2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

190 Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Таблица 20

Время сохранения работоспособности летчиков при выполнении полетного задания в условиях действия низких температур

При 26.6–25 °С нередко полностью угасает сознание, однако при активном согревании все эти явления быстро исчезают. Дальнейшее охлаждение приводит к развитию комы (температура тела 24–23 °С). Гибель наступает при температуре тела 20–17 °С. Однако в литературе отмечены случаи спасения людей при более низких температурах тела.

Следует учитывать, что с увеличением влажности и скорости движения воздуха при температуре воздуха ниже +15 °С усиливаются эффекты, связанные с избыточной теплоотдачей. Американский исследователь П. Сэйпл (Saple Р., 1945) разработал так называемый ветрохолодовой индекс (табл. 21), позволяющий оценить охлаждающий эффект ветра. Например, влияние температуры воздуха 0 °С при ветре 11–12 м/с соответствует эффективной температуре –17 °С. При исследовании функционального состояния человека в условиях автономного существования в районах Крайнего Севера установлено, что в течение 14 сут физическая работоспособность и масса тела снижается в среднем на 25 и 8% соответственно. Даже легкая физическая работа сопровождается выраженной тахикардией и одышкой. Средневзвешенная температура кожи за это время уменьшается на 2–3 °С и составляет в покое 29.9±0.4 °С при исходном уровне 33.1 °С.

Максимальное уменьшение температуры зафиксировано на коже кистей и стоп – на 8.3 и 3.2 °С соответственно. Энергетическая цена работы возрастает на 30–50%. Динамика психического состояния характеризуется ухудшением самочувствия, активности, настроения, повышением уровня ситуационной тревожности, возникновением страха и немотивированной агрессивности.

Жизнедеятельность человека в холодной воде определяется скоростью снижения температуры тела. Теплопроводность воды в 26 раз больше, чем воздуха, поэтому отдача организмом тепла в воде происходит интенсивней. Время выживания легко одетых людей при температуре

Ветрохолодовой индекс (охлаждающий эффект ветра, воздействующего на ткани организма)

воды от +5 до +15 °С составляет 1.5–3 ч. В воде при снижении температуры тела ниже 36.6 °С нарушается способность к принятию решений и выполнению сложных видов деятельности. При температуре тела ниже 35.5 °С нарастает двигательная заторможенность, апатия, психическое состояние в целом не отвечает требованиям к действиям по спасению. Снижение температуры тела ниже 32 °С приводит, как правило, к потере сознания и сопровождается высокой летальностью. При остром охлаждении в воде теплопродукция осуществляется, в основном, за счет мышечной активности и несократительного термогенеза. Поэтому время выживания определяется сроком, в течение которого сохраняются произвольные мышечные движения и сознание. В целом, ухудшение функционального состояния человека при нахождении в холодной воде обусловлено быстрым нарастанием гипоксических изменений в «обо-

лочке» тела, повышенной утилизацией энергетических субстратов, нарастанием содержания недоокисленных продуктов.

Воздействие факторов низких широт. Реакции организма человека в жаркой среде обитания во многом зависят от температуры и влажности среды, а также интенсивности физических и нервно-эмоциональных нагрузок, поскольку последние сопровождаются эндогенной гиперпродукцией тепла. Процесс адаптации организма человека к условиям низких широт связан, прежде всего, с оптимизацией функций сердечно-сосу- дистой и потовыделительной систем. Устойчивая тепловая акклиматизация наступает через 2–6 недель непрерывного или периодического теплового воздействия. В начальный период адаптации активация симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем приводит к усилению гликолиза и глюконеогенеза. Изменения вегетативной регуляции сопровождаются расширением сосудов кожи и слизистых верхних дыхательных путей, сужением сосудов желудочнокишечного тракта, печени, почек, раскрытием артериовенозных анастомозов. Увеличение сердечного выброса (в основном, за счет роста ЧСС)

иперераспределение тонуса сосудов обеспечивают усиление кожного кровотока.

