Гравитация

«Тяжесть – самое неизбежное и постоянное поле, от которого ни одно существо никогда на Земле не освобождается».

А Л. Ухтомский

К настоящему времени накоплено значительное количество фактов, свидетельствующих о тесной зависимости живых организмов от действия гравитационных сил. Все многообразие возникающих при этом эффектов может быть сведено к трем группам: эффекты, связанные с влиянием гравитационных сил па процессы онтогенеза; эффекты, связанные с влиянием гравитационных сил на процессы филогенеза, в частности на развитие антигравитационных функций и структур организма; влияние гравитационных сил на конечные размеры и массу тела организмов.

Считается, что жизнь на Земле зародилась в водной среде. Это означает, что на первых этапах развития жизни действие силы тяжести на живые организмы было не столь значительным, как после перехода живых существ к земноводному и наземному образу жизни. Влияние силы тяжести на живые организмы в дальнейшей эволюции увеличивалось параллельно изменению положения тела животных в пространстве от горизонтального к полувертикальному и стало максимальным ори прямохождении. Особенно усилилось влияние силы тяжести на внутренние среды организма (гидростатический эффект).

Вся эволюция животного мира на Земле является историей активного преодоления организмом силы тяжести. Так, у наземных позвоночных сформировались мощный скелет и мышечная система, обеспечивающие опору, а также позную и двигательную активность в гравитационном поле Земли. Сильно развились и дифференцировались грани ре цеп торные системы (отолитовый аппарат, проприоцепторы, интероцепторы). Повышенные энергетические потребности, связанные с преодолением относительно возраставшего в ходе эволюции влияния силы тяжести на организм, усилили гемопоэтическую функцию костного мозга, вызвали перестройку сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Сила тяжести наложила отпечаток на обмен веществ животных организмов, став существенным фактором их развития.

Физиологические механизмы, обеспечивающие активную ориентацию животного организма в гравитационном поле Земли путем нивелирования и компенсации механических эффектов силы тяжести, объединяют в функциональную систему антигравитации. В нее входят скелетно-мышечная и циркуляторная системы. Антигравитационная функция скелетно-мышечной системы направлена на поддержание тела в пространстве, а циркуляторной – на компенсацию гидростатических эффектов.

Механизмы действия ускорений (перегрузок).

Одним из важных динамических факторов при полетах на космических кораблях, воздействующих на организм человека, является ускорение. Как известно, ускорение возникает при изменении скорости или направления движения тела; при этом независимо от причины появления ускорения результирующая сила всегда имеет Прямолинейное направление.

Ускорение – это изменение скорости за единицу времени. Размерность ускорения обычно выражают в м/сек или в крат ном отношении к скорости свободно падающего на Землю тела за одну секунду, равной 9,81 м/сек, и обозначается оно буквой «g» (от латинского слова – тяжесть). Например, ускорение, равное 35 м/сек, может быть обозначено как 3,5 g (35 м/сек²: 9,81 м/сек).

При космических полетах ускорения возникают в период выведения корабля на орбиту, торможения его скорости при спуске на Землю, а также при совершении маневров (изменение направления движения) во время самого полета.

До последнего времени нет общепризнанной системы классификации ускорений. В медицинской литературе чаще всего можно встретить деление ускорений на четыре основных вида: прямолинейные, радиальные, угловые и ускорения Кориолиса.

Прямолинейные ускорения возникают при увеличении или уменьшении скорости движения, но без изменения ее направления. При этом первый случай изменения скорости нередко обозначают как положительное ускорение, а второй – как отрицательное. Последнее обстоятельство иногда служит поводом к возникновению недоразумений, так как нередко терминами положительное или отрицательное ускорение обозначают не изменение скорости, а направление действия ускорений но отношению к голове и тазу. Прямолинейные ускорения наблюдаются при езде на современном транспорте (автомобиль, поезд и т.д.), взлете, посадке, а также изменении скорости самолета, при парашютных прыжках, и особенно значительные по величине и времени действия при выведении на орбиту и торможении космических кораблей.

Величина прямолинейного ускорения может быть вычислена по следующей формуле:

где a – ускорение; Vt – конечная скорость движения, м/сек; V₀ – начальная скорость движения, м/сек; t – время изменения скорости движения, сек.

