Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Жизнедеятельность организма в условиях действия экстремальных факторов





  1. Понятие об экстремальном состоянии и экстремальных факторах
  2. Влияние на организм повышенного барометрического давления (погружения под воду)
  3. Особенности жизнедеятельности человека в условиях действия ускорений, перегрузки и невесомости
  4. Влияние на организм человека шума и вибрации

 

  1. Понятие об экстремальном состоянии и экстремальных факторах

Экстремальное состояние – это состояние крайнего напряжения физиологических функций или исчерпания физиологических резервов и срыва адаптационных процессов, возникающее при действии экстремальных факторов. Под экстремальными факторами, в свою очередь, понимают естественные или искусственные факторы окружающей среды, неадекватные гено- и фенотипическим свойствам животного организма и представляющие собой крайние, весьма жесткие условия среды, при которых не возможна полная реализация адаптационных возможностей организма либо отсутствует всякая возможность адаптации в силу высокой интенсивности фактора, его новизны и специфичности действия. Следовательно, экстремальные факторы предъявляют к организму требования, превышающие его физиологические адаптационные возможности.

При действии на организм адекватных факторов окружающей среды (адекватных врожденным и приобретенным свойствам организма) развивается состояние адекватной стабилизации, характеризующееся полным соответствием степени мобилизации и напряжения функций требованиям, предъявляемым условиями окружающей среды. В случае же нарушения адекватной стабилизации под влиянием внешних и внутренних факторов возникает состояние динамического рассогласования (или экстремальное состояние), при котором ответ организма неадекватен нагрузке или же требуемый (должный) адекватный ответ превышает физиологические возможности организма. В связи с отмеченным развитие экстремального состояния у человека зависит не только от природы, силы и длительности фактора, его вызывающего, но и от функциональных возможностей определенных органов и систем организма. Так, например, для людей, страдающих сердечной или легочной недостаточностью, экстремальным фактором окажется подъем в высокогорье на высоту свыше 2000 метров над уровнем моря в связи с ограниченными приспособительными возможностями кардиореспираторной системы и соответственно невозможностью в полной мере компенсировать гипоксию, тогда как для людей с нормальным состоянием сердечно-сосудистой и дыхательной систем подъем на высоту от 2000 до 4000 метров над уровнем моря сопровождается развитием срочной и долговременной адаптации, полностью компенсирующей гипоксию и позволяющей человеку не просто жить в горах, а жить там, выполняя различные физические нагрузки, требующие еще большей, по сравнению с покоем, интенсификации деятельности кардиореспираторной системы.

Критериями экстремального состояния могут служить такие параметры, как:

ü уровень функционирования, под которым понимают относительно стабильную величину специфических реакций, обусловленную природой раздражителя и свойствами специфической (задействованной в развитии адаптации) физиологической системы. При оценке уровня функционирования используют показатели интегральной деятельности отдельных систем (например, ударный и минутный объем крови, объем легочной вентиляции, потребление кислорода, мышечную силу, скорость психомоторных актов и т.д.). При этом важное значение приобретает оценка градаций в изменениях каждого показателя, необходимая для распознавания переходов с одного уровня функционирования на другой. В связи с тем, что величина реакции или активность системы тесно связаны с деятельностью местных и центральных механизмов управления, можно полагать, что уровень функционирования физиологических систем зависит от степени централизации управления: чем сильнее действие центрального механизма управления на местный, тем выше уровень функционирования системы в целом. Экстремальные состояния характеризуются максимальной централизацией управления, что является вынужденной мерой для сохранения целостности и выживания организма в неадекватных существованию условиях внешней среды

ü степень напряжения регуляторных механизмов, определяется как величина затрат вещества, энергии и информации, необходимых для поддержания заданного уровня функционирования физиологической системы. Защитно-приспособительная деятельность целостного организма при смене условий окружающей среды представляет собой непрерывно следующие друг за другом переходные процессы, которые требуют для своей реализации определенного напряжения механизмов регуляции. Степень напряжения механизмов регуляции при разных состояниях определяется текущим уровнем функционирования, характером воздействия внешних факторов и особенностями комплекса нейрогуморальных реакций организма. Уже при нормальной жизнедеятельности человека требуется определенная степень напряжения регуляторных механизмов. Различные нагрузки (экологические, производственные, социальные, психологические) требуют более высокого уровня функционирования и более высокой степени напряженности систем управления. Воздействие же экстремальных факторов требует соответственно максимального напряжения регуляторных механизмов

ü функциональный резерв физиологических систем, определяется как готовность или способность организма или органа выполнить заданную деятельность с минимальным напряжением регуляторных механизмов и количественно характеризуется как разность между максимально достижимым уровнем специфической функции и уровнем этой функции в состоянии физиологического покоя.

Формирование экстремального состояния включает ряд стадий, на которых организм пытается приспособиться к новым для него условиям путем изменения функций отдельных систем и напряжения соответствующих регуляторных механизмов. Но при этом гомеостатические нарушения в организме, возникающие под действием экстремальных факторов, в одном случае могут компенсироваться максимальным напряжением функций, которое не может долго поддерживаться, а в другом – полная компенсация не достигается или вообще невозможна, что и обуславливает первоначальное чрезмерно сильное напряжение определенных органов, их систем и нейрогуморальных регуляторных механизмов, но в дальнейшем их быстрое истощение и неспособность противостоять нарушениям гомеостаза, индуцируемым действием экстремального фактора. Тем не менее, при действии экстремальных факторов организм предпринимает попытки восстановить развившиеся гомеостатические нарушения путем включения различных защитных и приспособительных механизмов. Следовательно, экстремальные состояния следует рассматривать как результат полностью нереализованных приспособительных реакций, а механизмы их развития – исходя из общих принципов развития адаптивных процессов в организме. При этом начальный этап развития экстремальных состояний связан с формированием общего адаптационного синдрома, направленного на мобилизацию энергетических и структурных ресурсов организма. Такой общий адаптационный синдром не только мобилизует резервные возможности организма, но и играет важную роль в формировании и поддержании высокого уровня активности специфических реакций, направленных на устранение или ослабление гомеостатических сдвигов, вызванных действием экстремальных факторов. Характеризуясь высокой эффективностью, общий адаптационный синдром в целом и специфические адаптационные реакции в частности могут на начальных этапах действия экстремального фактора поддерживать в пределах нормы отклоняемые параметры гомеостаза, однако, организм продолжает находиться в состоянии напряжения, поскольку полной долговременной адаптации (обусловленной развитием структурных перестроек в специфических органах адаптации) не развивается в связи с тем, что максимальная степень функциональной активности специфического органа и соответственно максимально возможной его гипертрофии ниже требований, предъявляемых экстремальным фактором. В связи с отмеченным организм при действии экстремального фактора в конечном итоге переходит в стадию декомпенсации с последующим развитием патологических процессов. Более того, даже формирование механизмов долгосрочной адаптации к жестким факторам среды "не страхует" организм от развития экстремального состояния в условиях пролонгированного действия факторов, изменения их интенсивности и истощения физиологических резервов организма.

