Основные закономерности адаптации человека к условиям подводных лабораторий на малых глубинах

Пребывание человека в различных экстремальных условиях вызывает развитие ряда функциональных, носящих адекватный или патологический характер, сдвигов, отражающих в определенной мере общую схему адаптации, предложенную Г. Селье (1960). Исходя из современных воззрений на стресс, необходимо отметить, что термин, означающий напряжение, кроме всего, указывает на нервное напряжение, изменение характера поведения и мышления, возникновение новых доминант.

Детальное изучение изменений функционального состояния физиологических систем позволило обнаружить ряд особенностей, обусловленных подводными условиями и характерных именно для акванавтов. При анализе результатов психо-физиологических исследований мы учитывали, что только развитие явлений физиологического дискомфорта с резким падением работоспособности должно расцениваться как отрицательный показатель (В. В. Парин, Ф. Д. Горбов, 1967). Критерии ошибок, продуктивности и качества работы обнаруживают значительную изменчивость в связи с тренированностью, эмоциональным состоянием и т. д.

При длительном пребывании акванавтов в подводной лаборатории наблюдались фазные изменения физиологических и психических функций. В литературе мы не нашли подобных описаний функционального состояния организма в условиях подводных лабораторий, а единичные наблюдения над акванавтами (X. Fructus, 1963) не давали полной картины возможных функциональных сдвигов. Поэтому мы попытались соотнести эти фазы в процессах адаптации с отдельными периодами жизни и трудовой деятельности акванавтов в условиях ПЛ (С. А. Гуляр, 1971). В последующих наших работах наличие этой закономерности было подтверждено.

Характерная для акванавтов фаза начальной адаптации проявлялась в течение 1 - 3 сут пребывания в ПЛ и выражалась в первую очередь реакциями на факторы, интенсивно воздействовавшие на организм с первых минут экспозиции. К таким ведущим факторам следует отнести комплексное влияние физической работы при спуске в ПЛ и охлаждающее действие воды, приводящие к усилению дыхания и увеличению энерготрат организма в первые минуты пребывания акванавтов в ПЛ; повышенное парциальное давление кислорода, которое, являясь непривычным для человека раздражителем, вызывало перестройку регуляции функции систем внешнего дыхания, кровообращения, транспорта кислорода артериальной кровью; нервно-эмоциональную напряженность, обусловившую изменение поведенческих актов и умственной работоспособности. О значительных стресс-перестройках, происходящих в организме в этот период в ответ на действие экстремальных условий, свидетельствует активация функции коры надпочечников и показателей естественного иммунитета.

Следующая фаза развития приспособительных механизмов (относительно устойчивой адаптации) характеризовалась установлением нового уровня гомеостаза, при котором компенсаторные реакции организма уравновешивали влияние неблагоприятных факторов внешней среды и в дальнейшем поддерживали это равновесие на уровне, близком к постоянному. Наблюдалась относительная стабилизация функций высшей нервной деятельности акванавтов, их эмоциональных реакций. При этом внешнее дыхание участвовало в транспорте кислорода в организм менее эффективно, а гемодинамика - более эффективно, чем в наземных условиях. Однако продолжало сохраняться напряжение защитных сил организма, вызванное постоянным влиянием комплекса экстремальных факторов, к которому добавилось воздействие измененного микроклимата ПЛ (повышенные температура, влажность, плотность и бактериальная загрязненность атмосферы, отсутствие естественной инсоляции), охлаждающее действие воды при работах акванавтов за бортом ПЛ. Это приводило к постепенному истощению компенсаторных возможностей, что проявлялось в снижении антиинфекционной резистентности организма и развитии специфических заболеваний акванавтов. Одновременно наблюдались отдельные проявления влияния сенсорной изоляции на фоне нервно-эмоциональной напряженности, связанной с постоянным чувством риска, возможностью опасных ситуаций и влиянием внутригрупповых взаимоотношений небольшого коллектива людей, находящихся в замкнутом пространстве малого объема.

Последние сутки пребывания акванавтов в ПЛ (финишная фаза) характеризовались "настройкой" их на предстоящую декомпрессию и ожиданием смены характера деятельности. Эта фаза обусловлена больше эмоциональными переживаниями и проявлялась в эмоционально-волевых и поведенческих реакциях, а вегетативные сдвиги были менее выражены.

