Некоторые респираторные показатели

Изучению состояния физиологических функций организма водолазов посвящено много работ. В них, в частности, показано, что при погружении человека в воду деятельность органов дыхания и кровообращения изменяется, что влияет на его работоспособность и выносливость (А. С. Солодков, 1965; М. И. Гуревич и др., 1967; А. П. Мясников, 1967; Г. В. Дзяк, 1970; А. А. Аскеров, В. И. Кронштадтский-Карев, 1971). Однако анализ состояния внешнего дыхания, сердечно-сосудистой и других систем организма человека при многочасовом пребывании в воде в покое и мышечной деятельности, а также при конкретной работе в условиях гидроневесомости не проводился. Интерес к этому вопросу растет, поскольку именно характеристика указанных систем определяет возможность нормирования трудовых операций в чуждой человеку среде.

Наши исследования показали, что в наземных условиях за несколько суток до опыта параметры внешнего дыхания и газообмена испытуемых мало отличались от нормы (в исследованиях принимали участие В. И. Лейзерова и Е. В. Бориова). Непосредственно перед погружением (старт) увеличивались МОД, потребление кислорода и выделение углекислого газа, особенно в опытах II, III и IV серий (табл. 15).

Таблица 15. Показатели внешнего дыхания и газообмена у легководолазов в наземных и подводных условиях (средние величины)

(Примечания: 1 - без костюма; 2 - в гидрокостюме "Садко-II". )

Так, МОД превышал аналогичную контрольную величину на 4,3 ± 1,9 л/мин (Р<0,05), энергорасход - на 0,519 ± 0,22 ккал/мин (Р<0,05). Такое изменение исследуемых функций обусловлено, по нашему мнению, физическими усилиями при одевании гидрокостюма, нагревающим действием под- одежного пространства гидрокостюма и нервно-эмоциональным напряжением. Усиление функции дыхания возникает в результате изменения его регуляции по типу "прогнозирования" (А. 3. Колчинская, 1973) и имеет условнорефлекторную основу. Скорость потребления кислорода в стартовом периоде зависит от первоначального задания, т. е. организм "анализирует" расстояние, которое ему предстоит "пройти", и соответственно условно-рефлекторно усиливается газообмен (В. Б. Либерман и соавт., 1954). В наших исследованиях предстартовые сдвиги отмечены лишь перед длительными опытами, что согласуется с приведенной точкой зрения.

Погружение, передвижение к месту работы и пребывание в воде в состоянии относительного покоя способствовали дальнейшему развитию сдвигов исследуемых функций. Сравнивая результаты, полученные до погружения и на 5-й минуте пребывания в воде, можно заключить, что в среде с повышенной плотностью и теплопроводностью даже при небольших физических усилиях значительно увеличивался МОД (рис. 22), что приводило к росту скорости поступления кислорода в легкие (рис. 23) и его потребления. МОД возрастал за счет увеличения дыхательного объема и учащения дыхания. Однако, несмотря на то что кислородный эффект дыхательного цикла увеличивался, количество воздуха, необходимое для поглощения организмом 1 л кислорода (вентиляционный эквивалент), повышалось, что указывало на снижение эффективности внешнего дыхания. Одновременно возрастали энерготраты акванавтов (рис. 24).

Рис. 22. Минутный объем дыхания легководолазов в воде (средние данные): 1 - во время выполнения стандартных дозированных нагрузок при 6-часовом пребывании, 2 - во время подводного бурения (90-минутное пребывание), 3 - контрольные опыты на суше. Стрелкой показано начало выполнения нагрузки (работы), 1 - перед погружением, II - старт, III - пребывание в воде, IV - после декомпрессии

Рис. 23. Скорость поступления кислорода в легкие у легководолазов в воде: 1 - во время выполнения стандартных дозированных нагрузок при 6-часовом пребывании в воде, 2 - во время выполнения дозированной нагрузки без гидрокостюма, 3 - во время контрольных опытов на суше. Стрелкой показано начало выполнения нагрузки (работы), I - перед погружением, II - старт, III - пребывание в воде, IV - после декомпрессии

Рис. 24. Энергозатраты легководолазов при физической нагрузке в воде (средние данные): 1 - контрольная нагрузка, 2 - нагрузка без гидрокостюма, 3 - нагрузка в гидрокостюме 'Садко-П'. I - перед погружением, II - пребывание в воде, III - после декомпрессии

Описанные изменения были более выраженными у лиц, находившихся под водой без защитной одежды.

