2 курс / Нормальная физиология / Тепловой_стресс_Чвырев_В_Г_,_Ажаев_А_Н_,_Новожилов_Г_Н_

вания организма человека изложены с учетом нового отношения к методу расчета средней температуры тела по «плавающим» коэффициентам смешивания для температуры «сердцевины» и «оболочки». Особое внимание уделено медицинским противопоказаниям к перемещению в район с жарким климатом специалистов, имеющих заболевания или функциональные отклонения в работе физиологических систем и органов. В связи с этим приобретает актуальность прогнозирование устойчивости человека к высокой температуре окружающей среды, что очень важно при отборе специалистов, направляемых для работы в районы с жарким климатом. Впервые детально описаны функциональное состояние и работоспособность специалистов при быстрой смене климатических условий, методы ускоренной акклиматизации специфическими и неспецифическими средствами, которые в течение многих лет разрабатывали авторы книги. На основе результатов собственных исследований и данных литературы даны рекомендации по оптимизации труда специалистов в районах с жарким климатом.

В предлагаемом руководстве освещаются работы последних 10-15 лет, но они могут нести полную информацию только со ссылками на предшествующие фундаментальные труды. В связи с этим потребовался краткий исторических обзор становления современных взглядов и концепций.

Авторы выражают надежду, что руководство окажется полезным в первую очередь физиологам, гигиенистам труда, и все замечания и предложения примут с благодарностью.

Глава 1

ФИЗИОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛИМАТОГЕОГРАФИЧЕСКИХ ЗОН

Океанские суда с экипажами на борту совершают длительные плавания в различных климатических районах Мирового океана. Еще стремительнее перемещаются экипажи и пассажиры авиалайнеров и других летательных аппаратов. От климатических и погодных условий, в которых находится экипаж, и быстроты смены этих условий во многом зависят состояние здоровья и самочувствие людей. Чтобы учесть влияние климатических факторов на человека, необходимо иметь представление об основных типах климата Земли и дать им физиолого-гигиени- ческую характеристику.

Климат - характерный для конкретной местности режим метеорологических показателей, обусловленный климатообразующими факторами (солнечная радиация, характер подстилающей поверхности, рельеф местности и связанная с ними циркуляция атмосферы).

К климатообразующим факторам относится также хозяйственная деятельность человека: создание плотин электростанций, искусственных водоемов, осушение болот, вырубка и посадка лесов.

Погода - это физическое состояние атмосферы в данном районе за определенный относительно короткий промежуток времени. В отличие от климата погода более изменчива и может меняться несколько раз за сутки (ясная, пасмурная, дождливая).

В зависимости от географической широты и сезонных перемещений воздушных масс на земном шаре в направлении от экватора к полюсам выделяют следующие широтные климатические зоны: экваториальная, субэкваториальная, тропическая, субтропическая, умеренных широт, субарктическая (субантарктическая) и арктическая (антарктическая). В этих климатических зонах различают западные и восточные прибрежные типы климата; кроме того, за исключением экваториального, в зависимости от характера подстилающей поверхности - континентальный и океанический.

Из приведенных широтных климатических зон целесообразно дать физиолого-гигиеническую характеристику только тех, в которых возможно возникновение тепловой патологии и

других неблагоприятных сдвигов в состоянии здоровья и работоспособности человека.

Для экваториальной зоны характерно большое количество тепла, влаги и солнечной радиации в течение всего года. Среднегодовая температура воздуха варьирует в пределах 25-29 °С, а годовая амплитуда ее обычно не превышает 5 °С, температу-ра воды примерно на 1°С выше температуры воздуха. Максимальная температура воздуха редко поднимается выше 35 °С, минимальная же не опускается ниже 20 °С, а суточная амплитуда температур лишь изредка превышает 15 °С. Содержание водяных паров в воздухе может достигать 30 г/м3 и более, даже в сравнительно сухие зимние месяцы относительная влажность воздуха бывает около 70 %. Осадки выпадают почти ежедневно, как правило, во второй половине дня, а над океаном - нередко и ночью и имеют ливневый характер, сопровождаясь сильными грозами.