При полетах на космических кораблях линейные ускорения могут достигать значительных величин и длительного времени действия. Поэтому, естественно, возникает необходимость проведения специальных мероприятий, направленных на предупреждений неблагоприятных для здоровья последствий. Радиальные, или центростремительные, ускорения возникают при изменении направления движения тела. Наиболее ярким примером этому могут служить ускорения, возникающие при воспроизведении виражей на самолете, пикировании, вращении на центрифуге и пр. В настоящее время радиальные ускорения в реальных космических полетах по существу не встречаются. Правда, создание новых космических кораблей большой маневренности может внести в это положение определенные коррективы.

Тем не менее, значительное место в общей системе подготовки занимают ознакомительно-тренировочные вращения на центрифуге.

Математически радиальное ускорение, обозначаемое буквой «j» , может быть выражено следующим образом: j = V/R, где V – скорость движения вращаемого тела; R – радиус вращения.

Для практических целей вычисления радиальных ускорений при работе на центрифуге, как правило, применяется следующая формула:

где p – радиус центрифуги; n – число оборотов в секунду.

Центрифуга является наиболее удобным стендом, на котором можно воспроизводить ускорения, соответствующие самым разнообразным профилям полетов. Современные центрифуги имеют радиус вращения от 8 до 16 м, а электронно-счетные установки позволяют программировать графики ускорений и автоматизировать обработку многочисленной физиологической информации, поступающей от объекта исследования.

Радио- и телевизионная связь создают условия для постоянного наблюдения и контроля врача-экспериментатора за испытуемым. Угловые ускорения наблюдаются при неравномерном движении тела по окружности, т.е. при увеличении или уменьшении угловой скорости; измеряются они в радианах в секунду. Угловые ускорения имеют место при разгоне и торможении центрифуги, особенно при быстром нарастании градиента ускорения.

Угловое ускорение складывается из двоякого рода сил: направленной по касательной к окружности вращения (тангенциальное ускорение); направленной к оси вращения (нормальное ускорение).

Если угловое ускорение носит равномерный характер, то соотношение между обозначенными видами может быть выражено следующими формулами:

где j_t – тангенциальное ускорение, j_n – - нормальное ускорение; R – радиус вращения; t – время, за которое произошло изменение угловой скорости; Е – угловое ускорение.

Неравномерное угловое ускорение может быть рассчитано только для каждой конкретной точки кривой отдельно, так как тангенциальное и нормальное ускорения, из которых оно складывается, в этом случае постоянно изменяются по величине.

Ускорения Кориолиса возникают при изменении радиуса вращения, а также в случае присоединения к движению в одной плоскости движения в другой плоскости.

Этот вид ускорений нередко встречается при полетах на самолетах и космических кораблях.

Ускорение Кориолиса может быть рассчитано по следующей формуле:

где W – угловая скорость движения тела вокруг оси; V – скорость движения тела в другой плоскости; a – угол с основной осью вращения, при котором во время дополнительного движения тела возникает ускорение.

Линейные и радиальные ускорения в зависимости от времени действия делятся на «ударные» (доли секунды) и «длительные» (от секунды и более), а в зависимости от направления – на продольные и поперечно направленные; последние в свою очередь претерпевают дальнейшее деление.

Классификация и терминология ускорений были предложены аэрокосмическим медицинским комитетом в США по проблемам ускорения при консультативной группе по научно-исследовательской работе.

В табл. 7,А представлена терминология, в основу которой положено направление ускорения массы; в табл. 7, Б эту роль играет инерция органов, тканей и жидкостей организма на ускорение, действующее на все тела. Следовательно, действие перегрузок реально не для самого движущегося тела, а для его связей.

Направление сил инерции всегда противоположно направлению ускорения. В медицине и биологии часто употребляют термин «перегрузка». Перегрузки не имеют размерности и выражаются относительными единицами, по существу показывающими, во сколько раз увеличился вес тела при данном ускорении по сравнению с обычной земной гравитацией.

