Сердечно-сосудистая система

Изучение действия перегрузок на сердечно-сосудистую систему было предметом многих исследований. В настоящее время накоплен большой материал, характеризующий изменения в системе кровообращения при воздействии перегрузок различных режимов. Можно без преувеличения сказать, что нарушения в системе кровообращения во время действия перегрузок по сравнению с другими сдвигами в организме наиболее значимы и им принадлежит ведущее место в генезе физиологических реакций. Это связано с явлениями перераспределения циркулирующей массы крови, обладающей наибольшей возможностью к смещению.

Степень перераспределения крови определяется, главным образом, направлением действия перегрузок. Наибольшие изменения гемодинамики происходят при действии перегрузок в направлении продольной оси тела и наименьшие – при поперечном, что обусловлено расположением магистральных кровеносных сосудов тела. При воздействии перегрузок в кранио-каудальном направлении происходит перемещение массы крови из сосудов, расположенных в верхней части тела, в сосуды, находящиеся в полости живота и нижних конечностях. Естественно, что в результате такого смещения крови возникает изменение со стороны кровяного давления. При этом в сосудах, расположенных ниже уровня сердца, кровяное давление повышается, а выше – понижается. В этих условиях приток крови по венам к сердцу будет затруднен, уменьшится количество выбрасываемой сердцем крови. В результате возникает анемия мозга и ряда органов чувств, что нередко сопровождается расстройствами зрения и может привести к потере сознания.

При действии перегрузок в направлении от ног к голове кровь скапливается в верхней части туловища, отчего давление в сосудах мозга повышается.

Действие поперечно направленных перегрузок на гемодинамику в силу анатомических особенностей расположения магистральных сосудов выражено значительно меньше. Однако практически строго поперечное положение по отношению к вектору перегрузки используется крайне редко. В подавляющем большинстве исследований человеку придается положение полулежа с тем или иным наклоном спинки кресла, приводящим к возникновению составляющей перегрузки в направлении продольной оси тела. В этих случаях также существенное место принадлежит нарушениям в системе кровообращения за счет действия их в кранио-каудальном направлении. Кроме того, при оценке гемодинамических эффектов необходимо учитывать, что многие органы и ткани тела обладают разветвленной сетью сосудов с более или менее равномерным распределением их по всем направлениям. Поэтому перемещение крови в пределах того или иного органа будет возникать при любом направлении инерционных сил. Такое перераспределение крови способно привести к местному расстройству кровообращения и нарушению функций соответствующих физиологических систем.

В настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по рассматриваемым вопросам.

У человека во время воздействия перегрузок в направлении голова – ноги отчетливо выявляется резкая бледность лица и значительное расширение венозной системы ног. После прекращения вращения побледнение кожи лица в большинстве случаев сменяется гиперемией. При действии положительных перегрузок очевидным является усиление тока крови в системе верхней полой вены и замедление его в нижней полой вене. Недостаточность притока крови к голове и усиление ее оттока по венам приводит к быстрому загустеванию сосудистого русла головы и шеи. Одновременно наблюдается усиление притока артериальной крови к органам брюшной полости и нижним конечностям, а также затруднение венозного оттока из этих областей, что ведет к застою крови в нижних конечностях и брюшной полости. Все это влечет недостаточность притока венозной крови к правой половине сердца, а следовательно, – сокращение величин ударного и минутного объемов.

Особый интерес представляют работы, в которых во время действия перегрузок были получены непрерывные записи кровяного давления и сделаны рентгеновские снимки сердца. Приведенные данные показывают, что между величиной перегрузки и степенью падения давления существует прямая зависимость. Сопоставление кривых изменений кровяного давления в сонной артерии и нарастания перегрузок обнаруживает некоторое отставание в реакциях организма.

Изменения кровяного давления начинают развиваться не сразу после начала действия перегрузок, а спустя некоторое время. В результате создается положение, когда кровяное давление продолжает понижаться, в то время как величина перегрузки удерживается на постоянном уровне. С уменьшением действия перегрузки кровяное давление достигает исходной величины также не сразу, а через несколько секунд. Эти взаимоотношения позволяют объяснить иногда внезапность появления зрительных нарушений и потерю сознания уже в период уменьшения перегрузки, а также жалобы некоторых летчиков на ухудшение самочувствия уже после воздействия. Такое отставание изменений кровяного давления определяется инерцией крови, состоянием тонуса сосудов и резервных возможностей сердечной мышцы на данный момент.

Рентгенологическими исследованиями установлено, что тень сердца и крупных сосудов с нарастанием перегрузки (голова – таз) становится все бледнее, свидетельствуя об уменьшении кровенаполнения полостей сердца. Результаты рентгенокинематографических исследований, проведенных в этих условиях, свидетельствуют также об уменьшении объема сердца. После прекращения вращения возникало острое кратковременное расширение сердца вследствие резко усиленного притока к нему крови.