В субэкваториальной зоне (пояс экваториальных муссонов) -влажный дождливый летний период и засушливый зимний. Погодные условия летнего периода соответствуют экваториальным: высокая облачность и влажность воздуха, осадки и небольшие колебания температуры. В зимний период погодные условия напоминают тропические: высокая температура воздуха, большая суточная амплитуда колебаний температуры, незначительная облачность. На восточных берегах материков погодные условия зимнего периода смягчаются влажными океаническими ветрами - экваториальными муссонами. Над морскими районами в зимний период обычно стоит ясная погода с температурой воздуха 22-27 °С и относительной влажнос-тью 75-80 %, температура воды несколько превышает темпе-ратуру воздуха.

Климату тропической зоны в континентальных районах присуща крайняя сухость. Основной ландшафт - пустыни и сухие степи. Океанические районы тропической зоны отличаются высокой влажностью воздуха и незначительными колебаниями температуры, однако облачность здесь значительно меньше, реже выпадают осадки. Температура воздуха в пределах климатической зоны снижается в направлении полюсов примерно на 10 °С, однако даже зимой она редко бывает ниже 15 °С. У западных берегов континентов осадки практически не выпадают, высокая влажность воздуха, годовой ход температуры здесь очень мал, но в то же время у побережий, омываемых холодными течениями, температура воздуха значительно снижена, здесь часты туманы и бризы. Погодные условия у восточных берегов напоминают экваториальные, с их высокой влажностью и частыми дождями, и только в зимние месяцы возможно небольшое похолодание.

Климат субтропической зоны формируется под влиянием сезонной смены тропического и полярного воздуха, отличи-

тельной его особенностью является ежегодное выпадение снега. Континентальные районы характеризуются сухим и жарким летом со средней температурой воздуха до 30 °С и очень неустойчивыми погодными условиями зимой: осадки, резкая смена температуры воздуха, при этом ее минимальные значения могут достигать -10 °С. Климат западных берегов в этой зоне отличается ясным сухим летом и дождливой мягкой зимой; среднемесячная температура воздуха в прибрежных районах океана 14-20 °С летом и 7-12 °С зимой, при этом температу-ра воды превышает температуру воздуха на 2-4 °С. Климат восточных берегов имеет муссонный характер: влажное жаркое лето и относительно холодная зима; температура воздуха в прибрежных районах летом 24-28 °С, зимой - 0-10 °С, при этом температура воды летом приближается к температуре воздуха, а зимой превышает ее на 5 °С.

Максимальная температура в указанных выше широтных климатических зонах представляет реальную опасность для здоровья неакклиматизированных, не защищенных от высокой температуры окружающей среды людей. Однако не только в этих зонах, но и в районах с умеренным климатом в летнее время сочетание высокой температуры воздуха и интенсивной двигательной активности может привести к возникновению тепловых болезней.

Климат умеренных широт резко различается уровнем летней и зимней инсоляции и соответственно летними и зимними погодными условиями. Годовые колебания температуры воздуха над континентом достигают 50-60 °С, над океаном -лишь 10-15 °С. Такой же годовой ход характерен и для темпе-ратуры поверхностных вод океана. Годовая амплитуда влажно-сти воздуха менее выражена над океаном. Для климата запад-ных берегов умеренного пояса характерны черты океаничес-кого климата этих широт: сравнительно теплая зима и отно-сительно прохладное лето с большой влажностью воздуха и зна-чительным количеством осадков в течение всего года. Средне-месячная температура воздуха над океаном у западных берегов летом 1718 °С, зимой - 10-2 °С. Восточные берега в умерен-ном поясе отличает муссонный характер климата с дождли-вым летом и холодной малоснежной зимой. Температура воз-духа над океаном у восточных берегов зоны умеренных широт летом 1020 °С, зимой - 8-10 °С. Разница температуры воды и воздуха летом достигает - 1 °С, зимой - 4 °С.