Таблица 7

Эквиваленты терминологии ускорений

 

Линейное движение	А	В
Направление ускорения	Инерционная результирующая по нагрузке на тело
Авиационные обозначения (система I)	Описательные термины ускорения (система II)	Физиологические термины (система III)	Физиологические обозначения (система IV)	Местная описательная терминология
Вперед	+ах	Ускорение спина-грудь	Поперечная А-Р Супинальная Грудь-спина	+gх	Глазные яблоки «внутрь»
Назад	–ах	Ускорение грудь-спина	Поперечная Р-А Прональная Спина-грудь	–gх	Глазные яблоки «наружу»
Вверх	+аz	Ускорение ноги голова	Положительная	+gz	Глазные яблоки «вниз»
Вниз	–аz	Ускорение голова-ноги	Отрицательная	–gz	Глазные яблоки «вверх»
Вправо	+аy	Боковое ускорение вправо	Боковое влево	+gy	Глазные яблоки «влево»
Влево	–аy	Боковое ускорение влево	Боковая вправо	–gy	Глазные яблоки «вправо»

Буква «g» используется как единица для выражения инерционной результирующей к ускорению всего тела, умноженной на величину ускорении силы тяжести – g_о=980,665 см/сек². А – Р Anterior – Posterior; P – A Posterior – Anterior (табл. дана с сокращением).

Математически это может быть выражено следующим образом: , где n – величина перегрузки (ед.): Рд – вес динамический; Рс – вес статический. В зависимости от направления действия перегрузок по отношению к вертикальной оси тела их делят на продольные и поперечные. При направлении вектора перегрузки от головы к ногам говорят о положительных, а при направлении от ног к голове – об отрицательных перегрузках. Кроме того, различают поперечные (спина – грудь и грудь – спина), а также боковые (бок – бок) перегрузки. Направление вектора перегрузки имеет существенное значение для организма и при описании физиологических реакций его всегда нужно учитывать.

Реакция человека на воздействие перегрузок определяется рядом факторов, среди которых существенное значение принадлежит величине, времени действия, скорости нарастания и направлению вектора перегрузки по отношению к туловищу, а также исходному функциональному состоянию организма, зависящему от многих условий внешней и внутренней среды-Изменения в организме могут проявляться от едва уловимых функциональных сдвигов до крайне тяжелых состояний, сопровождающихся резкими расстройствами деятельности органов дыхания, сердечно-сосудистой, нервной и других систем, что может привести не только к потере сознания, но иногда и к грубым анатомическим повреждениям тела.

Общее состояние человека при действии перегрузок характеризуется появлением чувства тяжести во всем теле, болевых ощущений за грудиной или в области живота, вначале затруднением, а в дальнейшем и полным отсутствием возможности движений. Происходит смещение мягких тканей и ряда внутренних органов в направлении действия перегрузки. Наблюдаются расстройства зрения, характер и степень выраженности которых определяются не только величиной перегрузки, но и направлением ее действия по отношению к туловищу.

В зависимости от плотности внутренних органов (удельного веса), места их положения, эластичности связей с окружающими тканями характер происходящих нарушений может быть различным. Понятно, что наиболее подвижной тканью в организме являются кровь и тканевая жидкость. Поэтому нарушениям гемодинамики, как будет видно, принадлежит одно из ведущих мест в генезе физиологических сдвигов при перегрузках. Однако определенное значение имеют и такие факторы, как смещение внутренних органов и их деформация, обусловливающие не только нарушение функции этих органов, но также и усиленную афферентацию в центральную нервную систему, что нередко приводит к расстройству ее функции.

Изучение функционального состояния центральной нервной системы, особенно ее высших отделов, при действии перегрузок приобрело особую актуальность в связи с необходимостью оценки работоспособности пилотов. Первые исследования в этом направлении были проведены в реальных полетах В. А. Винокуровым и др. Авторами были получены данные, свидетельствовавшие об увеличении латентного периода ответных реакций на подаваемый раздражитель. В дальнейшем эти результаты были не только подтверждены, но и углублены в опытах, проведенных на центрифуге Г. Л. Комендантовым и др. Позднее Л. А. Бронштейн и В. И. Загрядский, применив метод условных двигательных реакций, в опытах на здоровых испытуемых убедительно доказали, что перегрузки средней величины вызывают растормаживание следовых рефлексов и небольшое торможение наличных, а перегрузки большой величины – выраженное торможение условных рефлексов.

