Translate

пятница, 11 сентября 2015 г.

Экология человека часть 2

3.13. Действие ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения – это любые излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков, т. е. ионизации атомов и молекул в облучаемом веществе. Кроме ионизации, все виды излучений вызывают возбуждение атомов и молекул путем передачи им части энергии, недостаточной для ионизации. Иначе говоря, ионизация и возбуждение являются главными процессами расходования всей энергии излучения, проникающего в облучаемый объект. Ионизирующие излучения подразделяются на электромагнитные и корпускулярные.
К электромагнитным излучениям относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи радиоактивных элементов и тормозное излучение, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц при прохождении через вещество. Эти разновидности излучений имеют ту же природу, что и видимый свет, радиоволны, но с меньшей длиной волны. Электромагнитные излучения не имеют массы покоя и заряда, а потому обладают наибольшей проникающей способностью. Пробег частиц электромагнитных излучений (фотонов) максимально сокращается в таких материалах, как свинец, что используется при конструировании защитных экранов.
Корпускулярное излучение – это ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля.
Выделяют две разновидности подобных частиц. Заряженные частицы: β-частицы (электроны), протоны (ядра водорода), дейтроны (ядра тяжелого водорода – дейтерия), α-частицы (ядра гелия), тяжелые ионы – ядра других элементов, ускоренные до больших энергий. При прохождении через вещество заряженная частица, теряя свою энергию, вызывает ионизацию и возбуждение атомов. К незаряженным частицам относятся нейтроны, которые не взаимодействуют с электронной оболочкой атома, беспрепятственно проникают в глубь атомов, вступая в реакцию с ядрами. При этом испускаются α-частицы или протоны. Протоны приобретают в среднем половину кинетической энергии нейтронов и вызывают на своем пути ионизацию. Плотность ионизации протонов велика, поэтому нейтроны следует рассматривать как частицы, косвенно вызывающие очень плотную ионизацию. В веществах, содержащих много атомов водорода (вода, парафин, графит), нейтроны быстро растрачивают свою энергию и замедляются, что используется в целях радиационной защиты.
Основные источники ионизирующих излучений. Различают два вида радиоактивности: естественную (природную) и искусственную.
1. К естественным источникам излучений относятся:
– внутренние: радиоактивные изотопы 40К и 14С, отложившиеся в костях радий и торий, а также радон, растворенный в тканях организма;
– внешние: космические лучи, излучения от радиоактивности в почве, воздухе и строительных материалах.
Общая доза фонового облучения, получаемая человеком в год, на уровне моря составляет примерно 0,14-0,7 сЗв. Учитывая, что современные самолеты летают на высотах более 10 км, необходимо кратко охарактеризовать радиационную обстановку в верхних слоях атмосферы и стратосфере. Основной вклад в дозу облучения на этих высотах вносит галактическое космическое излучение (ГКИ). На уровне Земли доза от ГКИ составляет 887 мкГр за год. Считается, что в пределах до 10 км над уровнем моря доза ГКИ через каждые 1,5 км высоты удваивается. На высотах от 10 до 80 км она изменяется в диапазоне от 1,8 до 8 сГр в год (или от 50 до 880 мкГр/сут.). На высоте около 85 км над уровнем моря ГКИ формирует максимум тканевой дозы – до 8,64 сГр/год (840 мкГр/сут.). Этот максимум объясняется увеличением вклада вторичного излучения (электроны, позитроны, протоны и др.). На высотах 85–30 км вклад вторичного излучения уменьшается и интегральная доза составляет величину порядка 5,4 сГр/год (150 мкГр/сут.).
2. Наиболее реальную опасность представляют искусственные источники излучений. Совершенствование авиакосмической техники может привести к использованию в будущем бортовых радиоизотопных, ядерно-энергетических и ядерно-силовых установок, являющихся источниками ионизирующих излучений. Возникновение радиационной ситуации возможно при перевозках радионуклидов, а также еще в трех особых формах контакта с источниками облучения: взрыв ядерного оружия, аварийный выброс технологических продуктов атомного предприятия в окружающую среду и местное выпадение радиоактивных веществ, сопутствующее первым двум обстоятельствам. Примерами могут служить атомный взрыв над городами Японии в 1945 году, испытательный термоядерный взрыв на Маршалловых островах в 1954 году, авария в Уайдскелле в 1957 году и др. Поток γ-излучения и нейтронов, сопровождающий атомный взрыв, обладает значительной проникающей способностью и достигает Земли даже при взрыве на значительной высоте.
Источником излучения в районе взрыва являются также осевшие радиоактивные продукты из облака взрыва, элементы почвы и местных предметов, приобретшие наведенную радиоактивность вследствие воздействия потоков нейтронов из эпицентра взрыва.
Как естественная, так и искусственная радиоактивность имеет сложный спектр излучения. Для оценки биологического эффекта воздействия излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы с единицей измерения в СИ – зиверт (Зв).

Зиверт – единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского или г-излучения (энергия 100-1000 кэВ).
• При одной и той же поглощенной дозе биологический эффект от воздействия различных видов излучения существенно различается. В связи с этим для прогнозирования биологического эффекта в поглощенную дозу излучения необходимо вносить поправочный коэффициент на его вид: этот коэффициент характеризует относительную биологическую эффективность (ОБЭ).
Пользуясь понятием о дозе излучения, ОБЭ можно определить как отношение биологически равноэффективных доз стандартного и сравниваемого излучений:

• Биологическую эффективность ионизирующего излучения определяют в первую очередь линейной плотностью ионизации (ЛПИ), создаваемой этим излучением, т. е. количеством пар ионов, образуемых на единице пути ионизирующей частицы в веществе (ткани). Однако биологическую эффективность правильнее связывать не с ЛПИ, а с величиной энергии, передаваемой ионизирующей частицей ткани на единицу пути. Эта величина называется линейной передачей энергии (ЛПЭ). Значения ЛПИ, ЛПЭ и ОБЭ связаны между собой.
• Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности в области малых величин доз при хроническом облучении, называют коэффициентом качества излучения Q.
• Кроме единиц дозы излучения, в медицинской практике используют единицы активности радиоактивных изотопов. Единица активности в СИ – беккерель (Бк), равная одному распаду в секунду (расп./с).
Оценка дозы осуществляется различными физическими и химическими методами. В настоящее время широко используют ионизационный метод, т. е. измеряется электрический ток, возникающий вследствие ионизации газовых смесей в специальных камерах с тканеэквивалентными стенками. Важное значение для оценки облучения всего тела и различных его частей имеют автономные дозиметры интегрального типа, в частности термолюминесцентные дозиметры, достоинствами которых являются малые размеры, устойчивость к механическим воздействиям и пониженному барометрическому давлению, хорошая сохранность информации, химическая инертность, вследствие чего возможно их употребление в любой газовой среде, при любой влажности. Находит применение метод измерения дозы с использованием фотопленок и ядерных фотоэмульсий. Применение ядерных фотоэмульсий позволяет, кроме того, проанализировать состав падающего на тело излучения.
Биологическое воздействие ионизирующих излучений. Первичные радиационно-химические изменения при его воздействии раскрыты не полностью. В основе биовоздействия могут лежать два механизма:
– прямое действие (молекула биообъекта испытывает изменения непосредственно при прохождении через нее электрона);
– косвенное (изменяемая молекула получает энергию путем передачи от другой молекулы).
Все ткани организма способны поглощать энергию излучения, которая преобразуется в энергию химических реакций или тепло. Известно, что в тканях содержится 60–80 % воды. Следовательно, большая часть энергии излучения поглощается водой, а меньшая – растворенными в ней веществами.
Поэтому при облучении в организме появляются свободные радикалы – продукты разложения (радиолиза) воды, которые в химическом отношении очень активны, могут вступать в реакцию с белковыми и другими молекулами. Полагают, что в таких «плотно упакованных» структурах, как хромосомы, преобладают повреждения, обусловленные прямым действием излучения, тогда как в растворах и высокогидратированных системах существенную роль играют также продукты радиолиза воды.
При воздействии очень больших доз в результате первичного действия ионизирующего излучения наблюдаются изменения в любых биомолекулах. При умеренных же дозах лучевого воздействия первично страдают в основном только высокомолекулярные органические соединения: нуклеиновые кислоты, белки, липопротеиды и полимерные соединения углеводов.
• Нуклеиновые кислоты обладают чрезвычайно высокой радиочувствительностью. При прямом попадании достаточно 1–3 актов ионизации, чтобы молекула ДНК вследствие разрыва водородных связей распалась на две части и утратила свою биологическую активность.
• При воздействии ионизирующего излучения в белках происходят структурные изменения, приводящие к потере ферментативной и иммунной активности. Нарушение структуры белков проявляется в изменении ряда их физических характеристик: показателях вязкости, преломления света, оптического вращения, спектрах электронного парамагнитного резонанса и др. Обнаружение свободных амидных групп и фрагментов после раскручивания молекул облученных белков свидетельствует о наличии замаскированных разрывов полипептидных цепей. С увеличением дозы излучения число разрывов полипептидных связей нарастает и явления деградации белка становятся очевидными.
• Повреждение ионизирующим излучением структуры жиров приводит к нарушению сложных ферментативных реакций, развитие которых обеспечивается упорядоченностью расположения ферментов на мембране, а также изменению процессов адсорбции и активного транспорта ряда веществ через мембрану вследствие нарушения ее проницаемости. Первичные изменения в жирах при воздействии ионизирующего излучения заключаются в образовании свободных радикалов, которые, взаимодействуя с кислородом, образуют перекисные соединения, обладающие высокой химической активностью.
Первичные изменения в углеводах сводятся к окислению их с распадом углеводородной цепи и образованием кислот и формальдегида.
В результате этих процессов, протекающих практически мгновенно, образуются новые химические соединения – радиотоксины, несвойственные организму в норме. Все это приводит к нарушению сложных биохимических процессов обмена веществ и жизнедеятельности клеток и тканей, т. е. к развитию лучевой болезни (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Механизмы развития радиационного поражения (по: А. М. Кузин, 1970)

Проблема радиочувствительности клеток, тканей, организмов занимает центральное место в радиобиологии. Наиболее чувствительны к этому фактору малодифференцированные, молодые и растущие клетки. Характеристикой радиочувствительности биообъектов является величина дозы облучения, вызывающей гибель 50 % объектов. У человека среднелетальная доза равна 4 ± 1 Гр.
Формы лучевой болезни. Ввиду различной радиочувствительности органов и тканевых систем существует строгая зависимость между поглощенной дозой в организме и средней продолжительностью жизни биологических объектов. Эти три характерных дозных участка кривой, отражают основные клинические радиационные синдромы (формы лучевой болезни), развивающиеся вследствие необратимого поражения соответствующих критических систем (органов) организма: кроветворной, кишечника и ЦНС:
– костномозговой (1-10 Гр);
– желудочно-кишечный (10–50 Гр);
– церебральный (более 50 Гр).

Критический орган (система) – это система, орган, ткань или часть тела, которая первой выходит из строя в конкретном диапазоне доз и приводит организм к гибели, а в гигиеническом плане причиняет наибольший ущерб здоровью человека или его потомству.
• Костномозговая форма лучевого поражения возникает в результате однократного, общего относительно равномерного облучения, когда критической является система кроветворения и в первую очередь костный мозг. Эта форма клинически может протекать в виде:
– острой лучевой реакции;
– острой лучевой болезни.
Острая лучевая реакция
Наиболее легкая степень тяжести острого лучевого поражения организма. Она наблюдается при небольших дозах облучения (порядка нескольких десятых долей грэй). Самочувствие остается удовлетворительным; какие-либо выраженные клинические проявления у пораженных отсутствуют. При исследовании крови находят умеренно выраженное уменьшение содержания лимфоцитов, гранулоцитов и тромбоцитов. Изменения в целом носят преходящий характер и через 3–4 недели исчезают. Смертельные исходы отсутствуют.
Острая лучевая болезнь (ОЛБ)
Это более тяжелое поражение организма. Оно возникает при относительно больших дозах облучения – порядка нескольких грэй. Характерной чертой ОЛБ является волнообразностъ клинического течения.
Предлагается различать три периода в течении ОЛБ: формирование, восстановление и период исходов и последствий.
I. Период формирования ОЛБ, в свою очередь, четко разделяется на четыре фазы.
1. Фаза первичной общей реакции – наиболее ранний симптомо-комплекс радиационного поражения, возникающий в первые часы после облучения и характеризующийся следующими симптомами: общая слабость, утомляемость, апатия, головокружение, головная боль, парестезии конечностей, нарушение сна, тошнота, рвота, понос. Ясно, что в условиях полета указанные симптомы могут приобрести особую значимость. Бесспорно, перечисленные симптомы являются «поведенчески значимыми». Однако заранее невозможно однозначно прогнозировать, какое влияние окажут соматические и психосоматические эффекты облучения на операторскую деятельность, поскольку высокий уровень тренировки и мотивации позволяет выполнять сложные задачи управления в различных экстремальных условиях.
2. Фаза кажущегося клинического благополучия (скрытая, или латентная). Чем короче срок такого состояния, тем, как правило, тяжелее степень радиационного поражения. Несмотря на отсутствие видимых клинических проявлений, отмечаются функциональные нарушения в ЦНС, а также в сердечно-сосудистой, кроветворной и пищеварительной системах. Непродолжительный абсолютный нейтрофильный лейкоцитоз сменяется лейкопенией со сдвигом формулы вправо. С первых минут или часов после облучения обнаруживается лимфоцитопения, быстро снижается число нейтрофилов, затем тромбоцитов и позже эритроцитов. Продолжительный начальный лейкоцитоз (2–3 дня после облучения) является, как правило, благоприятным прогностическим признаком.
3. Фаза выраженных клинических проявлений (разгар заболевания) характеризуется появлением всего симптомокомплекса лучевой болезни.
4. Фаза непосредственного восстановления, переходящая в период восстановления.
II. Процессы восстановления в облученном организме характеризуются периодом полувосстановления, т. е. временем, необходимым для восстановления организма от лучевого поражения на 50 %. У человека, согласно расчетам, он составляет 25–45 дней, считая от момента облучения. В среднем его принимают равным 28 суткам.
Восстановление происходит не во всех случаях облучения. Предлагается различать 4 прогностические категории:
1) выживание невозможно, если доза облучения основной массы тканей тела достигает 6 Гр, несмотря на отличный медицинский уход и самую современную терапию;
2) выживание возможно при дозах 2–4,5 Гр, несмотря на тяжелое поражение, которое требует своевременного и квалифицированного лечения;
3) выживание вполне вероятно (1–2 Гр);
4) выживание несомненно (при дозах менее 1 Гр), а имеющаяся клиническая симптоматика (только гематологические сдвиги) не требует медицинского вмешательства.
III. Период исходов и последствий облучения проявляется в изменениях крови, угнетении механизмов иммунитета, нарушении обмена веществ, а далее – укорочении продолжительности жизни (раннее старение), увеличении вероятности развития лейкоза и злокачественных новообразований, помутнения хрусталика (лучевая катаракта), нарушении функции сердечно-сосудистой системы, вегетативных расстройствах, а также в генетических изменениях.
• При кишечной форме лучевой болезни в результате массовой гибели клеток эпителия тонкого кишечника развиваются тяжелые нарушения в желудочно-кишечном тракте. Резко нарушаются процессы всасывания и экскреции веществ. Организм теряет много жидкости, наступает его обезвоживание. Слизистая оболочка изъязвляется, иногда появляются перфорации, развиваются кишечные кровотечения, являющиеся нередко причиной смерти пораженных. Большую роль играют при этой форме поражения также инфекция и интоксикация организма продуктами жизнедеятельности кишечной микрофлоры. Глубокие патологические изменения в кроветворной ткани не успевают развиться, так как пораженные умирают в ближайшие 6–9 дней после облучения. Однако, несмотря на быстротечность заболевания, и в этом случае можно отметить короткий период мнимого благополучия, длящийся от 1 до 2 суток.
• Церебральная форма лучевого поражения характеризуется чрезвычайно быстрым и тяжелым течением. Продолжительность жизни пораженного измеряется часами. Уже вскоре после облучения появляются мышечный тремор, нистагм, расстройство равновесия и координации движений, тонические и клонические судороги. Развивается состояние децеребрационной ригидности мышц. Во время приступа останавливается дыхание. Может наступить паралич дыхательного центра. Кишечная и церебральная формы лучевой болезни клинически протекают в виде острейшей лучевой болезни.
Описанные биологические эффекты могут значительно модифицироваться условиями облучения: время, локализация, сопутствующие факторы. Так, например, большое значение имеет мощность дозы, или интенсивность облучения, под которой понимают количество энергии излучения, поглощаемое в единицу времени – сутки, час, минуту, секунду и т. д. Если мощность дозы очень мала, то даже ежедневные облучения в течение всей жизни человека не смогут оказать заметно выраженного поражающего действия. Таким образом, фактор времени крайне значим в биологическом эффекте излучения. Это еще раз свидетельствует о том, что организм обладает способностью восстанавливать основную часть радиационного поражения. Многократное прерывистое (фракционированное) воздействие излучения также приводит к значительному снижению поражающего действия. Неравномерные лучевые воздействия, которые встречаются на практике в подавляющем большинстве случаев, переносятся в целом значительно легче, чем «классические» общие равномерные облучения, рассмотренные нами ранее.
Таким образом, в настоящее время достаточно хорошо изучены последствия, вызываемые воздействием на организм различного рода ионизирующих излучений. Однако физиологические реакции, возникающие под их влиянием, в сочетании с другими факторами нелучевой природы могут быть существенно иными.
Лечение и профилактика радиационного облучения. В настоящее время разработаны эффективные меры и правила защиты людей, работающих с источниками ионизирующих излучений. Профилактика радиационных поражений осуществляется путем проведения комплекса санитарно-гигиенических, санитарно-технических и специальных медицинских мероприятий.
Строгое соблюдение правил и надлежащий дозиметрический контроль исключают вредное действие ионизирующих излучений.
I. Средства противохимической защиты (защитная одежда, противогазы или респираторы и т. п.) оказывают известный защитный эффект от воздействия радиоактивных веществ. Эффективным способом противорадиационной защиты является локальное экранирование критических органов и систем. В случаях, когда неизбежно облучение в дозах, превышающих предельно допустимую дозу (ПДД), профилактика осуществляется методом фармакохимической защиты.
При попадании радиоактивных веществ на открытые участки тела, одежду, снаряжение основная задача сводится к быстрому их удалению, чтобы воспрепятствовать попаданию радионуклидов в организм. Если радиоактивное вещество все же проникло внутрь, то пострадавшему сразу вводят адсорбенты в желудок (промывают его, дают рвотные, слабительные, отхаркивающие средства) и внутривенно – комплексионы (например, динатриевая соль этилендиамино-тетрауксусной кислоты – ЭДТУ), способные прочно связывать радиоактивные вещества и препятствовать отложению их в тканях.
Основным требованием при лечении ОЛБ является комплексность терапевтических мероприятий, при этом используют как патогенетические, так и симптоматические средства.
II. Радиопротекторы. В результате многочисленных радиобиологических исследований обнаружены вещества, которые при введении в организм за определенное время до облучения снижают в той или иной степени радиационное поражение. Большинство изученных в настоящее время радиопротекторов оказывают положительный эффект при введении их в организм за сравнительно короткое время до облучения. Они улучшают течение лучевой болезни, ускоряют восстановительные процессы, повышают эффективность терапии и увеличивают выживаемость.

Одним из основных механизмов модификации радиочувствительности, в том числе и при использовании радиопротекторов, является кислородный эффект – универсальное явление радиобиологии. Под ним обычно понимают явление усиления лучевого поражения при повышении концентрации кислорода в облучаемой среде во время облучения и, напротив, ослабление поражения при снижении его концентрации в биологическом объекте. Кислородный эффект продемонстрирован на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях биологической интеграции. Применение кислорода после момента облучения может привести к качественно иным изменениям, в частности возможно улучшение и убыстрение восстановительных процессов.
Таким образом, было экспериментально установлено, что повышения радиорезистентности организма можно добиться, применяя фармакохимические средства (в том числе и дыхание гипоксическими газовыми смесями), которые способны тем или иным способом вызывать гипоксию в клетках и тканях облучаемого организма.
• Механизмы защитного действия радиопротекторов:
– конкуренция за сильные окислители и свободные радикалы, образовавшиеся в результате радиолиза воды;
– увеличение содержания в тканях эндогенных тиоловых соединений;
– образование временных, обратимых связей с чувствительными группами жизненно важных ферментов или другими белковыми молекулами, предохраняющее их от повреждающего действия в момент облучения;
– торможение цепных реакций окисления с разветвленными цепями, связывающими активные радикалы и вызывающими обрыв реакции;
– образование прочных соединений с тяжелыми металлами, обеспечивающими ускоренное течение этих реакций;
– миграция избытка энергии с макромолекулы на радиопротектор;
– поглощение вторичного ультрафиолетового излучения, возбуждающего макромолекулы типа нуклеиновых кислот;
– замена составных частей жизненно важных молекул;
– повышение устойчивости и мобильности защитных механизмов организма;
– детоксицирование или ускоренное выведение из облученного организма токсических продуктов;
– снижение уровня обмена веществ;
– предупреждение нарушения взаимодействия процессов возбуждения и торможения в ЦНС.
• Работы по созданию радиозащитных препаратов проводятся по двум путям.
1. Первый путь предусматривает улучшение переносимости радиопротекторов с помощью физиологически активных веществ (витамины, стимуляторы ЦНС и т. д.), предотвращающих или ослабляющих побочные эффекты.
2. Второй путь основан на использовании особенностей механизма действия радиопротекторов различного вида. В комплекс включают препараты, противолучевое действие которых при их совместном применении суммируется или потенцируется.
III. Биологическая защита. Кроме радиопротекторов, должное внимание следует уделять биологической защите, которая осуществляется с помощью адаптогенов. Эти вещества не обладают специфическим действием, но зато повышают общую сопротивляемость организма к различным неблагоприятным факторам, в том числе и к ионизирующим излучениям. Адаптогены назначают многократно за несколько дней или недель до облучения. К ним следует отнести препараты элеутерококка, женьшеня, лимонника китайского, витаминно-аминокислотные комплексы, некоторые микроэлементы, АТФ, дибазол, гутимин и др. Механизм действия этих препаратов необычайно широк. Так, например, они увеличивают способность кроветворных клеток к пролиферации, повышают иммунологическую реактивность и т. п. В понятие биологической защиты входят и такие мероприятия, как акклиматизация к гипоксии, вакцинация, хорошее питание, занятия физической культурой и т. д. Все это, безусловно, повышает устойчивость организма. Напротив, злоупотребление алкоголем, никотином, наркотиками снижает устойчивость организма к облучению. 3.14. Адаптация человека к последствиям чрезвычайных ситуаций (катастроф)

Чрезвычайной называют внезапно возникшую ситуацию, которая характеризуется значительным социально-экологическим и экономическим ущербом, необходимостью защиты населения от воздействия вредных для здоровья факторов (в контексте данной книги это химические агрессивные вещества, радиоактивные вещества, микробы, вирусы, риккетсии, переохлаждение, перегревание, травмирующие и психогенные факторы), проведения спасательных, неотложных медицинских и эвакуационных работ, а также ликвидации негативных последствий случившегося.
Существует ряд классификаций чрезвычайных ситуаций (ЧС) в зависимости от того, какие критерии положены в их основу. Так, А. Е. Дубицкий и др. (1993) подразделяют их на:
– частные;
– объектовые;
– местные;
– региональные;
– глобальные и т. д.
Классификация чрезвычайных ситуаций (катастроф) по происхождению представлена на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Классификация чрезвычайных ситуаций (катастроф) (по: X. А. Мусалатов, 1998)

Любая катастрофа угрожает человеку гибелью или потерей здоровья в результате травм, кровопотери, переохлаждения, перегревания, действия вредных веществ, инфекции, недостатка или отсутствия пищи, воды и т. д. Во всех этих ситуациях сохранение жизни человека и восстановление здоровья зависит от физиологических компенсаторных или защитных реакций. В результате катастроф человек часто остается длительное время без помощи, и поэтому развитие таких реакций до предела их физиологических возможностей – часто единственный шанс сохранения жизни. В настоящее время в мире все чаще возникают различные катастрофы, и связанные с ними проблемы активно изучаются медиками.
Аспектам физиологической адаптации к последствиям катастроф до сих пор внимания почти не уделялось. Вместе с тем, по мнению К. П. Иванова (1997), анализ механизмов адаптации к таким факторам, как падение объема крови, снижение кислородной емкости крови, гипоксия, острые переохлаждение или перегревание, которые имеют место при различных катастрофах, в определенной мере может восполнить этот пробел.
При очень резких изменениях условий существования, угрожающих жизни, понятие адаптации соприкасается с понятием биологической выживаемости, разделить которые бывает очень трудно, а порой невозможно. Так, например, снижение кислородной емкости крови человека до 5 % (об.), с одной стороны, является границей выживаемости по данному признаку, а с другой – знаменует собой предел физиологической адаптации со стороны деятельности дыхания и сердечно-сосудистой системы. Термин «пределы адаптации» (К. П. Иванов, 1997) подразумевает существование связи между двумя этими понятиями.
Глобальная проблема – кровопотери и их последствия при катастрофах.
Травмы, кровопотери и, как следствие, – уменьшение объема циркулирующей крови наиболее характерны для различных катастроф. Борьба с последствиями кровопотерь является важнейшей задачей неотложной медицины, чему посвящено огромное количество теоретических и практических исследований и разработок. Тем не менее с точки зрения современной физиологии здесь имеется ряд нерешенных проблем.
Основные нарушения физиологических функций организма, связанные непосредственно с уменьшением объема циркулирующей крови, состоят в следующем: снижение артериального кровяного давления (АД), уменьшение венозного притока к сердцу, уменьшение минутного объема кровообращения (МОК), замедление обращения крови. Важнейшим следствием всех этих нарушений является кислородная недостаточность организма, и в первую очередь миокарда и мозга.
По данным Т. Дэвиса, потеря 10 % объема крови почти не отражается на АД, но ведет к уменьшению МОК на 20–25 %. При потере 20 % объема крови АД падает на 25–30 мм рт. ст., МОК – на 35–40 %, а потеря более 30–35 % объема крови приводит к резкому падению АД и к уменьшению МОК на 60–70 %. Оборот крови замедляется в2-3 раза.
Эти данные хорошо знакомы врачам, однако значительно менее известны физиологические механизмы компенсации снижения объема циркулирующей крови и эффективность соответствующих механизмов.

В настоящее время полагают, что основным регулятором объема крови является работа почек, которые повышают или понижают секрецию натрия. Выведение или задержка натрия в крови регулируется специальными гормонами. Один из них, открытый недавно и называемый предсердным натрийуретическим фактором (аtriаl natriuretic factor), образуется при увеличении объема крови, растяжении предсердий и включен в сложную систему гормональной регуляции функции почек.
Считается, что у человека после острой кровопотери соответствующие механизмы регуляции объема крови могут обеспечить поступление в кровяное русло до 1 л жидкости в час. Это, однако, теоретическая величина, а фактически при потере 25 % объема крови восстановление АД и объема крови происходит в течение 4–6 ч, а при потере 30–35 % объема крови восстановления за счет чисто физиологической компенсации может не произойти, и организм погибает.