Таким образом, экстремальное состояние может развиваться на фоне различных адаптационных процессов как следствие исчерпания их компенсаторных возможностей или неспособности организма реализовать их на уровне, адекватном жестким требованиям, предъявляемым экстремальным фактором.

 

  1. Влияние на организм повышенного барометрического давления (погружения под воду)

 

Действию повышенного атмосферного давления человек подвергается при кесонных, водолазных работах, в практике подводного флота. Погружение человека в водную среду (чуждую для его организма) сопровождается воздействием целого комплекса экологических факторов, таких как:

Ø повышение барометрического давления по мере увеличения глубины погружения (при погружении на каждые 10 м барометрическое давление возрастает на 1 атм), приводящее, с одной стороны, к увеличению парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и соответственно парциального напряжения этих газов в крови и тканях, а, с другой стороны, к увеличению давления, оказываемого на организм

Ø напряжение терморегуляции, поскольку температура воды значительно ниже температуры тела и, кроме того, вода обладает гораздо большей теплопроводностью (приблизительно в 30 раз большей), чем воздух. Следовательно, длительное пребывание человека в воде, особенно на больших глубинах, приводит к значительному охлаждению

Ø нарушение ориентировки по визуальным и слуховым сигналам. Во-первых, по мере нарастания глубины интенсивность освещения падает (на глубине 100 м царит постоянная ночь). Во-вторых, в отсутствии специальных очков роговица вместо воздуха соприкасается с водой, характеризующейся иными преломляющими свойствами; предметы кажутся ближе и крупнее, отчего поле зрения сужается, и в результате этого только предметы, близко расположенные от глаз, оказываются в фокусе. В присутствии специальных очков человек видит и отдаленные от глаз предметы, однако в результате множественного преломления лучей света, падающих под острым углом, предметы кажутся мельче и отдаленнее, а изображение предметов, находящихся сбоку от зрительной оси, искажается. Изменение нормального восприятия звука в воде связано с тем, что звуковые волны в воде распространяются гораздо быстрее, чем в воздухе, в результате чего источники звука кажутся гораздо ближе реальных. Кроме того, из-за короткой межушной задержки (в связи с очень большой скоростью распространения звука) обнаружение источника звука (его положения относительно головы) становится невозможным

Ø возможное нарушение работы вестибулярного аппарата при повреждении барабанной перепонки. В частности, при нарушении целостности барабанной перепонки в результате баротравмы, вода может попасть в среднее ухо и вызвать тепловую стимуляцию горизонтального полукружного канала, что нарушит ориентировку водолаза в пространстве и может вызвать панику.

 

Самым главным экологическим фактором, действующим на человека под водой при погружении на большие глубины и способным оказать болезнетворное влияние, является повышенное барометрическое давление. Болезнетворное влияние повышенного барометрического давления при погружении на глубину, а также его уменьшения при последующем резком подъеме человека на поверхность проявляется в возникновении баротравмы, развивающейся в силу следующих обстоятельств:

Ø Непосредственное действие повышенного давления на организм. Переход от нормального давления к повышенному сопровождается вдавливанием барабанной перепонки, сжатием кишечных газов, некоторым опущением диафрагмы, сдавливанием кожных и других периферических сосудов и, как следствие этого, усиленным оттоком крови к внутренним органам (и повышенным их кровенаполнением), что может обусловить их сильное перерастяжение и разрыв капилляров. Повышение барометрического давления обуславливает сжатие легких и повышение давления альвеолярного воздуха. Между тем, на глубине 30-40 метров легкие достигают максимальной степени сжатия и больше сжиматься не могут, а давление в брюшной полости и в других областях организма по мере погружения продолжает нарастать, что приводит к возникновению градиента давления между легкими и другими областями организма и обуславливает дополнительный приток крови к легким. Переполнение кровью легких приводит к повышению давления в них и возможному разрыву легочной ткани и капилляров легких, что сопровождается проникновением пузырьков воздуха в кровь разорванных капилляров и может привести к последующей закупорке ими капилляров периферических органов (воздушная эмболия).

Ø Сатурация. Повышение барометрического давления при погружении на глубину приводит к сжатию легких и соответственно повышению давления альвеолярного воздуха, а, значит, и повышению парциального давления составляющих его газов, что является причиной растворения большего количества газов в крови и соответственно в лимфе, тканевой, церебральной, перикардиальной, плевральной, перитониальной, синовиальной жидкостях. Перенасыщение жидких сред организма газами получило название сатурации. Последствия сатурации живых тканей определяются биологическими эффектами, вызванными растворенными в больших количествах в тканях газами. Степень сатурации газов тканями зависит от их свойств. Так, азот более всего поглощается и накапливается в тканях, богатых жирами (жировая ткань, желтый костный мозг, белое вещество нервной системы, содержащее большое количество миелина). Причем насыщение организма азотом в случае продолжительного пребывания человека под водой может достичь значительных величин (у человека весом 70 кг при пребывании в кессоне в течение 1 часа под давлением в 5 атм накапливается 4 л азота). Растворенный в нервной ткани в больших количествах азот уже не является инертным газом (как при нормальном его содержании). Вначале азот вызывает наркотический эффект (возникает состояние эйфории при сниженной способности к концентрации внимания и повышенной утомляемости), а затем токсический эффект (который может проявляться головными болями, головокружениями, галлюцинациями, нарушением координации движений). Высокое парциальное напряжение кислорода в тканях сопровождается проявлением его токсического действия, обусловленного тем, что кислород, как сильный окислитель, в больших концентрациях обуславливает резкое увеличение процессов перекисного окисления, сопровождающихся появлением свободных радикалов. Свободные радикалы повреждают молекулы ферментов и ДНК (т.е. токсический эффект кислорода подобен действию радиоактивного излучения). Кроме того, повышенное содержание физически растворенного кислорода в плазме крови приводит к очень слабой диссоциации оксигемоглобина (поскольку в ткани в первую очередь переходит физически растворенный кислород) и, как следствие, ослаблению связывания кровью углекислого газа, возникающего по следующей причине. Известно, что бóльшая часть углекислого газа транспортируется кровью в химически связанном с водой виде (в виде бикарбонатов). При этом в норме углекислый газ по градиенту парциального напряжения переходит из тканевой жидкости в плазму крови, физически в ней растворяется, после чего по градиенту парциального напряжения диффундирует в эритроцит, где связывается с водой (процесс катализирует фермент угольная ангидраза). В результате связывания углекислого газа с водой в эритроците поддерживается низкая концентрация физически растворенного углекислого газа, что и обуславливает поддержание градиента парциального давления углекислого газа между плазмой крови и эритроцитом. Для стабилизации угольной кислоты, образующейся в эритроците, необходимо превращение ее в бикарбонат, которое осуществляется в результате обмена ионами калия между дезоксигемоглобином (более слабая кислота, чем угольная) и угольной кислотой, в результате чего образуется бикарбонат калия (затем частично бикарбонат-ионы переходят из эритроцита в плазму, где ассоциируются с натрием) и восстановленный дезоксигемоглобин (ННb). По мере погружения на глубину в крови возрастает концентрация физически растворенного кислорода, который по градиенту парциального давления в первую очередь переходит в ткани, что обуславливает диссоциацию очень небольшого количества оксигемоглобина и, как следствие, образование очень небольшого количества калиевой соли дезоксигемоглобина. Чем меньше образуется дезоксигемоглобина, тем меньше его вступает в обмен ионами калия с угольной кислотой, и тем соответственно меньше угольной кислоты превращается в бикарбонат. Сама же по себе угольная кислота, являясь нестойкой, распадается на воду и углекислый газ, обратно диффундирующий в ткани (поскольку содержание углекислого газа в крови в результате сатурации на глубине примерно равно таковому тканей). Отмеченное сопровождается накоплением углекислого газа в тканях и их удушением. Токсический эффект кислорода проявляется при небольшом давлении (0,7-0,8 добавочных атмосфер, т.е. при погружении всего на 7-8 м) симптомами раздражения легких (острой их гиперемией, экссудацией, отеком, иногда спазмом бронхов, возникающим в ответ на раздражение бронхиальных рецепторов вдыхаемым воздухом очень высокой плотности). При увеличении давления до 3 атм токсическое действие кислорода может проявляться в выраженном нарушении функций ц.н.с. и, как следствие, возникновении зрительных галлюцинаций, общих судорог и потери сознания. Повышение содержания кислорода в тканях по мере погружения человека на все большую глубину запускает компенсаторные реакции, направленные на поддержание оптимального кислородного режима в тканях (прежде всего, в головном мозге) и ограничение чрезмерного дальнейшего повышения концентрации кислорода. В формировании этих реакций большое значение имеет снижение возбудимости хеморецепторов сосудистого русла (под действием гипероксии и гипероксемии) и прессорецепторов сосудов (по причине повышения артериального давления) и, как следствие, урежение дыхания и сердечной деятельности, уменьшение объема циркулирующей крови, сужение сосудов головного мозга. Такие компенсаторные реакции отчасти уменьшают доставку кислорода к тканям, а, следовательно, препятствуют дальнейшему повышению его содержания в тканях.

