Таким образом, в настоящее время назрела необходимость создания общей концепции адаптации к космическому полету как к комплексу факторов, оказывающих экстремальное воздействие на организм.
3.16. Влияние подводных погружений
3.16.1. Подводная биология и медицина
К настоящему времени сформировалась новая область естественных наук – подводная биология и медицина, изучающая функциональное состояние организма человека при воздействии комплекса факторов, возникающих при погружении в водную среду. Целью этих исследований является изыскание способов защиты, которые позволят человеку не только успешно трудиться в условиях повышенного давления, но и полностью сохранить свое здоровье.
Возникли эти науки на базе классической физиологии во второй половине XIX века, когда появился особый вид трудовой деятельности человека – работа под повышенным давлением в кессонах и под водой.
В условиях повышенного атмосферного давления на организм влияет целый ряд факторов, с которыми в процессе эволюции человек не встречался: высокое гидростатическое давление, повышенное парциальное давление кислорода и других газов в среде для дыхания, повышенная плотность газов в дыхательной смеси.
Наиболее полные сведения об этом были впервые представлены в классической работе П. Бера «Атмосферное давление» (1878). Физиология человека обогатилась новыми данными о токсическом действии кислорода, о процессах сатурации и десатурации тканей организма инертными газами при изменении атмосферного давления, о нарушениях функций организма во время и после декомпрессии. В последующем гипербарическая физиология пополнилась представлениями о наркотическом действии инертных газов (азот, аргон, неон, криптон), специфическом действии гелия, безопасных границах применения азота и гелия в условиях повышенного давления, о возможности адаптации человека к длительному воздействию гипербарической среды.
От успехов подводной биомедицины зависит возможность освоения Мирового океана. Возрастающий интерес к гипербарической физиологии связан также с разработкой новых методов лечения, например оксигенобаротерапии, с перспективой полета человека на такие планеты Солнечной системы, как Венера, где давление атмосферы у поверхности составляет около 96 кг/см2.
3.16.2. Биологические проблемы погружения
Наиболее сложными биологическими проблемами, препятствующими в настоящее время погружению человека на большие глубины, являются проблемы преодоления нарушения функции дыхания и неврологических расстройств, возникающих при повышении давления воздуха более 6 кг/см2, т. е. на глубинах свыше 60 м.
1. Азотный наркоз. На этих глубинах при дыхании водолазов воздухом возникает состояние так называемого азотного наркоза, которое характеризуется снижением работоспособности, сонливостью, галлюцинациями, потерей ощущения времени, пространства. Большинство исследователей считают основной причиной такого состояния специфическое действие повышенного парциального давления азота, однако показано также потенциирующее влияние на формирование азотного наркоза повышенного давления кислорода, углекислого газа и общего охлаждения организма. Одним из главных факторов, способствующих накоплению углекислого газа в организме и увеличению охлаждающих свойств газов в условиях гипербарии, является повышение плотности газов, влияющее на диффузию газов в легких и теплообмен.
2. Нервный синдром высокого давления (НСВД). При замене в составе дыхательной смеси азота на менее плотный газ – гелий – удается исключить явления азотного наркоза и благодаря этому значительно увеличить глубину погружения. Однако при большой скорости погружения, на глубинах 300–350 м, у человека возникают неврологические расстройства, клиническое проявление которых отличается от состояния азотного наркоза. Эти нервные расстройства характеризуются комплексом симптомов, свидетельствующих о повышении возбудимости различных структур центральной нервной системы (тремор, гиперкинезы и др.). Возникновение состояния повышенной возбудимости в условиях гипербарии при дыхании гелиокислородными смесями известно в настоящее время под названием нервного синдрома высокого давления. Полагают, что причинами НСВД могут быть давление само по себе, действие гелия под повышенным давлением, тепловой стресс, а также накопление углекислого газа в тканях организма в условиях повышенной плотности дыхательной смеси.
На основе результатов изучения НСВД некоторые исследователи сделали вывод, что предельная глубина погружения человека при применении смесей, содержащих гелий, – 300 м, подобно тому как при дыхании газовыми смесями, содержащими азот, предельной является глубина в 60 м. Однако оказалось, что можно создать условия, отдаляющие неблагоприятное действие высокого давления. Таким образом, была обоснована возможность преодоления человеком НСВД на глубинах более 300 м. За последнее столетие удалось увеличить глубину погружения человека с 10–30 до 501 м, а продолжительность нахождения под водой – от нескольких минут до месяца.
Методы предупреждения НСВД. Для профилактики НСВД при достижении рекордной глубины погружения (610 м) французским исследователям фирмы «СОМЕХ» потребовалось столь медленно погружать водолазов, что общее время компрессии составило 264 ч. Снижение скорости компрессии при погружении на большие глубины является в настоящее время наиболее распространенным методом предупреждения развития НСВД на глубинах более 200 м.
• Однако в поисках новых методов профилактики НСВД исследования проводятся и в других направлениях. Например, значительное сокращение периода компрессии водолазов при погружении на глубины 475 м без выраженных признаков НСВД было достигнуто при использовании для дыхания газовых смесей с компонентами-антагонистами – гелий и азот в соотношении 10:1.
• Большое внимание в последнее время уделяется профилактике и терапии симптомов НСВД с помощью фармакологических средств. Применяя газы-антагонисты и фармакологические средства, удалось довести глубину погружения высших животных (приматов) без выраженных признаков НСВД до 1000 м.
• В последние годы в отделе подводной биомедицины Научно-исследовательского института гигиены водного транспорта Министерства здравоохранения РФ успешно развиваются нейрофизиологические исследования с целью выявления ранних признаков НСВД с помощью экспресс-диагностики состояния животных при разной скорости компрессии и в будущем на основе этих данных управления параметрами среды гипербарических камер.
• Многие исследователи полагают, что основную роль в решении проблемы преодоления НСВД будет играть отбор и тренировка людей, наиболее устойчивых к воздействиям гипербарии.
• Исследование механизмов развития и путей профилактики НСВД в настоящее время достаточно быстро прогрессирует. Если проблема преодоления НСВД будет решена, то откроются реальные возможности погружения человека на большие глубины с использованием в качестве среды для дыхания газовых смесей с гелием. До недавнего времени такой прогноз был невозможен из-за отсутствия убедительных экспериментальных данных о возможностях преодоления человеком другого физиологического барьера – высокой плотности газовой смеси. Предполагалось, что функция дыхания человека и в состоянии покоя, и особенно при физических нагрузках, при увеличении плотности газовой среды более чем в 10 раз относительно обычной не сможет обеспечить адекватный газообмен. Такой величины плотность воздуха достигает при погружении человека на глубину 100 м, а плотность гелиокислородных смесей – при погружении на глубину 600 м.
На основании данных о физических закономерностях диффузии газов в условиях повышенной плотности, а также результатов экспериментальных исследований, была сформулирована теория, согласно которой гипоксические состояния в условиях гипербарии связаны с недостаточностью функции дыхания. Однако исследования, в которых водолазам предлагалось во время пребывания в камере при давлении 37 кг/см2 переключаться на дыхание газовыми смесями, содержащими неон, показали отсутствие гипоксических состояний как в условиях покоя, так и при тяжелых мышечных нагрузках. В этих исследованиях при дыхании газовыми смесями, содержащими неон, плотность среды была увеличена более чем в 28 раз по сравнению с обычной. Таким образом, были смоделированы возможности респираторной системы человека успешно обеспечивать газообмен при плотности дыхательной смеси, эквивалентной той, которая возникает при дыхании гелиокислородными смесями на глубине 1500 м.
