникает при всплытии (декомпрессии), эту патологию и называют декомпрессионной болезнью («болезнью снижения давления»). Ранее использовались термины – «кессонная болезнь», «десатурационная аэропатия», «болезнь сжатого воздуха», «водолазная болезнь».

Во время декомпрессии возникает ситуация, когда парциальное давление азота в тканях становится большим, чем общее давление: рN2тк>Р. Это соотношение и называют пересыщением. В результате пересыщения создаются

660

условия для формирования в тканях газовых пузырьков, которые в зависимости от места образования и размеров вызывают те или иные нарушения. Состоят газовые пузырьки преимущественно из индифферентных газов, т.е. газов, которые не участвуют в обменных процессах в условиях организма. К ним относят азот, гелий, водород, аргон и др.

Важным вопросом теории декомпрессии является определение величины пересыщения тканей, при которой могут сформироваться патогенные газовые пузырьки. В настоящее время преобладающей является точка зрения, что для образования газовых пузырьков в кровотоке у людей необходимо пересыщение тканей азотом на 20-40 кПа.

Рассмотрим пример с водолазом, погрузившимся в вентилируемом снаряжении на глубину 40 м (общее давление составляет 500 кПа (0,5 МПа)) и проработавшим на этой глубине 45 минут. К исходному насыщению тканей азотом (приблизительно эта величина составляет 80 кПа) добавится азот, поступающий в результате градиента концентраций между его парциальным давлением во вдыхаемом воздухе и величиной исходного напряжения в тканях: 400 – 80 = 320 кПа. Доля азота в воздухе около 80% (известно, что эта величина несколько меньше из-за наличия других индифферентных газов и паров влаги, но для практики подводных погружений допустимо такое округление). Умножив 500 на 0,8 получаем 400 кПа.

Однако ткани насыщаются индифферентным газом с разной скоростью. Скорость насыщения (и рассыщения) зависит от двух процессов: перфузии и диффузии. Первый процесс описывается следующей закономерностью:

Q · αкр.

Sперф. = -------------- , где

αтк.

см3 крови

Q - величина перфузии данной ткани, ------------- · мин-1; см3 ткани

αкр. – коэффициент растворимости газа в крови; αтк. – коэффициент растворимость газа в ткани.

Скорость диффузии зависит от расстояния диффузии (х, см) и коэффициента диффузии газа в ткани (D):

х2

Sдиф. = ln2---------

D