С целью избежания токсического действия азота на организм при длительном погружении на глубину для вдыхания обычно используют кислородно-гелиевые смеси (т.е. азот заменяют инертным гелием, не растворяющимся в тканях). Для того чтобы уменьшить токсическое действие кислорода на организм, обычно его парциальное давление во вдыхаемом воздухе уменьшают до такого уровня, чтобы поддержать на определенной глубине нормальное парциальное напряжение этого газа в крови и тканях (т.е. парциальное давление кислорода во вдыхаемом водолазом воздухе оказывается гораздо ниже нормального). Так, например, при погружении на глубину 100 м концентрация кислорода в газовой смеси должна составлять не более 2%.

Ø Десатурация. Возникает при декомпрессии (т.е. при переходе из области повышенного давления в нормальную атмосферу). Повреждающее действие десатурации на организм заключается в том, что понижение барометрического давления (особенно резкое) сопровождается значительным переходом растворенных в тканях газов в кровь, но эти газы при резком подъеме с глубины на поверхность не успевают выдыхаться, что, с одной стороны, приводит к образованию большого количества газовых пузырьков в крови, а с другой – растяжению излишними газами легких и возможному их разрыву. Повреждающее действие десатурации зависит от двух обстоятельств. Во-первых, от того, как быстро осуществляется декомпрессия и, во-вторых, с какой глубины она происходит. Так, при декомпрессии организма из давления в 1,25 атм (и меньше) газовая эмболия сосудов не возникает, поскольку диаметр образующихся газовых пузырьков (8 мкм) не превышает минимальный диаметр капилляров. При ускоренной же декомпрессии из больших глубин образующиеся в сосудах пузырьки газов имеют большие размеры и могут вызывать закупорку капилляров. Пузырьки газов (преимущественно азота) при десатурации скапливаются не только в крови, но и в полостях, содержащих жидкость (перитонеальной, синовиальной, реже в цереброспинальной, перикардиальной), а также в тканях с большим коэффициентом растворения азота. Накопление газовых пузырьков в некоторых периферических органах может явиться причиной болевого синдрома при десатурации (боли в суставах, кожный зуд), а также поражения головного и спинного мозга (что проявляется в нарушении зрения, параличе, потере сознания).

 

При погружении человека без какого-либо снаряжения, которое возможно только на небольшие глубины и является кратковременным, самым неблагоприятным фактором служит развивающаяся кислородная недостаточность. При этом предварительная (перед нырянием) гипервентиляция, производимая с целью увеличить насыщение крови кислородом, опасна и нежелательна по двум причинам:

ü гипервентиляция не обеспечивает значительного увеличения насыщения крови кислородом (концентрация кислорода в легких после нескольких глубоких вдохов может увеличиваться всего на 5 мл/дл воздуха, что мало отражается на насыщении крови кислородом), тогда как респираторный алкалоз, возникающий после гипервентиляции, может привести к потере сознания еще до ныряния

ü в конце ныряния может произойти внезапная потеря сознания в связи с неправильной оценкой дыхательным центром кислородного резерва крови. Так, кислородная недостаточность в крови (гипоксемия), развивающаяся в результате задержки дыхания при нырянии, сама по себе является слабым стимулятором сосудистых хеморецепторов, тогда как концентрация углекислого газа в крови не повышена, а даже понижена по причине предварительной гипервентиляции перед нырянием. В результате гипоксемия на фоне нормо- или даже гипокапнии не приводит к достаточной стимуляции сосудистых хеморецепторов, вследствие чего не происходит значительной активации дыхательного центра, и дыхание может задерживаться дольше, чем при нырянии без предварительной гипервентиляции (когда повышенная концентрация углекислого газа в крови, возникающая по причине задержки дыхания, является мощным стимулятором дыхательного центра), что обуславливает нарастание кислородной недостаточности в крови и головном мозге и может вызвать внезапную потерю сознания под водой.

 

Кратковременное глубокое ныряние с задержкой дыхания без специальных аппаратов грозит человеку развитием баротравмы и гипоксии. При этом при спуске с задержкой дыхания до глубины 30-40 м баротравма не развивается, поскольку объем грудной клетки и, следовательно, объем легких уменьшаются без затруднения, достигая минимума на глубине 30-40 м. При погружении же на бóльшие глубины давление в грудной полости остается постоянным по мере погружения, поскольку легкие больше сдавить нельзя, а давление вне грудной клетки (в других областях тела) по мере погружения продолжает нарастать (по причине повышения давления воды при погружении на глубину). В результате возникает градиент давлений между грудной клеткой и другими областями тела, вызывающий значительный приток крови к органам грудной полости, их перерастяжение и механическое повреждение (вплоть до разрыва). Давление в заполненных воздухом частях черепа должно через нос и глотку выравниваться с давлением в грудной полости. Но при этом, если евстахиева труба у ныряльщика непроходима или имеет место отек слизистой носа из-за простуды, то выравнивать давление между полостями черепа и грудной полостью трудно или не возможно. Возникающее при этом повышенное давление в полости среднего уха, придаточных пазух носа приводит к выбуханию барабанной перепонки (вплоть до ее разрыва) и увеличению дальнейшего кровенаполнения слизистых оболочек дыхательных путей с возможным их болезненным отеком и разрывом.