Вторичное стрессовое воздействие (декомпрессия), связанное со ступенчатым снижением давления, сопровождавшееся пересыщением тканей индифферентным газом, во время которого акванавты периодически выполняли физические упражнения, а на последних ступенях вдыхали газовые смеси с высоким содержанием кислорода, увеличивало нагрузку на приспособительные механизмы. Субъективное ощущение риска, возможности развития декомпрессионного заболевания усиливали нервно-эмоциональное напряжение, что проявлялось лабильностью эмоциональных реакций, преимущественно депрессией.

Возвращение к обычным условиям существования, сопровождавшееся обилием сенсорных раздражителей, появлением привычных, но избыточных для акванавтов социальных обязанностей, может рассматриваться как очередное стрессовое воздействие, которое вызывало еще большую повторную перестройку механизмов адаптации (фаза реадаптации). При этом большинство функций возвращалось к исходному уровню, однако отмечались проявления ухудшенной переносимости новых условий существования (снижение умственной и физической работоспособности, депрессия, лабильность систем дыхания и кровообращения и торможение функции коры надпочечников). Степень и длительность астенизации в значительной мере зависели от продолжительности экспозиции.

Подобные изменения отмечались у акванавтов в подводных домах "Преконтинент-I", "Преконтинент-II" (X. Fructus, 1963), а также у испытателей, длительно находившихся в гермокамерах (Б. А. Душков, 1969 и др.), космонавтов (О. Г. Газенко, Б. С. Алякринский, 1970). Механизм возникновения описанной "реакции выхода" состоит, по-видимому, в том, что в результате длительного пребывания человека в измененных условиях формируется своеобразный, прочно фиксирующийся стереотип, разрушение и замена которого протекают тяжелее, чем приспособление к новым условиям, в силу того, что сами приспособительные возможности организма ограничены длительным воздействием неблагоприятных факторов.

Особенно резкие изменения восприятия новых раздражителей наступали в первые часы пребывания на суше. Наблюдались описанные выше кратковременные нарушения координации движений, цветоощущения, контрастности видения отдельных предметов, кажущееся изменение окружающей обстановки и ощущение избыточности информации. Объяснение описанным явлениям следует, очевидно, искать во влиянии на организм сенсорной депривации. Известно, что сенсорная изоляция, полная или частичная, в результате отсутствия контакта с людьми и внешним миром и малой двигательной активности способствует развитию особой напряженности, приводящей к физиологическим и вегетативным сдвигам в организме, которые в свою очередь ведут к снижению работоспособности, потере бдительности, иными словами, к понижению возможности получения информации самим организмом.

Ослабление привычного фона раздражителей, а также устранение из сенсорного окружения адекватных сильных или слабых раздражителей развивают не только тормозной процесс в центральной нервной системе, но и порождают группу реакций (особенно корковых) возбудительного характера, которые как бы восполняют недостаток раздражений. Это можно проиллюстрировать явлениями, имевшимися на этапе начальной адаптации (эйфория, увеличение скорости переработки информации в зрительном анализаторе). Поэтому сенсорную депривацию следует рассматривать как особый вид раздражителя; показано, что реакции на сенсорную изоляцию вполне сопоставимы с реакциями на отдельные специфические раздражители и сенсорную перегрузку (Ф. Д. Горбов, Ф. П. Космолинский, В. И. Мясников, 1966).

Таким образом, временной интервал "последние сутки в подводной лаборатории - первые сутки на суше" нужно оценивать не только с точки зрения изменения физических условий обитания, но и как этап, на котором происходит изменение потока афферентных импульсов, которые поддерживали уровень активности центральной нервной системы. Поэтому изменения, возникающие в психической сфере акванавтов на этапе обратной адаптации и объясняются, вероятно, такой переменой сенсорного потока.

Переход при погружении на наиболее выгодный для целостного организма уровень деятельности в условиях, отличающихся от нормальных, сопровождается рядом фазных состояний. Попытаемся представить характер процесса адаптации человека к условиям длительного пребывания под водой в графической и аналитической форме. На рис. 19 процесс адаптации изображен в координатах "напряженность адаптационных процессов (НАП) - время":

х = f(t). (11)

На суше в условиях привычной деятельности (t₀ - t₁) НАП (х) относительно стабильна, ее колебания незначительны, то есть:

х = а₀, (12)

где а₀ - среднее значение НАП.

В стартовый период ( t_l-t₂) заметно некоторое нарастание НАП, носящее условнорефлекторный характер и встречающееся обычно в физиологии спорта и труда, которое может быть выражено линейной функцией вида:

х = a₁ + a₁t (13)

В этом и последующих выражениях а₁ - а₇, b_l - b₇, c_l - c₇, w₁, w₂, b₁, b₂ - постоянные величины уравнений.