Весьма интересен установленный ими факт, что при повторных воздействиях происходит некоторая адаптация организма к перегрузкам. Это положение было подтверждено и в ряде других работ. Отсюда вытекает важный в практическом отношении вывод о целесообразности проведения ознакомительно-тренировочных вращении. Правда, не решен еще вопрос о режимах подобного рода тренировок: величинах перегрузок, числе вращении в каждом сеансе, интервалах между отдельными сеансами и т.н.

По наблюдениям ряда авторов, восстановление высшей нервной деятельности по показателям условных рефлексов происходит волнообразно: при средних величинах перегрузок этот срок не превышает 5 минут.

Определенный интерес представляют исследования характера и механизмов изменений высшей нервной деятельности, происходящих при действии перегрузок. Они позволили установить, что изменения со стороны условных рефлексов наблюдаются уже при перегрузке величиной 1-3 ед. При этом прежде всего страдает процесс внутреннего торможения, возникают фазовые явления, а при больших перегрузках - полное торможение условных рефлексов. Б. М. Савин и Я. К. Сулимо-Самуйлло, анализируя полученные данные, пришли к заключению, что в начале действия перегрузки наблюдается повышение возбудимости коры головного мозга.

Это положение нашло подтверждение в электрофизиологических исследованиях, в которых отмечали появление фазовых состояний, а также в физиологических исследованиях, в которых использовали в качестве анализаторов функционального состояния корковых клеток фармакологические средства. В первой фазе, которая наступала сразу же после начала действия перегрузок, наблюдалось значительное увеличение числа быстрых потенциалов с одновременным уменьшением их амплитуды – реакция десинхронизации ЭЭГ. Вторая фаза характеризовалась появлением медленных волн – реакция синхронизации ЭЭГ, Третья фаза наступала только при перегрузках выше 6 ед., проявляясь признаками декомпенсации сердечной деятельности и дыхания и еще большим увеличением синхронизации биоэлектрической активности коры.

Сопоставление изменений высшей нервной деятельности и показателей сердечнососудистой системы позволило высказать мысль о том, что нарушения условных рефлексов определяются не столько гемодинамическим и расстройствами в головном мозге, сколько необычными по своему характеру, величине и сочетанию потоками афферентных импульсов, поступающих в центральную нервную систему от различных органов и тканей.

Таким образом, под воздействием уже небольших величин перегрузок наступают выраженные функциональные сдвиги со стороны центральной нервной системы, которые выявляются как методом условных рефлексов, так и отведением биоэлектрической активности головного мозга. Естественно, что наблюдаемые изменения со стороны функции центральной нервной системы сопровождаются снижением не только физической, но и умственной работоспособности членов экипажа летательных аппаратов.

Влияние перегрузок на функцию внешнего дыхания определяется не только величиной и временем действия перегрузок, но и ее направлением по отношению к вертикальной оси человеческого тела. При этом наиболее глубокие расстройства наблюдаются при строго поперечном направлении вектора перегрузки, когда механические силы, действующие на грудь и живот, затрудняют осуществление дыхательных экскурсий грудной клетки и передней стенки живота.

Наиболее общим в реакции дыхания с увеличением перегрузки является его учащение.

Так, по данным П. К. Исакова, частота дыхания и легочная вентиляция при действии положительных перегрузок претерпевают значительные изменения. При перегрузках величиной 5-6 ед. в ряде случаев легочная вентиляция увеличивается в 2-3 раза по сравнению с исходной.

С прекращением действия перегрузки наступает сравнительно быстрое восстановление показателей внешнего дыхания до исходного уровня.

При поперечно направленных перегрузках нарушения дыхания нередко имеют ведущее значение в общей симптоматике наблюдаемых расстройств организма. Поэтому в дальнейшем основное внимание уделяется описанию характера нарушений дыхания при поперечных перегрузках. Исследованиями А. Р. Котовской и др. установлено, что при поперечно-направленных перегрузках 7-10 ед. частота дыхания у испытуемых лиц увеличивалась в 1,5-2 раза, по наблюдениям Черняк и др. при 8 ед. – в 2 раза, а при 12 ед. – в 3 раза.