Другая патология, могущая развиваться у ныряльщика на большие глубины с задержкой дыхания, – это гипоксия, возникающая и усиливающаяся, как правило, во время подъема на поверхность. При погружении на глубину человек, задерживающий дыхание, гипоксии не чувствует, поскольку, несмотря на временное прекращение вентиляции альвеол, нарастание гидростатического давления воды приводит к увеличению давления в легких и соответственно временному повышению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, что обеспечивает нормальное насыщение кислородом артериальной крови и тканей. Однако, при подъеме на поверхность гидростатическое давление воды снижается, что сопровождается снижением давления в легких и соответственно уменьшением парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе до очень низких значений особенно вблизи поверхности воды (поскольку на протяжении последних 10 м подъема окружающее давление постепенно приближается к нормальному атмосферному, а из-за временной задержки дыхания парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе снизилось), что сопровождается уменьшением парциального напряжения кислорода в артериальной крови и тканях, в том числе и головном мозге, и может обусловить потерю сознания.

 

При нырянии с маской и трубкой (длиной 30-35 см) человек получает возможность длительно находиться под водой в связи с тем, что у него не возникает необходимости в задержке дыхания (он постоянно дышит атмосферным воздухом), но при таком способе погружения нередки солнечные ожоги и переохлаждение. В случае самостоятельного удлинения пловцом трубки и соответственно более глубоком погружении при дыхании атмосферным воздухом через трубку возможны патологические изменения в сердечно-сосудистой и дыхательной системах, развивающиеся по причине возникновения градиента давления между грудной клеткой и другими участками тела. Так, при глубоком погружении человека и вдыхании атмосферного воздуха через искусственно удлиненную трубку давление альвеолярного воздуха в легких соответствует атмосферному, тогда как в других областях организма оно превышает атмосферное из-за дополнительного давления воды на них. В результате кровь начинает оттекать в область с более низким давлением (т.е. в грудную клетку), что может привести к потенциально смертельному перерастяжению легочных сосудов и сердца кровью. Кроме того, при попадании в холодные течения и сильном охлаждении кожи возможен вазовагальный коллапс, вероятность которого возрастает у пловца, принявшего пищу перед погружением в воду, в связи с тем, что прием пищи сопровождается усилением регуляторных парасимпатических влияний не только на пищеварительную систему, но и на сердечную деятельность и сосудистый тонус. Коллапс, вызванный чрезмерными парасимпатическими влияниями на сосуды, сопровождается критическим, опасным для жизни, падением артериального давления, которое может привести к потере сознания под водой.

 

Таким образом, состояние организма при повышенном атмосферном давлении во многом зависит от глубины погружения, его длительности, характера дыхания человека под водой, а также тактики ведения водолаза медицинскими работниками (скорости погружения и последующего подъема, концентрации газов во вдыхаемых газовых смесях и ее соответствия глубине погружения). Кроме того, уменьшению последствий токсического действия кислорода на организм в условиях повышенного барометрического давления может способствовать предварительный прием водолазом большого количества антиоксидантов.

 

В экспериментах на животных показано, что неадаптированные к гипербарии (высокому давлению) теплокровные организмы, включая приматов, могут существовать в условиях давления искусственных газовых смесей до 100 атм в течение многих суток, сохраняя жизнеспособность и способность к воспроизведению потомства в отдаленные сроки после прекращения воздействия повышенного давления. В процессе длительной экспозиции под давлением в газовых смесях различного состава у гомойотермных животных формируются механизмы срочной и долговременной адаптации, что обеспечивает устойчивость к факторам гипербарии (высокому парциальному давлению инертных газов и кислорода, высокому гидростатическому давлению, повышенной плотности среды, пониженной окружающей температуре). При многократном же действии длительной гипербарии, повреждающие ее эффекты кумулируются, что приводит к срыву адаптационных механизмов и возникновению патологических реакций в различных системах организма, включая генетический аппарат клеток. Наиболее выраженные компенсаторно-приспособительные сдвиги и соответственно в последующем патологические изменения возникают в нервной и кардиореспираторной системах, испытывающих наибольшее функциональное напряжение при длительной гипербарии в связи с нарушением под ее влиянием газообмена, сердечного ритма и нормальных двигательных актов организма.

Повреждающие эффекты гипербарии на клеточном уровне связаны, прежде всего, с действием высокого гидростатического давления на клеточные мембраны (изменяется физико-химическое состояние мембран, их липидный состав, функции транспортных, ферментных, рецепторных мембранных белков, усиливаются свободно-радикальыне процессы в мембранах, изменяется степень связи с мембранами белков; усиление же свободно-радикальных процессов в мембранах обуславливает не только дальнейшее их повреждение и нарушение функций, но и повреждение генома клеток, сопровождающегося развитием летальных и полулетальных мутаций, гибелью клеток, или, напротив, возникновением их способности к неконтролируемому делению).

 

  1. Естественная гравитация, ее влияние на развитие и жизнедеятельность животного организма

Наиболее распространенным фактором среды является естественная гравитация, действие которой проявляется во всех звеньях вселенной (от атомов до галактик), но в большей мере в мега- и макромире по следующей причине. Силы гравитации по сравнению с внутриядерными, внутриатомными и даже внутримолекулярными силами ничтожны (так, гравитационное притяжение между двумя протонами относится к электростатическим силам взаимного отталкивания как 1:1036), в связи с чем влияние гравитационных сил на биологические объекты должно проявляться лишь на уровне структур, имеющих размеры от микронов и выше. Более мелкие же структуры (например, некоторые бактериофаги) из-за своих слишком малых размеров выходят из-под непосредственного влияния гравитационных сил и живут лишь в поле действия молекулярных электрических сил.

Величина гравитационного воздействия на живой организм напрямую зависит от его собственной массы (с увеличением массы гравитационное воздействие Земли возрастает). Вместе с тем гравитационное поле Земли является одной из немногих констант окружающей среды: с момента зарождения жизни на Земле на протяжении многих миллионов лет изменялись почти все параметры среды – температура, влажность, газовый состав атмосферы, атмосферное давление, спектр достигающих Земли электромагнитных колебаний, за исключением гравитационного воздействия Земли, зависящего от ее массы и размеров. При этом только благодаря стабильному гравитационному полю Земли, атмосфера и водные бассейны удерживаются на ней и не рассеиваются в космическое пространство, во многом предопределяя климатические условия планеты.

Гравитационное воздействие Земли (которое является частью механических условий окружающей среды) оказывает существенное влияние на процессы развития живых организмов, индуцируя формирование антигравитационных механизмов, уравновешивающих организмы с окружающей средой. Механические условия окружающей среды, действующие на живой организм, складываются из следующих видов сил:

ü гравитационных (земного притяжения, интенсивность которого зависит от собственного веса организма), действуют одновременно на все структуры тела.