Согласно биологическому закону симморфизма, генетически у гомойотермных животных и человека сформирован функциональный резерв каждой жизненно важной функции. Это означает следующее: по сравнению с относительным покоем кровообращение, дыхание, органы выделения и другие. могут повысить свою функциональную активность в 8-10 раз. Очевидно, физиологические механизмы, регулирующие постоянство объема крови, не подчиняются этому закону и настроены на сравнительно небольшие отклонения регулируемой величины, а при значительных и тем более массивных кровопотерях быстро достигают пределов компенсаторных (адаптивных) возможностей.
• Нарушение гемодинамики. Массивная кровопотеря специфически нарушает тонкие механизмы регуляции гемодинамики. Как известно, в системе венул (особенно в мозге) существует тенденция к реагрегации эритроцитов и к массовой адгезии лейкоцитов к стенкам венул, через которые они путем диапедеза проникают в ткани, где превращаются в плазматические клетки, выполняющие иммунные функции. Двум этим процессам способствует резкое физиологическое замедление скорости кровотока в венулах (по сравнению с артериолами аналогичного калибра) и резкое уменьшение кровяного давления. Оба этих фактора способствуют как реагрегации эритроцитов, так и массовой адгезии лейкоцитов. По данным К. П. Иванова (1993), в норме в физиологических условиях потоки эритроцитов из капилляров в венулы и из мельчайших венул в более крупные переходят не сливаясь, сохраняя свою динамическую структуру. Это препятствует реагрегации эритроцитов и смещению лейкоцитов к стенкам венул. Резкое замедление скорости обращения крови после массивной кровопотери приводит к деформации динамической структуры кровотока в венулах или к резкому ее нарушению. В результате в ряде микрососудов венозной системы происходит агрегация эритроцитов, массовая адгезия лейкоцитов, коагуляция крови, что приводит к закупорке сосудов и резкому ухудшению снабжения тканей кислородом. Такие явления составляют часть патогенетических механизмов геморрагического шока.
• Механизмы восстановления и адаптации при кровопотерях.
1. Механическое восполнение. Сравнительно малая эффективность физиологических механизмов восстановления массы потерянной крови затрудняет разработки мер по спасению человека при массивной кровопотере. Механическое восполнение потерянной крови сопряжено с определенным риском. Действительно, инфузия больших количеств донорской крови может усилить процесс микрокоагуляции крови в микрососудах и поэтому применяется редко. Инфузия больших количеств растворов кристаллоидов или коллоидных веществ нарушает физиологические отношения в гемодинамике и в обмене воды и ионов. Такие растворы приходится вводить в организм в объемах, в 1,5–1,6 раза превышающих величину потерянной крови, что вызывает, в частности, неадекватную нагрузку на сердце.
2. Физиологическая адаптация. При кровопотере уменьшение объема и кислородной емкости крови обычно происходит одновременно, однако физиологическая адаптация к этим нарушениям по механизмам и мощности существенно различается. Уменьшение объема циркулирующей крови на 30–35 % самостоятельно, физиологически, у человека не восстанавливается, о чем говорилось выше. При нормоволемии (нормальном объеме) кислородная емкость крови человека может уменьшиться в 3 и даже в 4 раза до 5–6% (об.) при сохранении сознания и основных физиологических функций. В этом отношении пределы физиологической адаптации у человека очень широки.
Механизм физиологической адаптации заключается, главным образом, в повышении скорости кровотока. При резком уменьшении кислородной емкости крови МОК у человека может увеличиться в 3–4 раза, что может обеспечить общий объем потребления кислорода, близкий к норме. При этом наиболее важно сохранить достаточную доставку кислорода в миокарде и в мозге. Действительно, в миокарде при снижении кислородной емкости крови скорость кровотока в микрососудах резко возрастает. Кроме того, миокард в состоянии относительного покоя получает кислород в определенном «избытке». Этот резерв может эффективно использоваться при уменьшении содержания гемоглобина в крови. В мозге измерить скорость кровотока в микрососудах при гемоделюции (разведении крови) по техническим причинам очень трудно, однако К. П. Иванову удалось сделать такие измерения с помощью кинотелевизионной техники. Было показано, что в венулах коры мозга диаметром 8-12 мкм при уменьшении гематокрита на 1/2 от 44 ± 1 до 22 ± 1 % скорость кровотока возросла от 2,0 ± 0,1 до 3,4 ± 0,1 мм/с, т. е. примерно в 1,5 раза. При снижении гематокрита до 17 % скорость кровотока в ряде венул увеличивается в 2–2,5 раза.
Определенную роль в улучшении снабжения тканей кислородом в данной ситуации может играть и сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО) вправо. Такой сдвиг в сочетании с ускорением обращения крови создает, однако, определенные физиологические проблемы для насыщения крови кислородом в легких.
Эффективность компенсаторных реакций организма при падении кислородной емкости зависит от ряда переменных, таких как фактическое содержание гемоглобина в крови, величина МОК, положение КДО крови, фактическая потребность в кислороде организма при данных конкретных условиях. Выяснение количественных отношений между этими параметрами представляет большой научный интерес с точки зрения анализа механизмов адаптации к снижению кислородной емкости крови, установления пределов их эффективности. Эмпирически указанные взаимоотношения проанализировать очень трудно из-за большой сложности и нелинейности взаимных влияний. Тем не менее для человека, который получил травму и потерял часть крови в результате несчастного случая или какой-либо катастрофы, необходима оценка эффективности механизмов физиологической адаптации с целью прогноза состояния и выбора мер по оказанию помощи.
Поэтому в настоящее время у больного срочно измеряют указанные выше параметры и определяют некоторые вспомогательные показатели, получая с помощью специальных программ на ЭВМ данные о состоянии и эффективности механизмов физиологической адаптации. Это новейший и весьма продуктивный метод изучения механизмов и пределов физиологической адаптации, который, несомненно, будет широко применяться.
Особая проблема адаптации к снижению кислородной емкости крови состоит в восстановлении числа эритроцитов и содержания гемоглобина. У человека этот процесс протекает очень медленно, однако разработка новых, наиболее активных стимуляторов гемопоэза позволяет значительно ускорить его. Следует отметить, что при массивных кровопотерях такая стимуляция оказывается недостаточно эффективной, возможно, из-за недостаточного количества так называемых стволовых клеток костного мозга, которые являются предшественниками всех форменных элементов крови. В среднем на 100 тыс. клеток костного мозга приходится только одна стволовая клетка. Недавно был разработан метод быстрого автоматического выделения стволовых клеток из костного мозга и выделен фактор SCF (facteur des cellules souches), стимулирующий дифференцировку стволовых клеток. Под воздействием этого фактора каждая стволовая клетка, введенная в организм, воспроизводит около 20 млн клеток крови за 24 ч. В принципе таким путем может быть решена проблема ускоренной адаптации к резкому снижению дыхательной емкости крови при массивных кровопотерях.
• Аноксия мозга и пределы адаптации к ней – наиболее важная проблема неотложной медицины при различных катастрофах и отдельных несчастных случаях, которая тесно связана с целым рядом фундаментальных проблем физиологии и биологии. С точки зрения физиологии сущность проблемы состоит в следующем. Во-первых, каков механизм сохранения мозгом жизнеспособности в течение некоторого времени после полного лишения его кислорода и энергии окисления. Во-вторых, каков первичный физиологический механизм изменений и прекращения функций мозга при аноксии и каковы физиологические механизмы восстановления этих функций.
К середине XX столетия в научной литературе распространилась точка зрения, согласно которой мозг человека сохраняет жизнеспособность – способность к восстановлению функций в течение 4–6 мин после остановки дыхания или 3–4 мин после остановки сердца. Определение указанных сроков имеет исключительно важное значение для неотложной медицины, поэтому в 1966 г. специальная комиссия, созданная при Национальной академии наук США, опубликовала рекомендации по методам реанимации человека при аноксии мозга. Врачам не рекомендовалось приступать к реанимации, если аноксия мозга длилась более 5–6 мин, так как по истечении этого срока восстановить физиологические функции мозга, как правило, не удается.

Мозг человека расходует в среднем примерно 1/5 часть энергетического бюджета организма в целом. Это составляет примерно 14,5 Вт или 14,5 Дж/с. Энергетические резервы тканей мозга составляют небольшую величину. В основном это глюкоза, которая содержится в количестве 0,45 мкмоль/г, т. е. около 0,00063 М для мозга массой 1400 г. При окислении этого количества глюкозы до СО2 и Н2О освободится примерно 1800 Дж, которые могут быть использованы для химической работы синтеза АТФ. Однако после прекращения доставки кислорода происходят только анаэробные превращения глюкозы. С точки зрения работы синтеза АТФ коэффициент полезного действия (КПД) анаэробиза уменьшается примерно в 15 раз. В таком случае легко рассчитать, что указанного количества глюкозы окажется достаточно всего на 8,2 с для работы нормальной интенсивности по синтезу АТФ из АДФ. Креатинфосфат содержится в мозге в количестве примерно 3,8 мкмоль/г. Согласно расчетам, это количество креатинфосфата теоретически способно обеспечить нормальную интенсивность синтеза АТФ из АДФ еще в течение примерно 30 с. Хорошо известно, что после внезапного перехода на дыхание чистым азотом человек теряет сознание через 10–15 с. Следовательно, энергетическая недостаточность прежде всего сказывается на функциональной активности мозга. Сохранение жизнеспособности требует, очевидно, значительно меньшей энергии. Заметим, что, по сделанным выше расчетам, энергетические резервы мозга могут быть израсходованы в течение 30–40 с. Однако следует помнить, что кровь еще обращается определенное время после остановки дыхания и глюкоза при этом в каком-то количестве будет утилизироваться из крови. Кроме того, надо учесть, что выключение функциональной активности при недостатке энергии (это условно можно отнести к явлениям адаптации) уменьшает потребности головного мозга в кислороде и энергии в 3–4 раза и более. Поэтому можно полагать, что в течение 3–4 мин после остановки дыхания мозг еще будет располагать некоторыми энергетическими резервами. Наступление необратимых изменений в мозге через 5–6 мин можно было бы объяснить полным исчерпанием энергетических ресурсов. С этой точки зрения установление предельных сроков сохранения жизнеспособности мозга при аноксии выглядит достаточно обоснованно.
Однако в 70-х годах были получены поразительные факты восстановления функций мозга у млекопитающих животных, вплоть до обезьян, после 30– и даже 45-60-минутной полной его ишемии. Оказалось, что длительная рециркуляция крови в мозге под повышенным давлением восстанавливает функции мозга животных после столь длительной ишемии. Эти факты позволяют сделать вывод, что мозг сохраняет жизнеспособность в течение довольно длительного времени при полном отсутствии притока энергии.
Возникает чрезвычайно важный для физиологии и неотложной медицины вопрос: в чем причина противоречий между старыми и новыми данными?
В 1968 году А. Амес с сотрудниками описали явление no-reflow, которое возникает после ишемии мозга и заключается в стазе крови в микрососудах мозга даже после кратковременной ишемии. Это препятствует восстановлению микроциркуляции при низком, постепенно повышающемся кровяном давлении в процессе реанимации.
Если после ишемии мозга стаз в крови в микрососудах преодолеть не удается, то мозг, длительное время сохраняя жизнеспособность, в конечном итоге гибнет в результате отсутствия кровообращения. Именно это и происходит при обычных методах реанимации. Если же микроциркуляцию удается возобновить, то функции мозга восстанавливаются даже через 30–60 мин полной ишемии, когда нервная ткань не получала кислорода и, возможно, энергию. Чрезвычайная важность этих данных для биологии, физиологии и неотложной медицины является бесспорной.
В чем причины no-reflow? Часто их объясняют повреждением стенки капилляров вследствие резкого замедления кровотока, периваскулярным отеком тканей в результате повреждения капилляров, сгущением крови в капиллярах и т. п. Однако, по данным К. П. Иванова, в физиологических условиях можно наблюдать капилляры мозга с чрезвычайно низкой скоростью кровотока вплоть до полной его остановки на некоторое время. Между тем при этом не отмечается явлений стаза или отека.
Как при геморрагическом шоке, о чем уже говорилось выше, так и при ишемии основной причиной остановки кровотока в капиллярах является, очевидно, массовая адгезия лейкоцитов к стенкам венул, реагрегация там эритроцитов и резкое сужение или закрытие просвета венул. Происходит это в результате нарушения динамической структуры кровотока в венулах, который предохраняет от этих явлений венозный кровоток в физиологических условиях. В последнее время были получены прямые экспериментальные подтверждения предположений этого автора.
Агрегация эритроцитов в венулах и адгезия лейкоцитов к их стенкам сами по себе не относятся к патологическим явлениям. В известной степени эти процессы происходят и в норме. Поэтому кровоток в венулах сравнительно быстро восстанавливается под влиянием повышенного кровяного давления.
Согласно экспериментальным данным К. П. Иванова (1997), восстановлению и поддержанию динамической структуры кровотока способствует гемоделюция примерно на треть, что препятствует агрегации эритроцитов и адгезии лейкоцитов в венулах. Гемоделюция вызывает также отчетливое увеличение скорости кровотока в микрососудах. Это подтверждает целесообразность клинических мероприятий в виде небольшой гемоделюции перед тяжелой операцией, что уменьшает вязкость крови и предупреждает гемокоагуляцию в микрососудах после кровопотери.
Адгезии лейкоцитов к стенкам венул в норме препятствует закись азота, которая выделяется эндотелием сосудов. Очевидно, было бы целесообразно найти методы применения этого вещества для улучшения микроциркуляции в мозге после ишемии.
• Причины, механизмы и пределы адаптации к недостатку кислорода. В митохондриях при окислении энергетических субстратов электроны последовательно восстанавливают ряд специфических переносчиков, отдавая на каждом этапе часть своей энергии, которая используется для синтеза АТФ. Цепи переносчиков в виде дыхательных ансамблей встроены во внутреннюю мембрану митохондрий. Последним звеном цепи оказывается кислород. Он принимает электроны и восстанавливается в химической реакции до воды. Если кислород, как генеральный акцептор, отсутствует, то все переносчики восстанавливаются, передача электронов в дыхательных ансамблях прекращается и синтез АТФ за счет энергии окисления приостанавливается.
Такой процесс наглядно демонстрируется с помощью рисунка гидравлической модели переноса электронов в дыхательных ансамблях, который обычно присутствует в учебниках по биохимии. Это, однако, весьма упрощенная схема. Она хорошо объясняет механизм нарушения клеточного дыхания при полном отсутствии О2, когда синтез АТФ за счет энергии окисления прекращается полностью. Однако, как правило, не обсуждается процесс изменений синтеза АТФ при постепенном снижении содержания кислорода в клетке до критической его величины и ниже.
Недавно Х. Фукуда с сотрудниками (1989) с помощью спектральной техники и парамагнитного ядерного резонанса показали, что в миоцитах миокарда при постепенном снижении рО2 самой чувствительной реакцией оказывается синтез АТФ. Он заметно снижается еще до начала продукции лактата и понижения величины рН. Так как практически все виды биологической работы в клетке совершаются за счет энергии гидролиза АТФ, логично было бы предположить, что уменьшается интенсивность всех рабочих процессов.
Однако ситуация оказывается значительно сложнее, поскольку энергетические требования к разным рабочим процессам разные. Это соображение и послужило основой новой концепции канадского физиолога П. Хочачка, которую он выдвинул в 1986 году: первичным звеном нарушений функций клетки при недостатке кислорода и энергии окисления является изменение концентрации ионов кальция в цитозоле. Эта концепция получила дальнейшее подтверждение, развитие и нашла свое применение в клинике нарушений мозгового кровообращения у человека.
Сущность концепции П. Хочачка. Как известно, концентрация ионов кальция в цитозоле очень мала и составляет 10-7-10-8 М. При такой малой концентрации в 1 мкм3 массы цитозоля содержится всего несколько ионов кальция. Однако именно при такой концентрации ионы кальция регулируют важнейшие биохимические и биофизические процессы в клетке. В физиологических условиях «избыток» ионов транспортируется через клеточную мембрану в околоклеточную среду, в митохондрии, в ретикулоэндотелиальную систему клетки. Низкая концентрация кальция в цитозоле поддерживается за счет некоторых других процессов, которые мы здесь не рассматриваем. Все эти процессы весьма энергоемки. Достаточно сказать, что перемещение одного иона кальция из цитозоля в околоклеточную среду, где концентрация ионов кальция почти в 10 тыс. раз больше, чем в цитозоле, требует гидролиза одной молекулы АТФ.
Вот почему при уменьшении синтеза АТФ первично нарушаются процессы, которые поддерживают низкую концентрацию кальция в клетке. Повышение концентрации ионов кальция не только тормозит зависимые от кальция реакции, но и вызывает их «дезорганизацию». Так, например, активизируются липазы, которые приводят к образованию активных радикалов, активизируются специфические фосфолипазы, которые начинают разрушать мембраны клетки и клеточных органелл.
Подробная схема развития этих процессов приводится в цитированных выше исследованиях, в упрощенном виде она представлена в монографии К. П. Иванова (1993). Таким образом, можно сказать, что пределы адаптации к недостатку кислорода и энергии окисления в значительной мере зависят от развития описанных выше явлений. Различные фармакологические препараты, облегчающие или стимулирующие кальциевый обмен, оказывают довольно существенное благоприятное воздействие на восстановление функций нервных клеток после ишемии. На процесс развития гипоксии, аноксии или ишемии эти препараты влияют лишь кратковременно, так как их действие направлено не на причину нарушений, а лишь на их последствия.
Острое охлаждение человека в результате различного рода несчастных случаев – эксидентальная гипотермия. Данный синдром возникает при транспортных катастрофах на воде, особенно ярко проявляется в морях северных и южных («высоких») широт. Эти случаи не так уж редки. По данным страховой компании Ллойда, в 70-х годах ежегодно терпели аварии и тонули в среднем 400 крупнотоннажных морских судов в год, а в настоящее время в связи с интенсификацией судоходства, увеличением числа кораблей и усложнением управления судами число катастроф резко возросло.

В связи с высокой теплопроводностью воды охлаждение тела человека при морских катастрофах может развиваться очень быстро, что является важной особенностью такого рода гипотермии. Охлаждение организма при различных обстоятельствах затрудняет и нарушает процессы адаптации к травмам, кровопотерям, голоду.
1. Физиологическая адаптация к острому охлаждению осуществляется прежде всего за счет уменьшения теплоотдачи тела в среду благодаря сужению кожных сосудов, что часто рассматривают как результат уменьшения теплопроводности периферических тканей. С точки зрения теплофизики теплопроводность тканей почти не меняется, поскольку она близка к теплопроводности воды.
Сужение кожных сосудов уменьшает тепломассоперенос кровью, т. е. передачу тепла из центральных областей тела во внутреннюю среду кровяной конвекцией. Эффективность этой реакции, особенно в холодной воде, невелика и не превышает одной единицы Кло (Сlо), международной единицы теплоизоляции, равной:

На воздухе это соответствует примерно защите от холода, которую дает одна плотная хлопчатобумажная рубашка. В воде такая величина малоэффективна.
2. Другая линия защиты – повышение теплопродукции за счет терморегуляционного тонуса и мышечной дрожи. Теплопродукция при этом повышается не более чем в 2,5–3 раза по сравнению с уровнем основного обмена. Столь низкая эффективность этих реакций объясняется тем, что мышцы не производят механической работы и источником тепла при терморегуляционном тонусе и дрожи является почти исключительно энергия активации, предшествующая сокращению мышечных волокон, что дает сравнительно мало тепла.
Мощным источником теплопродукции могла бы стать произвольная мышечная деятельность, которая повышает общую теплопродукцию организма в 10–15 раз. Однако приток крови к работающим мышцам резко увеличивает передачу тепла в среду. Поэтому использование интенсивной мышечной деятельности для предотвращения охлаждения тела в холодной воде весьма проблематично.
Человек, оказавшийся в воде при температуре 0 °C, выживает в течение 15–30 мин; при 5 °C – 15–60 мин; при 10 °C – 30–90 мин; при 15 °C – 2–7 ч; при 20 °C – 3-16 ч; при 25–26 °C – от 12 ч до нескольких суток.
Столь большие различия во времени выживания для разных людей при одной и той же температуре воды объясняются разными факторами, главный из которых – индивидуальные различия эффективности и пределов адаптации к холоду, равно как и неодинаковые температурные пороги потери сознания и выключения важнейших физиологических функций.
Закономерности теплообмена между телом человека и водой разной температуры до сих пор представляют собой сложную и нерешенную физическую и физиологическую проблему.
На воздухе спазм кожных сосудов снижает теплопотери едва на 8-13 %, в воде соответствующее снижение будет еще меньше. Пределы адаптации достигаются очень быстро. При погружении человека в воду, температура которой составляет 6 °C, температура кожи человека становится равной температуре воды всего через 10–12 мин. Тепломассоперенос кровью из центральных областей тела к коже практически прекращается, в то время как потеря тепла в результате кондукции резко возрастает в соответствии с увеличением температурного градиента между центром тела и средой.
Эффективность реакции повышения теплопродукции при защите от холода зависит от величины теплоизоляции. Обнаженный человек в воде с температурой 10–15 °C теряет в единицу времени в 10–15 раз больше тепла, чем на воздухе при такой же температуре. Для поддержания нормальной температуры тела в таких условиях ему необходимо повысить теплопродукцию соответственно в 10–15 раз. Определенный резерв тепла представляет химическая терморегуляция. Между тем ее максимальная мощность у человека невелика. Как уже упоминалось выше, она способна увеличить теплопродукцию по сравнению с уровнем основного обмена всего в 2,5–3 раза. Следовательно, химическая терморегуляция может лишь замедлить охлаждение тела, но не предотвратить гипотермию.

Таким образом, пределы адаптации к холоду за счет химической терморегуляции в воде достигаются очень быстро. Далее происходит неизбежное снижение температуры центральных областей тела. При этом при температуре тела в прямой кишке ниже 32 °C человек, как правило, теряет способность к самостоятельному разогреванию и восстановлению физиологических функций, хотя слабое легочное дыхание может сохраняться при температуре тела 24–26 °C, а слабые сокращения сердца с частотой 8-10 ударов в минуту иногда определяются и при температуре тела 20 °C. Такое сохранение жизнедеятельности при минимуме физиологических функций тоже можно квалифицировать как результат адаптации организма к низкой и сравнительно очень низкой температуре тела. Предел этого вида адаптации достигается при полном выключении основных жизнеобеспечивающих физиологических функций.
3. Механизм нарушения физиологических функций при постепенной гипотермии. Существует мнение, что главным первичным механизмом в этом случае является недостаток кислорода. Действительно, резкий сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО) влево, замедление кровотока и ослабление дыхания при гипотермии дают веские основания для таких предположений. Однако резкое уменьшение потребностей в кислороде при понижении температуры тканей и явления ацидоза в крови в принципе могут компенсировать ухудшение транспорта кислорода. Решение этой проблемы давно имеет принципиальное значение как для теории, так и для практики неотложной медицины.
Непосредственно у жертв морских катастроф определить состояние кислородного баланса в мозге и в миокарде вплоть до остановки спонтанного дыхания практически невозможно. Недавно исследователи попытались решить эту проблему на животных с помощью измерения рО2 в коре мозга крыс с помощью кислородного ультрамикроэлектрода с диаметром 3–5 мкм, включая изоляцию. Такие электроды практически не повреждают ткани и позволяют измерять рО2 в точечных участках между микрососудами. Из-за сложности методики такие электроды редко применяются в научных исследованиях. Е. П. Вовенко (1993) произвел соответствующие измерения с помощью кислородных ультрамикроэлектродов и установил, что при охлаждении в воде белых крыс величина рo2 в коре головного мозга остается на исходном или даже повышенном уровне вплоть до момента полной остановки дыхания, которая происходит при температуре мозга около 17 °C. Н. А. Слепчук (1995) показала, что у охлаждаемых крыс после полной остановки дыхания при температуре мозга около 17 °C нагревание специальным миниатюрным термодом продолговатого мозга на 2–3 °C приводит к восстановлению дыхательных движений, хотя тело еще продолжает охлаждаться.
Эти опыты имеют важное значение, так как показывают, что выключение важнейших центров мозга при охлаждении организма происходит не в результате гипоксии, а в результате прямого действия на нервную ткань низкой температуры. Можно предположить, что постепенное уменьшение частоты сокращений сердца при гипотермии имеет аналогичный механизм.
Такой вывод и такое предположение имеют важное значение в разработке методов неотложной медицины для спасения человека при глубокой гипотермии в результате несчастных случаев.
4. Механизм действия холода, нарушающего физиологические функции.
Согласно теории П. Хочачка (1986), в основе действия холода на клетку так же, как и при недостатке кислорода, лежит повышение концентрации ионов кальция в цитозоле, что дезорганизует биохимические реакции и ведет к разрушению клеточных структур. Причина повышения концентрации ионов кальция аналогична – недостаток энергии, однако происхождение энергетической недостаточности при действии холода иное и заключается в утрате под действием холода четвертичной структуры и распаде на субъединицы важнейших ферментов клетки – митохондриальной АТФ-азы, Ацетил-КоА-карбоксилазы, пируваткарбоксилазы и др. Энергетические циклы в клетке нарушаются, и возникает энергетическая недостаточность. Недостаток энергии для удаления из цитозоля избытка ионов кальция приводит к увеличению его концентрации в клетке и к дезорганизации обмена веществ, которая практически идентична происходящей при гипоксии. Понятно, что при гипотермии все эти процессы развиваются чрезвычайно медленно по сравнению с гипоксией при нормальной температуре тела.
5. Механизмы и пределы физиологической адаптации к острому охлаждению.
• В соответствии с современными данными при внешнем охлаждении организма сигналы от холодовых терморецепторов кожи и от термочувствительных нейронов разных отделов центральной нервной системы конвергируют к интегративным нейронам в ядрах заднего гипоталамуса.
• В названных нейронах вырабатывается «управляющий» сигнал, который способствует резкому сужению кожных сосудов и вызывает повышение теплопродукции благодаря интенсивной холодовой мышечной дрожи.
• Происходящее при этом повышение потребностей в кислороде путем физиологической регуляции усиливает легочную вентиляцию и увеличивает МОК. У человека при эксидентальной гипотермии максимум теплопродукции, легочной вентиляции и МОК достигается при температуре в прямой кишке порядка 34–35 °C и температуре кожи около 25–30 °C.
• При дальнейшем охлаждении тела холодовая дрожь ослабевает и уровень теплопродукции снижается. Частично это объясняется угнетением деятельности холодовых терморецепторов кожи, которая охлаждается очень быстро. При температуре кожи 10–12 °C частота импульсации терморецепторов резко снижается. При температуре 5 °C многие терморецепторы перестают импульсировать, а при температуре 0–2 °C парализуются почти все холодовые терморецепторы. При падении температуры центра терморегуляции на 6–8 °C резко угнетается частота импульсации «холодовых» нейронов. Недавно К. П. Ивановым и др. (1995) был установлен следующий факт: при введении животному в вену терапевтической дозы ЭДТА, которая стимулирует отток ионов кальция из цитозоля рецепторов в межклеточную среду, частота импульсации холодовых рецепторов быстро восстанавливается даже при температуре кожи около 0 °C, что расширяет представления о пределах адаптации нервных структур к холоду.
Первоначальное уменьшение легочной вентиляции и МОК в определенной стадии гипотермии можно было бы трактовать как результат физиологической регуляции в ответ на уменьшение потребностей организма в кислороде. Однако при этом развиваются специфические нарушения функций. Они состоят в падении температурного коэффициента Q10. В нашем случае это отношение уменьшения частоты дыхания или сокращений сердца к понижению температуры тела. У крыс падение частоты сокращений сердца, например при уменьшении температуры миокарда при гипотермии от 37 до 27 °C, происходит при коэффициенте Q10 порядка 1,8–2,2. При температуре миокарда ниже 23 °C он увеличивается до 9,5. У человека тяжелые нарушения обмена веществ в сердце, которые приводят к фибрилляции желудочков, могут наступить при температуре тела 25–26 °C. У человека, извлеченного из воды при морских катастрофах, при наличии легочного дыхания малейшее мышечное напряжение или слишком быстрое отогревание, увеличивая нагрузку на сердце, может превзойти энергетические возможности охлажденного сердца и вызвать опасную фибрилляцию желудочков. Успешная реализация механизмов предельной адаптации к холоду (выживания) зависит от режима отогревания.
У человека остановка дыхания происходит, очевидно, при температуре тела 25–26 °C, хотя при эксидентальной гипотермии этот момент установить трудно, так как при оказании помощи пациента прежде всего переводят на искусственную вентиляцию легких, даже если спонтанное дыхание еще сохранено. Возможно, однако, что слабое дыхание у некоторых людей сохраняется и при более низкой температуре. У незимнеспящих животных остановка дыхания происходит при разной температуре в зависимости от вида животного и от способа охлаждения. У крыс при иммерсионной гипотермии полная остановка дыхания наступает в среднем при температуре головного мозга 17 °C. Индивидуальные вариации заключены между 16 и 18 °C.
После остановки дыхания наступает аноксическая фаза гипотермии. Это отражается прежде всего на системе терморегуляции, которая, как хорошо известно, особенно чувствительна к недостатку кислорода. Так был показан процесс угнетения импульсации отдельных нейронов центра терморегуляции под влиянием гипоксии. После остановки дыхания у человека и животных немедленно исчезают даже слабые приступы холодовой дрожи и явления терморегуляционного тонуса мышц. Происходит расширение кожных сосудов. Сердце еще продолжает работать, и иногда довольно долго. Однако сразу после остановки дыхания наступают резкие нарушения функции миокарда. Коэффициент Q10 повышается до 200–270. Сокращения прогрессивно ослабляются, кровяное давление быстро падает. Как уже было показано, механизмы нарушения функций и структуры клетки при гипотермии и аноксии сходны. При температуре тела, вызывающей гипотермическую остановку дыхания, потребности клетки в энергии еще довольно высоки.