Л. С. Барер и соавторы пришли к заключению, что градиент нарастания частоты дыхания (grad = Д частоты дыхания Д д) является при поперечных перегрузках до 12 ед. величиной постоянной и равен 2,8. При больших перегрузках наблюдается уменьшение дыхательного объема легких, уменьшение потребления кислорода и увеличение выделения СО₂ и дыхательного коэффициента.

По наблюдениям А. С. Барера и др., характер изменений минутного объема дыхания был весьма сложным, с нарастанием перегрузки претерпевал эволюцию по S образной кривой.

Некоторые авторы отмечали заметное уменьшение насыщения крови кислородом и содержания его в тканях. Проводя исследования содержания оксигемоглобина в крови, уже при перегрузках величиной 3-5 ед. наблюдали снижение насыщения артериальной крови О₂ на 14-25%.

Следует обратить внимание на то, что в ряде случаев, особенно при положительных перегрузках, развивающаяся гипервентиляция вследствие возбуждения рецептеров каротидного синуса сопровождается снижением напряжения С0₂ в крови тяжелой гипоксемией. Уменьшение насыщения артериальной крови кислородом до 80%, вероятно, является следствием гемодипамических расстройств в большом круге кровообращения и возникновения легочного шунтирования.

К. А. Коваленко и др. при помощи полярографического метода установили определенную зависимость между степенью снижения напряжения кислорода в тканях мозгя и величиной и направлением действия перегрузок. Наиболее выраженные изменения напряжения кислорода наблюдались при действии перегрузок в направлении голова - таз. При этом напряжение О _г понижалось с увеличением перегрузки; так, при 6 ед. оно равнялось 84 % от исходного, принятого за 100%, при 8 ед. – до 78%, при 10 ед. – 74% и при 12 ед. – 72%. Естественно, что при поперечном направлении вектора перегрузки напряжение О₂ в головном мозге претерпевало меньшие изменения.

Действие больших величин перегрузок, как правило, у нетренированных людей всегда приводило к кислородной задолженности организма, которая ликвидировалась только через 3-6 мин. после окончания действия перегрузки. В этот период резко возрастает минутный объем дыхания, увеличивается потребление О₂ и выделение СО₂.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что степень кислородной задолженности и скорость ее ликвидации зависят не только от величины перегрузки и времени ее действия, но также от физической и специальной тренировки испытуемых.

Несомненно, что в ряде случаев расстройствам внешнего дыхания принадлежит существенное место в патогенезе нарушений функций центральной нервной системы и зрения при действии перегрузок. Поэтому понятно, что для повышения переносимости перегрузок человеком были небезуспешно применены такие методы, как дыхание чистым кислородом и дыхание под повышенным давлением.

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 краниокаудальном 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 повысится, а выше – понизится. 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 составляющий перегрузки в направлении продольной оси тела. В этих случаях также существенное место принадлежит нарушениям в системе кровообращения за счет действия их в краниокаудальным направлении. Кроме того, при оценке гемадинамических 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 и 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 запустеванию 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 по потише сердца, а следовательно, сокращение величины 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 данное 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 периоде 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 рентгено-кинематографических исследований. Проведенных в этих условиях, свидетельствуют также об уменьшении объема сердца. После прекращения вращения возникало острое кратковременное расширение сердца вследствие резкого 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 осцилляции. 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 вращения 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 вращения достигало значительно больших величин у тех лиц, у которых наблюдалось отчетливое увеличение частоты сердечных сокращений перед началом воздействия. Учащение пульса перед вращением может достигать 80-100-120 и даже 14.0 ударов в минуту при 60-70 ударах в обычных условиях.