ü внутренних (внутримолекулярных и внутриатомных сил)

ü внешних (механических сил, возникающих в теле при сокращении скелетной и гладкой мускулатуры), их действие носит локальный характер, возникает в месте сокращения мышечной ткани и может проявляться в локальной деформации (изменении механического напряжения структур в ограниченных участках тела), либо изменении взаимного расположения одних частей тела относительно других, либо в сообщении телу ускорения, обуславливающему изменение кинетики движения. Действие внешних сил независимо от конечного эффекта приводит к возникновению в теле деформаций, которые могут быть преходящими (упругими, или обратимыми, в случае, если исчезают после прекращения внешней силы) или необратимыми (не исчезающими после применения внешней силы и приводящими к возникновению в теле различного рода травм).

 

Действие гравитационных сил на организм ощущается в случае затруднения его движения в гравитационном поле (при наличии опоры, силы трения) и проявляется возникновением субъективного ощущения собственного веса. Так, при контакте человека с опорой возникает внешняя сила, действующая на организм в виде реакции опоры, которая распространяется лишь на структуры организма, имеющие непосредственный контакт с опорой; все же остальные структуры продолжают перемещаться в гравитационном поле до тех пор, пока внутри самого тела не возникнут противодействия в виде упругих сил (упругих деформаций, представляющих собой изменение взаимного расположения отдельных элементов тела без нарушения целостности структур), уравновешивающих их массу. Иными словами, действие гравитационных сил на человека, касающегося какой-то опоры (будь-то поверхность земли, пола, кровати), проявляется в его некотором сжатии (под действием земного притяжения), но при этом и развитии в тканях собственного упругого сопротивления (упругих деформаций), препятствующего дальнейшему сжатию. В теле человека и животных деформации, противодействующие сжатию, вызванному земным притяжением, проявляются в виде сжатия и растяжения кожи, надкостницы, мышц, связок, костей, натяжения и смещения каркасных элементов (соединительнотканных оболочек и стромы) и паренхимы органов, перемещения жидкостей в межклеточном пространстве (межклеточных щелях, сосудах, полостях тела и органов), растяжения стенок сосудов в связи с перемещением масс крови и лимфы. В связи с существенными различиями механических свойств разных тканей, а также особенностями анатомического строения тела (предопределяющими механические связи между различными его структурами) возникающие в теле человека деформации являются неоднородными и могут проявляться в виде сжатия, растяжения, сдвига или кручения. При этом в связи с тем, что различные слои тела должны уравновешивать различные массы тела, величина упругих сил в разных слоях тела оказывается неодинаковой (деформации тем сильнее, чем больше величина действующих сил и чем слабее механические связи между структурами тела), и это обуславливает возникновение в теле сложного поля эластических сил, во многом предопределяющего субъективное восприятие веса собственного тела. Наибольшие напряжения возникают в опорно-связочном аппарате, в связи с тем, что, во-первых, через него передается действие внешних сил на организм, а, во-вторых, на него приходится основная нагрузка по уравновешиванию весомой массы органов и тканей тела. Возникновение поля эластических сил в теле человека под действием гравитационного притяжения Земли служит причиной раздражения различных механорецепторов, одни из которых реагируют только на начало процесса упругой деформации тканей, тогда как другие сохраняют свою активность на протяжении всего периода существования поля эластических сил, обуславливая постоянное ощущение человеком собственного веса.

Характер поля эластических сил и выраженность деформаций в теле под действием гравитации не являются постоянными и зависят от положения тела относительно вектора гравитационного поля, площади и области тела, через которую передается реакция опоры, а также от характера движений человека. Так, при вертикальном положении человека кости его нижних конечностей, таза и позвоночника испытывают деформацию сжатия, тогда как в костях верхних конечностей, закрепленных в плечевом поясе, напротив, возникают деформации растяжения. В случае, когда человек сидит, не касаясь опоры ногами, местом приложения внешних сил опоры является поверхность бедер и ягодиц, в которых возникает сжатие, тогда как в голени, наоборот, рястяжение.

Ощущение собственного веса исчезает лишь тогда, когда на тело не действуют никакие внешние силы и соответственно существующие между его структурами механические связи не испытывают никаких напряжений (состояние невесомости). Подобное состояние возникает в начальный период свободного падения (когда сопротивление воздуха еще столь незначительно, что не оказывает тормозящего действия на тело, и тело перемещается в направлении вектора гравитационного поля с ускорением в 1g) или в космосе, когда космонавты вместе с кораблем находятся в состоянии как бы непрерывного падения (т.н. динамическая невесомость). Таким образом, все случаи динамической невесомости связаны с прекращением действия на тело внешних сил опоры, в результате чего оно начинает перемещаться под действием гравитационного поля земли.

При погружении тела человека в воду поле эластических сил, обусловленное действием гравитации, ослабевает настолько, сколько весит вытесненная телом жидкость. Однако возникающее при этом субъективное ощущение потери веса связано не с прекращением действия внешних сил, обуславливающих эффект веса, а с тем, что выталкивающая сила воды, выступающая в роли внешней силы, действует на большую часть поверхности тела, а не на ограниченную область, как это имеет место когда человек стоит, сидит или лежит на мягкой кровати. Однако, подобно тому, как члены экипажа подводной лодки при погружении ее в воду не теряют своего веса, так и все органы и ткани тела при погружении человека в жидкость продолжают сохранять неизменным свой первоначальный вес, а, следовательно, и упругие напряжения, обусловленные их деформацией. Более того, в состоянии динамической невесомости наши внутренние органы также сохраняют свой вес, что имеет существенное значение в механизме нарушений координации движений тела.

В случае действия на организм человека внешних сил, вызванных ускорением, превышающим ускорение силы тяжести, выраженность деформаций и упругих напряжений, противодействующих этим силам, будет гораздо большей гравитационных деформаций, что может послужить причиной развития необратимых деформаций (травм). Таким образом, с точки зрения физических процессов, вес, перегрузка и динамическая невесомость имеют единую природу и исключительно количественные различия, определяемые величиной внешних сил, действующих на организм и соответственно степенью собственного упругого напряжения тканей. Все они отражают особенности механического состояния тела: выраженность деформаций и напряженность поля эластических сил в теле. Но при этом, если эффект веса возникает в результате механических напряжений в тканях, противодействующих гравитационным силам, то перегрузка – механических напряжений в тканях, противодействующих силам, превосходящим гравитационные. Для динамической невесомости же характерно такое состояние тела, при котором в нем отсутствуют какие-либо механические напряжения, обусловленные действием внешних сил.

