нервный синдром высокого давления

Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды
обитания
Павлов Б.Н.,
доктор медицинских наук, заведующий отделом ГНЦ РФ "Институт медико-биологических
проблем" РАН
Практическое освоение подводного мира, осуществляемое человечеством на протяжении всей
своей истории, особенно стремительно прогрессирует в последнее столетие. Важным стимулом в
этом направлении послужило включение подводных работ в сферу промышленного производства,
обеспечения безопасности мореплавания и выполнения боевых задач флотом и другими родами
вооруженных сил. Такие работы могут выполняться дистанционно управляемыми автоматами и
механизмами, нормобарическими подводными лодками и аппаратами, где человек защищен от
действия высокого давления прочным корпусом и, наконец, водолазами, когда человек
испытывает на себе комплексное воздействие факторов повышенного давления водной и газовой
среды, которые в определенных условиях могут приобретать вредное и опасное значение.
Современные технологии подводных работ разумно сочетают все три направления. В этой работе
рассматриваются главным образом вопросы действия гипербарических факторов на организм
водолазов.
Профессиональные водолазы распределены на три основные группы. Первая - водолазы,
сертифицированные специалисты, осуществляющие подводные производственные и спасательные
работы до нескольких часов под давлением методом кратковременных погружений (КП) с
использованием кислорода (до глубин 20 м вод.ст.), сжатого воздуха и искусственных газовых
смесей (до 60 м). Вторая-водолазы-глубоководники, опытные, высококвалифицированные
водолазы осуществляющие подводные производственные и спасательные работы от нескольких
минут до нескольких часов методом КП с использованием для дыхания искуственных газовых
смесей на глубинах 60-200 м вод.ст. Третья-акванавты, водолазы и водолазы-глубоководники
осуществляющие производственные работы в условиях постоянного пребывания под
повышенным давлением от одних суток до нескольких месяцев методом длительных погружений
(ДП) на глубинах от 5 до 30 м вод.ст. на сжатом воздухе и на глубинах от 5 до 500 и более м
вод.ст. с использованием искусственных газовых смесей. За рубежом этот метод получил название
сатурационных или насыщенных погружений.
К профессиональной группе людей, подвергающейся действию повышенного давления относятся
и кессонные рабочие, люди ведущие производственные процессы под водой, под землей и т.д. до
нескольких часов в специальных кессонах, в которых создается повышенное давление и
постоянная вентиляция сжатым воздухом до давлений, соответствующих глубинам до 40 м вод.ст.
В последние десятилетия широкое распространение получили различные виды подводного спорта
(скоростные виды, ориентирование, охота, фотография и т. д.) и дайвинг-туризма, которыми во
всем мире сегодня занимается около 40 миллионов человек. Таким образом, почти 1% населения
нашей планеты регулярно подвергается действию факторов повышенного давления водной и
газовой среды. При этом, помимо общих физиолого-гигиенических вопросов, для всех
социальных групп людей, испытывающих на себе действие повышенного давления, перед каждой
группой стоят свои медицинские проблемы, сложность которых возрастает с ослаблением
контроля за техникой безопасности, снижением уровня медицинского обеспечения, увеличением
глубины и времени пребывания в условиях действия гипербарических факторов среды обитания.
На пути освоения больших глубин перед человеком стоят преграды, которые по мере развития
науки в области физиологии, экологии и техники постепенно преодолеваются. В настоящее время
человек в морских условиях может опускаться и эффективно работать на глубинах до 500 м, а в
специальных гипербарических береговых комплексах - до 700 м с пребыванием на глубине до
нескольких суток с использованием кислородно-гелиевых (КГС), кислородно-азотно-гелиевых
(КАГС), кислородно-азотно-водородно-гелиевых (КАВГС) дыхательных газовых смесей (ДГС).
Очевидно, что это не предел.