Особого внимания заслуживает рассмотрение случаев, когда ЧСС человека при вращении на центрифуге достигала предельных в (180-197 ударов в минуту). Как правило, при продолжении действия перегрузок в подобных экспериментах наступало падение частоты сердечных сокращений и даже 60 ударов в минуту. Одновременно регистрировались и другие нарушения сердечной деятельности в виде появления экстрасистолии, явлений 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 отмечаются бледность кожных покровов лица, цианоз губ, языка, ушных раковин, явления гиперемии, ухудшение общего самочувствия. Частота пульса при этом обычно некоторое время удерживается на достигнутом уровне или продолжает понижаться до исходного уровня. Явления возникшей брадикардии и другие признаки сердечно-сосудистой недостаточности носят временный характер и редко сохраняются более 1-2 часов. 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 положенных перегрузок, помогают установить ряд изменений со стороны функции сердца здоровых людей. Во время действия перегрузок на электрокардиограммах отмечается развитие синусовой тахикардии, незначительное уменьшение времени атриовентикулярной проводимости, уменьшение зубцов П и Т, увеличение зубца S, а в некоторых случаях также и смещение интервала ниже изоэлектрической линии. После прекращения действия перегрузок все эти изменения, как правило, быстро исчезают и сменяются брадикардией, во время которой проявляется резко выраженная совая аритмия, а в некоторых случаях экстрасистолия.

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

У некоторых испытуемых в фазе резкого падения частоты сердечных сокращений на ЭКГ зарегистрированы признаки, свойственные коронарной недостаточности (рис. 13). Патогенетические механизмы их проявления, вероятно, заключаются в разности кислородного голодания сердечной мышцы (смещение интервала ST, уплощение инверсия зубца Т и др.). В появлении синусовой тахикардии при действии положительных перегрузок несомненно значительное место принадлежит рефлекторным механизмам, среди которых ведущее значение имеют баро-рецепторы синокароп зоны. Изменение величины зубцов желудочкового комплекса (увеличение зубца, уменьшение зубцов Я 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 ед. делал форсированный выдох, во время которого диафрагма поднималась и сердце вновь принимало обычное положение, на ЭКГ отмечалась нормализация зубцов Р и S, хотя зубец Т оставался уплощенный во время воздействия перегрузок несомненно отражается на амплитуде зубцов ЭКГ, однако не вес 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.

Рис. 13 Зависимость изменений ЭКГ от величины действующих перегрузок в направлении голова – таз (по. Малкин В. Б., 1957).
А – при величине перегрузок 3 ед.: 1 – до воздействия, 2 – во время нарастания перегрузок, 3 – при действии перегрузок – «площадки», 4 – через минуту после воздействия; Б – при величине перегрузок 6 ед.: 1 – до воздействия, 2 – при действии перегрузок – «площадки» в течение 3 сек., 3 – при действии перегрузок – «площадки» в течение 10 сек., 4 – при действии перегрузок – «площадки» в течение 20 сек.

Они свидетельствуют о том, что ослабленная сердечная деятельность во .многих случаях служит причиной нарушения кровообращения мозга и последующего расстройства сознания и зрения. Смещение интервала 5Т и изменение зубца Т приобретают важное практическое значение, поскольку эти изменения обычно отмечаются за 10-20 сек. 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. Кроме того, было показано, что время эффективности такого механизма компенсации весьма ограничено (1-1,5 мин.). Затем наступает понижение оксигенации крови, определяющееся величиной и временем действия перегрузок.

 

Pиc 14. Схема основных механизм ускорений
на организм (по: Котовский Е. О., 1972).

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

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 10-15 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 своеобразной «ошибки» 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, изменении активности ферментов (повышении активности лактатдегидрогеназы (+ЛДГ), снижении активности сукцинатдегидрогеназы (-СДГ) 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 s 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 реакции.

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 мехнизмов 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 иптероцепторов органов средостения.

При перегрузках направления грудь – спина на первое место в механизме нарушений выступают расстройства функции внешнего дыхания и гемодимамические 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 рис. 14.

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. Основным видом проявлений действия перегрузок в последнем случае являются «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 действию перегрузок, действующих 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 осуществляется оно по разным направлениям.

Условно эти направления можно представить следующим образом:

1. Физические методы повышения устойчивости: противо-перегрузочные 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.

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 различнойглубины охлаждения.

3. Комплексные методы повышения устойчивости организма, состоящие из различных сочетаний упомянутых, средств.

Все перечисленные методы имеют свои достоинства и недостатки.

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 г. 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. Однако принцип их действия во всех случаях общий – при увеличении перегрузок автоматически происходит повышение давления в резиновых камерах, обхватывающих область живота, бедер и голеней. При этом чем больше перегрузка, тем выше создается 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, условнорефлекторной деятельности и энерготрат.