Сочетание гипотермии, аноксии и резкого ослабления кровообращения быстро приводит к необратимым изменениям в клетках дыхательного центра. Вот почему аноксическую фазу гипотермии квалифицируют как предел физиологической адаптации к острому охлаждению организма человека и животных.
Случаи восстановления физиологических функций у жертв эксидентальной гипотермии в клинических условиях при температуре тела 22–26 °C можно объяснить сохранением каких-то важных биохимических процессов в клетке, которые обеспечивают сохранность клеточных структур, а также минимальных функций легочного дыхания и общего кровообращения. Этим же можно объяснить и случаи самостоятельного восстановления физиологических функций при очень глубокой эксидентальной гипотермии у людей, оставленных без помощи. Такой случай самостоятельного разогревания при понижении температуры в прямой кишке до 18 °C известен.
С развитием и усовершенствованием техники искусственного кровообращения были получены важные факты с точки зрения биологии, физиологии и неотложной медицины. Оказалось, что при понижении температуры мозга человека до 10–12 °C и даже до 6 °C мозг определенное время сохраняет жизнеспособность и его функции в полном объеме могут быть восстановлены с помощью искусственного дыхания и кровообращения. Хотя мозг при температуре 12–15 °C нуждается в минимуме энергии и потребление кислорода им находится почти на уровне ошибки измерения, в нем все-таки происходит обмен веществ, соответствующий такой низкой температуре. Это можно назвать адаптивным типом обмена, так как он позволяет сохранять жизнеспособность. При этом, если полное прекращение кровообращения при 37 °C не лишает мозг жизнеспособности в течение 30 и даже 60 мин, можно предполагать, что при 5-10 °C особенности его обмена позволят сохранить жизнеспособность в течение многих часов и, может быть, даже суток. Реализация таких предполагаемых возможностей в результате упорных глубоких исследований будет иметь огромное значение для науки и, конечно, для медицины катастроф.
Гипертермия и термические поражения. Эти поражения возможны при различных техногенных катастрофах и несчастных случаях, а также одномоментное перегревание множества людей и гибель их от гипертермии может быть следствием погодных условий. Такие случаи относят к природным катастрофам. По свидетельству специалистов, в США ежегодно погибают до 4 тыс. человек от тепловых ударов или по причинам, так или иначе связанным с гипертермией. Как свидетельствует статистика, для нашего времени характерно учащение такого рода катастроф. Они начали затрагивать страны с относительно умеренным климатом, где жители не имеют большого опыта эффективной адаптации к жаре, что увеличивает число жертв.
1. Физиологическая адаптация к перегреванию. Один из принципов адаптации к перегреву состоит в усилении транспорта тепла из организма в среду. Теплообмен происходит благодаря теплопроведению (кондукции) через ткани и благодаря тепломассопереносу кровью (конвекция тепла кровью). Оба этих механизма хорошо известны, но количественные соотношения между ними до сих пор неясны. Даже новейшие математические исследования, хотя и дают весьма интересный материал, не решают проблему полностью. Серьезным препятствием в решении этого вопроса является сложность ангиоархитектуры кожи. В общем, можно сказать, что в диапазоне некоторых «средних» температур среды, несколько ниже термонейтральной зоны для животных или зоны температурного комфорта для человека, наибольшее значение в передаче тепла в среду имеет теплоперенос кровью. При повышении внешней температуры или при повышенной теплопродукции кровообращение в коже человека может увеличиться в 7-10 раз и составить значительную часть МОК. Такая реакция имеет важное физиологическое значение, когда температура среды ниже температуры крови; при сухой коже она становится бесполезной, если температура среды достигает температуры крови, и, наконец, может вызвать обратный эффект, если температура среды превышает температуру крови. Однако у человека (и у некоторых животных) благодаря потоотделению усиленное кожное кровообращение играет важную роль при любой температуре среды, поскольку испарение пота охлаждает кожу. В таком случае кровь отдает тепло не в среду, а в кожу, которая элиминирует тепло, переводя его в скрытую теплоту испарения воды. Эта реакция, как известно, может достигать большой мощности. Выделение пота у человека до 2 л в час и более позволяет ему определенное время выполнять напряженную мышечную работу даже при температуре среды выше температуры тела. Конечно, адаптация к высокой температуре у аборигенов жарких регионов планеты не основывается на обильном потоотделении, так как они приспосабливаются за счет особенностей поведения, одежды, конструкции жилищ, питания. Также физиологическая адаптация состоит в уменьшении количества солей в поте, повышении интенсивности потоотделения при вынужденном пребывании под солнцем или при физической работе и др.
2. Пределы физиологической адаптации к высокой температуре среды или к сочетанию высокой температуры среды с повышением теплопродукции тела (например, при мышечной работе) всегда связаны с повышением температуры тела. Для каждого вида гомойотермных животных известна температура, при которой наступает смерть.

Есть основания полагать, что они не прекращают борьбу с перегреванием вплоть до смертельного перегревания, так что предел адаптации почти совпадает с пределом выживаемости. У человека отмечается сходная ситуация. В своей работе по данной проблеме, опубликованной в 1987 году, X. Бриннель и др. отмечают, что по ряду данных у человека при внешнем нагревании защитные реакции терморегуляции сохраняются вплоть до температуры тела 42 °C. Так как при этой температуре практически невозможна жизнь человека, во всяком случае в течение более или менее продолжительного времени, то и для человека достижение пределов адаптации практически совпадает с пределом выживаемости.
Правда, по чувствительности к перегреванию человек отличается от животных значительной вариабельностью. Анализ большого числа случаев гибели от гипертермии показывает, что у 3,5 % людей, пострадавших от теплового удара, предел адаптации наступает еще при температуре тела несколько ниже 40 °C. В 40 % случаев это происходит при температуре тела 40–42 °C. В 1,5 % случаев тепловой удар наступает у человека при температуре тела 44 °C и даже выше. Отсюда возникает вопрос о клеточной адаптации гомойотермных организмов к гипертермии, так как в широком биологическом плане эта проблема, конечно, существует. Птицы, например воробьи, постоянно живут при температуре тела 42–43 °C, которая несовместима с жизнью для человека. Однако возможность индивидуальной адаптации на клеточном уровне в течение жизни организма пока остается под вопросом. Многие ученые отрицают такую возможность. Однако в указанном выше обзоре X. Бриннеля и соавторов приводятся данные, согласно которым у гомойотермных организмов под влиянием высокой температуры в клетках образуются особые полипептиды с молекулярным весом от 70 до 100 килодальтон, которые способны отодвинуть границу тепловой смерти до более высоких температур тела, следовательно, индивидуальная адаптация на клеточном уровне в течение жизни в принципе возможна.
Существует множество ситуаций, при которых человек подвергается опасности перегревания. Очевидно, наиболее часто такая опасность возникает тогда, когда человек или группа людей в результате аварии транспортных средств оказываются без помощи в пустыне при интенсивной инсоляции. С точки зрения теории адаптации и медицины катастроф представляется важным проанализировать причины и механизмы достижения пределов температурной адаптации и гибели организма.
• Энергия межмолекулярных связей, которые обеспечивают нативные свойства белков, нуклеиновых кислот, клеточных мембран, составляет 1–7 ккал/моль. Тепловая энергия молекул при температуре 37 °C близка к 1 ккал/моль. Следовательно, уже при нормальных физиологических условиях высшие структуры живой материи у гомойотермных организмов постоянно разрушаются и требуют обновления. При повышении температуры клеток темп разрушения живых структур может превзойти кинетические и термодинамические возможности биохимических реакций клетки для их восстановления. Для изолированных тканей различных органов, судя по снижению потребления кислорода, такое положение вещей достигается для млекопитающих при температуре клеток на уровне около 45 °C. Однако нарушение клеточных функций и работы физиологических систем млекопитающих животных и человека начинается при значительно более низкой температуре. Так, например, деструкция клеточных мембран и митохондрий в целом может быть замечена уже при температуре соответствующей ткани около 40 °C.
У человека при температуре тела 38,5-39,0 °C происходят функциональные нарушения, которые называют синдромом теплового истощения, они проявляются в виде общей слабости, спутанности сознания, сердечной слабости, хотя и при сохранении потоотделения на пониженном уровне. Синдром теплового истощения сигнализирует о приближении к пределу физиологической адаптации и к тепловому удару.
Имеются основания полагать, что такие явления вызываются не только прямым действием повышенной температуры на клетки мозга, но и определенными вторичными причинами. Важнейшая из них – нарушение функций кровообращения во внутренних органах, в сердце и в мозге. Зависит это от того, что с целью эффективной теплоотдачи при повышении температуры среды кожный кровоток возрастает в 7-10 раз, что уже отмечалось выше. Он, таким образом, составляет значительную часть МОК. В результате неизбежно уменьшается кровообращение в мозге, почках, кишечнике. Уменьшение снабжения кровью кишечной стенки ведет к повышению проницаемости ее сосудов и проникновению в кровь токсических продуктов из просвета кишки. Исследования показали, что соответствующие токсины снижают чувствительность центра терморегуляции к повышенной температуре, тормозят реакции теплоотдачи и ухудшают состояние организма.
• Еще одна важная причина ускоренного достижения пределов адаптации и возникновения теплового удара – мышечная работа. Во-первых, она резко повышает теплопродукцию, во-вторых, вызывает усиленный приток крови к мышцам, что уменьшает тепломассоперенос кровью к коже и еще сильнее нарушает кровоснабжение внутренних органов.
• Главный фактор, который приближает предел адаптации к высокой температуре, – недостаток воды и дегидратация организма.

Уменьшение количества воды в теле человека на 10 % является пределом адаптации. В этом случае человек в условиях катастрофы, оставленный без помощи, погибает. Порог летальной температуры снижается.
Нарушения физиологических функций человека даже при тепловом ударе в принципе обратимы. Первые неотложные меры состоят в снижении температуры, а также в борьбе с дегидратацией (введение в вену 1–1,5 л физиологического раствора).

Однако снижение температуры тела является сложной и даже опасной процедурой. Физически для этого наиболее эффективна холодная ванна. Однако такая мера приводит к возбуждению холодовых терморецепторов кожи, что может вызывать резкую холодовую дрожь, сужение кожных сосудов и привести к роковому исходу. Лучший метод – смачивание кожи «пылью» из ледяной воды. Особенно опасно фармакологическое вмешательство в физиологию организма при перегревании. Такого рода попытки снизить теплопродукцию, увеличить расширение кожных сосудов или усилить потоотделение на пороге предела физиологической адаптации лишь ухудшают положение, так как в перегретом организме фармакологические препараты утрачивают свое действие или даже дают противоположный эффект. Отмечают, что смертность от тепловых ударов в случаях применения фармакологических средств оказывается выше, чем в случаях, когда их не применяют.
Приведенные выше данные не исчерпывают проблемы физиологической адаптации человека в условиях чрезвычайных ситуаций. Однако они могут изменить позиции неотложной медицины в некоторых практических проблемах и послужить основой для разработки новых способов восстановления жизнедеятельности жертв различных катастроф. 3.15. Проблема адаптации человека к условиям авиакосмических полетов 3.15.1. Космическая биология и авиакосмическая медицина
К. Э. Циолковский, размышляя о перспективах межпланетных полетов: «Техника будущего даст нам возможность одолеть земную тяжесть и путешествовать по всей Солнечной системе», – пришел к выводу о возможном неблагоприятном воздействии на космонавтов таких факторов, как измененная гравитация (перегрузки и невесомость), дефицит кислорода, пищевых веществ, воды и т. п., и о необходимости изучения влияния факторов полета на организм. Примечательно, что рассуждения российского ученого носили не только умозрительный характер. Они побудили его к проведению исследований на самом себе: «Подверг и себя экспериментам: по нескольку дней ничего не ел и не пил. Лишение воды мог вытерпеть только в течение двух дней. По истечении их я на несколько минут потерял зрение».
Для повышения адаптационных возможностей человека К. Э. Циолковский предлагал два не исключающих друг друга пути: отбор и тренировку.
В области космической биологии и медицины в связи с перспективой полета человека на Марс вновь остро встает проблема адаптации. Изучение этой проблемы, в том числе ее общетеоретических аспектов, можно считать традиционным. Какие же аспекты адаптации важны для космической биологии и медицины? Прежде чем ответить на этот вопрос, надо остановиться на том, чем занимаются эти научные направления.
Космическая биология и авиакосмическая медицина изучают влияние космических факторов и особенности жизнедеятельности организма человека при действии этих факторов с целью разработки средств и методов сохранения здоровья и работоспособности членов экипажей космических кораблей и станций. Эти науки разрабатывают соответствующие профилактические меры и способы защиты от их вредных влияний; предлагают физиологические и гигиенические обоснования требований к системам жизнеобеспечения, управления и к оборудованию космических летательных аппаратов, а также к средствам спасения экипажей в аварийных ситуациях; разрабатывают клинические и психофизиологические методы и критерии отбора и подготовки космонавтов к полету, контроля за экипажем в полете; изучают профилактику и лечение заболеваний в полете. В связи с этим космическая биология и авиакосмическая медицина являются единым комплексом различных разделов, таких как космическая физиология и психофизиология, космическая гигиена, космическая радиобиология, теоретическая и клиническая медицина, врачебная экспертиза.
Развитие этих направлений тесно связано с достижениями теоретической и практической космонавтики как в нашей стране (К. Э. Циолковский, Ф. А. Цандер, С. П. Королев и др.), так и за рубежом (H. Oberth, R. Goddard, R. Esnault-Pelterie и др.). Так, создание ракетно-космических летательных аппаратов позволило провести ряд важных исследований на животных в условиях космического полета. Результаты этих исследований в совокупности с данными наземных работ позволили обосновать возможность безопасного полета человека в космическое пространство. В свою очередь, на развитие космической биологии и авиакосмической медицины повлиял первый полет человека в космос – полет Ю. А. Гагарина на космическом корабле «Восток» 12 апреля 1961 года. Важными этапами в освоении космоса явились: первый выход человека в открытый космос (А. А. Леонов, полет на космическом корабле «Восход-2» 18–19 марта 1965 года); высадка американских космонавтов на поверхность Луны (N. Armstrong, Е. Oldrin), космические полеты с длительным пребыванием на орбитальных станциях.
Основные космические факторы биологического воздействия.
В космическом полете на организм человека могут влиять три основные группы факторов (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Классификация факторов космического полета (по: Н. А. Агаджанян и др., 1994)

• Первая группа таких факторов (правая колонка на рис. 3.8) характеризует космическое пространство как среду обитания: это высокая степень разрежения газовой среды, ионизирующее космическое излучение, особенности теплопроводности, присутствие метеорного вещества и т. д. Высокая биологическая активность различных видов космического излучения определяет их поражающее действие. В связи с этим определяют допустимые дозы лучевого воздействия, разрабатывают средства и методы профилактики и защиты космонавтов от космической радиации.
Важно определить радиочувствительность организма при длительном пребывании в условиях космического полета, оценить реакцию облученного организма на действие других факторов космического полета. Перспектива использования ядерных источников энергии на космических кораблях и орбитальных станциях требует надежной защиты человека в радиационных убежищах, электромагнитной и электростатической защиты, экранирования наиболее чувствительных органов и систем организма и т. д. Специальные исследования посвящены биологическому эффекту радиоизлучений, магнитных и электрических полей, возникающих в среде обитания от бортовой аппаратуры. Обеспечение радиационной безопасности приобретает особое значение с увеличением дальности и продолжительности полетов. Очевидно, что в длительных полетах обеспечить безопасность экипажа с помощью лишь пассивной защиты обитаемых отсеков корабля невозможно. Изыскание биологических методов защиты человека от проникающих излучений является важным направлением исследований в этой области.
• Вторая группа (левая колонка на рис. 3.8) объединяет факторы, связанные с динамикой полета летательных аппаратов: ускорение, вибрацию, шум, невесомость и др.
Среди всех факторов космического полета уникальным и практически невоспроизводимым в лабораторных экспериментах является невесомость. Значение невесомости возросло с увеличением продолжительности полетов. Экспериментальные исследования при моделировании некоторых физиологических эффектов невесомости в земных условиях (гипокинезия, водная иммерсия), опыт длительных космических полетов позволили разработать общебиологические представления о генезе изменений в организме, обусловленных влиянием невесомости, и пути их преодоления. Доказано, что человек может существовать и активно функционировать в условиях невесомости. Последствия длительного пребывания в невесомости: детренированность сердечно-сосудистой системы, потеря организмом солей кальция, фосфора, азота, натрия, калия и магния. Эти потери относят за счет уменьшения массы тканей вследствие их атрофии от бездействия и частичной дегидратации организма. Обусловленные невесомостью биофизические и биохимические сдвиги в организме (изменения гемодинамики, водно-солевого обмена, опорно-двигательного аппарата и др.), включая изменения на молекулярном уровне, направлены на приспособление организма к новым экологическим условиям.
Для предупреждения неблагоприятных реакций организма человека в период невесомости и реадаптации применяется широкий комплекс профилактических мероприятий и средств (велоэргометр, бегущая дорожка, тренировочно-нагрузочные костюмы и т. д.). Их эффективность была убедительно продемонстрирована в многосуточных полетах.
• Наконец, третью группу (средняя колонка на рис. 3.8) составляют факторы, связанные с пребыванием в герметическом помещении малого объема с искусственной средой обитания: своеобразные газовый состав и температурный режим в помещении, гипокинезия, изоляция, эмоциональное напряжение, изменение биологических ритмов и т. п.
Разработка искусственной газовой атмосферы для обитаемых кабин летательных аппаратов предполагает изучение физиологических эффектов длительного пребывания в атмосфере различного газового состава, как эквивалентной земной атмосфере, так и при замене азота гелием или в моногазовой искусственной атмосфере.
Космическая биология и авиакосмическая медицина изучают также влияние перепадов барометрического давления, изменений р0 в атмосфере. Представляют интерес исследования по использованию искусственной газовой атмосферы для стимуляции адаптивных реакций организма на различные неблагоприятные условия полета. Такая атмосфера получила название активной.
Формирование газовой среды кабин летательных аппаратов в процессе полета непосредственно связано с вопросами ее загрязнения. Источниками загрязнения могут быть конструкционные материалы, технологические процессы, а также продукты жизнедеятельности человека. В этой связи изучение биологического воздействия загрязнений атмосферы космического корабля представляет важное звено в общем комплексе физиологических и гигиенических исследований. Полученные данные позволяют установить предельно допустимые концентрации (ПДК) ряда загрязняющих (токсических) веществ, изыскать технические решения очистки от них атмосферы летательного аппарата.
Перечисленные факторы оказывают комплексное влияние на организм человека (рис. 3.9), в связи с чем несомненный теоретический и практический интерес представляет изучение модифицирующего влияния каждого из них.

Рис. 3.9. Влияние космического полета на организм (по: Н. А. Агаджанян и др., 1994)

Медико-биологическое обеспечение полетов. Обеспечение пилотируемых полетов базируется на результатах предварительных исследований в наземных условиях (стендовые и модельные исследования на животных, эксперименты с участием человека в макетах космических объектов).
• Решающее значение имеют исследования непосредственно на космических летательных аппаратах. Жизнедеятельность человека на пилотируемых космических кораблях и орбитальных станциях обеспечивает комплекс оборудования и бортовых запасов для поддержания постоянного состава газовой среды, снабжения человека питьевой водой, продуктами питания, санитарно-техническими средствами. Так, система регенерации и кондиционирования воздуха на космических кораблях предполагает запасы химически связанного кислорода на борту в виде надперекиси щелочных металлов и сорбентов, поглощающих водяные пары и углекислый газ.
• Для обеспечения жизнедеятельности экипажа в случае аварийного приземления спускаемого аппарата в безлюдной местности в носимом аварийном запасе (НАЗ) предусмотрены продукты питания с максимальной энергетической и биологической ценностью при минимальных массе и объеме.
• Увеличение продолжительности пилотируемых космических полетов требует надежного обеспечения санитарно-гигиенических условий в кабине корабля, личной гигиены космонавта, тщательного контроля за состоянием кожных покровов, их микрофлорой, загрязнением, а также совершенствования полной и локальной обработки покровов тела. Особое внимание уделяется одежде космонавтов (полетный костюм, нательное белье, теплозащитный костюм, головной убор, обувь).
• Специальное значение имеют сбор, хранение и удаление отбросов жизнедеятельности человека и отходов от бортового оборудования и аппаратуры.
• Особое место занимают исследования условий и характера взаимообмена микроорганизмами между членами экипажа путем возможных аутоинфекций и инфекций, что особенно важно в условиях герметических кабин ограниченного объема в сочетании со снижением иммунорезистентности в космическом полете.
• Важное значение для разработки перспективных систем жизнеобеспечения имеют длительные медико-технические эксперименты. В них определяют возможность длительного поддержания нормальной работоспособности человека при изоляции в герметической камере ограниченного объема с использованием воды и кислорода, регенерируемых из отходов, и практически полностью обезвоженных продуктов питания. Изучают взаимодействие человека и окружающей среды в этих условиях, методы медицинского контроля, технологические режимы конструкций, отдельных блоков и другие вопросы. Эксперименты подтверждают возможность длительного существования и работы экипажа в системах с замкнутыми циклами, необходимыми для поддержания жизнедеятельности человека.
• Для обеспечения работ вне корабля в открытом космосе или на поверхности планет, а также для сохранения жизни в случае разгерметизации кабины космического корабля предназначены космические скафандры – индивидуальные средства обеспечения жизнедеятельности космонавтов.
• Деятельность космонавта при подготовке и осуществлении полета сопровождается выраженным нервно-эмоциональным напряжением. Считают, что космические полеты практически всегда будут содержать элементы риска и вероятность непредвиденных ситуаций. В связи с этим динамический контроль за состоянием человека, профилактика и устранение неблагоприятных влияний являются предметом космической психофизиологии. Исследования в этой области охватывают влияние факторов космического полета на нервно-эмоциональную сферу космонавтов, психофизиологические механизмы эмоционального напряжения и их влияние на профессиональную деятельность, психологическую совместимость членов экипажа, особенно в длительных космических полетах.
• Увеличение продолжительности полетов связано со смещением времени и его влиянием на биологические ритмы. Изучение процессов адаптации к этому неблагоприятному воздействию приводит к разработке режимов труда и отдыха в космических полетах. При этом исходят из представления, что изменения суточных режимов могут привести к десинхронизации физиологических процессов.
• Медико-биологическое обеспечение полетов человека в космос непременно включает в себя отбор и подготовку космонавтов. Опыт космических полетов свидетельствует о том, что отбор космонавтов, основанный на врачебной экспертизе летного состава, полностью себя оправдывает. Требования к физическому состоянию и здоровью наиболее высоки у кандидатов для длительных космических полетов, что обусловлено весьма длительным действием факторов полета на организм, расширением обязанностей членов экипажа и взаимозаменяемостью в полете. Отбор членов экипажа в соответствии с результатами медицинского контроля продолжается во время тренировок и подготовки к полету. При формировании специальных программ подготовки принимаются во внимание цели и задачи космических экспериментов, а также исходное состояние членов экипажа. Требования к состоянию здоровья космонавтов-исследователей несколько снизились. Более широкое привлечение специалистов различных профессий (геофизиков, астрономов, врачей, биологов и др.) к космическим полетам требует новых медицинских и психологических критериев отбора. 3.15.2. Адаптация к космическим полетам
До последнего времени в космической физиологии адаптация человека рассматривалась лишь в онтогенетическом аспекте. Между тем физиологическая адаптация – понятие более широкое. Оно включает изучение явлений не только индивидуальных, но также видовых (наследственно закрепленных) и популяционных адаптаций. Вместе с тем исследование механизмов адаптационных процессов указывает на то, что невозможно судить об адаптации человека только по физиологическим параметрам, не учитывая психологических, биохимических и других аспектов.
Индивидуальная адаптация. В настоящее время установлено, что в основе индивидуальной адаптации лежит генотип. При этом известно, что генетическая программа организма предусматривает не заранее сложившуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды, что соответствует представлениям И. И. Шмальгаузена о наследуемости нормы реакции. Этот важный постулат целесообразно учитывать при профессиональном отборе космонавтов. Определение наследственно заданной нормы реакции открывает возможность прогнозировать адаптационный резерв у претендентов на участие в космических полетах.
Кроме того, для космической физиологии, по-видимому, представляет интерес разработка гипотезы о стресс-норме, которая может быть применима, в частности, к адаптивным процессам в экстремальных условиях полета (при недостатке или избытке кислорода, повышенном содержании углекислого газа и т. п.).
Фенотипическая адаптация.