За этими достижениями водолазной практики стоят огромные исследования на протяжении ряда
десятилетий множества ученых из разных стран, заложивших основы изучения физиологических,
медицинских и экологических проблем подводных погружений. В нашей стране наибольший
вклад в этом направлении сделали академики Л.А.Орбели, Е.М.Крепс, В.Н.Черниговский,
профессора М.П. Бресткин, А.П.Бресткин, Н.В.Лазарев, Г.Л.Зальцман, В.В.Смолин, И.А.Сапов,
А.М.Генин, В.В.Семко.
Таким образом, предметом изучения гипербарической физиологии является исследование
действия высокого гидростатического давления и повышенного парциального давления
индифферентных газов, кислорода и их смесей на организм. Понятие индифферентные газы ввел в
1941 году Н.В.Лазарев. В эту группу входят инертные газы криптон ("скрытый"), ксенон
("чуждый"), неон ("новый"), аргон ("недеятельный"), гелий ("солнечный"), а также водород
("образующий воду") и азот ("безжизненный").
Гипербарическая физиология является частью эволюционной и разделом экстремальной
физиологии. Официальной датой рождения гипербарической физиологии, как науки, считается
1878 год, когда П.Бер опубликовал книгу "Барометрическое давление". В одной публикации
невозможно дать глубокий анализ современному состоянию всех проблем, связанных с
воздействием факторов повышенного давления на организм, поэтому нами предпринята попытка в
сжатой форме выделить, по нашему мнению, самые значимые результаты полученные в
исследованиях по гипербарической физиологии за последние более, чем 100 лет.:
Высокое гидростатическое давление угнетает биохимические реакции идущие с увеличением
объема конечных продуктов и стимулирует реакции протекающие с уменьшением их объема.
Гидростатическое давление, свыше 500-700 МПа, вызывает изменения в белке сходные с
действием высокой температуры, при снижении давления "коагуляция белка" обратима. Таким
эффектом из всех физических факторов обладает только высокое гидростатическое давление.
Повышенное гидростатическое давление сначала стимулирует, а затем угнетает двигательную
активность и физиологические функции. При этом, чем более сложны по строению живые
существа, тем они менее устойчивы к действию давления.
Явления вызываемые высоким гидростатическим давлением у простейших и холоднокровных
называются "механонаркозом" и характеризуются возрастанием возбудимости, ее снижением,
появлением ритмических, спазматических движений затем обратимым и при больших давлениях
необратимым параличом.
Эффекты, вызываемые высоким гидростатическим давлением, у теплокровных носят название
"нервного синдрома высокого давления" НСВД и последовательно начинаются с общего
возбуждения, вслед за чем возникают мелко и крупноамплитудный тремор, затем отдельные
миоклонии, клонические, клонико-тонические судороги, параличи и гибель. Последние 4
симптома изучены только на животных. Термин НСВД введен К. Фруктюс и Р. Брауэром в 1968 г.
Индифферентные газы обладают биологическим действием, которое проявляется в их
наркотическом воздействии на организм и по силе этого воздействия распологаются:Кс-Кr-Ar-N2H2-Ne-He. При этом ксенон и криптон наркотический эффект проявляют при нормальном
барометрическом давлении, аргон свыше 0,2 МПа, азот 0,6 МПа, водород 2,0 МПа, а
наркотическое действие неона и гелия в опытах не регистрируются, так как под давлением раньше
возникают симптомы НСВД.
Кислород, газ без которого невозможна жизнь, при дыхании в чистом виде и при повышенном
давлении более 0,2-0,4 МПа становится токсичным. Клинически проявляясь при этом
соответственно в хронической "эффект Лоррэна Смита" и судорожной форме "эффект Поля Бера".
Физраствор в котором растворен кислород при давлении 0,8 МПа длительно, до нескольких часов,
обеспечивает жидкостное дыхание млекопитающих. Такими же физиологическими
возможностями обладают перфторуглероды.
Резкие перепады давления в 0,03 и более МПа между внешней средой и воздухоносными
полостями организма человека могут привести к различным баротравмам. Термин "Баротравма
легких с артериальной газовой эмболией" ввел в 1946г. Н.К.Кривошеенко, а существующий ныне
" Баротравма лугких" в 1955г. Е.Э.Герман и В.А.Алексеенко.