Погружение в воду и связанное с ним изменение среды обитания обусловливают резкое нарастание НАП (см. описанные выше сдвиги внешнего дыхания, кровообращения, уровня стероидных гормонов и др.), например, по степенной функции вида:

х = a₂ · b^c₁t₂ (14)

В гипербарических условиях изменяется регуляция физиологических систем организма и их функционирование переходит на новый уровень, адекватный этим условиям. Режим этого процесса носит волнообразный характер с падением среднего значения НАП, достигнутого сразу после спуска, что вытекает из проведенных исследований. НАП в период начальной (переходной) адаптации (t₃ - t₄) носит характер затухающих колебаний, близких к гармоническим:

х = (a₃ - b₃t)e^-c₂t sin(ω₁t + β₁). (15)

Относительно устойчивое состояние возникает после компенсации регулирующими системами внешних воздействий, в результате чего уровень функционирования отдельных систем организма будет отличаться от наземного по-разному, но общим будет напряжение механизмов, регулирующих адаптационные сдвиги. Наступление периода рабочей деятельности в экстремальных условиях ПЛ характеризуется установлением НАП на примерно постоянном уровне с тенденцией к медленному нарастанию, связанному с постепенным истощением адаптационных возможностей человека в необычной среде и кумуляцией добавочных стрессовых воздействий при работе в воде за бортом ПЛ. Финишный этап характеризуется более быстрым нарастанием НАП. В периоды (t₄ - t₅) и (t₅ - t₆)

х = a₄ + b₄t; (16)

x = a₅ + b₅t. (17)

Декомпрессия связана с добавочной мобилизацией защитных ресурсов, необходимых для компенсации нового комплекса неблагоприятных воздействий (пересыщение тканей индифферентными газами), которые протекают на фоне уже имеющегося напряжения адаптационных процессов. Поэтому к концу декомпрессии, как правило, снижаются как нервно-психические и моральные, так и большинство физиологических показателей, что приводит в конечном итоге к ухудшению работоспособности и надежности акванавтов. В течение реадаптации НАП также носит волнообразный колебательный характер с постепенным приближением к исходному уровню, причем время реадаптации зависит от экспозиции в ПЛ, глубины ее погружения, условий жизни и труда акванавтов.

В период декомпрессии (t₆- t₇) НАП может быть выражена степенной функцией вида:

х = a₆b₆^-c₃t (18)

в период реадаптации (t₇ - t₈

х = (а₇ - b₇t)е^-c₄t sin (φ₂t + β₂) (19)

с приближением к наземному уровню.

Интеграл от функции НАП (заштрихованная площадь на рис. 19) характеризует своего рода "цену" адаптации.

Рис. 19. Динамика напряженности адаптационных процессов организма акванавтов. Объяснения см. в тексте

Приведенная схема и выражения не претендуют на исчерпывающий характер. Они являются первым приближением, дающим общее представление о характере адаптационных перестроек в организме, позволяющим лучше понять суть и причины происходящих процессов.

Дальнейшие наблюдения над динамикой адаптации акванавтов к условиям подводной жизни в экспериментах "Черномор-69", "Черномор-71" на глубинах 26 и 31 м, а также результаты обследований космонавтов при полете космического корабля "Союз-9" (О. Г. Газенко, Б. С. Алякринский, 1970), полярников при зимовках в Арктике и Антарктиде (В. В. Борискин, 1973) позволили заметить еще одну особенность протекания приспособительных процессов у человека, дополняющую вышеописанные,- зависимость длительности и выраженности фаз адаптации от остроты "стрессора". Кроме того, определенную роль играет наличие предварительных погружений в ПЛ с тренировочной или учебной целью, а также "спусков" в барокамерах.