Адаптация, приобретаемая в ходе индивидуальной жизни организма при его взаимодействии с окружающей средой, определяется как фенотипическая адаптация.
Именно она является основой для тренировки космонавтов к отдельно взятым факторам космического полета или к их комплексу.
Неспецифическая перекрестная адаптация. Этапным моментом в изучении проблемы адаптации было выявление неспецифической перекрестной адаптации. Действительно, использование неспецифической адаптации является важным компонентом системы подготовки космонавтов. Однако частные вопросы перекрестной адаптации оказались изученными недостаточно. Остается неясным, при каком сочетании факторов полета может возникнуть перекрестная адаптация, а при каком – «перекрестная сенсибилизация», о которой упоминал Г. Селье.
Социальная и биологическая адаптация. Выявление во многих исследованиях фазового течения адаптации и изучение ее механизмов свидетельствуют о том, что космическая биология и авиакосмическая медицина не могут обойтись без исследования таких типов адаптации человека, как социальная и биологическая. Социальная адаптация включает в себя прежде всего психологическую адаптацию. К биологической адаптации можно отнести физиологическую, биохимическую и морфологическую адаптацию.
Если не останавливаться подробно на описании достаточно известных механизмов формирования различных фаз адаптации, представляется существенным следующее. В космической физиологии много внимания уделяется оценке эффективности адаптационных процессов. Разработаны критерии и методы диагностики функциональных состояний организма и его работоспособности. В настоящее время ведутся исследования, направленные на создание измерительно-вычислительных комплексов, позволяющих осуществлять динамический контроль функционального состояния организма и прогнозировать его адаптационные возможности.
Перспективная адаптация. Одновременно совершенствуются и создаются новые методы повышения эффективности адаптации к различным неблагоприятным факторам. В их основе лежит представление о перспективной адаптации, в результате которой физиологическая перестройка организма приводит к углублению резервных возможностей организма и, по существу, является тренировкой.
Цена адаптации. Вместе с тем все острее становится проблема цены адаптации, в том числе отдаленных неблагоприятных последствий космических полетов. В силу того что освоение человеком космического пространства началось сравнительно недавно, мы не имеем пока достаточного объема научных данных по этой проблеме. Ее актуальность объясняется перспективой увеличения длительности, усложнения многочисленных выходов космонавтов в открытый космос и высадок на небесные тела.

При этом наиболее информативными показателями биологической цены адаптации могут быть такие критерии, как способность к воспроизведению, темпы старения и продолжительность жизни.
Перспективы. Какова же перспектива разработки проблемы адаптации человека в условиях подготовки к более продолжительным космическим полетам, включая планируемый полет человека на Марс? Здесь необходимо остановиться прежде всего на двух аспектах:
1) резервы организма человека в плане не только адаптации, но и реадаптации;
2) роль профилактики неблагоприятных воздействий таких полетов на организм.
При этом уже на этапе отбора следует акцентировать внимание на индивидуальных особенностях космонавтов в плане их способности к кратковременной и долговременной адаптации. Было показано, что к непродолжительному воздействию неблагоприятных условий наиболее эффективно адаптируются люди с большими колебаниями фоновых показателей, чего нельзя сказать о лицах со стабильными фоновыми данными. К длительной адаптации более подходят люди, у которых организм способен продолжительное время поддерживать в напряжении необходимые адаптивные механизмы. Обращает на себя внимание то, что люди, хорошо адаптирующиеся к значительным колебаниям условий среды, выраженным в течение короткого времени, гораздо хуже переносят длительные неблагоприятные воздействия, и наоборот.
Проблема обеспечения безопасности космических полетов и защиты от их возможных неблагоприятных влияний, в том числе отдаленных последствий, требует разработки все более совершенных методов профилактики. Работа в этом направлении входит в глобальную задачу создания искусственной среды обитания в космических аппаратах будущего.
В заключение следует отметить, что до сих пор в космической биологии и медицине проводились исследования адаптивных реакций лишь к воздействию отдельных факторов полета. Теперь этот этап в значительной степени уже завершен и все большее внимание привлекает изучение интегративного воздействия факторов полета на организм. По образному выражению Дж. Баркрофта, приспособление есть сумма всех возможных приспособлений. Можно предположить, что адаптация к такому суммарному влиянию будет протекать медленнее и сложнее, чем адаптация к отдельным факторам.
Таким образом, в настоящее время назрела необходимость создания общей концепции адаптации к космическому полету как к комплексу факторов, оказывающих экстремальное воздействие на организм. 3.16. Влияние подводных погружений 3.16.1. Подводная биология и медицина
К настоящему времени сформировалась новая область естественных наук – подводная биология и медицина, изучающая функциональное состояние организма человека при воздействии комплекса факторов, возникающих при погружении в водную среду. Целью этих исследований является изыскание способов защиты, которые позволят человеку не только успешно трудиться в условиях повышенного давления, но и полностью сохранить свое здоровье.
Возникли эти науки на базе классической физиологии во второй половине XIX века, когда появился особый вид трудовой деятельности человека – работа под повышенным давлением в кессонах и под водой.
В условиях повышенного атмосферного давления на организм влияет целый ряд факторов, с которыми в процессе эволюции человек не встречался: высокое гидростатическое давление, повышенное парциальное давление кислорода и других газов в среде для дыхания, повышенная плотность газов в дыхательной смеси.
Наиболее полные сведения об этом были впервые представлены в классической работе П. Бера «Атмосферное давление» (1878). Физиология человека обогатилась новыми данными о токсическом действии кислорода, о процессах сатурации и десатурации тканей организма инертными газами при изменении атмосферного давления, о нарушениях функций организма во время и после декомпрессии. В последующем гипербарическая физиология пополнилась представлениями о наркотическом действии инертных газов (азот, аргон, неон, криптон), специфическом действии гелия, безопасных границах применения азота и гелия в условиях повышенного давления, о возможности адаптации человека к длительному воздействию гипербарической среды.
От успехов подводной биомедицины зависит возможность освоения Мирового океана. Возрастающий интерес к гипербарической физиологии связан также с разработкой новых методов лечения, например оксигенобаротерапии, с перспективой полета человека на такие планеты Солнечной системы, как Венера, где давление атмосферы у поверхности составляет около 96 кг/см2. 3.16.2. Биологические проблемы погружения
Наиболее сложными биологическими проблемами, препятствующими в настоящее время погружению человека на большие глубины, являются проблемы преодоления нарушения функции дыхания и неврологических расстройств, возникающих при повышении давления воздуха более 6 кг/см2, т. е. на глубинах свыше 60 м.
1. Азотный наркоз. На этих глубинах при дыхании водолазов воздухом возникает состояние так называемого азотного наркоза, которое характеризуется снижением работоспособности, сонливостью, галлюцинациями, потерей ощущения времени, пространства. Большинство исследователей считают основной причиной такого состояния специфическое действие повышенного парциального давления азота, однако показано также потенциирующее влияние на формирование азотного наркоза повышенного давления кислорода, углекислого газа и общего охлаждения организма. Одним из главных факторов, способствующих накоплению углекислого газа в организме и увеличению охлаждающих свойств газов в условиях гипербарии, является повышение плотности газов, влияющее на диффузию газов в легких и теплообмен.
2. Нервный синдром высокого давления (НСВД). При замене в составе дыхательной смеси азота на менее плотный газ – гелий – удается исключить явления азотного наркоза и благодаря этому значительно увеличить глубину погружения. Однако при большой скорости погружения, на глубинах 300–350 м, у человека возникают неврологические расстройства, клиническое проявление которых отличается от состояния азотного наркоза. Эти нервные расстройства характеризуются комплексом симптомов, свидетельствующих о повышении возбудимости различных структур центральной нервной системы (тремор, гиперкинезы и др.). Возникновение состояния повышенной возбудимости в условиях гипербарии при дыхании гелиокислородными смесями известно в настоящее время под названием нервного синдрома высокого давления. Полагают, что причинами НСВД могут быть давление само по себе, действие гелия под повышенным давлением, тепловой стресс, а также накопление углекислого газа в тканях организма в условиях повышенной плотности дыхательной смеси.

На основе результатов изучения НСВД некоторые исследователи сделали вывод, что предельная глубина погружения человека при применении смесей, содержащих гелий, – 300 м, подобно тому как при дыхании газовыми смесями, содержащими азот, предельной является глубина в 60 м. Однако оказалось, что можно создать условия, отдаляющие неблагоприятное действие высокого давления. Таким образом, была обоснована возможность преодоления человеком НСВД на глубинах более 300 м. За последнее столетие удалось увеличить глубину погружения человека с 10–30 до 501 м, а продолжительность нахождения под водой – от нескольких минут до месяца.
Методы предупреждения НСВД. Для профилактики НСВД при достижении рекордной глубины погружения (610 м) французским исследователям фирмы «СОМЕХ» потребовалось столь медленно погружать водолазов, что общее время компрессии составило 264 ч. Снижение скорости компрессии при погружении на большие глубины является в настоящее время наиболее распространенным методом предупреждения развития НСВД на глубинах более 200 м.
• Однако в поисках новых методов профилактики НСВД исследования проводятся и в других направлениях. Например, значительное сокращение периода компрессии водолазов при погружении на глубины 475 м без выраженных признаков НСВД было достигнуто при использовании для дыхания газовых смесей с компонентами-антагонистами – гелий и азот в соотношении 10:1.
• Большое внимание в последнее время уделяется профилактике и терапии симптомов НСВД с помощью фармакологических средств. Применяя газы-антагонисты и фармакологические средства, удалось довести глубину погружения высших животных (приматов) без выраженных признаков НСВД до 1000 м.
• В последние годы в отделе подводной биомедицины Научно-исследовательского института гигиены водного транспорта Министерства здравоохранения РФ успешно развиваются нейрофизиологические исследования с целью выявления ранних признаков НСВД с помощью экспресс-диагностики состояния животных при разной скорости компрессии и в будущем на основе этих данных управления параметрами среды гипербарических камер.
• Многие исследователи полагают, что основную роль в решении проблемы преодоления НСВД будет играть отбор и тренировка людей, наиболее устойчивых к воздействиям гипербарии.
• Исследование механизмов развития и путей профилактики НСВД в настоящее время достаточно быстро прогрессирует. Если проблема преодоления НСВД будет решена, то откроются реальные возможности погружения человека на большие глубины с использованием в качестве среды для дыхания газовых смесей с гелием. До недавнего времени такой прогноз был невозможен из-за отсутствия убедительных экспериментальных данных о возможностях преодоления человеком другого физиологического барьера – высокой плотности газовой смеси. Предполагалось, что функция дыхания человека и в состоянии покоя, и особенно при физических нагрузках, при увеличении плотности газовой среды более чем в 10 раз относительно обычной не сможет обеспечить адекватный газообмен. Такой величины плотность воздуха достигает при погружении человека на глубину 100 м, а плотность гелиокислородных смесей – при погружении на глубину 600 м.

На основании данных о физических закономерностях диффузии газов в условиях повышенной плотности, а также результатов экспериментальных исследований, была сформулирована теория, согласно которой гипоксические состояния в условиях гипербарии связаны с недостаточностью функции дыхания. Однако исследования, в которых водолазам предлагалось во время пребывания в камере при давлении 37 кг/см2 переключаться на дыхание газовыми смесями, содержащими неон, показали отсутствие гипоксических состояний как в условиях покоя, так и при тяжелых мышечных нагрузках. В этих исследованиях при дыхании газовыми смесями, содержащими неон, плотность среды была увеличена более чем в 28 раз по сравнению с обычной. Таким образом, были смоделированы возможности респираторной системы человека успешно обеспечивать газообмен при плотности дыхательной смеси, эквивалентной той, которая возникает при дыхании гелиокислородными смесями на глубине 1500 м.
3. Токсическое действие кислорода при гипербарии. До настоящего времени это остается очень важной и сложной проблемой. Повышенное содержание кислорода в дыхательных смесях водолазов и кессонных рабочих впервые применил П. Бер. Гипероксические смеси он использовал для профилактики и лечения декомпрессионных расстройств, возникающих после работы в среде повышенного давления. В дальнейшем содержание кислорода в газовых смесях для дыхания водолазов стали повышать с целью снижения содержания в них инертных газов и сокращения режимов декомпрессии. Были установлены безопасные границы применения высоких концентраций кислорода при кратковременном действии повышенного давления. Однако при глубоководных погружениях и длительном пребывании человека в условиях гипербарии становится очевидным неблагоприятное влияние длительного воздействия и относительно малых величин повышения концентрации кислорода в дыхательной смеси, необходимых для обеспечения газообмена в среде повышенной плотности.

Если до последнего времени при пребывании в газовой среде в условиях гипербарии считалось приемлемым повышение содержания кислорода до 0,35 кг/см2, а при работе в водолазном снаряжении – увеличение содержания кислорода до 1 кг/см2, то в настоящее время стало ясно, что содержание кислорода в среде для дыхания водолазов должно быть максимально приближено к нормальному. Было показано, что в результате гипероксического воздействия при гипербарии как в состоянии покоя, так и особенно во время мышечной деятельности возникают гиперкапния и дыхательный ацидоз вследствие изменения чувствительности дыхательного центра к рН и СО2 в гипероксической среде при повышенном атмосферном давлении, блокирования механизма элиминации СО2 гемоглобином и снижения эффективности кровообращения в легких. Таким образом, один из главных вопросов, требующих своего разрешения в настоящее время, – определение нижней границы токсического действия кислорода, особенно при длительном воздействии среды при повышенном атмосферном давлении. В этом плане перспективным направлением исследований является изучение возможностей ферментных систем и биологических антиоксидантов.
4. Нарушение температурного гомеостаза. Другой физиологический барьер, препятствующий погружению человека на большие глубины, – обеспечение температурного гомеостаза организма при погружении в барокамере, и особенно при выходе водолазов в окружающую толщу воды. В настоящее время известно, что по мере повышения давления зона температурного комфорта все более сужается, по величине приближаясь к температуре тела.
При высоких давлениях в гелиокислородной среде для создания комфортных условий требуется значительно большее повышение окружающей температуры, чем в обычных условиях. В последнее время получены данные о неадекватности теплоощущений человека в гипербарической среде относительно реального теплового состояния организма. Также известно, что зоны комфортных температур значительно изменяются в условиях покоя или работы. Они в большей мере зависят также от уровня энергопродукции человека, т. е. от характера его деятельности.