Значительное влияние на климат при одном и том же широтном расположении местности оказывает характер подстилающей поверхности, от которого зависят температурный режим и циркуляция масс воздуха в регионе.

Континентальный климат всех широтных зон летом формируется под влиянием сильно разогретой поверхности пустынь и степей. Внутри континентов осадков почти не бывает.

Температура поверхности почвы достигает днем 80 °С. Температура воздуха поднимается до предельно высоких величин (50-60 °С). Отличительной особенностью режима погоды в континентальном субтропическом климате является однообразно сухое и жаркое лето со средней температурой воздуха около 30 °С. Континентальный климат умеренных широт характеризуется быстрым нагреванием воздуха летом и весьма низкими температурами воздуха зимой.

Океанические и приморские районы экваториальной и субэкваториальных зон в течение всего года, а тропических - летом имеют жаркий и влажный климатический режим. Основными неблагоприятными факторами, которые воздействуют на человека в этих условиях, служат высокая температура (выше 30 °С) и влажность (более 70 %) воздуха при слабовыраженных суточных и годовых их колебаниях.

Глава 2

МИКРОКЛИМАТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ В РАЙОНАХ

СЖАРКИМ КЛИМАТОМ

Всвязи с тем что пассажиры, экипажи судов и летательных аппаратов перемещаются из одной широтной климатической зоны в другую с большой скоростью, изучение воздействия экстремальных жарких условий особенно актуально и требует проведения профилактических мероприятий, обусловленных поддержанием оптимального микроклимата на объектах, использованием рациональной одежды, научно обоснованных режимов водообеспечения и питания.

Проблему защиты экипажей летательных аппаратов, особенно высотных самолетов, от низких температур окружающей среды ученые должны были решать уже в 30-40-е годы. Вследствие низкой температуры воздуха на больших высотах основное внимание авиационной медицины было направлено на разработку требований к теплозащитной одежде летного состава.

Споявлением же реактивной авиации актуальной стала проблема защиты экипажей летательных аппаратов от высоких температур.

Требования к микроклимату летательных аппаратов США предусматривают необходимость поддержания температуры в кабине не выше 21 °С. Только в отдельных случаях (на земле, маневры в полете) допустимо ее повышение до 27 °С в тече-ние

30 мин. [Nunneley S.A., James G.R., 1976, и др.|.

Данные, полученные многими американскими исследователями, свидетельствуют о невыполнимости этих требований в реальных полетах на современных летательных аппаратах.

Неблагоприятные условия микроклимата в кабине самолетов обусловлены повышением температуры кондиционируемого воздуха, аэродинамическим нагревом поверхностей летательного аппарата, солнечной радиацией, теплом от оборудования и бортовой аппаратуры, а также метаболическим теплом, выделяемым летчиком в полете [Marcus P., 1975, и др.].

Наиболее высокая температура в кабине самолетов отмечается летом перед взлетом и сразу же после посадки на взлет-но- посадочную полосу. Так, из-за солнечной радиации температура воздуха в кабине самолетов F-4, А-10 при закрытом

фонаре выше наружной на 8-13 °С [Nunneley S.A., Flick С.А., Allan I.R., 1980].

При частично открытом фонаре кабины самолета «Buccaneen> в условиях наружной температуры воздуха 30-32 °С температура в кабине превышает наружную на 20 °С, после 3-4 ч. экспозиции достигая 43 °С. Полное закрытие фонаря способствует дальнейшему подъему температуры воздуха в кабине еще на 5-7 °С.

При полетах на малых высотах в условиях высокой наружной температуры повышается температура воздуха в кабине самолетов, резко уменьшается количество воздуха, поступающего от компрессора через систему кондиционирования воз-

духа в кабину [Nunneley S.A. et al., 1980, и др.].