Китообразные при нырянии на большие глубины эволюционно выработали целый ряд
физиологических механизмов: в3-5 раз большее содержание миоглобина в мышцах, большее
количество альвеол и капилляров, перераспределение крови в органах и т.д., что позволяет
кашалоту нырять до 2000 м вод.ст.
Повышение и снижение парциального давления индифферентных газов сопровождается
процессами сатурации и десатурации их в тканях организма. При этом разные ткани с различной
скоростью как насыщаются, так и рассыщаются. Организм способен при этом удерживать газ в
состоянии пересыщения, увеличение скорости снижения давления приводит к свободному
газообразованию в крови, лимфе и тканях. Клинически этот процесс носит название
"Декомпрессионная болезнь". Научно обосновал и составил рабичие таблицы декомпрессии,
обеспечивающие безопасный подъем водолазов на повержность Дж.С.Холдейн в 1906 г.
Полное насыщение тканей организма индифферентными газами вызывает сложный комплекс
приспособительных реакций и при определенных давлениях адаптированный организм может
долго находиться под этим давлением. Этот процесс напрямую связан с психофизиологическими
резервами организма. На этом принципе разработан в 1959 году Дж.Бондом метод насыщенных
водолазных погружений. В нашей стране этот метод получил название ДП (длительных
погружений). Дальнейшее повышение давления газовых смесей вызывает патологические
реакции: последние стадии наркоза или угрожающие жизни симптомы НСВД. Для профилактики
НСВД применяется ступенчатая компрессия, изменение газового состава.
Дыхательные газовые смеси и среды, используемые в гипербарических исследованиях имеют
отличные от воздуха физико-химические свойства, которые приводят к значимым изменениям
деятельности анализаторов и механизмов регуляции гомеостаза. Физиологический предел
возможности пребывания человека под давлением сегодня обосновывается до глубин 800-1000 м
в.ст.
Анализ накопленного фактического материала свидетельствует о том, что гипербарические
объекты, скафандры, гидрокостюмы, подводные лодки, аппараты и жилища, гипербарические
комплексы особенно длительного пребывания необходимо рассматривать как экологические
системы, имеющие свои характерные особенности, то есть как гипербарические экосистемы.
Экология - это область знаний, изучающая взаимоотношения живых организмов и их сообществ с
окружающей неживой средой и друг с другом. Основной функциональной единицей в экологии
является экологическая система (экосистема): любая единица, включающая все совместно
функционирующие организмы на данном участке, которая взаимодействует с физической средой
таким образом, что поток энергии создает определенные биотические структуры и круговорот
веществ между живой и неживой частями. Экосистемы могут быть открытыми и закрытыми.
По аналогии с определениями космической экологии гипербарические экосистемы можно
определить как пространственно замкнутые системы длительного поддержания
жизнедеятельности человека в условиях повышенного давления газовой и водной среды обитания.
Законом Российской Федерации от 30 марта 1999 года о санитарно-эпидемиологическом
благополучии населения среда обитания человека подразделяется на природную и искусственную.
На Земле на каждый квадратный метр суши приходится более 1000 м3 атмосферы и почти 10 000
м2 океана плюс большие объемы постоянной растительности. Все они выполняют роль
накопителей отходов, регуляторов и регенераторов. Очевидно, что для длительного пребывания
человека в замкнутом объеме буферные функции должны взять на себя специальные устройства,
объединенные в единую систему жизнеобеспечения (СЖО). Работа СЖО требует затрат энергии.
Таким образом, гипербарическая экосистема поддерживается искусственными энергетическими
субсидиями, в отличие от природных экосистем, движимых энергией Солнца.
Для обеспечения поддержания активной жизнедеятельности человека в изолированном объеме
требуется пища. В рамках гипербарических объектов никаких питательных веществ не
производится, а необходимое их количество либо запасается, либо поступает извне. Поэтому
гипербарические экосистемы являются гетеротрофными, т.е. не производящими питательные
вещества.