Одновременно различными исследователями было отмечено изменение прозрачности различных участков легких. Так, при действии перегрузок в направлении голова – таз наблюдали просветление верхних долей легкого и увеличение затемнения в нижних долях, при действии же перегрузок в направлении грудь – спина просветление наблюдалось в передних долях и затемнение – в задних долях легкого.

Особый интерес представляют исследования, в которых у человека при действии положительных перегрузок прямым путем определяли венозное давление в яремной вене и артериальное давление на уровне головы. Они показали, что при значительном падении артериального давления в верхней половине туловища кровообращение в мозге сохранилось вследствие падения давления в яремной вене на величину порядка 30–50 мм рт. ст. ниже нуля. Достаточная разница в давлении между артериальной и венозной кровью обеспечивала кровообращение даже при падении артериального давления в области головы до нуля. Эти факты рассматривают как проявление компенсаторных реакций, направленных на сохранение жизненно важных функций во время воздействия перегрузок.

Результаты плетизмографических исследований, полученные при действии положительных перегрузок на человека, свидетельствуют об увеличении объема голеней. Исследование объемного пульса ушной раковины и наблюдение за степенью прозрачности уха, осуществляемое фотоэлектрическим методом, показывает, что при действии положительных перегрузок происходит уменьшение кровенаполнения и снижение амплитуды пульсовых осцилляций. Понижение кровяного давления в сосудах, расположенных выше сердца, вызывает через синокаротидную зону и другие ангиорецепторы включение механизмов компенсации гемодинамических расстройств. В результате происходит учащение сердечных сокращений, а также сужение кровеносных сосудов ряда областей.

Существует достаточно четкая зависимость между величиной перегрузки и частотой сердечных сокращений.

При этом выявлена зависимость в изменении частоты пульса не только от величины перегрузок, но и от продолжительности их действия.

У человека в зависимости от величины действующих перегрузок частота сердечных сокращений достигает 130–180 ударов в минуту.

Самая высокая цифра частоты сердечных сокращений, зарегистрированная у человека при действии перегрузок, составила 197 ударов.

Следует отметить, что повышение частоты пульса наблюдается в подавляющем большинстве случаев еще до начала воздействия перегрузок.

Указанное учащение пульса отмечается как в условиях подготовки вращений на центрифуге, так и при подготовке к полетам. При этом степень предполетного или предопытного учащения пульса определяется как индивидуальными особенностями человека, так и характером предстоящего воздействия. Этот вид тахикардии, обусловленный эмоциональным напряжением перед предстоящим испытанием, многие авторы определяют термином «стартовая лихорадка».

В связи со сказанным интересно отметить, что учащение пульса во время вращений достигало значительно больших величин у тех лиц, у которых наблюдалось отчетливое увеличение частоты сердечных сокращений перед началом воздействия. Учащение пульса перед вращением может достигать 80-120 и даже 140 ударов в минуту при 60–70 ударах в обычных условиях.

Особого внимания заслуживает рассмотрение случаев, когда частота сердечных сокращений человека при вращении на центрифуге достигала предельных величин (180–197 ударов в минуту). Как правило, при продолжении действия перегрузок в подобных экспериментах наступало падение частоты сердечных сокращений на 30–40 и даже на 60 ударов в минуту. Одновременно регистрировались и другие признаки нарушения сердечной деятельности в виде появления экстрасистолии, явлений блокады в проведении возбуждения по миокарду и других расстройств сердечного ритма. Отмечены значительные зрительные нарушения вплоть до полной потери зрения («черная пелена»). Появление одного из указанных признаков служило сигналом к прекращению вращения. Сразу же после остановки центрифуги отмечается бледность кожных покровов лица, цианоз губ, языка, ушных раковин, явления гипергидроза, ухудшение общего самочувствия. Частота пульса при этом обычно некоторое время удерживается на достигнутом уровне или продолжает понижаться до цифр, ниже исходных. Явления возникшей брадикардии и другие признаки сердечно-сосудистой недостаточности носят временный характер и редко сохраняются более 1–2 мин. В последующем наблюдается вторичный подъем частоты сердечных сокращений, который обычно бывает небольшим и спустя 3–6 мин сменяется нормальной частотой. Резкое снижение частоты сердечных сокращений является, несомненно, неблагоприятным моментом и оценивается исследователями как проявление декомпенсации сердечной деятельности.