При дозированной физической нагрузке на организм под водой у легководолазов в I и II сериях опытов возникали однонаправленные изменения внешнего дыхания, проявляющиеся дальнейшим увеличением МОД, скорости потребления кислорода и энерготрат (табл. 16).

Таблица 16. Показатели внешнего дыхания легководолазов при физической нагрузке (средние величины)

(Примечание. Арабскими цифрами обозначены порядковые номера стандартных нагрузок.)

Как видно из таблицы, такое нарастание сдвигов было более весомым при погружении под воду без гидрокостюма, чем в нем. Динамика нарастания изменений дыхания под водой у лиц в опытах I и II серий была различной. В I - газообмен и энерготраты в первые же минуты достигают высоких величин и лишь незначительно увеличиваются при последующей нагрузке, во II - изменение дыхания достигает максимального уровня только при мышечной деятельности.

Многократные физические нагрузки аналогично изменяли дыхательную функцию, причем достигалось относительно устойчивое состояние, при котором изучаемые параметры стабилизировались на высоком уровне. Наблюдалась тенденция к усилению этих сдвигов после 2, 3 и 4-й стандартных нагрузок, что соответствовало 2 - 4-му часу экспозиции в воде. Такое прогрессирование сдвигов свидетельствовало о нарастании утомления и переохлаждения, которые развивались в ответ на комплексное воздействие водной среды, основными факторами которой в данном случае являлись ее повышенная теплопроводность и физическая нагрузка.

Физическая нагрузка, связанная с конкретной трудовой деятельностью под водой (III серия), характеризовалась подобными изменениями показателей дыхания и газообмена (табл. 17).

Таблица 17. Показатели внешнего дыхания и газообмена у бурильщиков при работе под водой (средние величины)

Если обратить внимание на динамику адаптации к работе - "врабатывание" - (см. рис. 22, 23), можно отметить, что наиболее существенные изменения происходили при погружении в воду, на этапе "старт - покой на рабочем месте", а при работе величины исследуемых параметров не нарастали. Можно думать, что в это время показатели внешнего дыхания стабилизировались на новом уровне. Однако к 70 - 75-й минутам экспозиции выявлялись признаки нарастающего утомления и переохлаждения - мышечная дрожь, усиление газообмена, рост энерготрат.

Выполнение трудовых операций в условиях гидроневесомости характеризовалось некоторыми особенностями по сравнению с обычными для человека условиями, что создавало дополнительные трудности в процессе работы. Значительно замедлялся темп движений, манипуляции с инструментами были плавными, неторопливыми. Безопорная среда ухудшала качество выполнения работ, связанных со статическими усилиями, отмечались разнонаправленные движения объекта труда и тела человека. Соприкасающиеся с грунтом вращающиеся механизмы и движения человека приводили к сильному взмучиванию воды на рабочем месте, которое ослабляло освещенность и видимость, ухудшало ориентировку. Поза рабочего в покое была неустойчивой со склонностью к "переворачиванию". Передвижение на короткие расстояния на рабочем месте затрудняли ласты, кроме того, стеснял движение гидрокостюм. Все перечисленные обстоятельства способствовали появлению новых, необычных для наземных условий приемов труда, сопровождались дополнительными мышечными усилиями. Об этом свидетельствовал высокий уровень показателей дыхания, газообмена и энерготрат, установившийся у бурильщиков через 30 - 40 мин работы (см. табл. 17).

Динамика подводного этапа восстановительного периода после физической работы отражала дальнейшее увеличение газообмена и энерготрат. Как правило, абсолютные величины показателей дыхания превышали дорабочий уровень в 2 - 3 раза. Это свидетельствовало о низкой эффективности отдыха в воде, обусловленной быстрым охлаждением организма вследствие уменьшения выделения тепла при прекращении мышечной деятельности. Несколько иные взаимоотношения параметров дыхания и газообмена наблюдались после выхода легководолазов из воды (наземный этап). При этом к концу 5-й минуты пребывания на суше, хотя уровни исследуемых параметров были еще высокими, наблюдалось постепенное их возвращение к исходным величинам. В основном нормализация дыхания и газообмена после выполнения работ под водой прикладного характера (III серия) наступала к 30-й минуте.

Из сказанного вытекает нецелесообразность отдыха под водой, так как гиподинамия легководолазов создает предпосылки для быстрого их охлаждения. Этому способствует также "обжим" тела легководолаза гидрокостюмом, в результате чего сдавливаются сосуды кожи, поверхностных слоев мышц, что приводит к нарушению периферического кровообращения и в конечном итоге к более быстрому охлаждению. Кроме того, плотное прилегание гидрокостюма создает лучшие условия для контакта с окружающей водой, что еще больше усиливает охлаждение организма.