Оценка микроклимата в кабинах самолетов А-10, F-4, F-4E, «Ягуар» показала, что температура воздуха в кабине за-висит от температуры окружающей среды как на земле, так и во все фазы полета на малых высотах. При полете самолета RF-4C со скоростью 756 км/ч. на «высоте» 150 м. над уровнем земли температура воздуха в кабине достигала 32,2-37,8 °С, в отдельных случаях - 48,8-51,6 °С, а температура наружного воздуха была в пределах 27,2-34,4 °С [Bollinger R.R., Car-well G.R., 1975].

При наборе самолетом высоты температура в кабине постепенно снижается, например в самолетах F-54 и F-111A -с 5057 °С (на земле) до 14-20 °С на высоте 5-11 км. за 20-30 мин. полета. При посадке самолетов на взлетно-посадочную полосу температура воздуха в кабине опять значительно повы-шалась, но одновременно снижалась скорость движения воз-духа с 1 до

0,04 м/с.

По данным Э.В.Бондарева, А.В.Банникова, Р.Р.Астафьева (1997), при выполнении длительных полетов в жарком климатическом регионе страны на взлете температура в кабине экипажа составила 41,5 °С, через 1 ч 15 мин полета - 37,8 °С, через 3 ч 30 мин полета - 27 °С, на посадке - 31 °С. Ра-диационная температура в кабине (температура черного шара) на 6-12 °С превышала температуру воздуха вследствие инсо-ляции.

Из-за несовершенной разводки систем кондиционирования воздуха температура бывает различной по вертикали и гори-

зонтали кабин самолетов. R.R.Bolinger, G.R.Carwell (1975) ус-

тановили, что у некоторых членов экипажа самолета RF-4C температура на уровне головы достигает 49 °С, а на уровне бедер - 37 °С. В двухместных самолетах США, как правило, передняя кабина имеет лучший микроклимат, чем задняя. Так, по данным S.A.Nunneley и соавт. (1980), при наружных температурах 20, 25 и 30 °С температура в головной кабине самолета F-4E была 21, 24 и 28 °С, а в задней кабине 29, 34 и 39 °С соответственно. В кабине самолета А-10 выход кондициониро-

ванного воздуха был за спиной пилота. Поток воздуха направлялся вперед, отражался от фонаря и возвращался нагретым к летчику. При последующей доводке систем кондиционирования воздуха у самолета А-10 он стал подаваться спереди по направлению к поверхности груди летчика [Nunneley S.A., Flick C.F., 1981].

В самолетах F-4, F-111 кондиционированный воздух поступал в область ног, вследствие чего в более неблагоприятных климатических условиях оказывались туловище, голова и руки летчика. В самолетах F-4, А-10 из-за несовершенной разводки систем кондиционирования воздуха температура на поверхности снаряжения летчика достигала 32-28 °С. Однако даже в местах обдува охлажденным кондиционированным воздухом температура поверхности снаряжения летчика при полетах летом не снижалась ниже 32 °С.

Увеличение скорости полета вследствие аэродинамического нагрева поверхностей летательного аппарата приводит к повышению температуры воздуха в кабине, особенно при полетах в плотных слоях атмосферы. По данным S.A.Nunneley, G.R.James (1977), с возрастанием скорости полета с 0,6 до 1,3 М на малых и средних высотах температура воздуха в каби-не повышается на 6-10 °С.

N.H.Harrison, C.Higenbottam (1977), изучая влияние источ-

ников тепла на микроклимат кабин самолетов, установили, что источники тепла мощностью 1, 2, 3 и 4 кВт, размещаемые внутри кабины, повышают температуру в ней на 20, 30, 40 и 45 °С соответственно.