Электрокардиографические исследования, проведенные при действии положительных перегрузок, помогают установить ряд изменений со стороны функции сердца. У здоровых людей во время действия перегрузок на электрокардиограммах отмечается развитие синусовой тахикардии, незначительное уменьшение времени атрио-вентрикулярной проводимости, уменьшение зубцов R и Т, увеличение зубца S, а в некоторых случаях также и смещение интервала ST ниже изоэлектрической линии. После прекращения действия перегрузок все эти изменения, как правило, быстро исчезают и сменяются брадикардией, во время которой проявляется резко выраженная синусовая аритмия, а в некоторых случаях экстрасистолия.

Так, при перегрузке в 2–3 единицы наблюдается укорочение интервалов PQ и QT; интервал QRS практически не изменяется; наибольшие изменения претерпевает интервал ТР; комплекс QRS уменьшается и уплощается зубец Т. При перегрузках 4–5 единиц отмечается уменьшение высоты всех зубцов, отчетливое уплощение зубца Т (во 2-м и 3-м отведениях); в ряде случаев зубец Т становится отрицательным. При перегрузке 5, 0–5, 5 единицы интервал QRS приобретает форму дуги, изогнутой кверху, не дающей возможности дифференцировать зубец R. Зубец R значительно уменьшается. Интервал ST, позволяющий судить о наличии признаков коронарной недостаточности, почти во всех случаях смещается относительно изолинии. В ряде случаев отмечается экстрасистолия, как правило желудочкового типа.

У некоторых испытуемых в фазе резкого падения частоты сердечных сокращений на ЭКГ зарегистрированы признаки, свойственные коронарной недостаточности (рис. 3.2). Патогенетические механизмы их проявления, вероятно, заключаются в развитии кислородного голодания сердечной мышцы (смещение интервала ST, уплощение или инверсия зубца Т и др.). В появлении синусовой тахикардии при действии положительных перегрузок, несомненно, значительное место принадлежит рефлекторным механизмам, среди которых ведущее значение имеют барорецепторы синокаротидной зоны. Изменение величины зубцов желудочкового комплекса (увеличение зубца S и уменьшение зубцов R и Т) в основном обусловлено отклонением электрической оси сердца вправо в результате смещения сердца. В самом деле, если испытуемый во время действия перегрузок величиной 5 единиц делал форсированный выдох, во время которого диафрагма поднималась и сердце вновь принимало обычное положение, то на ЭКГ отмечалась нормализация зубцов R и S, хотя зубец Т оставался уплощенным. Однако изменения зубца Т, по мнению исследователей, определяются прежде всего повышением тонического влияния на сердце со стороны симпатической нервной системы, изменением кровенаполнения правого и левого желудочков сердца, а также нарушением коронарного кровообращения.

Рис. 3.2. Зависимость изменений ЭКГ от величины действующих перегрузок в направлении голова – таз (по: В. Б. Малкин и др., 1957)

Изменения биоэлектрической активности миокарда при действии перегрузок, направленных по оси грудь – спина, весьма близки к тем, которые происходят при действии положительных перегрузок. Так, заметные изменения отмечаются со стороны амплитуды зубцов желудочкового комплекса, особенно R и Т. Смещение сердца во время воздействия перегрузок, несомненно, отражается на амплитуде зубцов ЭКГ, однако не все изменения зубцов могут быть объяснены только смещением электрической оси сердца. Нарушения ритма сердечной деятельности наблюдаются в виде экстрасистолий различного типа. Изменения биоэлектрической активности миокарда во время воздействия и после прекращения его могут быть обусловлены влиянием комплекса факторов: изменение тонического влияния на сердце со стороны вегетативной нервной системы, изменения кровенаполнения желудочков сердца, нарушения коронарного кровообращения и т. д.

Значительный интерес представляют данные изучения отклонений в ЭКГ человека в период появления признаков функциональных нарушений центральной нервной деятельности в виде обморочного состояния и при расстройствах зрения в виде «серой» и «черной пелены».

Они свидетельствуют о том, что ослабленная сердечная деятельность во многих случаях служит причиной нарушения кровообращения мозга и последующего расстройства сознания и зрения. Смещение интервала ST и изменение зубца Т приобретают важное практическое значение, поскольку эти изменения обычно отмечаются за 10–20 с до появления признаков нарушения мозгового кровообращения. Такая ЭКГ может сигнализировать о возможности появления глубоких функциональных нарушений центральной нервной системы при дальнейшем увеличении перегрузок и удлинении их действия.

При воздействии на организм перегрузок происходят значительные изменения в гемодинамике малого круга кровообращения, активно участвующей в обеспечении оксигенации крови в легких. В основе этих сдвигов лежит перераспределение крови в системе легочной артерии под действием перегрузок.

Одним из наиболее вероятных механизмов, направленных на обеспечение достаточного уровня оксигенации крови в легких, является прогрессивное депонирование крови в системе легочной артерии, сопровождающееся неравенством систолических объемов правого и левого желудочков. Время эффективности такого механизма компенсации весьма ограничено (1–1, 5 мин); затем наступает понижение оксигенации крови, определяющееся величиной и временем действия перегрузок.