По мере увеличения барометрического давления или глубины погружения все более актуальной становится проблема оценки истинного теплового состояния организма и оперативного регулирования микроклимата водолазных барокамер.
5. Декомпрессия. Несмотря на более чем столетнюю историю изучения, до настоящего времени эта проблема не решена. Она, по-видимому, будет актуальной до тех пор, пока применяются методы погружения человека, при которых дыхание происходит при давлениях, соответствующих глубине погружения.
Первые исследования возможностей дыхания жидкими смесями были встречены с энтузиазмом, однако до реального использования их человеком еще далеко.
В связи с этим актуальными остаются исследования, направленные на:
– сокращение периодов декомпрессии после пребывания под давлением;
– раннюю диагностику, лечение и профилактику заболеваний, связанных с декомпрессией.
В поисках способов сокращения декомпрессии исследуются механизмы сатурации и десатурации тканей организма при гипербарии с целью разработки режимов плавной, близкой к физиологической кривой десатурации.
Большое внимание уделяется исследованиям возможностей сокращения периода декомпрессии за счет периодического переключения человека на дыхание различными инертными газами.
Представляются актуальными также исследования, направленные на создание аппаратуры, позволяющей следить за ходом индивидуального процесса десатурации с последующей корректировкой режима декомпрессии. Последнее имеет также большое значение для профилактики и ранней диагностики заболеваний, связанных с декомпрессией.
Методы оптимизации реакций организма.
1. Рациональный подбор газовой среды. Как показал В. П. Николаев, важнейшие требования, предъявляемые к искусственной дыхательной среде при различных давлениях, – обеспечение нормального снабжения организма кислородом и нормальная плотность, – могут быть выполнены путем создания газовых смесей того или иного состава.
• В отношении содержания кислорода вопрос решается сравнительно просто. Обычно стремятся сохранить напряжение этого газа в среде, близким к нормальному, лишь немного увеличивая его с учетом возникающих при высоких давлениях среды нарушений диффузионного процесса. Предлагается, правда, корректировать рО2 в соответствии с метаболическими потребностями. На основе принципа максимально возможного уменьшения напряжения функций дыхания и кровообращения была создана математическая модель, позволившая вывести оптимальные концентрации вдыхаемого кислорода в газовой смеси для мышечных нагрузок разной мощности. Полученные таким путем величины рО2 расположились в диапазоне от 0,021 до 0,033 МПа. Более высокое парциальное давление кислорода в среде по расчетам должно выводить показатели легочной вентиляции и гемодинамики из пределов оптимальности. Кроме того, значительная гипероксия (рО2 выше 0,040-0,050 МПа) при длительных экспозициях оказывает известное токсическое действие.
• И снова приходится возвращаться к одной из сложнейших проблем гипербарической физиологии – затруднениям дыхания вследствие повышенной плотности дыхательной среды. Этот барьер к настоящему времени удалось значительно отодвинуть благодаря широкому применению гелиевых смесей. Еще большие преимущества сулит использование в качестве разбавителя кислорода самого легкого газа – водорода. Действительно, при давлении 0,71 МПа человек в условиях дыхания смесью 97 % Н2 и 3 % О2 мог развить максимальную вентиляцию легких более чем в полтора раза большую, чем при дыхании воздухом.
Существенно облегчалось дыхание водолазов и улучшались их эргономические показатели, как было показано в эксперименте «Гидра-4», при использовании смеси 98 % Н2 и 2 % О2 (по сравнению с аналогичной гелиокислородной смесью) под давлением 1,3–2,4 МПа. В частности, снижалось усилие, затрачиваемое на создание определенной скорости потока. В результате, например, при давлении 1,3 МПа испытуемые справлялись с 10-минутной работой мощностью до 225 Вт.
• Теоретически водородно-кислородные смеси должны позволить человеку дышать под огромным давлением – 15 МПа, которое соответствует глубине 1500 м вод. ст. Взрывоопасность таких смесей легко устраняется низкими концентрациями кислорода. Однако исследователи встретились здесь с неприятным сюрпризом: неожиданно выраженным оказалось действие высокого парциального давления водорода на ЦНС. В экспериментах с мышами, экспонированными в барокамере, заполненной водородно-кислородной смесью, у животных при давлении 6–7 МПа появлялся тремор, а при 10,9 МПа – судороги. У обезьян судороги начинались при давлении около 7 МПа.
Вместе с тем водород проявляет наркотические свойства, которые выражены у данного газа всего лишь примерно в 4 раза слабее, чем у азота. Возможно, именно по этой причине у кроликов при давлении 2,8 МПа водород вызывал снижение не только двигательной, но и дыхательной активности. Человек испытывал наркотическое состояние уже при давлении водородно-кислородной смеси всего 1,5–1,8 МПа: по свидетельству участников эксперимента «Гидра-4», этот эффект напоминал «азотный наркоз», хотя и несколько отличался от последнего – эйфория была «более приятна». Такое действие водорода удается преодолеть лишь путем добавления в дыхательную смесь других компонентов – комбинируя содержание различных газов таким образом, чтобы их неблагоприятные эффекты – наркоз и НСВД – по возможности взаимно компенсировались. Так, при давлении 3 МПа была успешно применена газовая смесь такого состава: 74 % Н2, 24 % Не, 2 % О2. Предлагают, в частности, комбинации нескольких газов – гелия и водорода с неоном и азотом, – позволяющие, кроме того, смягчить неблагоприятное влияние «легких» газов на терморегуляцию организма и разборчивость речи.
• Известно, что вследствие затруднения дыхания и (или) малой чувствительности к гиперкапническому стимулу у человека в гипербарической среде зачастую проявляется тенденция к задержке СО2 в организме. Кроме того, в условиях работы при повышенном давлении с использованием респираторной аппаратуры может повышаться концентрация двуокиси углерода. Вместе с тем гиперкапния значительно усиливает наркотический эффект высокого парциального давления азота, а также токсического действия кислорода, и это может привести к развитию порочного круга, рокового для функции дыхания и чреватого дыхательной недостаточностью. Поэтому меры по возможному предотвращению накопления СО2 в дыхательной смеси служат неотъемлемым элементом оптимизации гипербарической среды.
• Устранению одышки и тем самым повышению работоспособности способствует создание небольшого положительного давления (+10 см вод. ст.) в дыхательных путях. Принципиально новым способом разгрузки дыхательной мускулатуры от тяжелой работы по преодолению сопротивления, обусловленного повышенной плотностью газовой среды, является применение искусственной или вспомогательной вентиляции легких. Пока такой способ в основном находится на стадии экспериментирования. С этой целью для опытов на лабораторных животных разработан специальный поршневой респиратор, осуществляющий вентиляцию через эндотрахеальный катетер, причем газовая смесь в фазу вдоха нагнетается в легкие, а выдох (он в полтора раза длительнее вдоха) осуществляется пассивно. Теоретически возможно использование и другого способа, основанного на создании колебаний давления в емкости (барокамере или «подводном доме»), где находится человек. Перспективность этого пути весьма вероятна.
• В настоящее время получила развитие идея создания так называемой активной газовой среды, которая стимулировала бы формирование активных адаптивных реакций организма на неблагоприятные условия. В этом плане кажется перспективным использование нестационарной искусственной атмосферы с циклично изменяющимся газовым составом. Можно думать, что исследования, развернувшиеся в этом направлении, помогут в ближайшем будущем решить данную проблему.
2. Дыхательная тренировка. Другим методом повышения толерантности организма к гипербарической среде может быть дыхательная тренировка. В условиях плотной газовой среды уменьшению затрат энергии на вентиляцию в легких способствует переход на медленное и глубокое дыхание. В частности, И. С. Бреслав (1975) показал, что обучение такому режиму дыхания позволяет успешно выполнить мышечную работу в условиях значительного сопротивления инспираторным и экспираторным потокам. Подобную тренировку проходят водолазы.
Представляется целесообразной предварительная тренировка к искусственному сопротивлению вдоху. Увеличение работоспособности дыхательных мышц получали и с помощью систематической произвольной гипервентиляции легких, особенно в сочетании с резистивной нагрузкой.
В литературе встречаются сообщения о том, что у профессиональных водолазов дыхание и без какой-либо специальной тренировки медленное и глубокое, что у них значительно больше средние легочные объемы и, наконец, что у них и в нормальных условиях ослаблена реакция дыхания на гиперкапнию – уменьшен наклон кривых (параметр Sv) роста вентиляции и окклюзионного давления в ответ на прогрессивное увеличение рСО2 и повышено пороговое значение рСО2. В связи с этим у водолазов альвеолярное напряжение двуокиси углерода выше, чем у представителей других профессий – и не только в гипербарической, но и в обычной среде, а при мышечной работе может даже превышать 80 мм рт. ст. Здесь, правда, у некоторых авторов возникает сомнение: не является ли это следствием профессионального отбора людей для работы под водой по каким-то признакам, с которыми указанные особенности связаны? Тем более что, как выяснилось, многие из этих особенностей не коррелируют с водолазным опытом. Предлагалось даже специально отбирать индивидов с уменьшенной реакцией дыхания на физическую нагрузку, поскольку высокий уровень легочной вентиляции в плотной газовой среде, естественно, резко увеличивает энерготраты на работу дыхательных мышц, а снижение усилия, затрачиваемого этими мышцами, уменьшает выраженность одышки.
По другому пути пошли исследователи, в течение 5 месяцев тренировавшие респираторную мускулатуру водолазов с помощью дыхания через добавочное сопротивление (диафрагма с отверстием 8–6,5 мм): тренированные таким способом люди показали в условиях давления гелиокислородной смеси 4,6 МПа более высокие уровни легочной вентиляции, чем нетренированные.
И все же по крайней мере часть функциональных сдвигов в системе дыхания является несомненным результатом систематического воздействия факторов гипербарии. Сюда можно отнести уменьшение максимальных экспираторных потоков с одновременным увеличением форсированной жизненной емкости легких, повышение силы дыхательных мышц и т. д. Правда, со временем подобные перестройки могут терять свое приспособительное значение и приобретать патологический характер.
Некоторые исследователи наблюдали в ходе пребывания в гипербарической среде повышение максимальной произвольной вентиляции. Это явление частично можно объяснить уменьшением сопротивления дыханию вследствие бронходилятации, рефлекторно наступающей при тяжелой работе и гиперкапнии, а частично – тренировкой дыхательной мускулатуры. В свою очередь, увеличение функционального резерва аппарата дыхания оказывает положительное влияние на работоспособность. Мы упоминали «азотный наркоз» в качестве неблагоприятного фактора, который может усугубить эффекты, связанные с затруднением дыхания из-за повышенной плотности дыхательной среды. При повторных экспозициях влияние этого фактора на физиологические функции удается значительно ослабить: улучшается способность человека к самоконтролю. В условиях использования гелиокислородных дыхательных смесей под высоким давлением водолазы научаются подавлять мышечный тремор. Вместе с тем для работы в таких условиях предлагалось отбирать индивидов, мало подверженных проявлениям нервного синдрома высоких давлений. Кроме того, возбуждающее действие этого синдрома на ЦНС может способствовать повышению активности центрального дыхательного механизма. То же может происходить в начальных стадиях «азотного наркоза». Аналогичное действие могут оказывать факторы неспецифического характера – стрессорное состояние, эмоциональный подъем, сопряженный с пребыванием в необычных условиях, хотя в некоторых случаях те же факторы могут отрицательно сказаться на работоспособности. В этом, надо думать, заключается причина того, что МВЛ обычно оказывается выше расчетной для данной плотности. Сообщалось, что выше расчетной оказывались и максимально выполнимые кратковременные мышечные усилия нагрузки.
Таким образом, профессиональный отбор и соответствующая подготовка человека могут повысить его устойчивость к неблагоприятным эффектам гипербарии. 3.17. Искусственная газовая атмосфера
Нормальная жизнедеятельность и работоспособность человека в условиях космического полета обеспечиваются благодаря использованию герметических кабин регенерационного типа, в которых до полета или во время полета устанавливается, а затем на протяжении всего полета поддерживается искусственная газовая атмосфера (ИГА). ИГА защищает в полете живые организмы от неблагоприятного влияния космического пространства, и в первую очередь от крайне опасного действия низкого барометрического давления. Одновременно ИГА является источником кислорода, необходимого для дыхания.
Использование ИГА в кабинах космических кораблей ставит перед специалистами – биологами, физиологами, врачами и инженерами – вопрос о том, какой она должна быть, т. е. каким физиолого-гигиеническим и техническим требованиям должна прежде всего удовлетворять? Речь идет о рациональном выборе основных параметров ИГА, таких, как величина общего барометрического давления, ее химический состав: выбор газов-разбавителей, допустимый диапазон колебаний в ней парциального давления кислорода (рО2), углекислого газа (рСО2), температуры и других параметров.
Решение этих вопросов и, следовательно, всей проблемы рационального формирования ИГА возможно только при условии учета сложного взаимодействия многих физиологических и технических факторов. В итоге создание рациональной ИГА, по существу, является определенным компромиссом между медико-биологическим и техническим подходом к этой проблеме. Первый определяет стремление к созданию гигиенических условий, близких к комфортным; второй ограничивает это стремление и требует считаться с трудностями конструктивного порядка: с необходимостью ограничивать вес и габариты аппаратуры, опасностью возникновения взрыва и пожара, а также вероятностью возникновения различных аварийных ситуаций. Последнее обстоятельство приводит к необходимости при формировании ИГА оценивать ее и в случаях нарушения герметичности кабины. Важно также при создании ИГА учитывать и то, что в зависимости от задач полета космонавты могут покидать космический корабль – осуществлять операции вне корабля или на поверхности небесных тел, вокруг которых практически отсутствует атмосфера (Луна), или где она крайне разрежена (Марс), или же, наоборот, имеет весьма высокую плотность (Венера). В таких случаях при создании ИГА следует, по-видимому, принимать во внимание конструктивные особенности (в первую очередь величину давления) скафандра, а также герметических отсеков транспортных средств и жилищ, которыми будут пользоваться космонавты (В. Б. Малкин, 1975).
Несмотря на то что отечественные и американские исследователи при создании искусственной газовой атмосферы (ИГА) в космических кораблях руководствовались в значительной степени общими принципами, практически вопрос о формировании ИГА был решен далеко не однозначно.
Отечественные исследователи избрали ИГА, близкую по основным параметрам (давлению и газовому составу) к нормальной земной атмосфере, и тем самым создали для космонавтов при нормальных режимах полета достаточно хорошие условия обитания.
Американские исследователи из-за ряда технических выгод использовали также приемлемую для космонавтов моногазовую ИГА, состоящую из кислорода, под общим давлением 258 мм рт. ст. При этом они, по-видимому, учитывали и удобство использования ее в случаях выхода космонавтов из кабины в скафандрах с низким общим давлением.
Эти ИГА, успешно использованные в полетах, в общем отвечают основным физиологическим принципам формирования ИГА. Они обеспечивают экипажу в полете условия нормального газообмена, не вызывают сколько-нибудь значительного напряжения приспособительных механизмов и поэтому не снижают адаптационного резерва организма.
Как американские, так и российские специалисты продолжают исследовательскую работу по созданию ИГА для космических кораблей. Это свидетельствует о том, что используемые в настоящее время ИГА в свете перспективы полетов большой продолжительности, по-видимому, вряд ли являются оптимальными. В процессе разработки этой проблемы обсуждаются различные варианты ИГА.
Классификация ИГА. Последовательное рассмотрение и оценку различных вариантов ИГА целесообразно провести в соответствии с классификацией ИГА. В ее основу могут быть положены химический состав, физические свойства и основные физиологические характеристики ИГА.
1. С точки зрения физиологической оценки ИГА по условиям газообмена и по величине рО2 и рСО2 во внутренней среде (кровь, альвеолярный воздух) могут быть эквивалентными нормальной земной атмосфере и не полностью эквивалентными, содержащими некоторый избыток О2 и СО2 или дефицит О2.
2. По химическому составу ИГА может состоять только из одного газа (О2), двух газов – О2 и какого-либо биологически индифферентного газа, или, наконец, в ее состав, помимо О2, могут входить несколько индифферентных газов (Н2, Не, Ne, Аг).
3. Физические свойства ИГА, помимо того, что они зависят от ее химического состава, зависят еще и от величины барометрического давления, которое также может широко варьировать.
Из сказанного становится очевидным, что число принципиально возможных для практического использования в космических полетах вариантов ИГА достаточно велико. Однако целесообразно ограничить их рассмотрение лишь теми, которые в настоящее время привлекают наибольшее внимание исследователей и были в связи с этим экспериментально изучены в лабораторных опытах, а некоторые из них были уже использованы в полетах (В. Б. Малкин, 1975).
Анализ ИГА различного газового состава. Сначала рассмотрим ИГА, имитирующие нормальную газовую атмосферу Земли. К ним относятся ИГА, которые в основном состоят тоже из двух газов: О2 и N2; содержание других газов в них невелико – порядка 1 %. Следует сразу же заметить, что когда речь идет об имитации нормальной атмосферы Земли в кабинах космических кораблей, то при этом подразумевается создание комфортных условий, установленных гигиенистами для жилых помещений в географических районах, расположенных на уровне моря. Речь идет о воспроизведении хорошо изученных искусственных условий, которые условно мы обозначим термином «нормальная земная атмосфера» (НЗА).
Как считают многие специалисты, использование в кабинах наших космических кораблей ИГА, близкой к НЗА, было вполне оправданно, прежде всего в связи с тем, что такая ИГА с биологической точки зрения является наиболее адекватной для человека, исторически адаптировавшегося к ней. В принципе ИГА, близкая к НЗА, может быть использована в длительных космических полетах как один из наиболее надежных вариантов ИГА.
Некоторые исследователи полагают, что, несмотря на приемлемость использования НЗА в качестве ИГА в кабинах космических кораблей, все же в большинстве случаев применение ее нерационально. По этому поводу О. Г. Газенко и А. М. Генин пишут: «…копирование земной атмосферы неоправданно ограничивает возможность вариаций ИГА, которые могут оказаться целесообразными с точки зрения техники и защиты человека в аварийной обстановке».
В связи с необходимостью при выборе ИГА считаться с весовыми параметрами (чем выше давление ИГА, тем соответственно толще должны быть стенки кабины и больше ее вес), вероятностью возникновения аварийных ситуаций многие исследователи указывают на теневые стороны использования НЗА. Они отмечают, что в случае нарушения герметичности кабины величина перепада барометрического давления будет значительной, что может привести к серьезному повреждающему действию при взрывной декомпрессии. Переход из НЗА в ИГА с низким давлением, например при переходе из одного корабля в другой или при пользовании скафандрами с низким давлением, чреват серьезной опасностью возникновения высотной декомпрессионной болезни. В случаях использования скафандров с низким давлением это может осложнить не только пребывание космонавтов в аварийной ситуации, но и оказать неблагоприятное влияние на выход их в открытый космос и на поверхность небесных тел, практически лишенных или имеющих крайне разреженную атмосферу. Здесь же следует отметить, что некоторые исследователи указывают на целесообразность использования НЗА в кабинах лишь в ограниченных случаях не только в связи с вероятностью возникновения аварийных ситуаций. Эту точку зрения они аргументируют тем, что сами условия полета большой продолжительности могут приводить к таким функциональным сдвигам в организме (к астенизации – развитию детренированности), при которых комфортные, достаточно стабильные параметры НЗА окажутся уже далеко не оптимальными.
• В связи с вышесказанным исследователи отмечают, что в ряде случаев в кабинах космических кораблей целесообразно использовать двухкомпонентные ИГА, эквивалентные НЗА, но с более низким барометрическим давлением.
Максимально допустимое снижение давления ИГА лимитируется величиной порядка 190 мм рт. ст. При этом для сохранения нормального обеспечения организма О2 в случаях использования столь низких величин давления газовый состав ИГА должен практически состоять только из одного О2, т. е. газовая среда уже не может быть двухкомпонентной. В связи с этим при рассмотрении ИГА, состоящую из О2 и N2, остановимся лишь на четырех диапазонах пониженного давления: 526, 405, 308 и 267 мм рт. ст., соответствующих высотам: 3000, 5000, 7000 и 8000 м.
В работе Д. И. Иванова и др. были последовательно апробированы в условиях лабораторного эксперимента три перечисленные выше ИГА с общим давлением 525, 405 и 308 мм рт. ст. Исследования при меньших величинах давления этими авторами не проводились по двум соображениям: необходимости профилактики высотной деком-прессионной болезни (ВДВ), возникновение которой, уже начиная с высот 7500–8000 м, становится реальностью, а также вследствие увеличения возможности пожара в связи с повышенным содержанием О2 в ИГА.
Результаты этой работы показали, что месячное пребывание испытуемых в условиях ИГА, эквивалентных по О2 НЗА, при давлениях, соответствующих высотам 3000–7000 м, не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на организм. Об этом можно было прежде всего судить по тому, что все три апробированных варианта ИГА с физиологической точки зрения оказались равноценными. Отмеченные у испытуемых в этом исследовании изменения некоторых физиологических параметров: снижение потребления О2 на 10–15 %, повышение частоты сердечных сокращений, особенно отчетливое при проведении ортостатической пробы, изменение суточной периодики частотного спектра ЭЭГ, увеличение числа медленных волн в дневное время – не зависели от газового состава и давления ИГА, а были обусловлены влиянием гиподинамии и изменениями режима труда, отдыха и сна.
В дальнейшем эти исследования были продолжены А. Г. Кузнецовым и др., которые провели исследования с 2-месячным пребыванием испытуемых в ИГА с общим давлением газов 308 мм рт. ст. При этом у испытуемых также были обнаружены функциональные сдвиги, обусловленные в основном только влиянием гиподинамии. Значительное внимание, которое уделяют исследователи созданию ИГА с общим давлением газов порядка 300 мм рт. ст. и менее, не случайно. Некоторые авторы указывают, что давление 300 мм рт. ст. является оптимальным, так как, будучи еще достаточно высоким, практически надежно предохраняет от возникновения декомпрессионных явлений и поэтому не требует проведения десатурации организма от N2 при вхождении в ИГА. Оно также удобно и в случаях необходимости использования скафандров с низким давлением, так как практически исключает вероятность возникновения ВДВ, которая может возникнуть только в крайне редких случаях при аварийной разгерметизации в первые часы полета. Кроме того, с технической точки зрения использование двухкомпонентной ИГА с давлением 300 мм рт. ст. выгодно, поскольку позволяет снизить вес кабины.
• Большинство исследователей полагают, что человек и животные могут нормально жить в ИГА, лишенных N2. Эта точка зрения аргументирована многочисленными экспериментальными данными, свидетельствующими о нормальном развитии беспозвоночных и позвоночных животных в условиях ИГА, в которой азот полностью отсутствует. Виологическая роль N2 для человека сводится к тому, что он заполняет полости тела, и в первую очередь легкие, и тем самым поддерживает их определенный объем, препятствуя развитию ателектазов.
Эту функцию азота могут, по-видимому, выполнять и другие индифферентные газы, в том числе и гелий – Не.
1. ИГА с Не. Для утверждения возможности использования Не в качестве одного из основных компонентов ИГА необходимы доказательства того, что сам по себе этот газ не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на организм.
Результаты исследований, проведенных на животных, а также с участием человека, в которых азот в условиях нормального и пониженного давления был в ИГА замещен гелием, дают основания считать, что последний не оказывает токсического влияния на организм и так же, как и N2, является биологически индифферентным газом. Следует лишь упомянуть, что некоторые функциональные сдвиги – увеличение потребления кислорода, снижение количества эритроцитов и гемоглобина и связанное с этим повышение суточного потребления железа, – которые были обнаружены в гелиокислородной среде у кроликов Гамильтоном и др., как и изменения устойчивости животных к гипоксии, отмеченные А. Г. Диановым, обусловлены, вероятно, теплофизическими свойствами Не (В. Б. Малкин, 1975).
После того как принципиальная возможность использования Не вместо N2 в ИГА доказана, следует ответить на второй вопрос: насколько целесообразна такая замена?
Авторы, которые указывают на целесообразность использования Не вместо N2 в ИГА, аргументируют свою точку зрения следующими соображениями. Так, согласно данным М. И. Якобсона, А. Г. Дианова и А. Г. Кузнецова, при использовании Не несколько уменьшается вероятность возникновения ВДВ и особенно ее тяжелых форм, которые могут иметь место у космонавтов после перехода их в условия низкого барометрического давления. Это мнение основано, по-видимому, на том, что бунзеновский коэффициент растворимости в жире N2 примерно в 4 раза выше, чем Не. В работах американских исследователей Берда и др. было, наоборот, установлено несколько более частое проявление «bends» – мышечно-суставной формы ВДВ у людей, находившихся в ИГА, в которой использовался Не. Вопрос же о частоте проявления тяжелых форм ВДВ при использовании ИГА, содержащей Не, остается открытым.
Малая растворимость гелия в тканях и высокий коэффициент его диффузии лежат в основе того, как указывают А. Г. Дианов и др., что при дыхании кислородом время практически полной десатурации организма от Не значительно меньше, чем от N2. Это уже существенное и бесспорное преимущество использования Не в ИГА. В случаях повышения температуры в кабине благодаря высокой теплопроводности Не космонавты гораздо лучше будут переносить это воздействие в ИГА, в которой N2 заменен Не.
В такой среде должна также повыситься устойчивость к гиперкапнии, интенсивным физическим нагрузкам и другим воздействиям, приводящим к значительному росту вентиляции. Этот эффект обусловлен тем, что при форсированном дыхании гелиокислородной смесью сопротивление воздухоносных путей в связи с низкой плотностью Не сказывается меньше, чем при дыхании воздухом. При нормальном, спокойном дыхании этот эффект практически не проявляется, так как сопротивление воздухоносных путей определяется уже не плотностью, а в основном вязкостью вдыхаемого газа. Вязкость Не существенно не отличается от N2.
Одним из доводов, обосновывающих целесообразность замены азота в ИГА гелием, является высокая устойчивость атома Не к действию различных видов радиации. Это выгодно отличает Не от N2. Относительно большой вес N2 определяет его слабые защитные свойства по отношению к космическому излучению как с точки зрения поглощения первичных нуклонов, так и в отношении образования вторичных частиц. Согласно данным М. Г. Дмитриева, под действием ионизирующего излучения в воздухе образуются «возбужденные» атомы и ионы азота. Они вступают в химические реакции с О2, в результате чего образуются такие токсические соединения, как окись, закись и двуокись азота. Помимо перечисленных соображений, целесообразность замены азота в ИГА гелием обусловлена и с технической точки зрения. Плотность Не приблизительно в 7 раз меньше плотности N2, в связи с чем использование гелиокислородной атмосферы в космических кораблях приводит к снижению стартового веса, а также веса запасов газа, необходимых для восполнения атмосферы корабля. Данное преимущество гелиокислородной ИГА не всегда может в полной мере проявляться в связи с высокой текучестью Не. Это является причиной сокращения резервного времени при утечке газов из кабины в случаях замены азота в ИГА гелием, что, несомненно, следует считать отрицательной стороной такой замены. К сказанному следует добавить, что замена азота в ИГА гелием должна также привести к снижению энергии, необходимой для вентиляции кабины. Несмотря на определенные выгоды использования Не в ИГА, экспериментальных исследований с участием человека, в которых бы изучался этот вопрос, сравнительно немного. В работах отечественных исследователей была экспериментально изучена ИГА, состоящая из О2 и Не при нормальном барометрическом давлении (1 атм).
Результаты работ этих авторов показали, что пребывание в гелиокислородной среде не вызывает у испытуемых сколько-нибудь существенных изменений самочувствия, поведения и работоспособности. Однако замена азота в ИГА гелием все же сопровождалась некоторыми функциональными сдвигами. Наиболее важными из них были изменения теплообмена, речи и дыхания. Так, пребывание в гелиокислородной ИГА при температурах, являющихся комфортными в условиях обычной воздушной атмосферы (18–24 °C), сопровождалось заметным охлаждением испытуемых. Например, при температуре 21 °C у испытуемых быстро появлялись неприятные теплоощущения. При этом средневзвешенная температура кожи за 2 ч снижалась почти на 2 °C. В гелиокислородной ИГА зона теплового комфорта оказалась заметно сдвинутой в сторону более высоких температур и находилась в дневное время в пределах 24,5-27,5 °C, а ночью в пределах 26–29 °C. При оценке этих данных обращает на себя внимание значительное сужение (на 3 °C) зоны теплового комфорта в гелиокислородной среде по сравнению с аналогичной зоной в воздухе. Как уже отмечалось, этот эффект гелиокислородной атмосферы связан с высокой теплопроводностью Не.
Замена азота воздуха гелием привела и к изменению речи испытуемых: в гелиокислородной ИГА спектр речи сдвигался в сторону высоких частот на величину порядка 0,7 октавы. Разборчивость речи при этом несколько ухудшалась, но еще сохранялась на уровне допустимых величин (90–95 %). Сразу после перехода на дыхание обычным воздухом речевая функция восстанавливалась. Согласно расчетным данным, скорость распространения звука в гелиокислородной среде при давлении в 1 атм и температуре 27 °C в 1,85 раза выше, чем в воздухе. Это и является причиной искажения речи после замены азота воздуха гелием.
Функциональные изменения дыхания в гелиокислородной среде проявлялись в увеличении максимально возможной вентиляции легких, что было обусловлено снижением сопротивления воздухоносных путей. Таким образом, результаты исследований, в которых азот воздуха замещался гелием, показали практическую возможность использования такой ИГА (В. Б.Малкин, 1975).
Американские исследователи провели изучение гелиокислородной ИГА с общим давлением 380 мм рт. ст., 360 мм рт. ст. и 258 мм рт. ст.
Анализ результатов этих работ позволяет считать, что длительное (до 56 дней) пребывание в гелиокислородной среде не оказывает неблагоприятного влияния на обмен веществ, дыхание, кровообращение и центральную нервную систему. Отмеченные в этих исследованиях некоторые патологические сдвиги были обусловлены влиянием различных факторов, не связанных непосредственно с заменой азота в ИГА гелием. Так, например, в опытах, проведенных Цефтом и сотрудниками, возникновение раздражения слизистой оболочки век – развитие конъюнктивита – было обусловлено низкой влажностью ИГА (давление 380 мм рт. ст.); при повышении влажности эти нарушения исчезали. Снижение ортостатической устойчивости у одного из испытуемых, как и в большинстве исследований в имитаторах кабин, было обусловлено, по-видимому, развитием гиподинамии.
Сухость слизистых оболочек, развитие конъюнктивита, отмеченные у испытуемых при 56-суточном пребывании в гелиокислородной ИГА с общим давлением 258 мм рт. ст. (рО2 – 175; pHe – 74; сN2 – 2), также были связаны с низкой влажностью. Жалобы испытуемых на боли в животе и повышенный метеоризм нельзя связывать с наличием Не в ИГА. Они были обусловлены, очевидно, другими причинами, возможно неудачным рационом питания. С наличием Не в ИГА были связаны в этих исследованиях лишь незначительные искажения речи и изменения температуры кожи при выполнении физических упражнений. Однако эти изменения существенного значения не имеют, так как искажения речи могут быть устранены с помощью соответствующих технических средств, равно как и все неприятные теплоощущения в гелиокислородных средах легко устранимы путем повышения температуры ИГА.
При сравнительной оценке гелиокислородных ИГА с низким давлением следует принимать во внимание, что при медленной утечке газов из кабины резервное время (то время, в течение которого давление снизится до критической величины, определяющей развитие острой гипоксии) у членов экипажа будет тем меньше сравнительно с ИГА, содержащими N2, чем выше процент содержания Не в ИГА. Следовательно, при наиболее низком общем давлении (258 мм рт. ст.) это различие между гелио– и азотно-кислородными ИГА будет уже относительно небольшим.

В заключение следует сказать, что если при подводных погружениях в ряде случаев целесообразность использования Не в ИГА доказана, то для ИГА кабин космических летательных аппаратов этот вопрос еще находится в стадии изучения (В. Б. Малкин, 1975).
2. Моногазовая (кислородная) ИГА. Вопрос о целесообразности использования чистого кислорода в кабинах высотных летательных аппаратов обсуждался еще до начала Второй мировой войны В. А. Спасским. Он полагал, что в гермокабинах высотных самолетов, возможно, будет целесообразно использовать О2 при давлении порядка 230 мм рт. ст. Спасский считал, что до более низких величин давление не стоит снижать, так как при этом, с одной стороны, значительно возрастает вероятность возникновения ВДВ и высотного метеоризма, с другой – практически будет отсутствовать даже небольшой резерв О2 в случаях повышенной утечки газа из кабины.
Возможность длительного пребывания животных в моногазовой ИГА, эквивалентной по газообмену НЗА и составленной практически из одного только кислорода (pN2 < 10 мм рт. ст.) с давлением 190–200 мм рт. ст., была доказана работами американских и российских ученых.
В этих работах было установлено, что в условиях моногазовой среды, эквивалентной по О2 НЗА, у некоторых подопытных животных может развиваться ателектаз легких. Согласно данным В. Макхаттла и С. Рана, возникновение у мышей ателектаза легких в первые 48 ч пребывания в моногазовой атмосфере явилось причиной гибели некоторых из них, хотя большинство животных без видимых нарушений поведения и каких-либо повреждений пробыли весь срок эксперимента – 59 дней. В дальнейшем в опытах на крысах Н. А. Агаджанян и др., А. М. Генин, С. Г. Жаров и др. также наблюдали в первые дни пребывания в такой ИГА у некоторых животных развитие ателектазов, которые вскоре исчезали, после чего животные продолжительное время – до 100 суток – сохраняли нормальное физиологическое состояние. Этими авторами было отмечено у животных развитие лишь умеренной дегидратации, которая была обусловлена повышенным испарением жидкости в условиях пониженного (до 200 мм рт. ст.) давления в ИГА.
В работах Е. П. Хиатта и др., проведенных на молодых растущих крысах, не было выявлено развития ателектазов и какого-либо другого неблагоприятного влияния моногазовой ИГА (рО2 – 196 мм рт. ст.). Пребывание в ней в течение 24 дней вызывало у подопытных животных лишь некоторое снижение выделения мочи. Авторы связали этот эффект с повышенной потерей жидкости, обусловленной ростом ее испарения в условиях разреженной атмосферы.
Наиболее обстоятельное изучение возможности длительного пребывания животных в условиях моногазовой среды проведено в США А. Пепелько, который для суждения о влиянии моногазовой среды использовал биологический критерий: способность к репродукции. Эксперимент продолжался 11 месяцев. Если учесть, что срок жизни крыс ограничен примерно 2,5 годами, то следует признать длительность этого эксперимента весьма большой. Согласно данным этого автора, моногазовая среда не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на физиологическое состояние и биологию белой крысы. В такой среде у животных нормально протекает беременность и нормально растет и развивается потомство. Единственный загадочный результат этой работы – гибель некоторых рожденных в условиях моногазовой ИГА животных после перевода их через 21 день после рождения в условия НЗА. Можно предположить, что смерть животных в условиях НЗА была обусловлена какими-то побочными факторами, не связанными непосредственно с моногазовой ИГА, в которой они ранее находились.

Оценивая результаты экспериментов на животных, можно сделать заключение о том, что моногазовая среда является биологически приемлемой, хотя пребывание в ней и связано с определенным риском развития ВДВ и ателектаза легких.
Исследования влияния на организм человека ИГА, состоящей в основном из О2 с общим давлением порядка 190–200 мм рт. ст., проведенные в США С. Велчем и сотрудниками, Д. Морганом и сотрудниками, а в нашей стране А. М. Гениным и С. Г. Жаровым, позволили установить, с одной стороны, возможность в случаях необходимости использования такой ИГА, с другой – были отмечены определенные неблагоприятные эффекты, которые могут возникнуть в таких условиях обитания. Так, в работе Велча и сотрудников у одного из испытуемых в среде рО2 – 176 мм рт. ст. возникли загрудинные боли, которые, возможно, были связаны с развитием ателектазов легких. Воли исчезали при повышении давления ИГА. У некоторых развивался ушной ателектаз, и у всех были отмечены признаки дегидратации.
В исследованиях Д. Моргана и сотрудников у шести испытуемых обнаружены хрипы в легких, у одного – боль в суставе и у двух – небольшое снижение (до 90 %) насыщения артериальной крови кислородом.
В исследованиях, проведенных А. М. Гениным и др., длительное (30-суточное) пребывание в моногазовой атмосфере (содержание N2 в ИГА от 5 до 10 %) испытуемые перенесли хорошо, сохранив на высоком уровне физическую и интеллектуальную работоспособность. У них не было обнаружено ателектазов ни в легких, ни в полости среднего уха. Это, возможно, было обусловлено тем, что испытуемые при исследованиях периодически выполняли физические упражнения. 0пределенное значение могло иметь и то обстоятельство, что содержание N2 в ИГА было несколько выше, чем в опытах С. Велча и Д. Моргана. Авторы указали на некоторые отрицательные стороны испытанной ими ИГА. Прежде всего они отметили необходимость длительной десатурации организма от N2 перед началом эксперимента. Почти во всех случаях, когда время десатурации было меньше 3 ч, переход испытуемых в моногазовую ИГА приводил к появлению у них симптомов.