Применение гидрокостюма, в котором было бы устранено воздействие перечисленных факторов, могло существенно продлить пребывание человека в условиях водной среды. Результаты опытов IV серии с применением легководолазного скафандра, разработанного с учетом приведенных выше обстоятельств, подтверждают эту мысль. Продолжительность пребывания испытуемых в воде достигала 38 ч, причем они выполняли операторскую работу, то есть находились в условиях гиподинамии. Показатели внешнего дыхания у 2 испытуемых, один из которых находился в воде 26 ч, второй - 38 ч, непосредственно перед погружением (старт) были аналогичны данным, полученным в I - III сериях опытов, а сдвиги в восстановительный период были менее выраженными, чем после 1 - 6-часового пребывания в воде (опыты I - III серий).

Спирографические исследования, проведенные до и после пребывания в воде (I - II серии), показали, что под влиянием комплекса факторов водной среды при многочасовых экспозициях происходило изменение соотношения объемов, составляющих жизненную емкость легких, хотя последняя практически не изменялась. Дыхательный объем уменьшился на 260±58 мл/мин (Р<0,05), а резервный - увеличился на 564 ± 164 мл (Р<0,05). Через 1 сут после погружения полного восстановления легочных объемов не произошло. Длительность функциональных проб с задержкой на вдохе и выдохе также изменялась после пребывания под водой. Так, апноэ на вдохе превышало исходные величины на 15 с (Р<0,05) и на выдохе - на 12 с (Р<0,05), хотя парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе сохранялось неизменным. Учитывая, что длительность апноэ отражает состояние нервной системы и степень эмоционального напряжения (М. Е. Маршак, 1961), можно предположить, что снижение устойчивости нервной системы после физической работы под водой не наступает, функциональные резервы организма сохраняются в объеме, достаточном для компенсации наступивших сдвигов.

Общая длительность восстановительного периода после физических нагрузок в опытах I - III серий превышала 1 сут, что подтверждается данными исследований, проведенных на 2-й день после погружения, которые обнаружили повышенную скорость потребления кислорода организмом, хотя оно было ниже величин, имевшихся сразу после выхода на сушу.

Анализ и сопоставление результатов проведенных экспериментов с многочасовым пребыванием и работой человека в воде позволяют отметить основные закономерности изменений внешнего дыхания и газообмена. Так, уже перед работой (погружением) отмечались усиление внешнего дыхания и повышение потребления кислорода, причем выраженность этих изменений зависела от характера предстоящей деятельности легководолаза. Это свидетельствует о том, что уже перед началом работы под водой развивалась условнорефлекторная настроенность указанной функции на предстоящую работу. Известно, высокий, приближающийся к рабочему, уровень функции обусловливает благоприятную перестройку ее во время самой работы (В. Б. Либерман, 1954; М. Е. Маршак, 1961, и др.).

В первые минуты погружения развивались существенные изменения дыхания и газообмена, выраженность которых зависела от длительности пребывания в воде и характера трудовой деятельности. Такие сдвиги были характерными при пребывании в воде в состоянии покоя, физическая активность их несколько усиливала, а отдых в воде не восстанавливал. Такая динамика, по всей вероятности, объясняется непрерывным действием на организм комплекса факторов: охлаждающего действия воды, нервно-эмоционального напряжения, физической нагрузки в среде с повышенной плотностью и осложненной возможностью ориентирования в пространстве. Уменьшение охлаждения тела и связанных с этим сдвигов достигалось гидрокостюмом, а применение специального защитного скафандра, устранившего нарушения периферического кровообращения, позволило значительно увеличить экспозицию легководолазов в воде. Это указывает на превалирующее значение именно этого фактора из перечисленного комплекса воздействий.

Тяжесть подводного труда определяется не только степенью конкретной физической нагрузки и временем пребывания в воде, но и сложной условнорефлекторной деятельностью организма. Кроме непосредственного производственного задания, рабочему (бурильщику) приходится постоянно контролировать и корректировать положение своего тела в пространстве, следить за нормальным функционированием дыхательной аппаратуры, подстраховывать помощника, ориентироваться во времени под водой, глубине погружения, держать связь с "поверхностью" и т. д. Все это требует дополнительных затрат энергии, в частности на статические усилия, связанные с поддержанием тела в безопорном пространстве.