В эксперименте с длительным пребыванием человека в гипероксической среде (в камере) сдвиги изучаемых физиологических функций в общем имели ту же направленность, как и у акванавтов. Об этом свидетельствуют увеличение времени задержки дыхания на вдохе и выдохе, урежение пульса, повышение систолического артериального давления и сохранение на неизменном уровне диастолического, снижение минутного объема крови, замедление скорости кровотока и эритропения. Наряду с этим у испытателей отмечались и некоторые отличия от того, что было получено у акванавтов. Так, урежение дыхания проявлялось не столь четко имелась тенденция к лейкопении, нейтропении, лимфопении и палочкоядерный сдвиг. Отсутствовали обусловленные влиянием повышенного давления изменения жизненной емкости легких, минутного объема дыхания. У испытателей не повышалось число лейкоцитов, скорость оседания эритроцитов, не развивалось катаральное воспаление верхних дыхательных путей и евстахиит; функция кохлеарного и вестибулярного аппаратов практически не изменялась; не увеличивалась экскреция стероидных гормонов. Описанные факты позволяют заключить, что условия, воздействовавшие на организм человека в камере, переносились легче, чем таковые в подводной лаборатории.

Искусственно создавая условия, близкие к подводным в отношении парциального давления кислорода, мы стремились выяснить его влияние на изучаемые функции и степень их изменения. Анализ экспериментальных данных показал, что наиболее выраженные сдвиги происходили со стороны дыхательной, сердечно-сосудистой систем и периферической крови. Эти сдвиги однотипны с наблюдавшимися у акванавтов и согласуются с результатами других исследователей, изучавших влияние кислорода на организм (А. Г. Жиронкин, 1972). Отсюда следует, что изменение состава атмосферы, в первую очередь повышенное парциальное давление кислорода, в подводных лабораториях, снабжающихся сжатым воздухом при давлении 2,1 - 2,2 кгс/см², наиболее существенно влияет на организм человека. Другие факторы являются второстепенными, суммируясь, они усиливают действие основного агента, что обусловливает развитие своеобразной реакции организма в ответ на весь комплекс необычных факторов.

Наши исследования дают основание полагать, что повышенное парциальное давление кислорода особенно воздействует на те физиологические системы, от которых зависит снабжение организма кислородом, то есть дыхание, кровообращение и кровь. Центральная нервная система как бы ограждает себя от влияния повышенных концентраций кислорода защитными механизмами, которые активируют развитие компенсаторных приспособительных процессов других систем. Причем роль защитной реакции сердечно-сосудистой системы при гипероксии, как показывают полярографические исследования D. Jamieson, Н. Van den Brenk (1963), весьма существенна. Поэтому при парциальном давлении кислорода не выше 0,4 кгс/см², как это было в наших опытах, очевидно, его действие на центральную нервную систему значительно ослабляется защитными реакциями дыхательной, сердечно-сосудистой системы и системы крови. Вероятно, этим можно объяснить отсутствие закономерных изменений большинства изученных функций высшей нервной деятельности, которые можно было бы связать с "кислородным эффектом", в подводной лаборатории и в камерах.

Причиной других изменений высшей нервной деятельности (поведения, межличностных отношений, "реакции выхода"), по всей видимости, следует считать вынужденную длительную изоляцию от внешнего мира, нарушение привычной обстановки и определенное однообразие условий существования, то есть то, что принято называть сенсорной депривацией. Действуя через вторую сигнальную систему, этот фактор (в сочетании с постоянным сознанием опасности) в немалой степени способствовал развитию указанных сдвигов в нервно-психическом состоянии испытуемых.

М. Р. Могендович (1957) полагает, что дефицит проприоцепции вызывает дезинтеграцию деятельности локомоторной и вегетативной систем, что сопровождается понижением работоспособности человека. Анализируя с этой точки зрения полученные данные, можно отметить, что одной из причин наблюдаемых изменений (снижения физической работоспособности), общих для акванавтов и испытуемых контрольного исследования, является недостаточность проприоцепции, вызванная относительной гипокинезией.

При характеристике общих закономерностей изменений физиологических функций у акванавтов нет оснований считать, что они возникают только в условиях длительного пребывания в ПЛ. Эти сдвиги (усиление выведения 17-кетостероидов, лимфопения, эритроцитоз), по всей видимости, являются частным случаем общих приспособительных реакций организма человека в ответ на влияние экстремальных факторов. Наряду с этим имеются и специфические изменения, характерные для условий подводных лабораторий на малых глубинах (реакции на гипероксию, сенсорную изоляцию и др.).

Согласно нашим данным и существующим взглядам (В. В. Парин и соавт., 1967), под влиянием экстремальных воздействий, совместимых с нормальной жизнедеятельностью организма, возникает адаптивная перестройка функции коры мозга, его подкорковых структур, а также нейро-эндокринной системы. Адаптация несколько раздвигает границы существования организма, приводит к смещению зоны оптимума и ослаблению зависимости от внешних условий. В результате возникает новый, наиболее оптимальный для данных условий, функциональный уровень жизнедеятельности, предопределяющий новые особенности реакций организма на непосредственное экстремальное воздействие и в период восстановления функций до исходного уровня (обратная адаптация). Последняя отражает совокупность обменных и структурных изменений в отдельных системах организма и приобретает значение важного интегрального показателя, помогающего судить о функциональном состоянии регуляторных систем, реактивной способности организма и его компенсаторных возможностях.