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

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 кресле 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 ед.

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 отмечали 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 па 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.

Вполне естественным было 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 и космонавтов.

Повышение резистентное 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, 8 том числе и к перегрузкам. Ведутся исследования по изучению возможности использования фармакологических средств для повышения выносливости к перегрузкам.

Естественно, что более перспективным является комплексное применение противоперегрузочных средств.

Ударные ускорения. Ударные ускорения в космическом полете оказывают воздействие в двух основных случаях: при аварийном покидании корабля на старте или взлете; 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. Последние бывают тотальными, когда все тело испытывает механические нагрузки, и локальными, когда 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 я 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 экипажу (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 относятся по своей физической характеристике к прямолинейным ускорениям.

Свое название ударные ускорения получили от резкого толчка, сотрясения всего тела или удара, 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, 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 термином «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» легче 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 существом действия ускорений на организм является перегрузка, вызывающая механическое напряжение всех (и 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 действуют 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 из кабины;

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

§ приземление (посадка) экипажа в кабине (капсуле) на грунт или водяную поверхность.

Параметры перегрузок в зависимости от особенностей применяемых условий их использования (скорость полета, плюсовая или минусовая температура и т.д.) могут существенно варьировать. Переносимость человеком ударных перегрузок зависит от многих факторов:

- величины, времени действия и скорости нарастания перегрузки;

- направления вектора перегрузки относительно продольной оси тела;

- уровня физиологических функций перед воздействием;

- активного или пассивного состояния тела к моменту воздействия;

- 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 и ее трансформации в нем.

Количественно реакция тела человека на воздействие ударной перегрузки точно сложна и еще мало изучена. Однако качественно ока может быть представлена тремя видами первичной реакции организма на ударное воздействие:

- нарушение физиологических функций в результате не посредственного сильного механического раздражителя;

- реакция опорных тканей тела на тотальное действие удар ной перегрузки;

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

Для изучения влияния на организм ударных перегрузок, л также для различных средств защиты, спасения и безопасной посадки применяются 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 видов:

- предварительное усиление функций;

- нарушение функции органа или системы в результате не посредственной механической ударной силы;

- период первичного последействия (рефлекторное нарушение функций);

- период реактивных изменений, в основном реакция на микротравматическое действие перегрузки.

Период предварительного усиления функций наступает, как только случается аварийная ситуация или когда человек попадает в обстановку экспериментальных испытаний с предстоящим воздействием ударной перегрузки. Функциональные изменения в это время имеют преимущественно условнорефлекторный характер и отличаются 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 искусственный раздражитель. В этот период организм подготовляется к предстоящему воздействию. Путем усиления физиологических функций как бы накапливаются необходимые резервы для поддержания жизнедеятельности в готовых, 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. В момент самого ударного воздействия, продолжительность которого измеряется долями секунды, не успевают развиться выраженные изменения исследуемых функций организма, и 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 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,).

Вторая стадия этого периода охватывает комплекс реакций, направленных на нормализацию вызванных изменений. Она позволяет выявить индивидуальные отличил 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.

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.

Функциональные изменения в последующие стадии последействия но 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.

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

Однако период последействия не оканчивается восстановлением функций. По истечении некоторого времени, измеряемого уже часами или даже сутками, наблюдается период вторичного последействия, когда развиваются проявления реактивного состояния, 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 этом периоде. Тем не менее, с наличием такого последействия следует всегда считаться при решении врачебно-экспертных вопросов.

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

С увеличением продолжительности до 1 сек. ударное воздействие осложняется присоединяющимися к нему циркуляторными расстройствами в тканях и органах без нарушения функции кровообращения в целом, а с уменьшением продолжительности – осложнения (а 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 па 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.

Реакции организма человека на невесомость.

Первые научно-теоретические разработки вопросов, связанных с оценкой возможного влияния на организм человека отсутствия силы тяжести, были проведены К.Э. Циолковским (1883, 1911, 1919). В трудах этого выдающегося ученого, признанного «отцом космонавтики», высказываются предположения о том, что при невесомости изменится двигательная функция, пространственная ориентировка, могут возникнуть иллюзорные ощущения положения тела, головокружения, приливы крови к голове