При плавании судов, не имеющих систем кондиционирования воздуха, в низких широтах микроклиматические условия на постоянно обслуживаемых постах весьма неблагоприятны [Войтенко A.M., 1975]. Температура воздуха на надводных кораблях во внутренних боевых постах (радиорубки, радиолокационные рубки) составляла 29,8-37 °С [Варнаков О.В. и др., 1967, и др.], а в машинно-котельных отделениях и на камбузах - 29,4-55 °С [Матузов Н.И., 1962; Варнаков О.В. и др., 1967, и др.].

Неблагоприятные температурные условия в низких широтах на судах наблюдаются не только в служебных, но и в жилых помещениях. Температура воздуха в кубриках и каютах иногда варьирует от 29 до 32 °С [Варнаков О.В. и др., 1967, и

др.].

Уровень теплового излучения в служебных помещениях в низких широтах также достигает значительных величин. В радиорубках и штурманских рубках средняя радиационная температура (СРТ) составляла 26,5-32,3 °С [Матузов Н.И., 1962; Сергеев Е.П., 1962], а в перегреваемых помещениях - 28,9-43,2 °С, поднимаясь в отдельных случаях до 74 °С [Мату-зов Н.И., 1962].

Относительная влажность воздуха во внутренних помещениях корабля была в пределах 50-70 %, в перегреваемых отсеках - 55-60 %, а в жилых помещениях - 65-80 %. Подвижность воздуха в низких широтах во всех помещениях корабля колебалась в небольших пределах: 0,5-0,7 м/с [Варна-ков О.В. и др., 1967].

Таким образом, в помещениях судов и кораблей иногда не обеспечиваются комфортные микроклиматические условия, так как отмечаются высокий уровень лучистого тепла и температуры воздуха, относительно невысокий уровень подвижности воздуха.

Глава 3

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НАОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

При температуре воздуха в кабине 37-46 °С температура тела летчиков в полете повышалась до 37,5 °С [Сергеев Н.П., Неумывакин И.П., 1964; Бондарев Э.В., Банников А.В., Астафьев О.Р., 1997, и др.]. У летчиков США, работающих в районах с тропическим климатом, во время полета она дости-

гала 37,8 °С [Cliford J.C., 1968]. По данным S.A.Nunneley, G.R.James (1977), при температуре воздуха в кабине самолета F- 111А 50-60 °С температура кожи на различных участках тела была 37-40 °С. В этих условиях средневзвешенная температура кожи повышалась до 38,9 °С.

Полеты на малых высотах в районах с жарким климатом приводят к перегреванию и обезвоживанию организма. R.F.Stribley, S.A.Nunneley, I.R.Allan (1979) установили, что в самолете F-4 при наружной температуре 23-33 °С темпе-ратура кожи и тела у летчиков на земле и в полете на высоте 600 м значительно превышает комфортный уровень, особенно у оператора в задней кабине. Полет на высоте 2400 м снижает температуру кожи до 34,4 °С, а в слуховом канале - до 36,5 °С. Улучшение теплового состояния лет-чиков на «высоте» связано с нормализацией температуры воздуха в кабине.

S.A.Nunneley, G.R.James (1977) выявили зависимость тем-

пературы поверхности тела от температуры воздуха в кабине при полетах на самолетах F-111A.

R.R.Bolinger, G.R.Carwell (1975) показали, что у членов экипажа самолета RF-4C при наружной температуре 27-34,4 °С происходила потеря массы тела до 1,2 % от исходной (1 % терялся в результате испарения пота). Общие потери массы тела у летчиков в районе тропиков достигали 1,9 кг за 90 мин по-лета.

При полете самолета А-10 над пустыней (наружная температура 26-42 °С) на высоте 300-600 м. в течение 2 ч. у летчи-ков потеря массы тела составляла за летную смену 0,7-2,3 % от исходной [Nunneley S.A., Flick C.F., 1981]. При этом темпе-

ратура в наружном слуховом канале повышалась с 37 до 37,8 °С. В наших исследованиях, проводившихся в районах с жарким климатом, обнаружено, что после полетов температура тела