 

Гравитационное поле Земли оказывает наиболее выраженное влияние на процессы эмбриогенеза живых существ, развитие опорно-двигательного аппарата и деятельность сердечно-сосудистой системы. В частности, еще К.Э. Циолковский выдвинул предположение, согласно которому между линейными размерами тела живых существ и величиной гравитационного поля Земли, зависящей от ее размеров, должна существовать обратная зависимость. С одной стороны, чем выше сила гравитационного притяжения, тем меньше будут размеры тела животных, что было экспериментально доказано при культивировании некоторых животных в условиях гипергравитации. С другой стороны, действие гравитационного поля должно проявляться тем сильнее, чем больше масса организмов, в связи с увеличением напряженности поля эластических сил у крупных животных. Дело в том, что с увеличением размеров тела его масса растет пропорционально кубу линейных размеров, тогда как прочность структур тела – пропорционально квадрату линейных размеров. Таким образом, механические свойства тканей уже сами по себе предопределяют конечные размеры биосистемы. Если учесть, что масса наименьшего организма (вируса) отличается от массы наиболее крупного организма (кита) на 23 порядка, то, очевидно, что и влияние сил гравитации на эти организмы должно быть различным. Именно этим, по-видимому, объясняется то, что бактерии могут переносить ускорения даже в 50 000 g, тогда как кит, будучи выброшенным волной на берег, погибает под действием собственной тяжести. Несмотря на то, что размеры организмов определяются многими факторами, тем не менее хорошо известно, что животные-гиганты обитают только в водной среде, где выталкивающая сила воды способствует снятию большей части нагрузки с опорно-двигательного аппарата. Масса даже самых крупных наземных животных – бегемотов и слонов – в десятки раз меньше массы некоторых водных животных. В условиях искусственно создаваемой гравитации, величина которой в несколько раз превышает величину естественной, масса и размеры тела мышей, крыс, хомяков, цыплят даже в процессе онтогенеза оказываются значительно меньшими, чем у животных, выращенных в нормальных условиях. Длительная гипервесомость оказывает заметное влияние на строение костно-опорного аппарата, развитие антигравитационной мускулатуры, массу и размеры большинства органов (за исключением селезенки). Переход из водной в наземную среду обитания по существу представлял собой переход в гипергравитационную среду и был сопряжен с необходимостью не только уравновешивания массы тела, но и постоянного преодоления действия гравитационных сил при локомоциях. Все это в процессе эволюции привело к значительному увеличению массы скелета, появлению хорды, заменившейся в дальнейшем в процессе эволюции позвоночным столбом, и развитию мощной антигравитационной мускулатуры. Данные эволюционной морфологии свидетельствуют о том, что относительная масса скелета у наземных животных и птиц, для которых естественной средой обитания является суша, больше таковой водных животных. Причем у наземных животных и птиц почти 50% от общей массы скелета приходится на те его отделы, которые имеют непосредственное отношение к уравновешиванию силы тяжести. Более того, направление костных трабекул в губчатом веществе большинства костей полностью совпадает с направлением действия упругих сил, вызванных гравитационным полем (расположение трабекул таково, что они всегда "работают" только на сжатие, но не на изгиб или скручивание). Установлено, что расположение даже целых групп костей подчиняется этой же закономерности. Расположение трабекул в костной ткани не является генетически обусловленным, при изменении поля упругих сил происходит перестройка трабекулярной системы (так, при оперативном удалении большеберцовой кости у щенка происходит компенсаторное действию гравитационных сил 5-6-кратное усиление роста соседней малоберцовой кости; в случае неправильно сросшихся переломов также перестраивается трабекулярная система соседних участков кости). Высокие нагрузки всегда ведут к компенсаторному росту костей (закон Вольфа). Рядом исследователей показано, что длительная гипервесомость животных сопровождается утолщением костей, разрастанием соединительной ткани, увеличением содержания коллагена в связочном аппарате (иными словами, резкое усиление напряженности поля эластических сил обуславливает изменения не только функционального, но и морфологического характера). Действие динамической невесомости, напротив, приводит к потере кальция и фосфора костной тканью, уменьшению ее прочности. Проявлением данной закономерности является некоторая редукция скелета у вторично водных млекопитающих (тюленей, дельфинов, китов), у которых выталкивающее действие воды частично компенсирует гравитационное притяжение Земли. Между тем перемещение в воде сопряжено с преодолением значительно большего сопротивления среды и требует соответственно большего развития локомоторной мускулатуры.

Вместе с тем на формирование скелета повлияли не только гравитационные силы, но и характер передвижения животных в среде обитания, предопределяющий сопротивление движению. Если первые обитатели суши использовали преимущественно ундулирующий способ передвижения, то в дальнейшем в качестве основного получил развитие рычажный способ с помощью ходных конечностей. Несмотря на то, что передвижение с помощью конечностей привело к значительному сокращению трения с почвой, благодаря чему при той же мощности локомоторного аппарата затраты энергии, связанные с передвижением тела, значительно уменьшились, тем не менее такая форма локомоций потребовала, с одной стороны, возможности динамической фиксации подвижных сочленений, а, с другой – сохранения нормального положения тела в системе пространственных координат как в состоянии покоя, так и при движениях. Все это обусловило развитие специальных мышечных групп и формирование центров автоматического поддержания тонуса мускулатуры со сложной системой статических и статокинетических рефлексов. Отмеченные изменения достигли наибольшей выраженности у человека в связи с вертикальной позой. Влияние силы тяжести при вертикальном положении человека привело к более выраженному развитию ряда структур, обеспечивающих уравновешивание массы тела, а также тканей, выполняющих роль амортизационных устройств (межпозвоночные диски, мениски), появлению изогнутости позвоночного столба, сводчатости стопы, значительному развитию тазовых костей, обеспечивающих наряду с мышцами живота уравновешивание массы органов брюшной полости. Ортостаз человека обуславливает повышенную нагрузку не только на нижние конечности, но и на осевой скелет.

Таким образом, изменение кинетики роста, размеров тела, структурной организации костной ткани под влиянием гравитационных воздействий представляет собой лишь завершающий этап целой цепи процессов, начальным звеном которых являются изменения физиолого-биохимического характера. Пусковым механизмом этих реакций являются происходящие в различных структурах тела изменения напряженности поля эластических сил.

Наряду с костной системой, большой вклад в уравновешивание механических условий окружающей среды вносит скелетная мускулатура, фило- и онтогенетическое развитие которой во многом предопределяется действием гравитационных сил и характером передвижения животных. Выход животных на сушу обусловил резкое увеличение весовой нагрузки на костно-опорный аппарат, что вызвало компенсаторное усиление мышц-разгибателей и усложнение организации деятельности всей антигравитационной мускулатуры. Если у водоплавающих животных сохранение равновесия достигается сравнительно легко даже при неустойчивом равновесии, когда центр тяжести находится выше геометрического центра тела, то у наземных организмов достижение равновесия оказалось возможным лишь при условии постоянного перераспределения тонуса антигравитационной мускулатуры, обеспечивающей уравновешивание различных областей тела.

Развитие рычажного способа передвижения и удлинение конечностей привело к перемещению центра тяжести на значительное расстояние от поверхности земли, что потребовало не только обеспечение постоянного противодействия силе тяжести, но и сохранение равновесия тела как в состоянии покоя, так и при перемещениях отдельных его частей в связи с изменением позы и локомоциями. Передвижение с помощью конечностей связано с необходимостью постоянного преодоления поля гравитационных сил, так как при такой форме движения происходит постоянное перемещение массы тела относительно направления гравитационного поля. Все это в процессе эволюции привело к значительному развитию скелетной мускулатуры, на долю которой у большинства наземных организмов приходится до 40% от массы тела. Наибольшее развитие получила экстензорная мускулатура, формирование которой начинается раньше в процессе онтогенеза, а атрофия в старости происходит позже. Причем для создания постоянного антигравитационного усилия нужна экстензорная мускулатура с преобладанием медленных фазных единиц, способных к длительному тоническому напряжению.