Исследования с участием людей показали, что при соблюдении определенных условий (предварительной десатурации, профилактики ателектазов легких посредством физических упражнений) моногазовая ИГА с общим давлением 200 мм рт. ст. может быть, по-видимому, использована и в полетах (В. Б. Малкин, 1975).
Преимущества моногазовой ИГА
Выгоды определяются с технической стороны тем, что создается возможность упростить и сделать более надежной регуляцию систем жизнеобеспечения, уменьшить вес самой ИГА и кабины. Преимуществом такой ИГА является и то, что низкое давление снижает вероятность повреждений организма в случае взрывной декомпрессии; значительно упрощается и проблема использования скафандров с низким давлением.
Недостатки моногазовой ИГА
В то же время моногазовая ИГА имеет ряд серьезных теневых сторон. К ним следует отнести повышение пожарной опасности, которая резко возрастает в моногазовой ИГА. Последнее обусловлено прежде всего отсутствием в ИГА газов-разбавителей (N2, Не, Ne), снижающих скорость горения различных материалов. Большая опасность возникновения пожара определяет необходимость ограничить использование некоторых материалов в кабине и предъявляет высокие требования к пожарной безопасности. Вторым серьезным недостатком моногазовой ИГА с давлением 200 мм рт. ст. является почти полное отсутствие «резерва времени» в случаях повышенной утечки газов из кабины. Падение давления на 70–80 мм рт. ст. представляет уже большую опасность для членов экипажа. К недостаткам рассматриваемой ИГА следует отнести также необходимость длительной десатурации от N2 на старте и, наконец, возможность развития ателектазов легких, среднего уха, а также быстрое развитие дегидратации организма в случаях снижения содержания влаги в ИГА.
Детально исследованная американскими специалистами моногазовая ИГА с общим давлением 258 мм рт. ст. успешно апробирована в полетах длительностью до 2 недель. Перспектива ее дальнейшего использования в полетах большей продолжительности является предметом дискуссии (В. Б. Малкин, 1975). Глава 4. Социальная адаптация

Дуализм человеческого существа проявляется в физическом и духовном аспектах его существования, в биологическом и социальном аспектах его бытия. В. И. Вернадский
4.1. Адаптация к антропогенным факторам среды
С развитием науки и техники, ускорением процессов индустриализации и урбанизации влияние человека на окружающую среду многократно возросло. Будучи неотъемлемой частью этой среды, человек подвергается воздействию различных экологических факторов (таких как свет, температура, атмосферное давление и др.), к которым у него в процессе эволюции выработались соответствующие адаптации. Но ввиду усиливающегося прессинга человека на природную среду и ее изменение на сцену вышли новые факторы, созданные деятельностью самого человека. К ним он тоже должен приспосабливаться, чтобы выжить в быстро меняющихся условиях окружающей среды.
Антропогенные факторы среды возникают в результате хозяйственной деятельности человека. Чаще всего под ними понимают различные виды загрязнений окружающей среды, поскольку они имеют довольно отчетливые проявления в изменении функционального состояния организма. Так, при превышении предельно допустимых концентраций химических веществ в атмосфере в полтора раза регистрируют достоверные сдвиги иммунологических, биохимических и физиологических параметров, а при двух-, трехкратном превышении предельно допустимых норм отмечают статистически значимые сдвиги показателей острой заболеваемости. Кроме того, данные многих исследований свидетельствуют о связи различных заболеваний даже с незначительным загрязнением окружающей среды.
Например, выявлена зависимость между заболеваниями нервной системы и органов чувств и содержанием в воздухе угольной пыли, нарушениями зрения и концентрацией соединений фтора, наличием окиси марганца и аллергическими заболеваниями. Следует отметить, что химическое воздействие, обусловленное массовым загрязнением природной среды продуктами хозяйственной деятельности человека, является наиболее распространенной формой антропогенного воздействия.
Хотя наиболее высокий уровень загрязнений характерен для начальных стадий урбанизации и индустриализации, а принимаемые природоохранные меры во многих странах несколько улучшили ситуацию, увеличение бытовых загрязнений (в частности, из-за использования газа в бытовой технике для отопления, приготовления пищи повысился выброс вредных соединений, таких как NО2 и др.) и подверженность действию вредных веществ на рабочем месте (от одной трети до половины всех работающих в мире трудятся в условиях высокого содержания пыли и дыма в воздухе) способствуют развитию хронических заболеваний дыхательных путей.
Учащаясь вместе с загрязнением, заболевания приобретают особое значение. Они становятся фактором отбора. Результаты исследований указывают на значительное давление окружающей среды на загрязненных территориях в отношении генотипов с заболеваниями органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, онкологическими заболеваниями, при том что на менее загрязненных территориях уровень биологической приспособленности населения остается выше. Однако эти же исследования показали, что жители самого загрязненного района оказались наиболее устойчивыми к воздействию окружающей среды. Этот факт объясняют тем, что в результате генетико-демографических процессов у населения, проживающего на более загрязненной территории, расширился диапазон адаптивной нормы. То есть можно говорить об имеющем место процессе приспособления к условиям окружающей среды. Приспосабливаясь, человек напрягает свои адаптационные механизмы, что ведет к истощению физиологических резервов, перенапряжению и сбоям этих механизмов. В целом ухудшение экологической ситуации приводит к выраженному напряжению демографических процессов, увеличению интенсивности миграции населения, неблагоприятным изменениям состояния здоровья всей популяции, проживающей в данных условиях.
Здоровье можно также рассматривать не только как отсутствие какой-либо патологии, но и как способность человека быстро адаптироваться к непрерывно меняющимся условиям окружающей среды для обеспечения оптимального выполнения его биологических и социальных функций. Здоровье индивида и отдельных групп населения зависит от совокупного воздействия на них разнообразных факторов природной и социальной среды, которое реализуется через физиологические, биохимические и биофизические механизмы регуляции и отражается на психофизиологическом статусе человека. Антропоэкологическое воздействие приводит к напряжению и следующему за ним утомлению организма вследствие нарушения нормального функционирования регуляторных и гомеостатических систем и исчерпания их ресурсов. В ответ на утомление происходит направленная компенсация – перераспределение резервных функций организма.

Таким образом, можно заключить, что на современном этапе развития человеческого общества загрязнение становится одним из ведущих факторов изменений природы, а вместе с ней и самого человека. В связи с этим проблемам антропогенных загрязнений и путям их предотвращения уделяется большое внимание.
1. Бурное развитие промышленности, урбанизация и интенсивная хозяйственная деятельность человека привели к масштабному загрязнению окружающей среды. Потребляя из окружающей среды вещества и энергию для своей жизнедеятельности, человек возвращает их обратно в преобразованном виде, тем самым вмешиваясь и изменяя естественные биосферные круговороты веществ. Так, ежегодное количество промышленных, транспортных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых выбросов оценивается более чем в 600 млн т. С ними в окружающую среду попадает огромное количество химических соединений. В зависимости от свойств и условий среды химические вещества транспортируются в ней, трансформируются и разлагаются или аккумулируются, поскольку не могут быть утилизированы. Первичные токсичные элементы (ртуть, мышьяк, селен, хром), используемые в технологических процессах, и вторичные токсические соединения на основе азота, серы и некоторых других элементов, появляющиеся в результате сжигания и переработки отдельных видов промышленного сырья и отходов, загрязняют почвенно-растительный слой и, кроме того, могут аккумулироваться в растениях. Такое накопление вредных веществ в почве, тканях растений и животных, а соответственно и в пище людей является очень опасным, особенно с учетом того факта, что человек в большинстве случаев занимает высшее звено в пищевых цепях. Миграция антропогенных загрязнений по неразрывным природным цепям способствует быстрому распространению и проникновению загрязняющих веществ во все компоненты окружающей среды. Таким образом, загрязнению подвержены все основные среды жизни.
2. Загрязнению почвы способствовали рост крупного промышленного производства, металлургии, добычи и переработки полезных ископаемых, развитие топливной энергетики, транспорта, нефтехимической промышленности. Нерациональное ведение сельского хозяйства, вынуждающее применять чрезмерное количество пестицидов, удобрений и других химикатов, также внесло свой вклад в загрязнение, изменило концентрацию микроэлементов в почве. Среди основных загрязнителей почвенной среды указывают на тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды. Тяжелые металлы и радионуклиды представляют особой проблему, так как они характеризуются низкой миграционной способностью и могут образовывать комплексные и внутрикомплексные соединения с органическими веществами гумусовой и негумусовой природы. Поведение пестицидов в почве сложно и различно из-за их большого разнообразия. Для большинства из них почва служит накопительным резервуаром. Остатки пестицидов могут накапливаться в почвенных организмах, как и тяжелые металлы, далее по пищевым цепям попадать в растения, зерновые культуры, в организм животных и человека.
3. Основными источниками загрязнения воды являются отходы промышленных предприятий, бытовые сточные воды, а также нефтепродукты и токсиканты. Основными загрязняющими веществами считают белки и продукты их гниения (индол, скатол), сахарозу (продукт целлюлозно-бумажной промышленности), синтетические детергенты, кислоты, щелочи, свинец, ртуть. Загрязняют водную среду и пестициды в результате утечки с производств и смыва с полей. Такое влияние на пресную воду приводит к эвтрофированию водоемов (цветению воды) и соответственно увеличению количества бактерий, общей деградации и непригодности воды для употребления. Поэтому в ряде стран уже ощущается недостаток в пресной воде.
4. Одной из наиболее острых проблем, особенно в индустриальных центрах, стало загрязнение воздушной среды. Так, ежегодно в атмосферу выбрасывается более 220 млн т загрязняющих веществ. В больших городах атмосфера загрязнена частичками пыли, песка, дыма, копоти. Среди наиболее вредных химических поллютантов указываются окислы серы (SО2, SО3), азота (NО3, NО2), окись углерода (СО), сероводород, озон, свинец, относящиеся к наиболее распространенным факторам риска на городских территориях, а также некоторые другие вещества – ароматические амины, органические спирты, соли тяжелых металлов, являющиеся экологически значимыми в формировании патологий городского населения. Источниками атмосферных загрязнений являются промышленные предприятия, коммунально-бытовой сектор, автомобильный транспорт.
Загрязнение воздуха, почвы и вод не может не сказаться на состоянии организма человека, взаимодействующего с этими средами.
Факторы окружающей среды, воздействующие на человека, можно рассматривать как стимулы, на действие которых организм отвечает реакцией. В большинстве случаев общие физиологические реакции организма человека на загрязнение окружающей среды рассматриваются либо с учетом комплексного воздействия различных факторов, либо как ответ организма на действие определенных химических веществ.
5. Влияние на организм вредных веществ. Начальные стадии воздействия чужеродных веществ (ксенобиотиков) довольно хорошо известны. Проникая в организм, ксенобиотики активно адсорбируются на поверхности клеток, транспортируются через клеточные мембраны, а затем аккумулируются в разных органах и тканях, оказывая воздействие на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. При непосредственном воздействии на организм токсичных веществ, содержащихся в воздухе, общую цепь событий можно представить следующим образом.
• Попадание веществ в организм приводит к мобилизации дыхательной системы, обеспечивающей активное выведение химических веществ.
Продукты сгорания и выбросы выделяются в атмосферу в виде частиц и суспензий. В момент вдоха загрязняющие вещества поступают в организм через рот и нос. Газы (SО2, NО2, О3, СО), чем менее растворимы, тем глубже проникают в организм. Некоторые газы (SО2) адсорбируются на пылевых частицах и с ними попадают в дыхательные пути. Глубина проникновения твердых частиц зависит от их размера. Так, частицы пыли (более 10 мкм) задерживаются в полости носа и верхних дыхательных путях, а частицы размером от 3 до 10 мкм осаждаются на уровне трахеи и бронхов, еще более мелкие частицы достигают легочных альвеол. Эти частицы приводят к нарушению респираторных функций, поскольку вызывают раздражение слизистых верхних дыхательных путей и бронхов. Раздражение может спровоцировать выброс гистаминов, что, в свою очередь, приводит к сужению бронхов.
Одним из основных факторов физиологических сдвигов и структурных изменений в легких считают серную кислоту (H2SО4). Полагают, что кислые аэрозоли осложняют функционирование дыхательных путей за счет ослабления буферных свойств слизи и абсорбции ею иона H+. Закисление слизи, содержащей большие концентрации белков (и гликопротеидов), приводит к повышению ее вязкости, что влияет на функции легких. После насыщения слизи ионы Н+ реагируют с эпителием, повышая его проницаемость, что делает эпителий более чувствительным к воздействию инфекции. Суспензии твердых частиц, попадающие в глубокие отделы легких, оказывают цитотоксический эффект в системе аэроэпителиального барьера, вызывают гипоксию из-за образования НbСО, к которой наиболее чувствительны сердце и головной мозг. Влияние H2SO4 усиливается присутствием в атмосферном воздухе таких веществ, как SО2, NО2, О3. Так, H2SO4 вместе с SO2 могут быстрее вызывать бронхоспазм и ухудшать проходимость дыхательных путей.
Неблагоприятный эффект на состояние здоровья человека оказывает и озон (О3), образующийся в нижних слоях атмосферы под влиянием солнечного излучения из оксидов азота и углеводородов, выбрасываемых автотранспортом и промышленностью. Есть данные о том, что озон в концентрациях 400–500 частиц на миллиард вызывает воспалительные процессы, поражает слизистые дыхательных путей, что также ослабляет дыхательную функцию легких.
Вредные воздействия оказывают и другие загрязнители воздуха. Так, полициклические ароматические углеводороды способствуют развитию астматических приступов, отека легких, связывают гемоглобин в крови. Помимо этого, они оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм. Свинец и его производные, проникая в кровь и костную ткань, включаются в процессы обмена и приводят к нарушению внутренней среды организма. Из-за сходства механизмов отложения и переноса они влияют на внутриклеточные процессы, опосредованные ионами кальция. Кроме того, свинец понижает активность альвеолярных макрофагов легких и таким образом снижает защитные функции; вызывает функциональные половые расстройства, нарушая синтез и транспорт половых гормонов.
• Если же концентрация воздействующих на организм химических веществ увеличивается, активация защитных механизмов происходит на фоне стресс-реализующей реакции адреналовой системы, а затем и без ее мобилизации. Следует отметить, что данные реакции организма на воздействие химических веществ изучались в условиях помещений, поэтому подобные изменения в организме людей, живущих на загрязненных территориях, выражены гораздо слабее, поскольку в атмосфере загрязняющие вещества рассеяны и их действие может зависеть от различных погодных условий и климатических факторов.
• Общее воздействие загрязненного атмосферного воздуха проявляется в снижении неспецифической (клеточной и гуморальной) резистентности организма, ослаблении структурной целостности барьерных эпителиальных тканей из-за нарушения межклеточных контактов. Такое снижение защитных свойств организма ввиду угнетения иммунной системы и дезорганизации пограничных эпителиев влечет за собой нарушение взаимоотношений с микроокружением (микроорганизмами), что, в свою очередь, усиливает биологические факторы риска. В связи с этим не вызывают удивления данные о росте заболеваемости на загрязненных территориях. Так, выявлена тесная зависимость между хроническим воспалением миндалин и загрязненностью воздуха (особенно в присутствии NО2 и СО); существует корреляция между врожденными аномалиями сосудов (и/или) сердца и содержанием пыли, SO2, фенола.
• Находящиеся в воздухе, растительном покрове и почвенном слое тяжелые металлы проникают в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу. При этом они могут накапливаться в тканях организма, например в фиброцитах. Это приводит к снижению эффективности защитных систем организма и нарушениям функций ферментных систем. Тяжелые металлы блокируют сульфо-гидрильные группы более 100 ферментов, наиболее существенно поражая ферменты, участвующие в энергетическом обмене. Такое блокирование сульфогидрильных групп приводит к деформации липопротеидного каркаса мембран клеток и как следствие – к нарушению гормональной регуляции из-за невозможности рецепции гормонов мембранами. Таким образом, развиваются различные аномальные и даже патологические состояния. Так, при очень высоком уровне поступления в организм железа, меди, цинка, кобальта, хрома кости становятся хрупкими, происходят болезненные изменения коронарных сосудов. Избыток никеля и кадмия способствует появлению кожных заболеваний и злокачественных новообразований. Помимо этого, кадмий, накапливаясь в почках, вызывает потерю организмом кальция, т. е. приводит к изменению обмена минеральных веществ. Наряду с этим имеются данные о наличии тесной связи между содержанием тяжелых металлов в объектах окружающей среды и частотой аллергических заболеваний, поскольку тяжелые металлы, например хром, поступая в организм человека даже в минимальных концентрациях, оказывают иммунотропное влияние, на фоне которого происходит перестройка иммунной системы и формирование условий для развития гиперчувствительности к другим аллергенам.
• Не менее опасные изменения могут вызывать и другие накапливающиеся в почве вредные вещества, особенно при их большом содержании. Так, по некоторым оценкам, ежегодно в мире от отравлений пестицидами страдает до 1 млн человек. Острые отравления некоторыми пестицидами (фосфорорганическими, карбонатными) могут проявляться в изменениях со стороны деятельности центральной нервной системы, свидетельствующих об угнетении холинэстеразы в рецепторах. Превышение предельно допустимых концентраций нитратов и нитрозосоединений в почве отдельных районов служит причиной развития метгемоглобинемии.
• Попадая в воду, азотистые соединения превращаются в канцерогенные N-нитрозамины, повышение содержания которых в воде, вместе с другими токсикантами, служит причиной роста онкологических заболеваний. В общем, с антропогенным загрязнением водной среды, особенно источников пресной воды, связывают возможности как специфического, так и неспецифического влияния вод на состояние здоровья человека, которое нередко выражается в снижении защитных функций организма к воздействиям физических и биологических факторов, а также в развитии аллергических состояний.
В заключение следует отметить, что вышеописанные изменения в организме могут иметь разную степень проявления в зависимости от общего комплекса факторов, действующих на человека в данных условиях. Коль скоро эти факторы и степень их влияния различны на разных территориях (в городских агломерациях, небольших поселках, деревнях и т. д.), то и адаптивные изменения везде будут иметь свои особенности. 4.2. Адаптация к городским и сельским условиям
Городская среда. Рост численности населения, развитие промышленности, науки и техники привели к значительной концентрации населения на отдельных территориях. Многие когда-то незначительные поселения превратились в мегаполисы с сильно измененными условиями среды обитания. Учитывая большую концентрацию людей на ограниченном пространстве, создается ряд биологически и социально аномальных условий существования человека.
Так, в условиях крупных городов имеют место частичная изоляция от экологически значимых факторов окружающей среды (смены освещенности, перепадов температур, изменений магнитного поля Земли, солнечных воздействий) и создание искусственных условий существования (поддержание определенных температурных условий в помещениях, освещение лампами дневного света и т. п.), которые вызывают частичный сенсорный голод в сочетании с информационной перегрузкой. В узком диапазоне частот оказываются перегруженными слуховой и зрительный анализаторы, при этом поле зрения обычно ограничено, а информационный поток монотонен и поступает со скоростью, часто превышающей способность восприятия. Наряду с этим характерна недогрузка вкусового, тактильного, обонятельного и температурного анализаторов.
Созданные искусственно условия обитания сказываются на функционировании и изменениях состояния различных систем организма. Высокая комнатная температура в сочетании с относительно низкой влажностью сушит слизистую носа и тем самым снижает ее защитные свойства, способствует нарушению ионного равновесия с преобладанием положительных ионов, которые заставляют тромбоциты крови высвобождать серотонин – вещество гормональной природы, считающееся пусковым механизмом болезненных состояний.
Десинхронизация. В городских условиях нарушена естественная синхронизация светового дня и активности человека. Она сдвинута в сторону темной части суток. Несоответствие между суточными фазами интенсивности поглощения кислорода и его потребностью при напряженной работе может быть одной из причин возникновения гипоксических состояний и дегенеративных заболеваний. Поскольку суточная десинхронизация физиологических процессов требует напряжения адаптационных механизмов, происходит истощение приспособительных возможностей организма.
Двигательный режим городских жителей построен так, что периоды гиподинамии сменяются интенсивными пиковыми нагрузками, которые способны привести сердечно-сосудистую систему к декомпенсированному состоянию.

Таким образом, неравномерная загрузка анализаторов, нарушение естественных биологических ритмов, неравномерное изменение, большей частью снижение двигательной активности вызывают нарушение координации вегетативных функций, что лежит в основе повышения заболеваемости.
На распространенность и рост в городах болезней, особенно неспецифических хронических заболеваний органов дыхания, аллергических заболеваний, болезней эндокринной системы, нервной системы, желудочно-кишечного тракта, влияет загрязненность атмосферного воздуха. Причем большое воздействие на организм оказывает кумулятивный эффект поллютантов. Например, СО и NО2, СO и серный ангидрид, СО и SO2 вместе дают более выраженный гипотензивный эффект, чем каждый в отдельности, а в сочетании с некоторыми физическими факторами, такими как шум, электромагнитные излучения, они могут вызывать брадикардию, ухудшение функций внешнего дыхания и системы кровообращения. В целом загрязнение атмосферного воздуха в городах оксидом углерода, сернистым газом, оксидами азота, сероуглеродом, формальдегидом и другими взвешенными веществами в сочетании с некоторыми физическими факторами (городской шум, электромагнитные поля коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона) оказывает на население неблагоприятное воздействие, проявляющееся в снижении артериального давления, уменьшении систолического и минутного объема кровообращения, снижении показателей жизненной емкости легких, увеличении частоты дыхания, снижении умственной работоспособности.
Обращает на себя внимание и психосоциальная адаптация к городским условиям. Невозможность реализации естественных желаний и мотивов из-за строгой регламентации образа жизни ведет к перенапряжению тормозных процессов, их истощению и нервным срывам, которые сказываются и на функционировании других систем организма. Исследования показывают, что частота заболеваний сердечно-сосудистой системы, а также значения показателей кровеносной системы (частота сердечных сокращений после физической нагрузки, показатель гематокрита, диастолическое артериальное давление) относительно массы тела и жизненной емкости легких всегда выше у жителей более индустриально развитых территорий.
Сельская местность. По сравнению с жителями промышленных регионов население сельской местности оказывается в относительно более благополучном экологическом положении. Сельская местность в гораздо большей степени сохраняет особенности естественного ландшафта с его микроклиматическими условиями и в настоящее время часто служит последним пристанищем для остатков дикой флоры и фауны. Поэтому влияние факторов измененной природной среды на человека в сельских условиях во много раз слабее, чем в городских.
В отличие от города информационный поток поступает через различные анализаторные системы (зрительную, слуховую, обонятельную, тактильную), не перенагружая какую-либо одну из них. При этом не слишком быстрая скорость поступления информации обеспечивает ее нормальное восприятие, а сама информация большей частью нейтральна или эмоционально положительна.
Традиционный уклад и образ жизни в сельских районах также откладывает определенный отпечаток на состояние организма. Сельские жители в большей степени согласовывают свою активность со светлыми периодами суток в течение года. Начало трудовой деятельности приурочено к началу светового дня. В более светлые, длиннодневные летние месяцы трудовая активность выше, чем в более короткодневные зимние месяцы.
Образ жизни сельских жителей, часто характеризующийся неудовлетворительными коммунально-бытовыми условиями, предопределяет постоянное присутствие физического труда, что препятствует развитию гиподинамии и других болезненных состояний. Таким образом, несмотря на негативное влияние некоторых факторов, как, например, чрезмерное использование пестицидов, гербицидов, удобрений в сельском хозяйстве, значительные физические нагрузки, несоблюдение многих санитарно-гигиенических норм, в областях с традиционным жизненным укладом стабильная, медленно и предсказуемо меняющаяся структура общества защищает его членов от разных форм «социального» стресса.
Миграции. В то же время усиливающаяся из-за ухудшения социально-экономической ситуации в сельских регионах миграция населения в города означает для мигрантов практически полный и быстрый разрыв с привычной средой обитания, который создает для новоселов из сельской местности стрессовую ситуацию, вызывающую постоянное перенапряжение индивидуальных механизмов адаптации. Это, в свою очередь, затрудняет социальную интеграцию, а также выражается в негативных последствиях для организма, которые могут привести и к неблагоприятным соматическим изменениям.
Изменения отражаются не только на индивидуальном, но и на популяционном уровне. Отличные от групп с традиционным укладом, процессы роста, развития и воспроизводства населения большого города ведут к дестабилизации урбопопуляции, проявляющейся в ухудшении физического развития молодежи, акселерации роста и развития, росте заболеваемости и увеличении наследственных заболеваний. Однако коренное население больших городов характеризуется выраженной морфологической специфичностью и большой межгрупповой изменчивостью, что свидетельствует о достаточной стабильности его генетической структуры. При этом генетическая компонента становится ведущей в формировании структуры населения. Это подтверждается некоторыми исследованиями, обнаружившими высокие показатели селективного действия отбора против лиц, страдающих сердечно-сосудистыми, онкологическими и легочными заболеваниями. Данные этих исследований показывают, что на более жесткое давление среды население отвечает усилением внутренней скорости естественного роста и чистотой репродуктивной скорости, что связано с необходимостью сохранения структуры популяции.
Тем не менее существует мнение, что демографические процессы свидетельствуют об исчерпании адаптационного потенциала жителей регионов с высокой плотностью населения и концентрацией промышленных предприятий. 4.3. Проблема стресса 4.3.1. Современные представления о механизмах стресса
Концепцию стресса (и само это понятие) разработал и ввел в науку Г. Селье [58], он же отразил и двоякую природу этого феномена: «Стресс – это аромат и вкус жизни, и избежать его может лишь тот, кто ничего не делает». В настоящее время существует довольно большой объем теоретических и экспериментальных данных, посвященных механизмам эмоционального стресса. Современные взгляды на психофизиологические механизмы стресса отражены в фундаментальных работах Т. Кокса (1981), Дж. С. Эверли (1985), Л. А. Китаева-Смыка (1983), Л. М. Аболина (1987), А. И. Робу (1989), Ф. З. Меерсона (1988) и др.
С каких бы позиций (биохимических, физиологических, патофизиологических, психофизиологических, психологических) ни объяснялись эти механизмы, центральным звеном являются вопросы нервной и гуморальной регуляции стресса (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Система стрессовых реакций (по: Д. Эберт, 1999)

По одной из моделей, разработанной Г. И. Кассилем (1983): «Каждое сильное и сверхсильное воздействие на организм, возбуждая кору и лимбико-ретикулярную систему головного мозга, вызывает освобождение норадреналина из связанной клетками гипоталамуса формы. Действуя на адренореактивные элементы ретикулярной формации, норадреналин активирует симпатические центры головного мозга и тем самым возбуждает симпатоадреналовую систему. Мобилизация нервных элементов симпатоадреналовой системы ведет к нарастанию во внутренней среде норадреналина. Накопляясь в крови, адреналин через гематоэнцефалический барьер поступает в адренореактивные элементы заднего гипоталамуса. Поступление адреналина в гипоталамус ведет к активации системы гипоталамус– гипофиз – кора надпочечников через адренэргические элементы ретикулярной формации и стимулирует образование кортикотропинрелизинг-фактора, следствием чего являются образование в гипофизе адренокортикотропного гормона (АКТГ) и выброс кортикостероидов в кровь».
• Вместе с тем, согласно данным А. И. Робу (1989), задействованный стрессом кортиколиберин (КРГ) инициирует синтез и высвобождение не одного АКТГ, а и прогормона предшественника – проопиомеланокортина, содержащего, помимо АКТГ, ряд гипофизарных пептидов, таких как меланотропины (МСГ) и эндорфины. Последние, помимо сугубо специфических эффектов (меланоформного – для МСГ и опиатного – для эндорфина), модулируют процесс стероидогенеза, что делает их причастными не только к инициации и формированию клинической картины стресса, но, что вполне вероятно, к длительности ее отдельных фаз. Рассмотренные реакции гормональных изменений расцениваются как эффективное звено и не могут быть использованы для углубленного понимания интимных механизмов стресса.
Формирование стрессовых состояний. Основную роль в этих процессах играют следующие нейрогуморальные подсистемы: адрено-медуллярная, питуитарно-тиреоидная, питуитарно-адренокортикальная, питуитарно-гонадная, вагоинсулиновая, соматотропная.
Эндокринные комплексы при стрессе вступают в сложные взаимоотношения как «по вертикали», так и «по горизонтали». Существует целый ряд возможных вариантов ответов гипофиз-адреналовой и тиреоидной эндокринных «осей» на стрессоры различной природы, интенсивности и длительности действия, зависящих от степени включения медиаторных систем опиоидных рецепторов. Развитие стрессовой реакции и ее исход во многом предопределяются оптимальным взаимодействием либеринов и статинов на гипоталамическом уровне, семейства тропинов – на гипофизарном, гормонов желез-мишеней – на тканево-рецепторном. При этом существенно затрагивается механизм обратной связи в гормональной регуляции.
На связь нейрофизиологических механизмов стресса с механизмами возникновения отрицательных эмоций указывают многие авторы, функционально объединяя их с лимбической системой мозга и гипоталамусом. Эти структуры, в свою очередь, функционально взаимосвязаны с корой и ретикулярным образованием, и поэтому трудно с точностью указать, какая структура ответственна за тот или другой вид поведения.
Участие в формировании стрессовых реакций нервной регуляции делает актуальным вопрос о том, как реализуются при стрессе типологические особенности ЦНС.
Прогноз адаптации к стрессу по данным типологических особенностей высшей нервной деятельности не однозначен. Разные виды экстремальных воздействий предъявляют повышенные требования к разным типологическим свойствам высшей нервной деятельности. В зависимости от того, требуется ли испытуемому высокий темп деятельности, максимальная точность реакции, состояние постоянной готовности к экстренному действию, реакция на сверхсильный раздражитель и т. д., в адаптации к стрессу задействуются те или иные свойства высшей нервной деятельности и та или иная настройка вегетативной нервной системы.
Во многом развитие стрессовой реакции обусловлено природой стрессора. Природа стрессора, как правило, и определяет терминологическую характеристику стресса (эмоционального, физического, мотивационного, информационного, операционного, интеллектуального, акустического, холодового и т. п.). Вместе с тем, несмотря на некоторые различия в механизмах развития, общие последствия стресс-реакций при воздействии разных стрессоров в виде физических (соматических) и психосоциальных (эмоциональных) сдвигов могут быть едиными. 4.3.2. Стрессовая устойчивость
Наличие стрессора может и не привести к развитию стрессовой реакции (острой, хронической). У многих людей к некоторым стрессорам существует стойкий психосоматический «иммунитет», детерминированный биохимическими, физиологическими и психологическими особенностями организма. При этом люди, обладающие хорошей сопротивляемостью к острому стрессорному воздействию, могут плохо адаптироваться к хроническим стрессогенным условиям, и наоборот. Следует отметить, что устойчивость по крайней мере к некоторым стрессорам определяется генетическими факторами.
Исследования нейрохимических механизмов эмоционального стресса, посвященные стрессируемости, или индивидуальной устойчивости людей к стрессу, показали следующее. В основе центральных механизмов, определяющих устойчивость к стрессирующим воздействиям, лежит специфическая организация молекулярных и нейрохимических свойств нейронов эмоциогенных структур. В частности, субъекты с повышенным исходным содержанием в лимбико-ретикулярных структурах мозга опиоидных пептидов, норадреналина, субстанции Р проявляют большую устойчивость к эмоциональному стрессу по сравнению с такими, у которых содержание этих веществ в лимбико-ретикулярных структурах снижено.
Устойчивость к стрессу зависит и от индивидуальной реактивности вегетативной нервной системы. Одной из предпосылок противостояния эмоциональному стрессу является присущая некоторым людям высокая эмоционально-волевая устойчивость. Обладая таким свойством, представители ряда профессий (летчики, моряки, спасатели, спортсмены высокого класса и др.) испытывают стрессовое состояние позже других, а преодолевают его быстрее. Напротив, наличие низкой эмоциональной устойчивости, повышенной эмоциональной возбудимости способствует развитию негативных проявлений стресса (возникновению дистресса).
Индивидуальная устойчивость к стрессу зависит и от порога фрустрации. Фрустрация (от лат. frustratio – обман, расстройство, разрушение планов) – состояние, вызываемое объективно непреодолимыми (или субъективно так воспринимаемыми) трудностями, возникающими на пути к достижению значимой для человека цели. Фрустрация сопровождается целой гаммой отрицательных эмоций, дезорганизующе влияющих на личность. Уровень фрустрации зависит от силы и интенсивности воздействующего фактора, состояния человека и сложившихся у него форм реагирования на жизненные трудности. Особенно часто источником фрустрации выступает отрицательная социальная оценка, затрагивающая отношения личности. Устойчивость человека к фрустрирующим факторам или порог фрустрации зависит от степени его эмоциональной возбудимости, типа темперамента, опыта взаимодействия с такими факторами. 4.3.3. Адаптация к стрессовым условиям
Изучению адаптации человека к стрессорам в последнее десятилетие уделяется большое внимание. Это связано, в частности, с увеличением числа экстремальных ситуаций как природного, так и социального происхождения. При этом все большее место занимают не только острые стрессовые ситуации, но и хронические стрессовые влияния, оставляющие после себя значительные последствия. Такие экстремальные ситуации требуют от человека долгосрочной адаптации, создания новых или модифицированных форм существования. Изучение особенностей приспособляемости человека к хроническим стрессовым воздействиям особенно важно, поскольку они захватывают обычно большие регионы и значительные массы населения. По мнению некоторых исследователей, хронические посттравматические стрессовые расстройства, по-видимому, встречаются значительно чаще, чем острые, однако изучены они гораздо меньше.
Недостаток экспериментальных исследований адаптации человека при длительном стрессе обусловлен, с одной стороны, трудностями организации экспериментов с многосуточным (многомесячным) пребыванием человека в экстремальных условиях, с другой – многообразием проявлений и сложностью картин изменений физиологических, психологических и социально-психологических характеристик человека.
• Физиологические механизмы адаптации к стрессовым ситуациям можно представить в виде комплекса:
1) нейрогормональных изменений:
– ГАМК-эргическая тормозная система мозга;
– система простагландинов и арахидоновой кислоты;
– система антиоксидантов (токоферолы, стероиды, серосодержащие аминокислоты, аскорбиновая кислота и ряд других витаминов).
2) клеточных изменений:
– активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, ведущих в первую очередь к увеличению скорости транскрипции РНК на структурных генах ДНК в ядрах клеток, ответственных за адаптацию;
– возможное участие в этих процессах нейропептидов, в частности опиоидов, субстанции Р, дельта-пептида сна и др.

Экспериментальные исследования позволили выявить три главных изменения, развивающихся в организме при адаптации к стрессу:
1) адаптивное увеличение потенциальной мощности стресс-реализующих систем;
2) снижение степени включения таких систем, т. е. уменьшение стресс-реакции по мере повторения стрессорных ситуаций;
3) снижение реактивности нервных центров и исполнительных органов к медиаторам и гормонам стресса – их своеобразная десенситизация.
• Фазы развития адаптации к стрессу. Дополняя общую картину адаптации психофизиологическими механизмами, следует упомянуть о работах, которые выделяют четыре субсиндрома стресса. Они, следуя один за другим в определенном порядке, становятся фазами развития адаптации к стрессу:
1) первым в предельно переносимых экстремальных условиях проявляется эмоционально-поведенческий субсиндром;
2) затем следует вегетативный (субсиндром превентивно-защитной вегетативной активности);
3) после них преимущественно выраженным становится когнитивный (субсиндром изменения мыслительной активности при стрессе);
4) и наконец, социально-психологический (субсиндром изменения общения при стрессе).
Если первые два субсиндрома можно рассматривать как проявления этапов адаптационной активизации относительно низкой (в иерархическом плане) «функциональной системности» организма, то последние два – как обусловленные индивидуально личностными особенностями людей, проявляющимися в экстремальных условиях. Возможно, правомернее их рассматривать как компоненты, а не как фазы стрессовой реакции, ведь формирование оценок и отношений, определяющих развитие стресса, проходит с участием мыслительных процессов, а не только эмоций.
• Периоды длительного стрессового воздействия. Эмоциональная напряженность, вызываемая «хроническим» стрессом, проявляется в вегетативных реакциях, биохимических сдвигах, двигательной активности, нарушениях сна и ряде психофизиологических показателей. Физиологические и психофизиологические исследования длительного стресса позволили выделить на стадии мобилизации адаптационных резервов три периода адаптации к устойчивым стрессогенным воздействиям.
Первый период – активизация адаптационных форм реагирования за счет мобилизации в основном «поверхностных» резервов. Его продолжительность при максимальной субъективно переносимой экстремальности стрессора исчисляется минутами, часами. Первый период стресса у большинства людей отличается стеническими эмоциями и повышением работоспособности.
Второй период характеризуется началом действия имеющихся в организме «программ» перестройки, существующей «функциональной системности» и становления ее новой формы, адекватной экстремальному требованию среды. Продолжительность этого периода составляет несколько суток. Для него часто характерно безболезненное состояние человека со снижением работоспособности. Однако высокая мотивация стресса в этом периоде может поддерживать достаточно высокую работоспособность человека и, более того, за счет временной «сверхмобилизации» резервов, в частности гипофиз-адреналовой системы, купировать неблагоприятные проявления второго периода.
Третий период – неустойчивая адаптация. Проявляется в крайне отрицательных для человека условиях. Он продолжается десятки суток.
Наиболее неблагоприятными в отношении угрозы срыва адаптивных реакций и развития патологии являются очень долго (в течение нескольких лет) действующие стрессирующие воздействия малой интенсивности. Накапливаясь, они оказывают скрытый кумулятивный эффект, истощают адаптационные резервы организма, приводят к нарушению нейрогуморальных механизмов адаптации. Человеческий организм переносит их гораздо хуже, чем острые стрессирующие воздействия большой интенсивности.

В настоящее время установлено, что под действием различных эмоционально-стрессорных раздражителей у человека в зависимости от целого ряда факторов происходит или формирование процессов адаптации, или нарушение саморегуляции основных физиологических систем организма, приводящее в одних случаях к появлению психонейроэндокринных синдромов, а в других – к развитию устойчивых психопатологических состояний и психосоматических заболеваний. Поэтому в литературе наряду со стрессом применяют и другой термин – дистресс, который определяет состояние стресса, уже характеризующегося различными расстройствами, т. е. явлениями патологии.
Нарушение динамического равновесия, характерного в норме для корково-подкорковых взаимоотношений, в значительной степени является причиной определенной степени дезинтеграции психического, вегетативного и соматического компонентов эмоций как целостной функциональной системы.
Предпосылкой возникновения и развития психосоматического заболевания является чрезвычайная реактивность вегетативной нервной системы, которая проявляется не только при высокой интенсивности аффекта (висцеровегетативные реакции возникают в ходе адаптации и в ответ на слабые эмоциональные импульсы). Психовегетативный синдром – нормальный физиологический процесс – принимает патологический характер при чрезмерном для данного индивида, слишком частом и длительном или постоянном аффективном напряжении. Хронические эмоциональные состояния обусловливают неизбежно хронифицирующиеся висцеровегетативные расстройства и становятся непременным (если не ведущим) компонентом клинической картины астенодепрессивных и субдепрессивных состояний любого генеза.
Психосоциальные факторы через посредство глюкокортикоидов оказывают неблагоприятное влияние на иммунную систему. В качестве факторов, обусловливающих адаптивную или, напротив, патологическую направленность развития эмоционально-стрессорных реакций, могут выступать не только параметры самих стрессорных раздражителей (интенсивность, длительность, кратность, частота и т. д.), их биологическая и социальная значимость, но и индивидуальная устойчивость субъекта к эмоциональному стрессу, социальный статус, пол, возраст, влияние различных веществ экзогенной природы, включая прием фармакологических препаратов и алкоголя, а также активность стресс-лимитирующих систем.
• Психологические симптомы стресса. К психологическим проявлениям стрессовых состояний относят бессонницу, навязчивые воспоминания прошлого, ночные кошмары, бесконтрольную злобу, тревогу, депрессию, сексуальные расстройства. При этом описывают преимущественно семь основных симптомов.
Депрессия. Обычно это классические симптомы депрессивного состояния.
Изоляция. Больные чувствуют себя удаленными, изолированными от людей, особенно от сверстников.
Агрессивность. Во время приступов беспричинной злобы люди могут жестоко избивать тех, кто находится рядом; это пугает и их самих, и окружающих.
Отчужденность. Неспособность испытывать радость жизни. Субъекты находят себя эмоционально мертвыми и идут по жизни без способности любить, сострадать, чувствовать.
Реакция тревоги. Постоянное чувство опасности. Им кажется, что с ними может что-что случиться. Обычно эти люди избегают общества незнакомых людей.
Расстройства сна. При страхе засыпания больные просиживают до утра, борясь со сном, или часто пробуждаются ночью, а наутро не чувствуют себя отдохнувшими. В снах снова и снова переживают психологическую травму.
Навязчивые мысли. Ночью кошмарные сновидения, а днем постоянные возвращения в мыслях к прошлому.
Психические сдвиги, наступившие вследствие стресса, часто осложняются соматическими расстройствами.
• Соматические проявления последствий стресса. К самым частым и наиболее распространенным подобным проявлениям можно отнести:
1) скачкообразное повышение артериального давления, сопровождающееся ощущением жара;
2) боли в области головы (напоминающие мигрень, иногда сопровождающиеся головокружением) и шеи (нередко связываемые с шейным остеохондрозом), в области сердца (ошибочно расцениваемые как заболевания сердца, особенно если наблюдаются усиленное сердцебиение или перебои ритма) и в области живота (похожие на боли при язвенной болезни, холецистите или панкреатите, у женщин – аднексите и др.). Что же касается таких состояний, сопровождающихся болевыми приступами, как дискинезия желчевыводящих путей, то, как показывает опыт, они в основном связаны именно со стрессами и служат телесным выражением негативных эмоций;
3) одышку (обычно «неудовлетворенность» глубиной вдоха, чувство «нехватки воздуха» при отсутствии каких-либо серьезных заболеваний сердечно-сосудистой или дыхательной системы). Как правило, эта одышка обусловлена факторами, обычно провоцирующими ее возникновение при терапевтических заболеваниях (физической нагрузкой, вдыханием загрязненного воздуха, пребыванием на открытом воздухе в холодную погоду). Зато часто обнаруживается ее тесная связь с эмоционально острыми житейскими ситуациями. Кроме того, такая одышка сопровождается тревожными переживаниями различной степени выраженности – от легкого беспокойства до приступов паники;
4) перехватывание голоса, ощущение комка в горле, иногда сопровождающееся затруднением глотания;
5) нарушение аппетита – от полного отвращения к еде до приступов «волчьего голода».
Основные симптомы, возникающие при стрессе, представлены на рисунке 4.2. Психические и соматические проявления стресса приводят к потере активности, снижению работоспособности. Любая задача, и профессиональная, и бытовая, кажется неразрешимой. Но спрятаться от них невозможно, ком проблем нарастает, и человек ощущает себя загнанным в угол. Его нервная система истощена и в любую минуту может дать сбой. Человек начинает чаще и дольше болеть, у него появляется «синдром невезучести» – складывается впечатление, что он буквально «притягивает» к себе разнообразные неудачи.
Еще один тупик, в который ведет длительный стресс, – эмоциональное и профессиональное «выгорание». Человек вдруг теряет интерес к работе, которая еще недавно наполняла его жизнь смыслом.
Многие люди, переживающие длительный стресс, инстинктивно прибегают к средствам психологической защиты. Это и стремление переложить на других ответственность за свои ошибки, и вымещение своего недовольства на более слабом или уязвимом, и отрицание всего, что не совпадает с собственным мнением, и уход в мир фантазий и иллюзий. Понятно, что такая стихийная защита не способна снять стресс и разрешить жизненную проблему. Она только усугубляет ситуацию и разрушает отношения с окружающими.

Рис. 4.2. Симптомы, возникающие при стрессе

В поисках выхода из кризисной ситуации человек пытается снять нервное напряжение алкоголем, никотином или транквилизаторами. Но, если стрессовая ситуация сохраняется долго, могут проявиться и тяжелые последствия любого из этих способов «разрядки»: средство, приносящее временное облегчение, само превращается в трудноразрешимую проблему. 4.3.4. Способы предотвращения и снятия состояния стресса
Основными направлениями устранения состояния стресса являются медикаментозное (фармакологическое) воздействие, немедикаментозное и комплексное.
I. Фармакологический подход. Предполагает использование препаратов трех основных фармакологических групп. Это психофармакологические средства успокаивающего действия, препараты стимулирующего действия, а также биологически активные вещества метаболического действия, обладающие широкими возможностями регуляции адаптационных процессов.
1. Первый способ связан с использованием психофармакологических средств для снижения чрезмерной возбудимости подкорковых структур и повышенной активности ЦНС в связи с эмоциональным стрессом, операционной напряженностью или вынужденной бессонницей. Это достигается применением транквилизирующих препаратов различного действия (феназепам, мебикар, пирроксан, мепробамат). Они меняют функциональное состояние человека и способствуют снятию или значительному ослаблению чувства страха и тревоги, улучшают настроение и самочувствие, предупреждают в дальнейшем нервно-психические срывы.
Своеобразной платой за «получаемый выигрыш» является торможение психомоторных функций, некоторое ослабление кратковременной памяти. При этом реализуется фармакологическая защита важнейших систем организма путем торможения функций ЦНС по принципу отрицательной обратной связи. Морфофункциональной основой данного явления считается ослабление (блокирование) гипоталамо-лимбического комплекса с его системами подкрепления и связи с ретикулярной формацией ствола и корой головного мозга.
В процессе лечения больных с эмоциональными расстройствами необходимо учитывать установленный в психофизиологических исследованиях факт: транквилизаторы существенно подавляют эмоциональные реакции, сформировавшиеся ранее при действии осознаваемых эмоциональных раздражителей, и в меньшей мере или вовсе не действуют на ассоциации, образовавшиеся на неосознаваемом уровне. Это обстоятельство дало основание сделать важное в практическом отношении заключение о том, что, несмотря на большие успехи нейрофармакологии, при лечении людей, страдающих эмоциональными расстройствами невротического характера, необходима психотерапия, непременно учитывающая скрытые от сознания субъекта психологические факторы.
2. Второй способ преследует цель повышения возбудимости ЦНС, исходно подавленной вследствие чрезмерных воздействий и нагрузок. Для этого назначаются психостимуляторы и тонизирующие препараты (сиднокарб, центедрин, бромантан, экстракт элеутерококка, китайский лимонник, кофеин, кардиамин и т. п.). Воздействие психостимуляторов значительно повышает как физическую, так и умственную, в том числе операторскую, работоспособность.
Своеобразной платой за получаемый выигрыш является усиленный расход энергоресурсов, активация катаболизма, повышение функций симпатоадреналовой системы организма и, как следствие, появление вегетативного и эмоционального напряжения. По этой причине после назначения стимуляторов необходим период восстановления функциональных ресурсов.
3. Третий способ в использовании препаратов связан с состоянием сниженной работоспособности и ухудшением функционирования организма в условиях чрезмерного напряжения гомеостатических механизмов и перестройки адаптации, что имеет место при продолжительных рабочих нагрузках, в особенности в тяжелых климатогеографических или микроклиматических условиях. Задача фармакологических средств в этом случае – обеспечить экономичность функционирования метаболических звеньев. Эта задача решается с помощью актопротекторов, ноотропов, антигипоксантов, адаптогенов (бемитила, пирацетама, натрия оксибутирата, фенибута, элеутерококка, женьшеня, витаминов, гормонов, биологически активных субстратов и пищевых добавок). Препараты метаболического действия не имеют выраженного прямого психотропного эффекта, требуют достаточно продолжительного назначения (от нескольких дней до месяцев), обладают нередко кумулятивными свойствами.
Отрицательные эффекты фармакологического метода
Таким образом, в итоговой оценке эффективности фармакологической коррекции по всем трем направлениям должны учитываться не только положительные моменты повышения активности, но и негативные отклонения субъективных и функциональных показателей, вызванных лекарственным воздействием. Отрицательные эффекты фармакологической коррекции стресса подразделяются на побочные эффекты и осложнения. По механизмам действия они делятся на две группы:
1) обусловленные избыточной широтой спектра фармакологической активности препарата;
2) связанные с повышенной чувствительностью организма к психотропным средствам.
К первой группе побочных эффектов относится общетоксическое действие психотропных средств при превышении рекомендованных доз. Оно выражается в неврологических (дискоординация, патологические рефлексы, тремор, нарушение зрачковых реакций), психических (оглушенность, сонливость, депрессия) и соматовегетативных расстройствах (головная боль, головокружение, тошнота, бледность кожи, потливость, задержка мочеиспускания и др.).
Вторую группу нарушений составляют аллергические реакции (дерматит, ринит, бронхоспазмы, диарея, рвота, локальные отеки и др.). Могут наблюдаться также парадоксальные извращенные реакции (сон после приема стимулятора, эйфория и бессонница под влиянием транквилизатора и др.).
II. Немедикаментозное направление. Данные методики предотвращения и снятия состояния стресса, как показывает практика, являются наиболее эффективными. К ним можно отнести рефлексотерапию, применение различных приемов саморегуляции или психотерапии, физические нагрузки, дыхательные техники, массаж, водолечение, траволечение, гомеопатию и другие методы нетрадиционной медицины, включая некоторые виды восточного врачевания.
1. Рефлексотерапия. Одним из эндогенных пептидов, широко представленных в разных отделах мозга, в том числе и в эмоциогенных зонах гипоталамуса, является вещество Р. Известно, что это вещество способно оказывать непосредственное влияние на активность центральных нейронов, в большинстве случаев возбуждая их. Вместе с тем была отмечена способность субстанции Р изменять реакции нейронов на нейромедиаторы. Доказано, что данная субстанция способна снижать степень выраженности невротических состояний, нормализовать сон, улучшать память и процессы обучения, что позволяет рассматривать его как модулятор физиологических и патологических процессов.
Кроме того, вещество Р, содержащееся в нейронах задних рогов спинного мозга, способно передавать сигналы от периферических болевых рецепторов в центральные отделы нервной системы. Недавно проведенные исследования позволили рассматривать субстанцию Р, которая синтезируется в гипоталамусе, как один из возможных пептидных факторов устойчивости к эмоциональному стрессу. Вещество Р участвует в модуляции метаболизма катехоламинов мозга при эмоциональном стрессе, выражающегося в способности вызвать долговременные изменения содержания норадреналина и дофамина в гипоталамусе и среднем мозге в сторону повышения, что расценивается как проявление центральных нейрохимических механизмов адаптации к эмоциональному стрессу.
Экспериментальные данные показывают, что содержание субстанции Р в гипоталамусе коррелирует с устойчивостью к эмоциональному стрессу. У больных неврозом отмечены снижение содержания вещества Р в крови и расстройства сна. Сон является антистрессовым фактором. Во время бодрствования содержание вещества Р в крови снижается. При полноценном сне его уровень вновь повышается.
Эмоциональный стресс, нарушая сон, лишает организм одного из защитных механизмов, с помощью которого повышается содержание субстанции Р и обеспечивается устойчивость к стрессу. Учитывая то, что организм способен сам синтезировать вещество Р в большей степени во время сна, с одной стороны, и то, что содержание этого вещества в гипоталамусе коррелирует с устойчивостью к эмоциональному стрессу, с другой стороны, встает вопрос: каким путем, кроме полноценного сна, можно добиться ускоренного и полного восстановления в организме уровня вещества Р?
Одним из путей достижения этой цели является использование рефлексотерапевтических методов (игло-, электро– и прессотерапии). Воздействуя на определенные биологически активные точки организма, связанные с гипоталамусом и средним мозгом, можно «запустить» выработку данными структурами мозга вещества Р.
Экспериментальные исследования показали, что при акупунктурном, электропунктурном и пресспунктурном воздействиях выделяются также эндогенные морфиноподобные пептиды: эндорфины и энкефалины. Локализация эндогенных опиатов соответствует тем областям центральной нервной системы, которые ответственны за регуляцию эмоций, болевой чувствительности, двигательных, вегетативных реакций, а также сна и бодрствования.
Эндорфины и энкефалины являются эндогенными пептидами, которые наряду с веществом Р регулируют стрессовые реакции. Они так же, как и субстанция Р, широко представлены в различных отделах мозга, в том числе в эмоциогенных зонах лимбической системы и в промежуточной доле гипофиза.
Эндорфины и энкефалины обладают необычайной способностью, подобно морфину и героину, снимать болевые ощущения. Это так называемые естественные опиаты. Тот факт, что морфин, героин и эндорфины связываются в одних и тех же местах, позволяет предположить, что эндорфины играют роль и в тех разновидностях эмоций, которые не имеют прямого отношения к боли. Исследования показали, что у человека при стрессе происходит выработка и высвобождение эндорфинов в нервных сетях. Высвободившиеся эндорфины, по всей вероятности, действуют двояко. С одной стороны, как опиаты, с другой – как регуляторы эмоциональных (стрессовых) реакций. В первом случае они блокируют высвобождение в синапсах задних рогов спинного мозга вещества Р, выделяемого из медленных (безмиелиновых) волокон, проводящих болевые импульсы от болевых рецепторов. В результате этого постсинаптический нейрон подвергается более слабой стимуляции веществом Р и головной мозг получает меньше болевых импульсов. Как регуляторы эмоциональных реакций они каким-то образом, по всей вероятности через лимбическую систему, регулируют возбуждение, страх и другие стрессовые состояния в соответствии с ситуацией.
Физиологические механизмы действия различных методов рефлексотерапии очень сложны и до настоящего времени изучены недостаточно. Большинство теорий механизмов действия рефлексотерапии (китайская меридианная, электрическая, капиллярная, тканевая, медиаторная, биохимическая, «малого атомного взрыва» и др.), освещая какую-либо одну их сторону, не раскрывает вопроса вцелом.
В наиболее общем виде полагают, что методы рефлексотерапии основаны на раздражении рецепторных окончаний кожи и глубжележащих тканей путем воздействия на организм физическими факторами, что приводит к развитию многоуровневых рефлекторных и нейрогуморальных реакций организма, обусловленных интегративной деятельностью нервной системы, обеспечивающих нормализацию гомеостаза.
Недостатки рефлексотерапии
К недостаткам рефлексотерапии можно отнести то, что хотя ее применение и дает положительный эффект, но он временный. Вылеченные пациенты, радостные поначалу, со временем сталкиваются с тем фактом, что, раз начав, им придется обращаться к врачу данного профиля снова и снова. Они оказываются в своего рода зависимости от методов иглотерапии или точечного массажа. В чем причина? Дело в том, что ни игла, ни массаж не устраняют причину болезненного состояния, а лишь избавляют от его симптомов, которые являются следствием стресса.
2. Физические нагрузки. В определенной степени нейтрализовать стрессовое состояние позволяют умеренные физические нагрузки. С одной стороны, они способствуют избавлению от избытка адреналина, выделяющегося при стрессе и вызывающего негативные реакции. Была отмечена почти линейная зависимость между высвобождением адреналина и интенсивностью субъективного переживания стресса. С другой стороны, во время занятий спортом в организме выделяются эндорфины – биологически активные вещества, вызывающие положительные эмоции, чувство удовлетворения. Следует отметить, что после любых физических упражнений наступает так называемый релаксационный ответ, о котором пойдет речь дальше. В целом спортивные нагрузки переводят организм на новый уровень функционирования, налаживая процессы его саморегуляции.
Многие физические нагрузки проводятся в комплексе с дыхательными упражнениями. Последние и сами по себе способны оказывать модулирующее влияние на другие системы: центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, мышцы опорно-двигательного аппарата, биохимический статус организма, участвуя тем самым в адаптивном биоуправлении.
3. Саморегуляция и психотерапия. Кроме вышеописанных немедикаментозных способов снятия состояния стресса, широкое распространение получили различные приемы саморегуляции и психотерапии.
Слово «стресс» в переводе с английского языка означает «напряжение». Действительно, отрицательные эмоции и стресс почти всегда сопровождаются длительно сохраняющимся, «застывшим» напряжением различных групп мышц, в которых как бы «замораживаются» эмоции. Напряженное состояние мышц возбуждающе действует на нервную систему, в особенности на головной мозг, а через нее и на другие внутренние органы, т. е. на вегетативную сферу.
Полагают, что самым действенным способом устранения стресса является прием снятия напряжения посредством достижения противоположного состояния, т. е. мышечной релаксации.
В 1938 году Э. Джекобсон разработал метод прогрессивной релаксации. Посредством последовательного сокращения всех групп мышц и сознательного сосредоточения на наступающем вслед за этим рефлекторном расслаблении возникает эффект возрастающего общего расслабления.
Релаксация присутствует во многих техниках саморегуляции и психотерапии: во всех формах медитации, гипноза, в аутогенной тренировке, визуализации и других видах внушения и самовнушения, при использовании метода биологической обратной связи (biofeed back), массаже, в некоторых дыхательных практиках. Она позволяет снизить «зашумленность», создаваемую внешними воздействиями на организм, и облегчает работу с подсознанием. Это особенно важно для коррекции функционального состояния вегетативной сферы, которая, как известно, регулируется на уровне подсознания.