Всвязи с тем, что скорость движения крови в периферических сосудах в 5–20 раз медленней, чем в магистральных венах, снижается эффективный объем циркулирующей крови. Компенсация относительной гиповолемии достигается за счет перемещения внеклеточной жидкости в сосудистое русло. Увеличивается объем плазмы, уменьшаются систолическое и диастолическое артериальное давление, гематокрит. Усиление потоотделения достигается вследствие роста кожного кровотока. Уменьшение почечного кровотока и скорости клубочковой фильтрации возникает из-за сужения почечных сосудов и повышения секреции вазопрессина и альдостерона. Следствием уменьшения кровотока в почках является снижение их выделительной функции. Легочная вентиляция увеличивается, в основном, за счет глубины дыхания.

Гипокапния и дыхательный алкалоз являются постоянными признаками перегревания организма человека. Секреторная, всасывательная

имоторная функции желудочно-кишечного тракта снижаются. Уменьшение кровотока во внутренних органах и мышцах приводит к несоответствию между доставкой кислорода и его потреблением, развитию вторичной тканевой гипоксии с активацией анаэробного гликолиза и накоплением недоокисленных продуктов обмена. Вторичная тканевая гипоксия способствует повышению проницаемости лизосомальных

мембран клеток внутренних органов и мышц, выходу лизосомальных протеаз в кровь.

Ведущими физиологическими показателями, отражающими степень влияния внешней тепловой нагрузки на тепловое состояние организма, являются: температура тела, ЧСС, тонус и кровенаполнение сосудов, теплонакопление и влагопотери. Критерием переносимости тепловой нагрузки обычно служит температура тела. Предельно допустимая температура (под языком) у испытателей в условиях натурного эксперимента в пустыне составляла 38,9 °С (Волович В. Г., 1989). По данным отечественных и зарубежных авторов критическая температура для организма человека (по результатам измерения ректальной температуры) составляет 38,5–39,4 °С, а ЧСС – от 120 до 160 уд/мин. Допустимый избыток накопления тепла, отнесенный к поверхности тела человека, при различных уровнях физической активности в условиях предельной гипертермии составляет от 75 до 120 ккал/м2.

Адаптированность организма человека к условиям низких широт характеризуется совершенствованием механизмов регуляции теплообразования и теплоотдачи. Перестройка физической терморегуляции проявляется в усилении потоотделения и кровоснабжения кожи, снижении кровоснабжения внутренних органов и мышц. Изменения процессов химической терморегуляции осуществляются за счет снижения интенсивности окислительных процессов, уменьшения теплопродукции внутренних органов. Признаками адаптированности организма человека к условиям жаркого климата являются уменьшение активности коры надпочечников и щитовидной железы, замедление глюконеогенеза

игликолиза, восстановление запасов гликогена в печени и скелетных мышцах, лейкопения и лимфоцитоз, уменьшение уровня эритропоэтина

иколичества эритроцитов, повышение содержания гемоглобина крови, низкий основной обмен. Интегральным показателем тепловой адаптации следует считать расширение границ оптимального теплоощущения – зоны комфорта.

При выполнении профессиональных обязанностей в условиях жаркого климата возникает конфликт между эволюционно обусловленным типом адаптационного реагирования организма на высокую температуру (потребность в покое) и социально обусловленными нормами поведения (необходимость осуществления профессиональной деятельности). Физическая нагрузка в условиях значительного внешнего теплового воздействия (температура воздуха 33°С и выше, высокая влажность) выполняется с нарастанием доли анаэробного метаболизма во внутрен-

них органах, истощением запасов гликогена и быстрым накоплением молочной кислоты. В этих условиях практически единственным путем теплоотдачи становится потоотделение. Потери воды с потом при температуре внешней среды 37,8 °С достигают 300 г/ч. При тяжелой физической работе в этих условиях общие потери жидкости за сутки могут превысить 8–12 л. Дефицит жидкости в организме уменьшает его устойчивость к физическим нагрузкам в жаркой среде обитания. Дегидратация сопровождается истощением солевого запаса организма. В умеренном климате из организма человека в течение суток выводится 12–15 г хлоридов натрия и калия почками и теряется с потом 2–6 г. В условиях пустыни только с потом выводится до 20–40 г солей. В результате может возникнуть дефицит электролитов – калия, натрия, хлора и др. Потери 3–4 % воды от массы тела переносятся большинством людей удовлетворительно и проявляются жаждой, отсутствием аппетита, покраснением кожи, учащением сердечных сокращений, тошнотой. Дегидратация в пределах 5–9% от массы тела должна расцениваться как предельно допустимая для выживания.

Существует ряд информативных признаков обезвоживания. В их числе выраженная жажда, появление темной мочи с суточным объемом диуреза менее 500 мл, головная боль и тошнота. Тяжелая дегидратация (более 10% от массы тела) вызывает у человека физические и психические нарушения: нарушаются зрение, слух, глотание, затрудняется речь, возможно нарушение сознания. При этом требуются срочные врачебные меры: внутривенное введение изотонического раствора хлорида натрия (до 1 л/ч в начале лечения, но не более 4 л/сут), 5% раствора глюкозы. При температуре воздуха свыше 30 °С смертельным является обезвоживание в пределах 15% от массы тела. Признаками солевого изнурения служат сильные желудочные спазмы, рвота, слабость, апатия, ортостатический обморок, нередко сильные судороги вследствие снижения содержания хлоридов в плазме крови. При этом жажда незначительная. Обильное питье подсоленной воды (5 г на 1 л) дает быстрый положительный эффект.

Действие высоких температур. В жарком климате возможны следующие виды тепловых поражений. Острые тепловые поражения: перегревание I–III степени, тепловой и солнечный удар, тепловой обморок. Подострые поражения: тепловое истощение вследствие обезвоживания и потери организмом солей, тепловые судороги. Хронические поражения: неврастенический, анемический, сердечнососудистый, желудочно-ки- шечный синдромы. Наиболее характерными тепловыми поражениями

являются перегревание организма I-III степени. I степень перегревания сопровождается гиперемией и влажностью кожных покровов, тепловым дискомфортом, оцениваемым субъективно как «тепло». II степень перегревания характеризуется обильным потоотделением, резкой гиперемией кожных покровов и склер, головной болью, пульсацией в висках, тепловым дискомфортом, оцениваемым субъективно как «жарко». III степень перегревания проявляется обильным потоотделением, усиленным сердцебиением, тошнотой, головокружением, тепловым дискомфортом, оцениваемым субъективно как «очень жарко».

Чем выше температура и влажность среды, тем быстрее наступают изменения физической и умственной работоспособности летчиков (табл. 22).

При незначительном повышении температуры тела возникает некоторая эйфория, неосознанное завышение своих психофизиологических возможностей, происходит ускорение устного счета и решения арифметических задач, уменьшение времени простой сенсомоторной реакции. Эффективность деятельности при этом может даже несколько повышаться. Так, деятельность летчиков при кратковременном (несколько минут) повышении температуры воздуха в кабине самолета до 30–40 °С иногда бывает более эффективной, чем при комфортных температурах. Вероятным объяснением данного феномена является возрастание активности ЦНС, обеспечивающей оптимальный уровень работоспособности.

При длительной гипертермии (часы, сутки) вследствие экзогенной тепловой нагрузки, когда температура тела превышает 38 °С, ухудшаются показатели простой сенсомоторной реакции и реакции с выбором, внимания, качество управления в режиме слежения, раньше развивается утомление, снижается интерес к работе, могут возникать угнетение сознания или пароксизмы агрессивности. В этих условиях даже высокая мотивация человека на выполнение работы не улучшает результаты деятельности. Признаком предельно допустимой физической нагрузки в условиях жаркой среды является увеличение ЧСС до 160–170 уд/мин и ректальной температуры до 39,5 °С.

Изменения состояния организма летчика в условиях жаркого климата приводят к снижению переносимости пилотажных перегрузок, статокинетических воздействий, шума и вибрации, уменьшению ортостатической устойчивости и усилению токсического действия многих химических веществ (бензина, окиси углерода, бензола, свинца). Причинами снижения переносимости действия указанных факторов явля-

196 Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Таблица 22

Время сохранения работоспособности летчиков при выполнении полетного задания в условиях действия высоких температур

ются перераспределение крови в организме вследствие изменения сосудистого тонуса, дегидратация, нарушение функциональной системности анализаторов. Вместе с тем, известно, что разрежение воздуха облегчает переносимость высоких температур благодаря увеличению теплоотдачи испарением и уменьшению теплопродукции (снижение окислительных процессов в организме).