Влияние естественной гравитации на сердечно-сосудистую систему человека осуществляется прямым и опосредованным путем. Прямое действие гравитационных сил связано с непосредственным их влиянием на массу крови (т.е. с появлением весомой массы крови под действием силы тяжести) и проявляется в возникновении гидростатического давления. Опосредованное действие гравитации на аппарат кровообращения состоит в том, что механические условия окружающей среды создают определенный запрос на развитие и функционирование антигравитационной мускулатуры, во многом определяющей уровень энергозатрат организма, а, следовательно, и интенсивность работы сердечно-сосудистой системы, от которой зависит доставка к периферическим тканям субстратов окисления и кислорода. Уровень доставки питательных веществ и кислорода, в свою очередь, определяет не только массу циркулирующей крови, но и в определенной мере степень развития всей сердечно-сосудистой системы, в том числе и размеры сердца. Наличие такой взаимосвязи подтверждается четкой взаимозависимостью, существующей у различных представителей позвоночных, между величиной сердца и весовыми особенностями тех отделов скелета, которые обеспечивают уравновешивание силы тяжести. Так, с увеличением роста животного организма увеличиваются и размеры сердца, масса циркулирующей крови и величина артериального давления. В частности, у жирафов при росте 3,5-4 метра давление в артериях дистальных отделов конечностей составляет 350-400 мм рт.ст. Такое высокое гидростатическое давление необходимо для обеспечения достаточного для нормального кровоснабжения давления в артериях головного мозга, поскольку из-за большой удаленности головного мозга от сердца (при расстоянии по вертикали от сердца до головного мозга в 1,2-1,4 метра), величина гидростатического давления на этом участке сосудистого русла падает на 90-100 мм рт.ст. Кроме гораздо более высокого, чем у других млекопитающих, артериального давления, для жирафов характерно наличие клапанов в артериях шеи, препятствующих обратному току крови в период диастолы, который возможен из-за значительного градиента давления в данной части сосудистого русла. Наконец, у этих млекопитающих имеет место более низкое расположение сердца, благоприятствующее венозному притоку к правому предсердию, а также исключительно жесткая кожа на конечностях, практически исключающая возможность растяжения венозных сосудов и депонирования в них крови. В строении сердечно-сосудситой системы тетрапод (ленивцев, летучих мышей и некоторых других), для которых нахождение головой вниз является вполне естественным, имеется также ряд существенных особенностей, предотвращающих развитие у них нарушений мозгового кровообращения при необычном направлении действия гидростатических сил.

Вертикальная поза человека и достаточно большие конечные размеры его тела обусловили значительные эволюционные перестройки в аппарате кровообращения. Так, в связи с тем, что крупные магистральные сосуды расположены вдоль вертикальной оси тела, наибольшей величины гидростатическое давление при вертикальной позе достигает в сосудах нижних конечностей, что обеспечивает увеличение и венозного давления, а, значит, само по себе облегчает венозный возврат от нижних конечностей к сердцу (из-за повышения градиента давления между венами нижних конечностей и венами, доставляющими кровь к сердцу). В то же время при одинаковой степени повышении давления в артериях и венах емкость вен в силу большей растяжимости их стенок возрастает в несколько раз больше, чем артерий, что может способствовать возникновению некоторого венозного застоя при длительном вертикальном положении тела. Между тем, препятствуют значительному венозному застою клапаны, имеющиеся в изобилии в венах нижних конечностей, а способствует венозному оттоку из нижних конечностей сдавливающее вены сокращение окружающих их скелетных мышц конечностей, имеющее место при ходьбе, беге, любых позных движениях. В случае же прекращения мышечной активности, в особенности, сочетающейся со снижением тонуса венозных сосудов, длительный ортостаз из-за скопления крови в нижних конечностях и нарушения ее притока к правой половине сердца может послужить причиной коллапса. Резкая перемена положения тела в пространстве с горизонтального на вертикальное приводит к первоначальному уменьшению венозного возврата по сосудам нижних конечностей и венам туловища, лежащим ниже уровня сердца, что сопровождается уменьшением кровенаполнения правой половины сердца, значительным уменьшением ударного объема сердца (до 45%) и минутного объема кровотока (на 20-40%, до 1-1,5 л/мин). Компенсаторно с целью нормализации кислородного снабжения тканей возрастает артерио-венозная разность по кислороду (почти на 70% по сравнению с исходным уровнем) и запускаются рефлекторные реакции в ответ на снижение активности прессорецепторов магистральных сосудов (вследствие снижения системного артериального давления) и повышения активности хеморецепторов магистральных сосудов (пониженным рО2 и повышенным рСО2). Отмеченные рефлекторные реакции проявляются в активации прессорного отдела сосудодвигательного центра и симпатических центров регуляции деятельности сердца, что приводит к возникновению тахикардии (способствующей нормализации минутного объема кровотока), повышению тонуса артериол, преходящим увеличением тонуса вен, а также интенсификацией присасывающего действия грудной клетки (вследствие усиления дыхания в ответ на повышение активности хеморецепторов сосудистого русла). При этом, если сердечный компонент компенсаторных реакций начинает проявляться почти одновременно с возникновением изменений гидростатических условий, то сосудистый – достигает своего максимума лишь через 10-20 с, тогда как основную роль в компенсации гемодинамических сдвигов в данный момент времени играет сокращение мышц нижних конечностей и живота, которое может обеспечить значительное повышение давление в сосудах брюшной полости и стремление к нормализации венозного возврата крови к сердцу. Сокращение же мышц нижних конечностей (преимущественно экстензорных, т.е. антигравитационных) возникает рефлекторно с целью поддержать ортостаз.

Если в начальный период ортостаза компенсация гемодинамических сдвигов обеспечивается преимущественно рефлекторным путем, то при длительном пребывании человека в вертикальном положении уравновешивание гидростатического давления достигается благодаря дополнительному подключению гуморальных механизмов, действие которых следует рассматривать как проявление адаптационных реакций организма, направленных на изменение емкости сосудистой системы и объема циркулирующей крови до уровня, соответствующего обменным процессам организма. Сущность этих гуморальных механизмов, принимающих участие в поддержании необходимого уровня артериального давления и объема циркулирующей крови, состоит в увеличении продукции антидиуретического гормона передним гипоталамусом, альдостерона клубочковой зоной коры надпочечников (секреция их возрастает в ответ на снижение артериального давления и соответственно активности прессорецепторов магистральных сосудов, способствуют уменьшению диуреза и увеличению объема циркулирующей крови) и активации ренин-ангиотензиновой системы (выброс ренина усиливается в ответ на понижение давления в приносящих артериолах почечных клубочков, оказывает влияние как на тонус артериол, так и на объем циркулирующей крови).