Исходя из общих закономерностей изменения функционального состояния организма акванавтов, можно предложить некоторые рекомендации по составлению режима нормальной жизнедеятельности акванавтов в условиях подводных лабораторий для малых глубин.

Наибольшая нагрузка на защитные механизмы наступает после погружения и декомпрессии, что выражается описанными выше сдвигами физиологических систем на этапах начальной адаптации и реадаптации; в это время целесообразно уменьшать дневную нагрузку и предоставлять больше времени для отдыха и приспособления к новой обстановке. Основываясь на том, что каждое фазовое изменение функций в связи с пребыванием в подводной лаборатории занимает по несколько суток, следует считать нецелесообразным пребывание в ПЛ с научной или рабочей целью менее 5 сут.

Во время наступления устойчивой адаптации к условиям подводных жилищ важное место должна занимать профилактика сенсорной депривации. В комплекс этих мероприятий могут быть включены рациональное конструирование, предметно-пространственное и цветовое оформление внутренних помещений. Необходимо повышать роль таких внутренних стимулов, как интерес к трудовому процессу, разнообразие форм труда, достаточная степень загрузки, определенный уровень сложности заданий; правильно подбирать функциональную музыку, физические упражнения и питание, сохраняющие эмоциональное воздействие. Важна биологическая и психологическая "совместимость" экипажа, то есть учет индивидуальных особенностей каждого члена и всей группы в целом. Целесообразно при длительных экспозициях применять стимуляторы центральной нервной системы растительного происхождения (препараты женьшеня, элеутерококка, левзеи и др.).

Чем больше обитаемость герметичной кабины отличается от обычных условий, тем более выражена реакция "выхода". Поэтому для уменьшения ее выраженности и продолжительности применяют комплекс оздоровительных мероприятий на этапе устойчивой адаптации: повышение резистентности организма, стимуляция защитных механизмов, поддержание тонуса дыхательной и сердечно-сосудистой систем и опорно-двигательного аппарата. Кроме того, необходимо осуществлять постепенный переход акванавтов к обычным условиям жизни после декомпрессии, учитывая тот факт, что после нее, когда организм акванавта подвергается повторной адаптивной перестройке, вероятность "поломки" компенсаторных механизмов больше, причем возможно расхождение между субъективной и объективной оценками состояния организма.

Наши данные и опыт, накопленный космической медициной (В. В. Парин и соавт., 1967), говорят о необходимости нескольких видов медицинского контроля. Подробные медицинские осмотры с максимальным объемом исследований (для оценки состояния всех систем организма) можно проводить перед погружением в подводную лабораторию и после декомпрессии. Оперативный медицинский контроль состояния основных жизненно важных систем должен заключаться в ежедневных измерениях параметров кислородных режимов организма, температуры тела, а также в тестовых испытаниях высшей нервной деятельности с интервалами 2 - 4 дня. На особенно ответственных этапах жизнедеятельности акванавтов (выход в воду, декомпрессия) нужно предусмотреть непрерывную автоматическую регистрацию физиологических функций. Проведение указанных мероприятий в сочетании с применением стимулирующих фармакологических препаратов и психологического воздействия поможет сохранить работоспособность акванавтов на оптимальном уровне.

Подводные лаборатории, установленные на малых глубинах, являются удобной моделью для отработки многих, не зависящих от глубины, методов и средств работ. Находясь в таком сооружении, акванавт подвергается влиянию комплекса агрессивных факторов подводной среды, причем некоторые из них проявляются на всем диапазоне глубин континентального шельфа. Поэтому изучение функционального состояния организма человека в этих условиях требует серьезного внимания, так как механизмы сдвигов физиологических функций, вероятно, сходны на разных глубинах, в связи с чем возможны их интерполяция и прогнозирование. Простота формирования внутренней атмосферы, состоящей из сжатого воздуха, и сравнительная простота обеспечения работ, в значительной мере снижающие затраты на изготовление и эксплуатацию подводных лабораторий, уже сейчас позволяют использовать их для научных исследований и практического применения.