Таким образом, воздействие перегрузок вызывает изменения частоты пульса, силы сердечных сокращений, приводит к изменению артериального и венозного давления, скорости кровотока, создает определенное перераспределение циркулирующей крови и обусловливает целый ряд физиологических сдвигов.

Степень и выраженность физиологических реакций зависят, с одной стороны, от величины, продолжительности, направления и скорости нарастания перегрузок, с другой – обусловливаются характером и выраженностью компенсаторных реакций, направленных на приспособление организма к воздействию внешнего фактора среды.

Механизмы влияния перегрузок. Вопрос о механизме влияния перегрузок постоянно привлекал к себе внимание исследователей. Если первоначально все нарушения деятельности организма связывались исключительно с изменениями условий гидростатики, приводящими к расстройствам гемодинамики, в частности нарушениям церебрального кровообращения, то на протяжении последних 10–45 лет все большее значение в их развитии стало придаваться нарушениям рефлекторной регуляции функций, обусловленным необычными афферентными влияниями. Развитию такого рода представлений способствовало как накопление новых фактов, не укладывающихся в рамки существовавших ранее концепций, так и достижения в области изучения интероцепции. Необычность афферентации проявляется не только в ее величине, но и в сочетании. Ярким примером этого могут служить раздражения, поступающие в центральную нервную систему со стороны механорецепторов (прессорецепторов) сосудистой системы. Если при перегрузках направления голова – таз и таз – голова необычность афферентации по интенсивности определяется крайне резким повышением давления в артериальных и венозных сосудах большого круга кровообращения, то необычность афферентации по сочетанию связана с возникновением весьма значительных перепадов давления по ходу самих сосудов, а также между артериями и венами, в результате чего в центральную нервную систему поступают раздражения, направленные на осуществление рефлекторных реакций противоположного характера – одновременно прессорных и депрессорных, что приводит к развитию явлений своеобразного «столкновения» безусловных рефлексов. Сходные эффекты обнаруживаются в системе малого круга кровообращения при перегрузках направления грудь – спина и спина – грудь. Наконец, необычными по величине и сочетанию являются раздражения, поступающие со стороны проприо– и механорецепторов мышечной системы. Развитие деформаций мышечной ткани приводит к одновременному раздражению рецепторов в мышцах-антагонистах. Осуществление рефлекторных реакций, направленных на уравновешивание необычных механических условий окружающей среды, вызывает изменение деятельности эндокринной системы, играющей важную роль в осуществлении компенсаторных реакций организма, а также в изменении уровня обменных процессов, в частности в изменении активности ферментов (в повышении активности лактатдегидрогеназы (+ЛДГ), снижении активности сукцинатдегидрогеназы (-СДГ), в уменьшении содержащейся в цитоплазме рибонуклеиновой кислоты).

Вопрос об удельной значимости расстройств гемодинамики и необычных афферентных влияний в развитии нарушений деятельности организма при перегрузках различного направления продолжает оставаться еще недостаточно ясным и требует дальнейшего изучения. Полагают, что роль каждого из указанных механизмов может существенно изменяться в зависимости от характера воздействия, в частности длительности, величины, направления и повторности перегрузок.

• При кратковременном воздействии перегрузок даже больших величин основное значение в развитии нарушений деятельности организма имеют необычные афферентные влияния, поступление которых в центральную нервную систему может привести даже к развитию шокового состояния с присущим ему комплексом сдвигов, характерных для стрессовых реакций.

• При продолжительном воздействии перегрузок механизм нарушений в значительной мере определяется вектором перегрузки. При перегрузках направления голова – таз, относимых по величине к функционально переносимым, основное значение в развитии сдвигов функционального состояния центральной нервной системы и регуляции деятельности других систем организма имеют необычные афферентные влияния. Однако при повторном воздействии перегрузок и ослаблении механизмов компенсации все большее значение приобретают нарушения микроциркуляции, приводящие к развитию, вследствие гипоксии, изменений обменных процессов. При перегрузках направления таз – голова основное значение принадлежит явлениям циркуляторной гипоксии мозга, а также нарушениям нормальной деятельности функций организма, связанным с резким повышением внутричерепного давления и раздражением интероцепторов органов средостения.

При перегрузках направления грудь – спина на первое место в механизме нарушений выступают расстройства функции внешнего дыхания и гемодинамические нарушения в легких, приводящие к гипоксемии и гипоксии важнейших органов и тканей организма, что, в свою очередь, является причиной необычной афферентной импульсации, способствующей возникновению расстройств центральной регуляции. Основные звенья механизма влияния ускорений на функциональные системы организма показаны на рисунке 3.3.