 

  1. Особенности жизнедеятельности человека в условиях действия ускорений, перегрузки и невесомости

 

Равномерное движение в пространстве даже с очень большой скоростью не ощущается человеком и не является болезнетворным (например, движение Земли вокруг своей оси и вокруг солнца, происходящее со скоростью 27 км/с), но изменение скорости движения (т.е. действие на организм ускорений) может резко влиять на состояние организма. С воздействием механических сил, сообщающих ускорения, человек сталкивается в своей жизни постоянно, поскольку каждое движение начинается и заканчивается возникновением ускорений, величина и длительность которых зачастую невелики. Между тем, в некоторых случаях (при прыжках, выполнении различных физических упражнений, падениях, у животных – при борьбе, добывании пищи) ускорения могут превышать гравитационные. Наибольших значений ускорения достигают при полетах на самолетах и космических кораблях и представляют собой единственный фактор полета, влияние которого на организм не может быть устранено никакими техническими приспособлениями. Начиная с момента взлета и заканчивая посадкой, человек постоянно подвергается действию внешних механических сил, сообщающих его телу ускорения и вызывающих развитие целого комплекса явлений, совокупность которых обозначают термином перегрузка или гипервесомость. При значительных перегрузках возникают весьма выраженные изменения большинства физиологических функций организма, что не только приводит к снижению работоспособности, но и может явиться причиной аварийной ситуации и даже катастрофы в связи со срабатыванием у человека определенных локомоторных рефлексов в ответ на возбуждение определенных групп механорецепторов, или возможных нарушений кровообращения головного мозга. Наиболее сильным перегрузкам подвергаются космонавты во время взлета и посадки космического корабля (нарастание ускорения до 8-20 g происходит в течение всего лишь 1-3 минут).

С точки зрения механики природа явлений, возникающих в теле при перегрузках, не отличается от таковой при действии обычной гравитации: в обоих случаях изменения в теле проявляются возникновением деформаций и упругих напряжений по следующей причине. Внешняя сила, действуя на тело, может сообщить ускорение лишь тем элементам, которые непосредственно подвергаются ее воздействию, тогда как остальные элементы могут приобрести ускорение только за счет упругих сил, действующих внутри тела со стороны одних его элементов на другие (в силу упругих деформаций, возникающих при смещении одних слоев тела относительно других). Таким образом, в процессе сообщения телу ускорения оно может рассматриваться как совокупность элементарных инертных масс, обладающих различной кинетической энергией и выступающих по отношению друг к другу как ускоряющие и ускоряемые тела. В связи с тем, что с увеличением количества слоев, приобретающих ускорение, их суммарная масса возрастает, развитие деформаций в теле прекратится лишь тогда, когда все слои приобретут одинаковое ускорение. Выраженность деформаций и упругих напряжений в различных слоях тела будет тем меньше, чем дальше от места приложения силы расположен слой. В связи с тем, что величина сообщаемого телу ускорения при действии внешних сил может во много раз превышать ускорение силы тяжести, выраженность деформаций и упругих напряжений в теле будет гораздо большей: деформации являются тем большими, чем больше величина действующих сил и чем слабее механические связи между структурными элементами тела.

Таким образом, изменение механического напряжения структур тела при их деформации, возникающее в ускоряемом теле, обозначают термином перегрузка. Направление перегрузки, отражающее деформационные смещения под влиянием инерционных сил, всегда противоположно направлению сил, сообщающих ускорение. Основными параметрами перегрузки, от которых во многом зависит выраженность структурно-функциональных изменений в организме, являются:

ü величина перегрузки. При этом за исходное состояние организма принимают ту напряженность поля эластических сил, которая существует в теле при обычных условиях (т.е. при действии только лишь силы тяжести). Величина же перегрузки определяется как частное от деления величины сообщаемого телу ускорения к ускорению силы тяжести. Например, если перегрузка составляет 5 g, это значит, что действующее на организм ускорение в 5 раз превышает гравитационное

ü длительность действия перегрузки, от которой зависит длительность изменения напряженности поля эластических сил в организме, компенсирующих перегрузку

ü градиент нарастания или спада ускорения, от которого зависит изменение напряженности поля эластических сил в теле и развитие деформаций во времени. Количественно градиент нарастания или спада ускорения выражается величиной ускорения приобретаемого телом за единицу времени (dg/dt). Отсюда выходит, что реальная напряженность поля эластических сил в теле человека зависит не только от величины ускорения, но и от скорости его нарастания. Так, если телу сообщается ускорение в 5 g в течение 0,5 с, то деформации в теле будут такими же, что и при действии ускорения в 10 g, сообщаемом за 1 секунду. Между тем, при очень кратковременном действии ускорений деформации в теле оказываются несколько меньшими, чем в приведенных расчетах, поскольку при очень кратковременном действии внешних сил (0,08 с и меньше) деформации, связанные с процессами ползучести, не успевают развиться, и ткани тела реагируют как жесткая система. С физиологической точки зрения градиент нарастания или спада ускорения, создающего перегрузку, является одним из важнейших для ощущения человеком движения, в связи с тем, что многие механорецепторы реагируют не на саму деформацию, а на изменение напряжения поля эластических сил, возникающее по мере увеличения или уменьшения ускорения.

ü направление перегрузки относительно оси тела. Особенности анатомического расположения органов и неодинаковые их механические свойства, а, следовательно, и неодинаковая эффективность приспособительных механизмов, возникающих компенсаторно в ответ на смещение слоев тела, обуславливает существенные различия в переносимости перегрузок разного направления. Особенно выраженное влияние направление перегрузок оказывает на сердечно-сосудистую систему. Так, если при нахождении тела на поверхности земли действие весомой массы крови создает гидростатическое давление, то при сообщении телу ускорения противодействие крови смещению, вызванному действием ускорения, приводит к возникновению инерционного напора, устремляющегося при вертикальных перегрузках, в зависимости от направления действующего ускорения, либо от головы к ногам, либо от ног к голове. Проявление инерционного напора в сосудистом русле несколько ограничивается силами упругости сосудистых стенок. При прочих равных условиях величина сдвига гидростатического давления (т.е. инерционного напора) под действием ускорения оказывается наибольшей в том случае, когда направление действующих сил совпадает с направлением магистральных сосудов (т.е. при вертикальных перегрузках у человека инерционный напор крови оказывается большим, чем при горизонтальных той же величины и градиента нарастания)

ü характер взаимодействия между телом человека и предметами, сообщающими ускорение (например, кресло летчика или водителя). В области приложения внешней силы возникают локальные перегрузки, приводящие к возникновению деформаций сжатия. В случае же, когда площадь соприкосновения тела с ускоряющими предметами мала, упругие напряжения в тканях в месте приложения внешней силы оказываются в десятки, сотни и тысячи раз большими тех, что возникают в других тканях тела, что может обусловить необратимые локальные деформации в областях соприкосновения тела с ускоряющими предметами из-за превышения перегрузками механической прочности структур. Зачастую локальные перегрузки могут оказать более выраженное влияние на состояние функций организма, нежели общая перегрузка.

 

В общей картине нарушений деятельности организма при ускорениях одно из центральных

Date: 2015-07-23; view: 777; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию