Обитаемость подводных лабораторий

Жизнь человека в условиях подводной лаборатории отличается от обычных условий такими особенностями, как ограниченный объем, скудность внешних впечатлений, смена привычного ритма деятельности, своеобразный микроклимат, питание, санитарно-гигиенические условия, психическое состояние, обусловленное необычностью обстановки, возможностью аварийных ситуаций и др. Между человеком и окружающей средой, а, следовательно, комплексом систем жизнеобеспечения, складываются отношения, принципиально отличные от имеющихся в повседневной жизни и характеризующиеся взаимозависимостью процессов.

Данные, полученные при проведении камерных и натурных экспериментов, показывают, что такое взаимодействие осуществляется прежде всего через газовую среду. Интенсивность обмена веществ акванавта, скорость поглощения кислорода и выделения углекислого газа, температура, влажность, газовый состав атмосферы, концентрация загрязняющих ее веществ - вот отправные точки для выявления влияния окружающей среды на организм и определения основных характеристик систем, создающих наиболее благоприятные условия существования человека.

Газовая среда. Создание и поддержание благоприятных условий газовой среды, характеризующихся термином "воздушная обитаемость", в подводных лабораториях и скафандрах является ведущей задачей в проблеме обитаемости подводных комплексов жизнеобеспечения.

При длительном воздействии сравнительно невысоких концентраций кислорода - до 1,0 кгс/см² (соответствует парциальному давлению кислорода в сжатом воздухе на глубине 37 м) через 2 - 3 сут развиваются патологические реакции со стороны легочной ткани, приводящие к пневмонии (эффект Smyth, Lorrain). При давлении свыше 2 - 3 кгс/см² наступает острое кислородное отравление (эффект P. Bert), сопровождающееся нарушением условнорефлекторной деятельности, появлением очагов судорожной активности в разных отделах головного мозга и судорог, напоминающих эпилептические (Г. Л. Зальцман, 1968). Снижение парциального давления кислорода в газовой смеси ниже 110 - 120 мм рт. ст. ведет к гипоксии с последующей потерей сознания (В. Б. Малкин, 1975). Существует (в зависимости от барометрического давления) зона относительно безопасных колебаний парциального давления кислорода в газовой смеси, определяемая приближенно по такому неравенству (В. Б. Малкин, 1968):

(1)

где: В - барометрическое давление, мм рт. ст.; С - процентное содержание кислорода в газовой смеси.

Граничными точками этой зоны является парциальное давление кислорода 110 - 120 и 200 мм рт. ст. (В. Б. Малкин, 1975), хотя некоторые авторы отодвигают верхнюю границу до 400 - 430 мм рт. ст. (Д. И. Иванов, А. И. Хромушкин, 1968; Н. А. Агаджанян, 1972).

Расчет вентиляции по концентрации С0₂ для гермообъемов производят по формуле Петенкофера:

(2)

где: Q - выделение СО₂ одним человеком, л/ч;

n - число членов экипажа;

b₁ - предельно допустимое содержание СО₂ в удаляемом воздухе, л/м³;

b₂ - содержание С0₂ в приточном воздухе, л/м₃.

Длительное воздействие высоких концентраций углекислого газа вызывает повышение содержания его в организме - гиперкапнию. Содержание 3% углекислого газа при вдыхании газовой смеси в течение нескольких дней приводит к учащению сердцебиения, увеличению частоты и глубины дыхания, незначительному замедлению рефлексов и некоторой потере трудоспособности. При дыхании газовой смесью с 6% содержанием углекислого газа в течение нескольких часов возникают патологические реакции со стороны центральной нервной системы, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, значительное ослабление физической деятельности. Повышение содержания углекислого газа в дыхательной смеси до 10% и более приводит к быстрому появлению признаков отравления - замедлению пульса, потере сознания, параличу кардио-респираторных центров и смерти (В. П. Загрядский, 3. К. Сулимо-Самуйло, 1961 - 1971; М. Е. Маршак, 1969; И. А. Сапов, 1972). При повышенном давлении влияние углекислого газа на организм человека становится особенно опасным, так как он усиливает токсическое действие кислорода, наркотическое азота и отрицательно влияет на процессы десатурации как один из газов, выделяющийся в виде пузырьков при быстрой декомпрессии.

Плотность газовой смеси, линейно возрастающая по мере повышения давления, сказывается прежде всего на функциях дыхательной системы, активно перемещающей вдыхаемые и выдыхаемые газы. При повышении плотности сопротивление потока сжатого газа в дыхательных путях человека и аппаратах увеличивается, акт дыхания затрудняется, снижается альвеолярная вентиляция, что влечет за собой опасность повышения концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе, крови и развития тканевого ацидоза и гипоксии (Е. Н. Lanphier, 1969). При длительных, многосуточных экспозициях нарушение внешнего дыхания наступает в менее плотной газовой среде. Так, если организм человека, прошедшего соответствующую тренировку, при ограниченных сроках экспозиции успешно справляется с 6 - 7-кратным повышением плотности смеси, выполняя физическую работу, то при длительном пребывании в азотно-кислородной смеси на глубине 40 м развиваются начальные явления дыхательной недостаточности. Кроме того, повышенная плотность газовой смеси влияет на звукообразование и теплоотдачу между человеком и окружающей средой.

Индифферентные газы при повышенном давлении становятся наркотическими агентами, вызывающими в конечном итоге патологическое торможение центральной нервной системы. Субнаркотическая фаза действия азота, характеризующаяся возбуждением, наступает при парциальном давлении азота 4 - 6 кгс/см2. При 6 - 8 кгс/см2 наступает наркотическая фаза с угнетением функций высшей нервной деятельности (А. П. Мясников, 1967; С. Майлс, 1971).

Увеличение глубины погружения достигается путем частичного или полного замещения азота гелием, проведены эксперименты с применением водорода, аргона (3. С. Гусинский, Б. А. Нессирио, 1967; Г. Л. Зальцман, 1968). Описан гелиевый тремор при давлении более 15 кгс/см², квалифицируемый как начальные проявления гелиевого наркоза в двигательной сфере; а также "нервный синдром высоких давлений" - при давлениях более 30 кгс/см² с выраженными признаками наркоза (X. Fructus, R. Brauer и др., 1968). Отмечены наркотические явления при пребывании в среде с использованием в качестве индифферентного газа водорода и аргона (Г. Л. Зальцман, 1968).

Токсические вещества в атмосфере подводных лабораторий. Особого внимания заслуживает вопрос изменения химического состава газовой среды. По данным Ю. Г. Нефедова, С. Н. Залогуева (1967), содержание вредных примесей в атмосфере замкнутых кабин повышается по линейному закону, что позволяет предусмотреть их возможные концентрации. Установленные в промышленной гигиене пределы концентраций вредных веществ не могут быть распространены на герметичные кабины, к которым относятся и подводные лаборатории, обеспечивающие длительную и непрерывную работу человека в необычных условиях. Так, эксперименты в макетах кабин космических кораблей показали, что несмотря на содержание вредных примесей в кабинном воздухе, не превышающее установленных пределов, условия "воздушной обитаемости" нельзя было оценить как положительные. Одновременное наличие в газовой среде нескольких веществ в концентрациях, не превышающих предельно допустимые, усиливало неспецифическое действие этих веществ на организм человека. Вследствие этого авторы предложили оценивать состояние воздушной среды герметичной кабины следующим расчетом:

(3)

где: Х₁, Х₂ ... Х_n - обнаруженные концентрации отдельных веществ;

A₁, A₂ ... А_n - предельно допустимые концентрации этих веществ.

Если приведенное неравенство соблюдается, санитарное состояние газовой среды оценивается как удовлетворительное. Предлагаемый расчет не учитывает взаимовлияния отдельных ингредиентов, биохимической значимости действия их на организм человека в условиях одновременного действия других факторов среды и т. д. Однако такой подход является более правильным, чем оценка газовой среды по концентрациям каждого вещества в отдельности. Изменение парциального давления вредной примеси в замкнутом объеме (камере) и значение конечного установившегося парциального давления "вредности" определяется по формуле (Л. Т. Быков, 1967):

(4)

где: V_к - объем камеры, м³;

Q_в - объемный расход (вентиляция), м³/ч;

Т_к - температура в камере, °С;

Р_го - начальное парциальное давление газовой примеси, кгс/м²;

G_ги, G_гп - масса газовой примеси, поступающей в кабину в единицу времени от расположенных в ней источников и вместе с подаваемым воздухом (газовой смесью), кг;

t - время, ч;

R_г - газовая постоянная рассматриваемой примеси, кгсм/кг·град.

Определение ПДК отдельных вредных примесей для условий длительного и непрерывного пребывания человека в подводной лаборатории или скафандре является сложной и окончательно не решенной задачей. Подход к ее установлению должен основываться на том, что содержание загрязняющих веществ в газовой среде не должно превышать концентраций, которые могут приводить к уменьшению выведения этих веществ от человека в окружающую среду и тем самым создавать условия для накопления их в организме за счет снижения интенсивности их выделения.

При этом необходимо учитывать, что поглощение газов в легких происходит путем диффузии и поэтому прямо пропорционально наружному давлению; фактор изменения в сторону увеличения токсичности вредных примесей при постоянном воздействии в течение длительного времени значительно больше принятого для промышленных условий (8 ч в течение 5 дней); при повышении температуры, ограничении подвижности в течение длительного периода, а также утомлении воздействие токсического агента усиливается; эффект потенцирования взаимодействующих веществ увеличивает их токсичность в 10 - 30 и более раз, антагонистический эффект может свести ее к нулю. Данные о ПДК основных примесей, определяемых в экологически закрытых системах, приведены в табл. 6 (Г. И. Воронин и др., 1967; В. М. Букалов, А. А. Нарусбаев, 1968; В. В. Кустов, Л. А. Тиунов, 1969; Г. Е. Стокингер, 1967; К. Д. Уэссел, 1967; Р. К. Уандс, 1975).

Таблица 6. Предельно допустимые концентрации некоторых токсических веществ

На основании исследования коррелятивной зависимости между ПДК различных химических соединений в гермо-объемах, промышленных помещениях и атмосферном воздухе их LD50 выведены формулы и даны рекомендации для расчетного определения ПДК различных веществ в гермо-объемах (В. М. Зиновьев и др., 1971).

lgу = 0,433lgх + 0,1793 при LD₅₀ > 3000 мг/м³ (5)

lgу = 0,752lgх - 0,9174 при LD₅₀ > 3000 мг/м³ (6)

где: у - ПДК веществ в гермо-объемах, мг/м³;

х - ПДК соединений в воздухе промышленных помещений, мг/м³.

Источниками загрязнения атмосферы изолированного помещения подводной лаборатории являются: выделения человека (антропотоксины); конструкционные материалы; эксплуатация оборудования и деятельность человека. Антропотоксины выделяются из организма через легкие, кожу, почки и кишечный тракт (табл. 7). Количество выделяемых газообразных веществ зависит от функционального состояния организма, газового состава и давления дыхательной среды, окружающей температуры, влажности, состава пищи и других факторов и колеблется в широких пределах даже у одного и того же человека в разные дни.

Таблица 7. Антропотоксины, выделяемые организмом человека за 1 сут

За сутки человек выделяет более 250 мг органических веществ в пересчете на кислород, столько же аммиака и аминосоединений и более 2 мг альдегидов. Многие из этих веществ, особенно аминосоединения, обладают выраженным токсическим действием на организм. При физической работе, психических напряжениях и в условиях воздействия различных вредностей выделение органических веществ может возрастать в несколько раз.

В выдыхаемом воздухе содержатся в незначительных количествах окись углерода, летучие масла некоторых продуктов питания, водород, аммиак и метан. Наибольшую потенциальную опасность представляет окись углерода, эндогенно образующаяся в организме человека. Физическая нагрузка, недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе и повышенное содержание в нем углекислого газа сопровождаются усиленным образованием окиси углерода (А. И. Бурназян, О. Г. Газенко, В. В. Парин, 1972).

Выделительная функция кожи, как известно, осуществляется через потовые и сальные железы и поверхностный эпителий. В зависимости от мышечной нагрузки, окружающей температуры и влажности и других факторов потоотделение составляет 1,5 - 12 л/сут (Г. И. Воронин, А. И. Поливода, 1967; Шеррер, 1972).

При этом в окружающую среду выделяются различные электролиты, органические кислоты и их соединения, сложные эфиры жирных кислот, белков и неорганических кислот. С потом выделяется также углекислый газ, количество которого при нормальном потоотделении составляет 7 - 8 г в сутки, или 1,6% от общего количества выделяемого человеком углекислого газа.

Состав мочи человека зависит от характера вводимых пищи и жидкости, температуры и влажности окружающей среды, температуры тела и физиологических колебаний обмена веществ. Суточное количество мочи колеблется в пределах от менее 1000 до 1600 мл. Некоторые из веществ, входящие в состав мочи, являются летучими и вредными. Наибольшую опасность для человека, находящегося в замкнутом пространстве, представляет аммиак, выделяемый с мочой в количестве 0,7 - 0,9 г/сут. Другие летучие вещества - амины, фенолы, эфирные кислоты - содержатся в моче в виде следов и могут лишь оказывать раздражающее действие вследствие своего неприятного запаха (Г. И. Воронин, А. И. Поливода, 1967; А. И. Бурназян, О. Г. Газенко, В. В. Парин, 1972).

Кишечные газы содержат вещества, оказывающие токсическое действие на организм человека: амины, фенолы, органические кислоты. Количество и состав их подвержены значительным индивидуальным колебаниям. Практически можно считать, что за сутки в среднем образуется 1,0 -1,5 л газов. Ряд исследователей указывают следующие величины компонентов кишечных газов на 1000 см³: двуокиси углерода - 230 см³; азота - 210 см³, кислорода - около 80 см³, водорода, сернистого водорода, метана в различных соотношениях - 480 см³. Наибольшее значение имеют токсическое действие сернистого водорода и взрывоопасность водорода и метана (Г. И. Воронин, А. И. Поливода, 1967; А. И. Хромушкин, Д. И. Иванов, 1968; А. И. Бурназян и др., 1972, C.-I. Clemedson, 1959).

Сложные пластические полимеры, применяющиеся в качестве конструкционных материалов (пластмассы, синтетические волокна, резина, каучук, клеи и др.), а также современные красители служат источниками загрязнения атмосферы изолированного помещения различными химическими веществами, обладающими высокой токсичностью. Опасность загрязнения атмосферы несколько понижается с увеличением давления газовой среды, но резко возрастает при повышении температуры. К выделяющимся из конструкционных материалов и красителей газовым смесям относятся этил-хлоргидрин, толуол, хлорированные углеводороды и кислоты, метил-, фенил-, этилтрихлораны, кремнийорганические соединения, окись углерода и др. Большинство из них обладают как местным раздражающим, так и общетоксическим действием, вызывая помутнения роговицы, гиперемию гортани, изъязвления кожи, раздражения слизистых оболочек глаз и дыхательных путей и другие явления (Д. Л. Зубаров, В. М. Рубан, 1968; C.I. Clemedson, 1959; Р. К. Уандс, 1975).

При эксплуатации электрической аппаратуры и ультрафиолетовых ламп, установленных внутри подводного дома, возможно накопление в атмосфере озона, окиси углерода, галогенов, углекислого газа и других вредных газообразных веществ. Наибольшую опасность представляет озон, обра-зование которого внутри помещения является серьезной проблемой, особенно при длительном погружении подводных лодок (В. М. Букалов, А. А. Нарусбаев, 1968; Д. Л. Зубаров, В. М. Рубан, 1968; C.-I. Clemedson, 1959). Озон обнару-живается в атмосфере при концентрациях 0,002 - 0,00002 мг/л. В концентрации 0,0002 мг/л он оказывает раздражающее действие на верхние дыхательные пути и глаза (Д. И. Иванов, А. И. Хромушкин, 1968). Отравления могут вызывать аккумуляторные газы: хлор, сурьмянистый водород, мышьяковистый водород. Подобные случаи наблюдались на подводных лодках (А. И. Зятюшков, Б. Г. Цукерман, 1958).

Наиболее интенсивными источниками загрязнения атмосферы подводного дома являются курение и приготовление пищи. Курение, а также выдыхаемый воздух курильщика являются основным источником окиси углерода в атмосфере изолированного помещения. Содержание окиси углерода в дыме папиросы меняется в зависимости от сорта табака и Манеры курения и составляет от 8 до 300 см³ при курении 1 папиросы (C.-I. Clemedson, 1959). При приготовлении пищи в условиях ограниченного пространства наиболее вредное действие оказывает образующийся в результате подгорания токсичный продукт распада жиров - акролеин. Он обладает едким запахом и способен вызывать резкое раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей (C.-I. Clemedson, 1959).

В атмосфере подводной лаборатории возможно накопление частиц твердых веществ и жидкостей, находящихся во взвешенном состоянии,- аэрозолей, длительное воздействие которых на организм акванавта неблагоприятно. Исследования показали, что содержание аэрозолей в атмосфере атомной подводной лодки стабилизируется (концентрация от 0,2 до 0,5 мг/л) в течение примерно 100 ч после ее погружения. Размеры частиц составляют от 0,35 (в атмосфере кабин космического корабля) до 0,45 мк (в атмосфере атомных подводных лодок), около 1 % из них имеют диаметр более 1 мк. До 8% аэрозолей органического происхождения, содержащие значительное количество сильнодействующих веществ. В состав аэрозолей входят частицы золы, угля, хлопчатобумажных волокон, металлов (железа), хлористого аммония, фосфатов, марганца, карбонилсодержащих, алифатических и ароматических соединений, сигаретной пыли. Источниками аэрозолей являются курение табака (до 75% частиц), испарение смазочных масел, жиров при приготовлении пищи, коррозия и износ оборудования, работа систем жизнеобеспечения, фильтры вентиляционной системы, покрытия, конструкционные материалы, одежда экипажа, пища. Сам человек также является источником аэрозолей (кожа, кишечные газы, волосяной покров и т. п.), на что указывали Г. И. Воронин, А. И. Поливода (1967), В. М. Букалов, А. А. Нарусбаев (1968), А. И. Бурназян и др. (1972), Р. К. Уандс (1975).

В условиях подводной лаборатории не исключается вероятность изменения аэроионного состава газовой среды. Хотя единого мнения относительно воздействия ионов на физиологическое состояние человека нет, тем не менее считают, что наличие в атмосфере отрицательных ионов благоприятно влияет на организм, способствует повышению работоспособности, снижает утомляемость человека, ускоряет заживление ран и ожогов. Кроме этого, насыщение воздуха ионами обеспечивает лучшую очистку его от пыли и микроорганизмов. Так, число ионов в атмосфере подводных лодок обратно пропорционально количеству аэрозолей и в среднем составляет 700 ионов в 1 см³ воздуха, из которых 200 - 250 имеют отрицательный заряд.

Основным источником образования ионов являются радиоактивные краски на циферблатах измерительных приборов и часов, искрение щеток в электромоторах, высоковольтные разряды, а также термоионное излучение от камбузных электроплит (В. М. Букалов, А. А. Нарусбаев, 1968).

Бактериальная флора. Микробные загрязнения представляют один из важных видов токсичности в замкнутых экологических системах, причем под действием совокупности факторов изолированного помещения патогенные свойства микроорганизмов усиливаются.

При нахождении человека в герметичной камере заметно повышается число микроорганизмов на коже и слизистых оболочках (Л. И. Ирвайн, 1967; Ю. Г. Нефедов, С. Н. Залогуев, 1967). Взаимосвязь состава воздушной микро- и аутофлоры покровных тканей свидетельствует о том, что основным источником загрязнения среды является человек. Воздействие на организм человека таких факторов подводной жизни, как длительное отсутствие нормальных гигиенических условий, нервно-психическое утомление, измененный газовый состав среды и тепло-влажностный режим приводит к угнетению естественной противомикробной резистентности и иммунореактивности организма, в результате чего увеличивается количество патогенных форм микробов на покровных тканях и аутоинфекций, вызываемых непатогенными в обычных условиях представителями нормальной микрофлоры человека (А. И. Бурназян и др., 1972). Экспериментальные данные подтверждают взаимообмен аутофлоры между людьми, находящимися в специфических условиях среды обитания замкнутого помещения (Ю. Г. Нефедов, С. Н. Залогуев, 1967).

Для оценки санитарно-эпидемиологического состояния среды обитания помимо общего уровня микробной обсемененности большое значение имеет выявление отдельных видов микроорганизмов, по содержанию которых судят о сдвигах в аутофлоре человека. К ним относятся гемолитические кокки-индикаторы: стрептококки и стафилококки, находящиеся во взвешенном состоянии. При определении в 1 м³ 52 - 124 стафилококков и 36 - 102 стрептококков помещение считают малозагрязненным (X. А. Заривайская, 1969).

В состав бактериального аэропланктона подводных жилищ входят также грибки и плесень, произрастающие на различных текстильных, электроизоляционных, древесных материалах и бумагах (Aspergillus, Penicillium и др.). Наиболее интенсивно они растут при температуре 21 - 38°С и относительной влажности 75 - 95% (Д. К. Уэссел, 1967).

Тепловой режим. На работоспособность человека, длительное время находящегося в условиях подводной лаборатории, влияет тепловой комфорт, то есть оптимальный тепловой режим, определяемый двумя факторами: теплопродукцией человека и тепловым состоянием окружающей среды.

Терморегуляторная функция человека является своеобразным индикатором, позволяющим судить о правильном и координированном функционировании основных физиологических систем; нарушение терморегуляции рассматривается как начинающаяся дезорганизация основных функций организма. Нормальная терморегуляция организма осуществляется не только в результате равновесия между количеством тепла, вырабатываемого организмом, и количеством тепла, отдаваемого в окружающую среду. Важное значение имеет также и соотношение теплопе-редачи различными способами (Н. К. Витте, 1956; Д. Л. Зубаров, В. М. Рубан, 1968; Г. Леман, 1967; Ж. Шеррер, 1972; П. Уэбб, 1975).

В условиях подводной лаборатории при повышенной плотности газовой смеси, измененном ее составе, высокой влажности, пониженной температуре поверхностей ограждения (корпуса подводной лаборатории) изменяется процесс теплообмена между организмом и окружающей средой, а следовательно, комфортная температурная зона. Так, при применении в газовых смесях гелия, обладающего значительно большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем азот, температуру окружающей среды приходится увеличивать на 4 - 6°С (В. Б. Малкин, 1975). При давлении газовой смеси в пределах 6 - 13 кгс/см² комфортная температура окружающей среды соответствует 28 - 32°С (П. А. Боровиков, В. П. Бровко, 1974). При этом средняя влажность должна быть 75%. Если температура ограждения на 7 - 10°С ниже комфортной температуры окружающей среды, человек испытывает чувство холода (Д. Л. Зубаров, В. М. Рубан, 1968). Скорость движения воздуха не должна превышать 0,5 м/с, иначе она может вызывать неприятные ощущения.

Таким образом, зона теплового комфорта ограничивается предельными значениями температуры газовой смеси по сухому термометру, относительной влажности, средневзвешенной температуры ограждений, скорости движения (подвижности) вентиляционной струи. В этой зоне человек может адаптироваться к изменениям любого из рассматриваемых параметров до 20%.

Влажность φ и температура t внутренней атмосферы замкнутых помещений определяются из уравнений (Б. А. Адамович и др., 1967):

(7)

(8)

где: G₀ - расход воздуха (газовой смеси), прошедшего через термокамеру, м³/ч;

t_вх,φ_вх - температура и относительная влажность входящего воздуха, °С, %;

G_x - расход воздуха, прошедшего через кондиционер, м³/ч;

t₂,φ₂ - температура и относительная влажность на выходе из кондиционера, °С, %;

n - количество находящихся в помещении людей;

Q₄,g₄ - тепло- и влаговыделение одного человека, ккал/ч, кг/ч;

Q₄,g₀- тепло- и влаговыделение оборудования, ккал/ч, кг/ч;

k₀ - коэффициент теплопередачи через стенки помещения, ккал/м².ч.град;

F₀ - площадь поверхности, участвующей в теплообмене с окружающей средой, м²;

t_oк - температура окружающей среды, °С;

a, b - постоянные коэффициенты.

Воздействие шума и вибрации. Пребывание человека в подводных условиях характеризуется непрерывным и длительным воздействием на организм шумом малой и средней интенсивности. Основным источником шумов являются агрегаты систем жизнеобеспечения, различные научно-исследовательские приборы, непрерывно функционирующие и создающие постоянный акустический фон.

В зависимости от спектрального состава, интенсивности и длительности воздействия шум вызывает ряд серьезных функциональных изменений в деятельности многих жизненно важных систем организма (центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, слухового аппарата и т. д.), что ведет к снижению общей работоспособности человека (Е. М. Юганов, Ю. В. Крылов, В. С. Кузнецов, 1967; А. И. Бурнязян и др., 1972; Н. Jacobs, 1959; У. Вудсон, Д. Коновер, 1968). Установлено, что шумы с частотами менее 300 и более 4800 Гц не создают серьезных помех слышимости, а в интервале 300 - 4800 Гц средняя громкость речи должна быть не менее чем на 40% выше спектральной громкости шума (В. М. Букалов, А. А. Нарусбаев, 1968; У. Вудсон, Д. Коновер, 1968).