Рис. 3.3. Схема основных механизмов действия ускорений на организм (по: Е. Ф. Котовский и др., 1972)

Рассматривая вопрос о пределах переносимости перегрузок человеком, следует различать биологическую и физиологическую переносимость. Границы биологической переносимости определяются сохранением жизни, но при этом возможны нарушения функций ряда органов и систем организма: границы физиологической переносимости определяются сохранением работоспособности человека и, как правило, отсутствием патологических сдвигов. Основные проявления действия перегрузок в последнем случае: «реакция напряжения» на гемодинамические расстройства, механическое затруднение дыхания, смещение и обратимая деформация внутренних органов.

Известно, что переносимость перегрузок определяется многими факторами, основные из них – величина и направление воздействия, продолжительность его, скорость нарастания перегрузок, а также функциональное состояние организма.

Обращает на себя внимание различная переносимость человеком перегрузок, имеющих разное направление и величину. Наименее устойчив человек к действию перегрузок каудо-краниального направления и, напротив, наиболее устойчив к перегрузкам, действующим по оси грудь – спина.

Вопрос об изыскании средств повышения устойчивости организма к длительно действующим ускорениям приобрел практическую значимость, когда дальнейшее повышение мощности моторов и маневренности самолетов стало лимитироваться пределами физиологической переносимости человеческого организма.

Развитие авиационной техники, и особенно космических полетов, требует не только сохранения высокой работоспособности, но и дальнейшего повышения порогов устойчивости к действию ускорений.

К решению этой проблемы привлечено внимание многих специалистов, и повышение устойчивости осуществляется по разным направлениям: физическими, физиологическими и комплексными методами.

1. Физические методы повышения устойчивости: противоперегрузочные компенсирующие костюмы; специальные кресла, позволяющие придавать оптимальную позу человеку по отношению к вектору ускорений; индивидуально профилированные ложементы; дыхание под повышенным давлением; иммерсионные системы различных типов.

Рассмотрим вышеперечисленные направления более подробно.

• Так, исходя из того что основным патогенетическим звеном при действии положительных перегрузок (голова – таз) является перемещение крови от головы и верхних отделов туловища в сосуды брюшной полости и нижние конечности, уже в 1943 году были предложены первые типы противоперегрузочной одежды, затрудняющие перераспределение крови под влиянием сил гравитации.

В настоящее время как у нас, так и за рубежом практически используется несколько вариантов противоперегрузочных костюмов. Принцип их действия во всех случаях общий: при увеличении перегрузок автоматически происходит повышение давления в резиновых камерах, обхватывающих область живота, бедер и голеней. Чем больше перегрузка, тем выше нагнетается давление в камерах костюма.

Артериальное давление в сонной и плечевой артериях, а также в мочке уха удерживается на более высоком уровне, улучшается приток крови к мозгу и сердцу, меньше изменений наблюдается со стороны зрения, биоэлектрической активности миокарда, условно-рефлекторной деятельности и энерготрат.

Таким образом, применение противоперегрузочных костюмов оказалось достаточно эффективным. Испытания показали, что использование этих костюмов повышает переносимость перегрузок на 0, 8–1, 3 единицы.

• Как указывалось выше, наибольшая переносимость перегрузок наблюдается при поперечном направлении их действия по отношению к вертикальной оси человеческого тела.

В результате проведения специальных исследований, направленных на изыскание наиболее оптимальной позы человека во время действия перегрузок, было установлено, что требуется строгое соблюдение соотношения углов наклона спинки кресла и подголовника по отношению к вектору перегрузки, а также бедер и голеней по отношению к туловищу. При этом наиболее существенно положение туловища и головы.

• Повышение переносимости организма при оптимальной позе человека по отношению к вектору ускорений может быть достигнуто посредством создания индивидуальных профилированных ложементов, обеспечивающих большую площадь противодавления действующим силам. Переносимость перегрузок в этих условиях повышается до 25 единиц.

• Одним из ведущих факторов в патогенезе нарушений при действии поперечно направленных перегрузок является расстройство функций внешнего дыхания и кровообращения, ведущее к гипоксемии и гипоксии. Это побудило исследователей испытать эффективность дыхания под повышенным давлением при перегрузках. При этом отмечалось значительное по времени (в 2 раза большее) повышение устойчивости, если испытуемые дышали чистым кислородом или газовой смесью под избыточным давлением. Этот эффект объясняют улучшением газообмена в легких, а следовательно, предотвращением развития кислородного голодания.

• Значительный интерес представляет теоретически и экспериментально разработанный К. Э. Циолковским и впервые практически примененный в Канаде Френксом метод повышения переносимости перегрузок при помощи иммерсионных систем.