Исследование физической работоспособности человека в условиях автономного существования в пустыне показало, что к концу вторых суток она снижается на 23–38%, потеря массы тела составляет 6,5%. Эти данные свидетельствуют о критическом ухудшении состояния организма человека уже на вторые сутки пребывания в пустыне. Днем в пустыне (температура воздуха 46–48 °С, влажность 15-30%, скорость ветра 10–15 м/с, водопотребление до 1,5 л/сут) ЧСС у испытуемых в покое составляет 102–145 уд/мин, ректальная температура 39,2 ± 0,2 °С, венозное давление уменьшается с 5–10 до 2–5 мм рт. ст., снижается ортостатическая устойчивость. Эмоциональное состояние в этих условиях характеризуется нарастающей апатией, потерей волевых качеств, развитием тревожно-депрессивной симптоматики, появлением галлюцинаций, связанных с водой. В целом, лимитирующими факторами деятельности летчика в условиях жаркого климата являются тепловая и физическая нагрузка, ограниченное водопотребление, негативные эмоциональные состояния.

Воздействие факторов высокогорья. Адаптация организма человека к условиям высокогорья формируется при пребывании на высотах более 2500 м над уровнем моря и обусловлена действием комплекса факторов, среди которых ведущими являются низкие парциальное давление кислорода и температура. Период срочной адаптации (в среднем 2–4 недели) характеризуется активацией многих систем организма, направленной на «борьбу за кислород». В последующем эти «аварийные»

реакции сглаживаются и сменяются энергетически более выгодными морфофункциональными перестройками организма. Период стабильной адаптации формируется в течение 4–6 недель пребывания в условиях высокогорья и характеризуется динамической устойчивостью физиологических показателей, повышением эффективности метаболизма

ворганах и тканях.

Впериод срочной адаптации происходит активация гипоталамо-ги- пофизарно-надпочечниковой и симпатоадреналовой систем, которые усиливают функции физиологических систем организма и обеспечивают мобилизацию энергетических ресурсов в целях адекватного обеспечения тканей кислородом. Гликогенолитическое действие катехоламинов и глюкагона способствует использованию углеводного депо печени. Гиперсекреция глюкокортикоридов обеспечивает усиление энергообеспечения тканей за счет преобразования структурных резервов организма (аминокислот и жиров) в энергетические (глюкоза), а гиперфункция щитовидной железы обеспечивает увеличение основного обмена. С увеличением высоты и активацией механизмов терморегуляции вследствие уменьшения температуры воздуха энерготраты возрастают. На высотах 2500–3800 м расход энергии за переход составляет 3840–4140 ккал, а с увеличением высоты до 4000–5000 м – 6000–6500 ккал. Возрастает минутный объем кровообращения, объем циркулирующей крови, АД в большом и малом круге кровообращения, периферическое сосудистое сопротивление, кровоснабжение жизненно важных органов. Легочная вентиляция увеличивается как за счет тахипноэ, так и вследствие углубления дыхания. Улучшается диффузионная способность альвеолокапиллярных мембран.

Впервые сутки пребывания в горах увеличиваются уровень гемоглобина и количество эритроцитов, содержащих фетальный гемоглобин и метгемоглобин. При этом активируются процессы перекисного окисления липидов, в том числе в мембранах эритроцитов, что сопровождается продукцией вторичных радикалов кислорода, являющихся мощными оксидантами и метгемоглобинообразователями. В среднем, на 5–7 сут пребывания на высоте начинается прогрессирующее увеличение количества эритроцитов и ретикулоцитов. Накопление фетального гемоглобина и дыхательный алкалоз способствуют сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина влево, что отражает увеличение его сродства к кислороду и затруднение отдачи последнего тканям. При развитии горной болезни увеличение концентрации в крови недоокисленных продуктов метаболизма может приводить к развитию ацидоза.

Адаптация к условиям высокогорья характеризуется нормализацией большинства показателей основных физиологических систем организма. Наряду с показателями сердечно-сосудистой и дыхательной систем информативными критериями адаптированности организма человека к условиям высокогорья являются уменьшение выраженности перекисного окисления липидов, содержания метгемоглобина и фетального гемоглобина в эритроцитах. У людей, длительно проживающих в горах, увеличены легочная вентиляция и давление в легочной артерии, количество эритроцитов, содержание гемоглобина и гематокрит, вязкость и противосвертывающий потенциал крови, гипертрофированы правые предсердие и желудочек, снижены потребление кислорода, основной обмен, ЧСС и АД в большом круге кровообращения.

Работоспособность человека в условиях высокогорья определяется, прежде всего, высокой чувствительностью ЦНС к гипоксии. На высотах 500–1500 м способность неадаптированных людей выполнять напряженную физическую работу уже снижается. На высотах 1500–3000 м возникают нарушения темновой адаптации и цветовосприятия, наблюдается повышенная утомляемость при выполнении операторской деятельности, возможны отдельные симптомы горной болезни. Даже через 10–15 сут пребывания на этих высотах способность к выполнению физических упражнений большой мощности снижена. В диапазоне высот 3000–4000 м у большинства людей в первый период пребывания отмечаются отдельные признаки острой горной болезни. Незначительные физические нагрузки приводят к развитию утомления. Физическая работоспособность приближается к ее исходному уровню (в условиях низкогорья) только после 5 лет проживания в этих условиях. Восстановление физической работоспособности лимитируется развитием легочной артериальной гипертензии, гипертрофии правых отделов сердца, курением. Качество операторской деятельности после перемещения человека на эти высоты восстанавливается лишь к 20-25 суткам. На высотах более 4000 м человек ощущает нехватку воздуха в сидячем положении. Физическая и операторская работоспособность существенно снижена. Высоты 5000–5300 м являются границей постоянного обитания небольшого количества людей, филогенетически адаптированных к жизни в этих условиях.

Адаптация человека к условиям горно-пустынной местности приводит к активации центральных (АКТГ, СТГ) и периферических (кортизол, альдостерон) звеньев гипоталамо-гипофизарно-надпочечнико- вой системы и угнетению тиреотропной функции гипофиза. Развитие

устойчивой адаптации сердечно-сосудистой системы и формирование эндокринно-метаболических взаимоотношений на новом уровне завершается через 1,5–2 месяца пребывания в экстремальных природных условиях. По данным сотрудников ВМедА, процесс адаптации человека при ведении боевых действий в этих условиях сопровождается через 1–1,5 года изменением характерологических свойств личности, активацией стресс-лимитирующей опиоидной системы мозга, межполушарной асимметрией. Возникают склонность к внутренней напряженности, неуверенности, тревоге, пессимистической оценке перспектив, повышенная чувствительность, эмоциональная холодность, отчужденность и замкнутость в межличностных отношениях. В структурах ЦНС повышаются концентрации опиоидов – бета-эндорфинов и мет-энкефалинов. По данным электроэнцефалографии, уменьшается интенсивность взаимодействия между теменными, теменными и лобными долями головного мозга, отмечается отрицательный межполушарный баланс вследствие недостаточности активации субдоминантного полушария. Эти данные свидетельствуют о том, что воздействие экстремальных эколого-про- фессиональных факторов горно-пустынной местности сопровождается развитием выраженного нервно-эмоционального напряжения, дисбалансом межполушарных взаимоотношений и формированием психосоматических нарушений.

Патофизиологические изменения. Дефицит физиологических резервов организма и чрезмерное действие факторов высокогорья, в первую очередь гипоксии, могут привести к развитию горной болезни, отеку мозга и легких, дыхательной аритмии, острой почечной недостаточности. Признаки острой горной болезни появляются в первые дни пребывания в горах на высотах более 3000 м, иногда на высотах 1500–2000 м. Развитию заболевания способствуют чрезмерные физические и нервноэмоциональные нагрузки, переохлаждение, нарушение питания, обезвоживание, переутомление, респираторные заболевания, кровопотери. Острая горная болезнь проявляется мучительной головной болью, одышкой, побледнением кожи, синюшностью слизистых и ногтей, выраженной слабостью, тошнотой, рвотой, кошмарными сновидениями. Генез острой горной болезни связывают с отеком головного мозга и уменьшением мозгового кровотока.

У некоторых людей в течение первых 1–10 сут (чаще на 3–4 сут) пребывания в горах на высотах более 3000 м возможно развитие острого отека легких, к которому предрасполагают быстрый подъем на высоту, физическая нагрузка и снижение физиологических резервов кардиоре-