При длительном пребывании человека в условиях подводного дома, как и при космических полетах и плавании в атомных подводных лодках, продолжающемся несколько недель или месяцев, шумовой фактор приобретает большое значение, так как непрерывное и периодическое воздействие шума на человека существенно отличается как по характеру, так и по степени (X. Е. Фон-Гирке, Ч. В. Никсон, Д. Гигнард, 1975). В таких условиях невозможно непосредственно использовать для регламентации параметров шума результаты исследований допустимого его уровня в жилых помещениях, так как в них не учитывается влияние на человека таких факторов, как относительная изоляция, повышенное давление, измененный состав газовой смеси, гипокинезия и т. д. Так как значение звуковых сигналов намного возрастает по сравнению с земными условиями существования человека, наряду с общепринятым физиолого-гигиеническим аспектом шумового фона огромное значение приобретает психоакустическое воздействие шума. Шум, характеризующийся значительной стабильностью как по амплитуде, так и по спектральным составляющим (непрерывно работающие агрегаты систем жизнеобеспечения и т. д.), приобретает характер монотонного неприятного раздражителя. Так, американских астронавтов и советских космонавтов беспокоил шум вентилятора (76 дБ, 2000 Гц). Цикличность и однообразие звуковых раздражителей создают условия для преобладания в центральной нервной системе процессов торможения. Такое же воздействие оказывают на организм человека возможные в условиях подводного дома и скафандра слишком малые уровни шума, именуемые в психоакустике тишиной, и неизменная амплитудно-частотная характеристика звукового фона.

Психологические факторы. Находясь в подводных условиях, человек, помимо влияния перечисленных чисто физических факторов, зависящих от своеобразия среды обитания, подвергается влиянию психологических факторов. Наиболее существенными из них следует считать вынужденную изоляцию от внешнего мира, нарушение привычной обстановки, определенное однообразие условий существования и, как следствие всего этого, уменьшение потока привычных сенсорных раздражителей; нарушение режимов труда и отдыха и привычных суточных биологических ритмов; резкое уменьшение двигательной активности человека (гипокинезия); высокое нервно-психическое и эмоциональное напряжение (В. М. Банщиков, Г. В. Столяров, 1966; Ф. П. Космолинский, В. Д. Щербина, 1967; А. М. Генин и др., 1969; Б. А. Душков, 1969; О. Н. Кузнецов, В. И. Лебедев, 1972; Д. Линдсли, 1972). Эти факторы в немалой степени способствуют развитию сдвигов физиологических функций и отклонений в нервно-психическом состоянии человека.

Обеднение сенсорных ощущений, так называемый сенсорный голод, особенно проявляется в психике и поведении человека и напоминает признаки психозов (тоска, эмоциональная возбудимость, снижение умственной работоспособности, галлюцинации; В. М. Банщиков, Г. В. Столяров, 1966). Организм человека реагирует на специфические условия, объединенные понятием пространственной (экстраэкционной) напряженности, которые включают нарушение привычной обстановки, пребывание и деятельность человека в измененном, с наличием необычных предметов и устройств, замкнутом пространстве малого объема, что приводит к развитию общей скованности, в некоторых случаях страха, сдвигов биохимических и вегетативных показателей. Стандартизация режимов труда, отдыха, питания, обстановка монотонности и однообразия способствуют падению общей и психической работоспособности, апатии, скуке, склонности к дремоте, утрате интересов, хотя она имеет и положительное значение, вырабатывая новый, вынужденный стереотип для большинства физиологических функций (А. В. Лебединский, С. В. Левинский, Ю. Г. Нефедов, 1966).

При длительном рассогласовании суточного стереотипа, выработанного повторяющимися изменениями среды в виде смены дня и ночи, с режимами деятельности человека в условиях подводной лаборатории, в организме развивается состояние так называемого десинхроноза. Последний принимает форму выраженного утомления, переутомления или различных реакций невротического типа.

Особое место среди вопросов психофизиологии занимают режимы труда и отдыха, то есть правильное чередование периодов работы и перерывов, во время которых происходит восстановление сил акванавта, что создает устойчивый стереотип деятельности, способствует сохранению оптимальной трудоспособности на протяжении всего рабочего дня. Это особенно важно в подводных условиях, близких к экстремальным и требующих большого нервного напряжения. При длительном пребывании человека в подводной лаборатории несоответствие распорядка дня в наземных и подводных условиях приводит к повышению утомления и снижению работоспособности. Наблюдения показали, что новый динамический стереотип в условиях подводных лодок вырабатывается в течение 10 - 12 дней (И. А. Сапов, 1972). В условиях ограниченного пространства подводной лаборатории возникают гипокинезия, значительное снижение мышечного тонуса, детренированность ряда органов и систем, нарушение ранее установившегося равновесия организма с внешней средой и заметное снижение общего уровня работоспособности. Известно, что если человек в земных условиях в среднем за сутки проходит около 12 - 15 км, то подводник в период плавания - не более 800 - 1000 м (И. А. Сапов, 1972). Так как объем подводных лабораторий значительно меньше объема атомных подводных лодок, эта цифра еще более уменьшается, и гипокинезия становится одним из важных неблагоприятных воздействий на психологическое и физиологическое состояние акванавта.