Однако несмотря на высокую эффективность этого метода, его практическое использование на современных летательных аппаратах неосуществимо из-за большой сложности и громоздкости иммерсионных систем; кроме того, помещение пилота в контейнер с жидкостью ведет к резкому ограничению его возможности по наблюдению и управлению кораблем. Все это заставляет, не отказываясь от самого принципа разработки защиты от перегрузок при помощи гидросистем, изыскивать и другие методы решения этой сложной проблемы.

Таким образом, уже в настоящее время разработаны достаточно эффективные методы защиты организма от действия перегрузок. Однако все рассмотренные физические способы повышения устойчивости связаны с применением более или менее сложных устройств и приспособлений.

2. Физиологические методы повышения устойчивости: неспецифические и специфические виды физической тренировки, тренировки на центрифуге и общее закаливание организма; повышение резистентности организма посредством стимуляции его компенсаторно-приспособительных механизмов фармакологическими препаратами; снижение реактивности организма при помощи фармакологических средств или различной глубины охлаждения.

Вполне естественно стремление исследователей наряду с изысканием физических способов защиты организма от действия ускорений изучить и его физиологические резервы как посредством тренировки и стимуляции, так и путем изменения реактивности.

Многочисленные наблюдения врачей убедительно показали, что общее закаливание организма и специальные физические упражнения, направленные на совершенствование механизма регуляции кровообращения и дыхания, укрепление мышц брюшного пресса и ног, выработка навыков переключения дыхания с «брюшного» типа на «грудной», и наоборот, способность к длительному тоническому напряжению отдельных групп мышц – все это значительно повышает переносимость перегрузок. Поэтому регулярные занятия физической культурой являются важной частью подготовки как летчиков, так икосмонавтов.

Повышение резистентности организма к перегрузкам достигается также посредством тренировки на центрифуге. В настоящее время актуальной задачей является разработка наиболее рациональных схем и методов тренировки на центрифуге для повышения резистентности организма к действию перегрузок.

В последнее время все больше внимания уделяется проблеме глубокого охлаждения организма с целью повышения устойчивости его к неблагоприятным воздействиям, в том числе и к перегрузкам. Ведутся исследования по изучению возможности использования фармакологических средств для повышения выносливости к перегрузкам.

3. Комплексные методы повышения устойчивости состоят из различных сочетаний упомянутых средств.

Все перечисленные методы имеют свои достоинства и недостатки. Однако наиболее перспективны комплексные методики.

Ударные ускорения. Свое название ударные ускорения получили от резкого толчка или удара, сотрясения всего тела, которое они вызывают при воздействии. Ударный характер определяется кратковременностью действия и высоким градиентом или скоростью нарастания ускорения, достигающей сотен и тысяч единиц в секунду. Это придает ударным ускорениям импульсные, или «пиковые», свойства, с физической стороны сближающие их с ударом или ударной волной при взрывах.

Ударные ускорения в космическом полете проявляются в двух основных случаях:

1) при аварийном покидании корабля на старте или взлете;

2) при посадке на Землю.

Кроме того, при падении, столкновении, резком торможении или внезапном броске, которые могут иметь место в процессе выполнения космонавтом различных заданий, организм также подвергается действию ударных ускорений: тотальных (все тело испытывает механические нагрузки) и локальных (распространение деформации или сотрясения ограничивается только областью приложения силы).

Степень воздействия ударных ускорений на организм может существенно изменяться, во-первых, в зависимости от условий размещения членов экипажа в кабине космического корабля, во-вторых, от выбранных методов спасения или посадки и, в-третьих, от характеристики реактивных энергодатчиков катапультирования или средств амортизации при приземлении. Особенно неблагоприятные условия возникают при аварийном использовании указанных систем. В этом случае величина ускорения, например в момент посадки на скальный грунт, может возрасти в десятки раз.

Значительные по величине ударные ускорения не только вызывают нарушения физиологических функций, но могут привести к повреждению костного аппарата, мягких тканей и отдельных органов тела.

Поэтому ко всем летательным аппаратам и их системам (например, катапультирования, приземления) предъявляются определенные физиолого-гигиенические требования с целью ограничения предельных воздействий ударной перегрузки и создания оптимальных условий для экипажа (размещение, позы и т. д.) при их возникновении.

Всестороннее изучение физиологических и биомеханических реакций у человека, подвергаемого воздействию, позволяет разработать профилактические и защитные средства, предупреждающие отрицательное влияние ударных ускорений на организм.

Ударные ускорения, встречающиеся в космических полетах, чаще всего по своей физической характеристике прямолинейные ускорения.