Человек в гипербарической среде находится под непосредственным действием высокого давления
и дышит или сжатым воздухом, в котором парциальное давление кислорода и азота возрастает
соответственно глубине, или газовой смесью, коренным образом отличающейся от воздуха по
всем показателям. Так, при давлении дыхательной газовой смеси 50 кгс/см2 (глубина погружения
500 м) процентное содержание кислорода составляет в ней менее 1 %, а гелия и/или водорода более 99 %. Теплопроводность такой смеси в 6 раз выше, чем у воздуха, поэтому диапазон
комфортных температур чрезвычайно мал и составляет 31-32°С, а ее изменение всего лишь на 0,51,0°С вызывает переохлаждение или перегревание организма. Плотность газовой среды в условиях
высокого давления в 6-10 раз выше, чем в обычных условиях, что значительно затрудняет
функцию внешнего дыхания.
Дополнительные трудности создает необходимость длительного (до 2 недель и более) выведения
человека из под повышенного давления по специальным режимам декомпрессии, что обусловлено
медленным выделением из тканей организма растворившихся в них индифферентных газов.
Немаловажное значение имеет также низкая температура воды. Одной из важнейших
характеристик гипербарической экосистемы является практически постоянное изменение
величины давления газовой среды и ее состава. Периоды компрессии и декомпрессии в
большинстве глубоководных водолазных спусков занимают 60-90% времени.
Мир повышенного давления для человека не является его естественной экологической средой
обитания, к которой он приспособлен эволюционно. Поэтому необходимо осуществлять
мероприятия по устранению или компенсации неблагоприятных эффектов гипербарии. На
протяжении многих лет, вплоть до настоящего времени, наиболее распространенной
гипербарической средой при погружениях под воду является сжатый воздух, который позволяет
водолазам опускаться только до глубины 60 метров, а в аварийных ситуациях до 80.
Физиологическим барьером дальнейшего погружения является азотный наркоз. Использование
кислородно-гелиевой дыхательной смеси позволило разработать технологию водолазных работ на
глубинах до 500 метров. Следующим барьером, ограничивающим глубину водолазных спусков,
является нервный синдром высокого давления (НСВД), грозное проявление которого - судороги.
Достижение еще больших глубин связано с использованием водорода, присутствие которого в
многокомпонентной дыхательной смеси отодвигает порог возникновения судорожных стадий
НСВД. Видимо, биологический предел глубины для человека при использовании для дыхания
искусственных газовых смесей лежит в пределах 800-1000 м вод.ст.
Высокое давление, необычные газовая среда и параметры микроклимата вызывают зачастую
непредсказуемые и неконтролируемые изменения еще одного компонента гипербарического
биотического сообщества - микроорганизмов. Их свойства под давлением стремительно меняются
в силу колоссальной приспособляемости. Как правило, эти новые свойства неблагоприятны для
здоровья человека.
Из вышеизложенного становится понятным, что изучение гипербарических экологических систем
представляет собой, прежде всего, сложнейшую техническую задачу. Она решается в рамках
прикладной области знаний - экспериментальной экологии, которая разрабатывает способы
создания искусственных экосистем, позволяющих обеспечить длительное пребывание человека в
гермообъектах.
Для решения очерченного круга проблем необходимо наличие разветвленной экспериментальной
базы, включающей камеры высокого давления для исследований на биологических моделях,
бактериях, простейших, лабораторных животных и, наконец, целый береговой водолазный
комплекс для прикладных исследований с участием человека. Такими действующими
экспериментальными базами в настоящее время в России обладают 40 ГосНИИ аварийноспасательного дела, водолазных и глубоководных работ МО РФ и ГНЦ РФ "Институт медикобиологических проблем" РАН.
Таким образом, условия в гипербарических экосистемах являются для человека экстремальными.
Все исследования направлены на сохранение жизни, здоровья, нормальной физической и
умственной работоспособности человека в условиях гипербарии и на развитие методов
медицинского обеспечения и безопасности все более глубоких спусков, что продиктовано
практическими задачами освоения глубин Мирового океана, а в будущем для человечества и
освоения планеты Венера, на поверхности которой давление ее атмосферы составляет 600-900 м
вод. ст.