К психологическим факторам, влияющим на жизнедеятельность человека, относится также взаимосвязанная деятельность, или фактор психологической совместимости в малых группах, живущих и работающих изолированно от больших социальных групп. Существование индивидуальных различий высшей нервной деятельности у членов экипажа и необычных факторов могут привести к конфликтным ситуациям, снижающим эффективность труда коллектива (В. В. Парин, Ф. Д. Горбов, 1967; Ю. Г. Нефедов, С. Н. Залогуев, 1967).

Таким образом, находясь в подводных условиях, человек становится одним из формирующих начал измененной среды, причем эти изменения носят неблагоприятный для него характер. В результате различия в метаболизме членов экипажа подводных лабораторий газовая среда загрязняется вредными примесями, не свойственными отдельным индивидуумам. Особого внимания заслуживают индивидуальные различия в аутомикрофлоре, взаимообмен которой между людьми, находящимися в помещении, вызывает усиление патогенных свойств микроорганизмов. Немаловажное значение имеет также температурная совместимость между отдельными членами экипажа, находящимися в условиях теплового комфорта, отличного от земного. Следовательно, с учетом психологической совместимости, необходима совместимость отдельных индивидуумов в широком общебиологическом плане.

На основании уже имеющихся экспериментальных данных и соответствующего теоретического обобщения можно свести до минимума неблагоприятное влияние ряда факторов путем подбора оптимального состава газовой среды, очистки ее от вредных примесей и микробной флоры, гигиенической обработки внутренних помещений, рационального режима труда и отдыха акванавтов, направленного изменения реактивности организма человека. Определение и оценка отрицательных особенностей подводной жизнедеятельности, которые станут более выраженными с удлинением экспозиций и расширением контингента акванавтов, позволят обоснованно наметить пути повышения сопротивляемости организма и поддержания его работоспособности на удовлетворительном уровне, профилактики возможных отклонений, разработать нормы обитаемости под водой, а также средства защиты от повреждающего действия неблагоприятных факторов.

Интегральный "индекс обитаемости". По мере накопления экспериментальных данных и развития теории обитаемости замкнутых и полузамкнутых систем следует стремиться к определению суммарного действия раздражителей, или стрессоров, различной природы на акванавта с учетом их взаимного влияния, усиления или ослабления его с получением в конце концов интегральной величины, определяемой с системных позиций и оценивающей уровень обитаемости, так называемого индекса обитаемости (ИО). ИО, представляющий собой меру обитаемости, может быть выражен зависимостью:

I = i₁ + i₂ + ··· + i_k-1 + i_k; (9)

I = Σ^n=k_n=1 f_n(a_nн, а_nф, a_nk, b_n, c_n), (10)

где: t₁-t_к - функции, характеризующие каждый фактор ИО;

а_nн, а_nф, а_nк - номинальное (рекомендуемое), фактическое и критическое (предельно допустимое) количественное значение фактора;

b_n - коэффициент, учитывающий взаимовлияние факторов;

с_n - коэффициент, учитывающий удельный вес данного фактора в формиро-вании обитаемости.

Характеристику обитаемости целесообразно представить в виде двумерной шкалы "индекс обитаемости" - "экспозиция", разбитой на несколько зон, например три: комфортных, допустимых (спартанских) и некомфортных (недопустимых, вредных для организма) условий. Диапазон каждой из них находится в обратной зависимости от экспозиции: чем длительнее экспозиция, тем выше должен быть ИО, характеризующий комфортную зону.

Предлагаемая методика расчета дает возможность качественной оценки ИО. Дальнейшее получение количественных характеристик ИО позволит сопоставить программу конкретного эксперимента, ИО и индивидуальные психологические и биологические характеристики членов экипажа, определять гармоничность комплекса "человек - подводная среда - объект подводного труда", требования к каждому из сопоставляемых компонентов, иметь четкое представление о направленности сдвигов физиологических функций и достаточно объективно прогнозировать состояние организма человека в неблагоприятных для него подводных условиях.