Ударные ускорения, возникающие при раскрытии парашюта, вынужденной посадке самолета, катапультировании пилота, приземлении спасательной капсулы или кабины космического корабля, имеют, как правило, продолжительность не более одной секунды. Поэтому их также называют кратковременными ускорениями, хотя это определение менее точно, так как нередко радиальные (центростремительные), прямолинейные или угловые ускорения с малой скоростью их нарастания, являясь кратковременными, не носят ударного характера.

Наряду с терминами «ударные» или «кратковременные ускорения» в отечественной литературе и практике прочно укоренился также термин «ударные перегрузки», который отражает более существенные стороны явления и поэтому более удобен в анализе физиологических реакций организма.

Под термином «перегрузка» понимается механическая нагрузка, действующая сила, тогда как термин «ускорение» выражает изменение скорости и легче ассоциируется со скоростью вообще, которая, как известно, является индифферентным раздражителем. Понятие перегрузки непосредственно передает смысл механического воздействия на организм, когда последний находится в условиях изменяющейся скорости движения. В этом смысле допустимо сказать, что сущностью действия ускорения на организм является перегрузка, вызывающая механическое напряжение всех (главным образом, опорных) элементов тканей и органов тела.

Помимо большой скорости нарастания и кратковременности действия, ударные перегрузки характеризуются также максимальной величиной («пиком») и полнотой диаграммы. Необходимо, кроме того, обращать внимание на скорость спада перегрузки, особенно когда после первого импульса сразу же идут последующие – совпадающие по направлению или противоположные перегрузки. В этом случае может наступать отрицательное для организма суммирование эффекта воздействия.

• Ударные перегрузки в зависимости от условий их возникновения и по сходству физических параметров могут быть подразделены на четыре группы, характерные для следующих случаев:

– катапультирование пилота из кабины летательного аппарата;

– спасение (катапультирование) космического корабля на старте с экипажем в кабине;

– раскрытие парашюта, на котором происходит спуск кабины (капсулы) или космонавта после катапультирования;

– приземление (посадка) экипажа в кабине (капсуле) на грунт или водную поверхность.

Параметры перегрузок в зависимости от особенностей применяемых средств или условий их использования (скорость полета, плюсовая или минусовая температура и т. д.) могут существенно варьировать, приближаясь к характеристикам смежной группы.

• Переносимость человеком ударных перегрузок зависит от многих факторов:

– величины, времени действия и скорости нарастания перегрузки;

– направления вектора перегрузки относительно продольной оси тела человека;

– уровня физиологических функций перед воздействием;

– активного или пассивного состояния тела к моменту воздействия;

– позы тела;

– площади опорных поверхностей, воспринимающих действие силы;

– условий фиксации тела человека в ускоряемой системе. Большинство факторов, определяющих переносимость ударных перегрузок, относится к биомеханике человека, к условиям приложения механической энергии к телу и ее трансформации в нем.

Реакция организма на ударные перегрузки. Количественно реакция тела человека на воздействие ударной перегрузки достаточно сложна и еще мало изучена. Принято выделять три качественных вида первичной реакции организма на ударное воздействие:

– нарушение физиологических функций в результате непосредственного действия сильного механического раздражителя;

– реакция опорных тканей тела на тотальное действие ударной перегрузки;

– микротравматические изменения в паренхиме органов и жизненно важных центрах при действии ударной перегрузки на организм.

Для изучения влияния на организм ударных перегрузок, а также для отработки различных средств защиты, спасения и безопасной посадки применяются специальные катапульты и ударные стенды, представляющие собой сложные инженерные сооружения.

Воздействие на человека комплекса факторов, связанных с ударной перегрузкой, вызывает ответные реакции, которые условно можно разделить на несколько периодов.

1. Предварительное усиление функций.

2. Нарушение функции органа или системы в результате непосредственного приложения механической ударной силы.

3. Период первичного последействия (рефлекторное нарушение функций).

4. Период реактивных изменений, в основном реакция на микротравматическое действие перегрузки.

1. Предварительное усиление функций наступает, как только возникает аварийная ситуация или когда человек попадает в обстановку эксперимента или испытаний с предстоящим воздействием ударной перегрузки. Функциональные изменения в это время имеют преимущественно условно-рефлекторный характер и являются защитной реакцией на возможное повреждающее действие сильного раздражителя.

Подобная условная реакция у человека возникает в ответ на необычную обстановку, на связанный с действующим фактором какой-либо натуральный или словесный раздражитель. В этот период организм подготовляется к предстоящему воздействию. Путем усиления физиологических функций как бы накапливаются необходимые резервы для поддержания жизнедеятельности в новых, чрезвычайных условиях. Предварительное усиление функций имеет генерализованный характер и является неспецифической защитной реакцией.

По существу, глубиной физиологических изменений в этот период определяется устойчивость функциональных систем организма к внешнему воздействию.

2. В момент самого ударного воздействия, продолжительность которого измеряется долями секунды, не успевают развиться выраженные изменения исследуемых функций организма; если возникающие при этом деформации не достигают необратимых пределов, то этот кратковременный период непосредственного приложения механической энергии, вызывающий многообразные, но очень непродолжительные ограничения жизненных процессов, переходит в последующий, более длительный период.

3. Период последействия. В проявлении физиологических функций в этом периоде наблюдаются две качественно различные стадии.

• Первая – это стадия первичных рефлекторных нарушений, вызванных непосредственным действием механической силы на ткани и органы, следствием чего является торможение, ослабление данной функции. Характером реакций в это время, по существу, определяется предел переносимых величин ударных перегрузок. Если наблюдается резко выраженное ослабление функции (например, падение уровня артериального давления), то дальнейшее увеличение действующего фактора может привести к развитию патологического состояния. Ослабление функции может быть относительным, когда снижение показателей отмечается по сравнению с уровнем предварительного усиления, или абсолютным, когда показатели функции снижаются ниже исходной, нормальной величины (например, падение уровня максимального артериального давления ниже 100 мм рт. ст.).

В первой стадии функциональных сдвигов можно наблюдать задержку или остановку дыхания, брадикардию или более глубокие расстройства ритма, падение артериального давления, торможение двигательных реакций, ослабление мышечного тонуса и т. д.

Эти и другие изменения, возникающие при непосредственном действии перегрузки на организм, являются результатом раздражения большинства афферентных систем, что, по-видимому, и приводит к распространенному торможению функций. Не исключается возможность аналогичного эффекта (или его усиления) и от непосредственного влияния ударной перегрузки на клетки центральной нервной системы.

• Вторая стадия этого периода охватывает комплекс реакций, направленных на нормализацию вызванных изменений. Она позволяет выявить индивидуальные отличия реакций организма, регуляторные особенности исследуемых функций и в конечном итоге степень физиологического ущерба, нанесенного организму внешним воздействием. Возникающее в связи с этим чрезмерное напряжение всех защитных систем может приводить в этот период к истощению функциональных резервов организма, когда регуляторные механизмы приспособительных реакций оказываются резко ослабленными.

Функциональные изменения на стадии последействия по своим проявлениям иногда могут совпадать с перечисленными выше (например, повторная брадикардия и др.). Возникают они в результате действия механизма саморегуляции, направленного на нормализацию функций, или вследствие истощения нейрорегуляторных механизмов.

Изменения, наблюдаемые на первой стадии по физиологическим механизмам, следует отличать как от предварительного усиления функций, так и от физиологических сдвигов в последующих стадиях.

4. Однако период последействия не оканчивается восстановлением функций. По истечении некоторого времени, измеряемого уже часами или даже сутками, наблюдается период вторичного последействия, когда развиваются реактивные изменения, связанные в основном с микротравмой тканей в момент ударного воздействия. Реактивные и деструктивные изменения наблюдаются не только в очагах микротравмы, но и в других местах, что, по-видимому, может быть следствием трофических влияний со стороны центральной нервной системы. Интенсивность микротравмы при обычных (допустимых) величинах ударного воздействия невелика, так что реактивное состояние не всегда клинически проявляется в этот период. Тем не менее с наличием такого последействия следует всегда считаться при решении врачебно-экспертных вопросов.

Как уже отмечалось, качественные особенности в реакциях организма на ударные воздействия зависят от их физической характеристики. При изменении времени действия перегрузки от 1 с до 1 мс последовательно наступают: нарушение физиологических функций; повреждение скелета и опорных структур; повреждение элементов тканей и паренхимы органов.

С увеличением продолжительности до 1 с ударное воздействие осложняется присоединяющимися к нему циркуляторными расстройствами в тканях и органах без нарушения функции кровообращения в целом, а с уменьшением продолжительности осложнения (в виде реактивного состояния, трофических расстройств и пр.) становятся связанными уже с микротравмой, возникающей в тканях от распространения волны давления (сжатия) по телу. По мере усиления ударного действия перегрузки, увеличения ее пикового значения и сокращения продолжительности наблюдается сближение порогов функциональных и морфологических нарушений.

Глубокое понимание механизмов действия ударных перегрузок на организм связано с анализом физиологических и биодинамических изменений, с определением степени взаимосвязи этих изменений, с разработкой количественных критериев динамической реакции тела, с более детальной оценкой той меры функциональных изменений, которые возникают в месте непосредственного приложения механической энергии – меры ущерба в тканях, рецепторах, опорных структурах и паренхиме органов.

Повышение переносимости человеком ударных перегрузок может достигаться тремя путями:

– оптимизацией характера ударного воздействия перегрузки на организм;

– применением защитных средств и приспособлений;

– обучением и специальной подготовкой летных экипажей.