Характерным признаком наступления релаксации является психофизиологическая триада: состояние кортикального бодрствования при одновременном мышечном расслаблении и трофотропной вегетативной ситуации.
• Релаксация оказывает заметное влияние на функциональное состояние головного мозга. В его биоэлектрической активности на смену β-ритму приходят α– и θ-волны. Выход на α-уровень (преобладание на электроэнцефалограмме α-ритма) сигнализирует о состоянии полного покоя, когда сознание остается ясным, а напряжение, тревога и беспокойство пропадают. Исследования последних лет показали, что в состоянии релаксации лучше сбалансирована работа полушарий мозга, одно из которых (левое) отвечает за рациональное (знаковое), а другое (правое) – за эмоциональное (образное) восприятие мира. Подобная коррекция функциональной активности мозга улучшает внимание, память и творческие возможности, делая жизнь человека более приятной, продуктивной и полноценной.
• Релаксация приводит к снижению мышечного тонуса покоя, о чем свидетельствуют электромиографические данные.
• Во время релаксации организм переходит в состояние гипометаболизма. Если обычно деятельность висцеральных систем и обмен веществ регулируются двумя отделами вегетативной нервной системы – симпатическим и парасимпатическим, то при расслаблении активность возбуждающего симпатического отдела снижается. Возрастает роль парасимпатического отдела. При этом сердечная деятельность замедляется. Давление крови нормализуется. Периферическое кровоснабжение увеличивается. Дыхание стабилизируется. Уменьшается газообмен. Уровень обмена веществ снижается. Замедление метаболизма сопровождается малым расходом энергии. Падает содержание лактата – вещества, которое поступает в кровь при работе скелетных мышц. Избыток этого вещества, как известно, способствует возникновению страха. Повышается болевой порог и сопротивление кожи электрическому току, которые в условиях стресса обычно снижены.
• Продолжительная релаксация, кроме того, усиливает в организме выработку нейромедиаторов – веществ, влияющих на настроение. Одно из них – серотонин – является биологически активным веществом, вызывающим ощущение удовольствия и счастья.
• На фоне релаксации происходит работа с подсознанием с использованием таких приемов самовнушения, «понятных» подсознанию, как визуализация, закладка мыслей (при которой необходимо сосредоточиться на положительном ощущении от представляемого), концентрация (основанная на выработке навыка генерировать только положительные мысли и избавляться от отрицательных), утверждение (простое заявление, которое человек по нескольку минут в день повторяет вслух или про себя).
В психологии есть термин «аффирмация».

Аффирмация – это позитивная самоинструкция, которая позволяет в стрессовой обстановке быстро успокоиться и перейти от пассивных переживаний и самобичевания к активным действиям, помогающим исправить ситуацию.
Рассмотрим данную психотехнику в качестве примера. Предположим, вы – молодой человек, который находится в стрессовой ситуации перед экзаменом. Сядьте, расслабьтесь, сконцентрируйте внимание на своем теле. Постарайтесь отыскать в нем ощущения, которые связаны с переживаемыми отрицательными эмоциями.
Возьмите чистый лист бумаги, разделите его на две половины вертикальной чертой. На левой, «темной», половине напишите ту негативную, обычно самообвинительную мысль, которая первой приходит вам в голову, когда вы думаете о возникшей проблеме. Произнесите ее вслух или мысленно и понаблюдайте, как вы на нее реагируете. Как правило, дискомфортные ощущения усиливаются.
Теперь произнесите утверждения, обратные по смыслу, – будто вы подыскиваете аргументы против своей негативной мысли. Вам действительно предстоит убедить собственное подсознание в том, что ничего страшного не произошло, что нет никаких оснований для беспокойства и плохого настроения. Произносите свои аргументы (вслух или мысленно) не торопясь, внимательно наблюдая за тем, какие из проговариваемых фраз влияют на ваши телесные ощущения. Именно эти аргументы и есть наиболее убедительные для вашего подсознания. Запишите их на правой, «светлой», стороне листа.
Допустим, на левой половине листа вы написали: «Я волнуюсь из-за предстоящего экзамена». На правой должно появиться утверждение, нейтрализующее эту негативную мысль. При этом важно, чтобы аффирмация не была пассивным отрицанием: «Я не буду волноваться из-за экзамена». Напротив, она должна ориентировать на активные действия. К тому же желательно обойтись без употребления частицы «не» и сложных речевых оборотов. Наше подсознание, которому адресуется жизнеутверждающее послание, «не понимает» частицы «не». Подходящая формулировка в данном случае такова: «Я буду спокоен до экзамена и во время него».
Обычно достаточно 4–5 таких фраз в течение 15–20 мин, чтобы самочувствие улучшилось и эмоциональный «пожар» угас.
Затем разрежьте листок по разделительной черте. От его левой половины вы можете сразу же избавиться – просто смять и выбросить в мусорную корзину. Можете даже выполнить целый ритуал уничтожения негативных мыслей, включающий торжественное сжигание злосчастной половины листка и развеивание пепла. А можете, что более практично, совместить оба способа, проделав первый из них – выбрасывание – в реальности, а второй – сжигание – в воображении.
Правую же половину листа сохраните и запомните все позитивные мысли, которые на нем записаны. Это найденные вами аффирмации – утверждения, создающие жизнеутверждающий настрой. Они и в дальнейшем будут для вас «прививкой от стресса», которая может понадобиться в трудную минуту.
Чтобы усилить действие аффирмации, желательно мыслить образами – это активизирует подсознание. Например, к предыдущей аффирмации можно добавить: «Невозмутим и спокоен, как холодный айсберг» – и постараться зрительно представить голубую искрящуюся ледяную глыбу. Если картина, которую вы видите своим внутренним взором, будет яркой и детальной, вы сможете войти в этот образ настолько, что мысленное представление будет сопровождаться соответствующими телесными ощущениями. Например, бодрящей свежести, помогающей «встряхнуть» нервную систему, сосредоточить внимание и повысить работоспособность; или прохлады, успокаивающей разгоряченное тело и охлаждающей эмоциональный пыл.
Аффирмации уравновешивают отношения сознания и подсознания и тем самым предоставляют человеку возможность использовать скрытые ресурсы подсознания.
Иначе говоря, эффект аффирмации объясняется тем, что человек получает возможность вывести беспокоящую его проблему с подсознательного уровня на сознательный, оценить ее на уровне рассудка и преобразовать негативный контекст проблемы в положительный.
В дальнейшем, сталкиваясь с трудными ситуациями или замечая знакомые дискомфортные телесные ощущения, сразу же обращайтесь к выработанному вами «противоядию», мысленно произнося весь список позитивных утверждений, повторяя его неоднократно. Через несколько минут вы почувствуете, как работает «прививка» – аффирмации погасят подсознательные негативные ожидания, нейтрализуют внутреннюю напряженность, снимут тревогу или раздражение и помогут получить интуитивную подсказку глубинной, подсознательной мудрости.
III. Комплексный подход. Наиболее эффективный путь предотвращения и снятия состояния стресса.
Человеческий организм является целостной многоуровневой системой. Понятие «стресс» представляет не отдельную реакцию субъекта на стрессирующий фактор, а целостное интегративное состояние личности. В связи с этим избавление от стресса должно осуществляться не с помощью отдельных воздействий, направленных на борьбу с частными симптомами, а комплекса воздействий, нацеленных на оптимизацию состояния личности в целом.

Однако борьба со стрессом – дело трудное и, по правде сказать, малоэффективное. Гораздо более благодарным делом является его профилактика. В качестве основной задачи надо видеть устранение причины стресса, а не борьбу с ним.
Специалисты, занимавшиеся проблемой стресса, пришли к выводу, что физиологические реакции в основном определяются не непосредственно присутствием стресса, а его психологическим воздействием на человека. В связи с этим была предложена «философия жизни», позволяющая избегать возникновения стрессовых состояний и заключающаяся в том, чтобы наслаждаться тем, что нравится, избегать или изменять то, что не нравится, а также изменять точку зрения на те вещи, которых нельзя избежать или изменить. 4.4. Демографические процессы
Гигантский прирост населения планеты, связанный с совершенствованием техники, ростом благосостояния людей, увеличением их социальных запросов и потребностей, – одна из главных причин углубления глобального экологического кризиса. Наблюдается ускорение прироста численности людей: 10 тыс. лет назад все население Земли составляло 8 млн человек, а в первый год после Рождества Христова – 300 млн человек; в 1800 году численность населения достигла 1 млрд человек, 2 млрд – через 130 лет, 3 млрд – через 30 лет (I960), 4 млрд – через 15 лет (1975), 5 млрд – через 12 лет (1987). Учитывая, что ежегодный прирост населения составляет примерно 90 млн чел./г., полагают, что численность населения в период с 1990 по 2025 год увеличится еще на 3,2 млрд человек, и таким образом составит 9-10 млрд человек.
При этом почти 80 % населения планеты и подавляющая часть прироста мирового населения приходятся на развивающиеся страны. К ним же будет относиться и основное количество деторождений – 95–98 %. Поэтому уже имеющиеся данные показывают, что в процентном соотношении количество населения, проживающего в развитых странах, снизилось до 16 % от уровня 33 % в 1950 году, а население, например, Африки возросло до 19 %, тогда как в 1950 году оно составляло 9 %. Однако в целом наблюдающееся в ряде стран увеличение продолжительности жизни, с которым связывают демографический взрыв, имеет свой предел, и при имеющейся тенденции снижения рождаемости, возможно, темпы прироста населения снизятся начиная с середины XXI века.
Этот процесс становится более активным с ухудшением экологии окружающей среды, так как загрязнение, несмотря на немаловажную роль социально-экономических причин, выступает основным фактором, влияющим не только на биологические, но и на основные демографические параметры, такие как смертность и рождаемость. Так, по результатам ряда исследований установлена зависимость между качеством окружающей среды, в частности загрязнением атмосферы, и некоторыми демографическими параметрами (смертность, детская смертность, число переселившихся в другие районы по состоянию здоровья, процент недоношенных детей, частота выкидышей, число абортов и др.). Например, на территории Киевской области установлено снижение коэффициента рождаемости более чем на четверть, в то время как смертность в период с 1975 по 1992 год возросла на 22,5 % на фоне серьезных нарушений экологии окружающей среды. Особо отмечается влияние загрязненной среды обитания на рост детской смертности и числа недоношенных детей. 4.5. Адаптация к различным видам трудовой деятельности. Характеристика основных типов работы
В социальном аспекте под работой понимают любую деятельность человека, осуществляемую в рамках определенной профессии, при этом работа выступает как основа существования человеческого общества.
Типы рабочей деятельности. По характеру выполняемой человеком нагрузки различают два основных типа работы: физическую и умственную. Физическую работу, в свою очередь, разделяют на динамическую и статическую, а в умственной выделяют мыслительный и эмоциональный компоненты. Кроме того, трудовые процессы по физиологическим критериям можно подразделять на: а) преимущественно физическую работу; б) преимущественно умственную работу, требующую напряжения внимания, активации процессов мышления и других психических функций; в) работу, сопровождающуюся выраженным нервно-психическим, эмоциональным напряжением.
Деление работы на преимущественно умственную и преимущественно физическую весьма условно, поскольку, выполняя физическую работу, человек всегда в определенной степени загружен умственной деятельностью, а с развитием производства и технологий эта грань еще больше стирается, происходит увеличение доли умственного труда в профессиональной деятельности. Любая профессиональная физическая и умственная деятельность сопровождается определенной степенью нервно-психического, эмоционального напряжения, однако и у физической, и у умственной работы есть свои отличия и характерные особенности в энергетическом, функциональном, информационном плане. 4.5.1. Физическая работа
Типы рабочей деятельности. Как уже упоминалось, физическая работа представляет собой сочетание статической и динамической работы. Статическая работа осуществляется, когда в длительном напряжении находится группа мышц для поддержания центра тяжести в том или ином положении к поверхности опоры, при продолжительном сидении, при поддержании на весу всей или части работающей конечности. Статическая работа может быть постуральной – при сохранении определенной позы тела, и поддерживающей – при удержании предметов.
• Во время статической работы имеет место изометрическое мышечное напряжение. При статическом усилии с точки зрения физики внешняя механическая работа отсутствует, результирующего действия нет, имеет место лишь изменение в прилагаемой силе. Однако в физиологическом смысле при статических усилиях работа налицо. Она характеризуется теми активными физиологическими процессами, которые протекают в нервно-мышечном аппарате и центральной нервной системе и обеспечивают поддержание напряженного состояния мышц. Отмечают, что именно при изометрической активности, характерной для статической работы, повышается обратная кинестетическая связь, когда работающий получает больше информации от ощущения того, что он делает, чем от наблюдения результатов своего труда. В эффекторных органах также происходит ряд изменений: во время не очень интенсивной статической работы кровоток в мускулатуре нарастает, но при большой интенсивности внутримышечное давление затрудняет кровоток вплоть до его остановки. Обусловленный лактатом метаболический ацидоз вызывает дополнительную стимуляцию дыхания, которая еще более усиливается при затрудняющем дыхание рефлекторном сокращении брюшных мышц, возникающем при статической работе. Во время статической работы повышается обмен веществ, увеличивается расход энергии, быстро наступает утомление, которое часто обусловлено именно статическим компонентом работы.
• Динамическая работа, в отличие от статической, связана с перемещением тела в пространстве. При динамической работе мышцы сокращаются изотонически, при этом мышечные волокна движутся во взаимодействии, что способствует снабжению тканей кислородом и удалению из них продуктов обмена. Динамическая работа может быть охарактеризована по величине, интенсивности или мощности в механических единицах. При статической работе расходуемая энергия не превращается в механическую работу, а теряется в виде тепла, в то время как при динамической работе энергия тратится как на поддержание напряжения в мышцах, так и на механический эффект работы.
• Функциональная система, ответственная за адаптацию к физической работе, включает в себя:
– афферентное звено – рецепторы;
– центральное регуляторное звено – центры нейрогуморальной регуляции на разных уровнях ЦНС;
– эффекторное звено – скелетные мышцы, органы дыхания, кровообращения.
Физическая активность вызывает быстрые адаптационные сдвиги в работе ряда систем органов, таких как мышечная, сердечно-сосудистая, дыхательная. В ответ на сигнал о необходимости совершения мышечной работы (сигнал о физической нагрузке) нейрогенное звено управления включает двигательную реакцию и вызывает мобилизацию кровообращения, дыхания и других функциональных систем организма, обеспечивающих выполнение такой работы.
В эффекторном звене происходят следующие изменения:
1) в мышечной системе постепенно усиливается кровоток, возрастает доля энергии, получаемой за счет анаэробного метаболизма, особенно при тяжелой работе;
2) в сердечно-сосудистой системе возрастает частота сокращений сердца (при легкой работе она достигает стационарного состояния, а при тяжелой – увеличивается по мере утомления до максимума и дольше восстанавливается), возрастает систолическое давление, диастолическое давление изменяется незначительно;
3) в дыхательной системе в зависимости от нагрузки возрастает потребление кислорода, пропорционально которому увеличивается минутный объем дыхания; происходят изменения биохимических показателей крови, наблюдаются сдвиги в обмене веществ и терморегуляции.
Одновременно происходит активация гипоталамо-гипофизарной, адренокортикальной и симпатоадреналовой системы – гормонального звена управления адаптационным процессом. Это звено обусловливает возникновение стресс-реакции организма, потенцирует мобилизацию и работу органов и тканей функциональной системы на клеточном и молекулярном уровне.
• Как уже упоминалось, Ф. З. Меерсон выделяет три основные стадии адаптационного процесса – стадию срочной адаптации, стадию долговременной адаптации и стадию устойчивой адаптации, на которой завершается формирование «структурного системного следа» – комплекса структурных изменений, развивающихся в системе, ответственной за адаптацию. Согласно Ф. З. Меерсону, «структурный системный след», сформировавшийся в результате адаптации к физическим нагрузкам, характеризуется следующими чертами:
1) изменение аппарата нейрогуморальной регуляции на всех его уровнях, выражающееся в формировании устойчивого условнорефлекторного динамического стереотипа, увеличении фонда двигательных навыков, установлении на основе условнорефлекторных связей устойчивой координации между циклами двигательной реакции и дыханием, легочным кровотоком и вентиляцией различных отделов легких;
2) увеличение мощности и экономичности функционирования двигательного аппарата в результате структурных изменений в аппарате управления мышечной работой на уровне ЦНС, создающих возможность мобилизовать большее число моторных единиц при нагрузке и совершенствовать межмышечную координацию;
3) увеличение мощности и экономичности функционирования аппарата внешнего дыхания и кровообращения, происходящее в результате ряда последовательных изменений – гипертрофии, увеличения скорости и амплитуды сокращений дыхательных мышц, увеличения объема вдоха, жизненной емкости легких, коэффициента утилизации кислорода, повышения кислородной емкости крови и способности тканей утилизировать кислород, оптимизации регуляции дыхания;
4) структурные изменения в сердце, благодаря которым сердце приобретает большую максимальную скорость сокращения и расслабления, увеличивают максимальный минутный объем. Следует отметить, что процесс адаптации к физическим нагрузкам, как и вообще к любой деятельности, носит длительный характер.
Таким образом, физическая работа сопровождается выраженными адаптивными сдвигами со стороны функций, обеспечивающих выполнение организмом этой работы. Степень функциональных сдвигов отражает тяжесть и интенсивность физической работы. Многообразие изменений характеризует закономерности функционирования организма как единого целого и включает непосредственные реакции обеспечения функциональной нагрузки, компенсационные и мобилизационные реакции. Все эти реакции не возникают одновременно и не развертываются в одном и том же направлении.
Работоспособность. В литературе приводятся разные определения работоспособности. В общем под работоспособностью понимаются потенциальные возможности человека выполнять максимальное количество работы за определенный промежуток времени, не причиняя ущерба здоровью. При более детальном подходе считают, что понятие работоспособности должно включать в себя как предельные возможности выполнения какой-либо деятельности, так и активационные возможности мобилизации функций, подразумевающие волевое усилие. Кроме этих двух составляющих, считают необходимым учесть в определении физиологическую стоимость работы и отдаленные последствия физиологических изменений, возникающих в результате работы и сказывающихся на способности к ее выполнению. Учитывая вышесказанное, работоспособность можно определить следующим образом.

Работоспособность – это величина функциональных резервов организма, которые без вреда для состояния здоровья могут, при условии высокого уровня мотивации, быть реализованы в некоторый объем определенной работы заданного качества.
• Как величину физическую работоспособность можно охарактеризовать при помощи различных показателей, которые разделяют на две группы: показатели энергетического обеспечения рабочей деятельности человека и показатели состояния активационных процессов, от которых зависит реализация в ходе деятельности потенциальных возможностей человека. Первая группа показателей позволяет оценить состояние большинства вегетативных функций организма, определяющих течение обменных процессов в тканях. Наиболее широко используют показатели состояния дыхательной и сердечно-сосудистой систем, поскольку им принадлежит важная роль в обеспечении физической работоспособности, а также некоторые биохимические характеристики крови и мочи. Так, из объективных показателей сердечно-сосудистой системы анализируются изменения частоты пульса, ударного объема сердца (количество крови, поступающей в большой круг кровообращения при каждом сокращении сердца), минутного объема (произведение ударного объема на число ударов сердца в минуту), величины артериального давления, а из показателей дыхательной системы наибольшее значение имеют частота дыхания, минутный объем дыхания – величина легочной вентиляции в минуту.
• Уровень работоспособности зависит от многих причин, таких как индивидуальные возможности и навыки человека, детерминируемые разнообразными эндогенными и экзогенными факторами, состояние здоровья, тренированности и т. п. Так, при тяжелом физическом труде и в спорте работоспособность обусловлена степенью физического развития конституционных особенностей организма, которые определяются генетически закрепленными половыми и возрастными различиями.
• Естественно, физическая работоспособность имеет определенные пределы. Ее основными физиологическими ограничителями являются энергетические резервы в мышцах, снабжение мышц кислородом и характер протекания окислительных процессов, способность организма к терморегуляции. Помимо этого, мотивация, уровень активации и эмоционального напряжения определяют ту часть функциональных резервов, которая, при определенном волевом усилии, будет затрачена на выполнение деятельности. В свою очередь, деятельность, изменяя функциональное состояние работающего, сама обусловливает работоспособность.
Известно также, что работоспособность меняется в зависимости от возраста. Так, повышение показателей работоспособности идет в среднем до 16 лет у девушек и до 20–22 лет у юношей, а падение физической работоспособности происходит равномерно начиная с 25 лет. При этом работоспособность людей разного возраста зависит от типа работ. Так, молодые люди достаточно легко выполняют кратковременные, быстрые силовые напряжения. Но там, где требуется физическая выдержка, люди более старшего возраста имеют преимущества. Хотя в пожилом возрасте понижается способность к приспособлению и тренировке, уменьшается подвижность нервных процессов, снижение физической силы и производительности может компенсироваться опытом и рациональными приемами работы.
Меняется работоспособность и периодически – в течение года, недели, суток. Такие годичные и суточные циклы изменения работоспособности связаны с наличием соответствующих физиологических ритмов, обусловленных закономерной сменой времен года ичастей суток.
• Суточные изменения работоспособности претерпевают ряд фаз. Вначале имеет место фаза мобилизации – в ее основе лежат адаптационно-трофические влияния симпатической нервной системы. В это время организм мобилизуется еще до начала работы: условнорефлекторно повышается тонус ЦНС, усиливается функциональная активность ряда органов и систем, непосредственно выражаясь в некотором возрастании силы сердечных сокращений, подъеме максимального артериального давления, усилении и углублении дыхания. Субъективным выражением этой фазы можно считать внутреннюю собранность, обдумывание особенностей предстоящей работы.
Вторая фаза, фаза врабатывания (иногда ее разделяют на две – фазу первичной реакции и фазу гиперкомпенсации) – приспособление функций и систем организма к наиболее оптимальному режиму деятельности. В начальный ее период происходит небольшое снижение показателей функционального состояния, физиологически обусловленное внешним торможением в результате изменения характера раздражителей ЦНС. Затем происходит приспособление человека к наиболее экономному, оптимальному режиму выполнения конкретной работы. В этой фазе организм реагирует на данную величину нагрузки с большей силой, чем это необходимо. Например, в двигательных реакциях участвует больше функциональных мышечных единиц. Внешним проявлением фазы врабатывания является начальное повышение всех показателей функционального состояния систем, обеспечивающих работу.
Вслед за фазой врабатывания идет фаза компенсации, когда происходит установление наиболее оптимального режима работы органов и систем организма, вырабатывается определенная стабилизация показателей. Для этой фазы характерны оптимальный физиологический уровень активности систем и органов, стабильные показатели функционального состояния, максимальная эффективность труда. Однако эта наиболее продуктивная фаза работоспособности длится не очень долго, поскольку начинается развитие утомления, и фаза компенсации сменяется фазой утомления (подразделяемой некоторыми авторами на фазы субкомпенсации и декомпенсации). Иногда выделяют еще один период работоспособности – фазу конечного порыва, связанную с воздействием положительного эмоционального фона и представляющую собой специфическое состояние срочной мобилизации через вторую сигнальную систему всех дополнительных резервных сил организма.
В конкретных условиях производственной деятельности (или в эксперименте) кривая текущей работоспособности не всегда имеет типичную форму. Продолжительность, чередование, степень выраженности периодов определяются воздействием множества факторов и могут варьировать вплоть до полного выпадения некоторых из них. Поэтому для удовлетворительной оценки работоспособности и утомления следует учитывать и эффективность работы, и состояние психических и физиологических функций, и субъективные данные.
• Повышение работоспособности (истинное) может быть достигнуто только тренировкой, рациональным режимом организации деятельности, соблюдением гигиенических норм. Большая роль в повышении работоспособности принадлежит физическому развитию и физической подготовке. Влияние физического развития и тренировок на работоспособность осуществляется многими путями, связанными с повышением резистентности организма к неблагоприятным факторам среды, с созданием в организме оптимального функционального фона, способствующего улучшению работоспособности, с развитием сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма, обусловливающих возможность длительной деятельности.
Наибольший эффект от физических упражнений обычно наблюдается при систематических занятиях различными видами спорта. Эти занятия способствуют как увеличению функциональных возможностей нервной системы, двигательного аппарата, систем вегетативных органов и улучшению работоспособности, так и повышению неспецифической устойчивости организма к различным неблагоприятным воздействиям. Часто и регулярно проводимые мышечные упражнения улучшают регуляцию ЦНС, физиологических функций двигательного аппарата, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной, выделительной и других систем. Физические упражнения способствуют поддержанию высокого уровня резервной щелочности крови, содействуют сохранению особых, специфических свойств мышц, приобретаемых в результате систематической мышечной работы.
• Другие мероприятия по улучшению работоспособности дают лишь кажущееся увеличение работоспособности за счет мобилизации резервов, защищенных вегетативной нервной системой. Эту защиту можно преодолеть при особой мотивации, в экстренных ситуациях, под действием фармакологических препаратов. Такие биологически активные вещества влияют на организм неодинаково: их действие зависит от вида физической нагрузки, курсового или однократного введения, а также может давать побочные эффекты. При этом результаты некоторых исследований отмечают эффективное действие веществ растительного происхождения и витаминно-минеральных комплексов.
Фармакологические средства повышения работоспособности обычно разделяют на четыре основные группы:
1) истощающего (мобилизующего) действия;
2) неистощающего (экономизирующего, метаболического действия);
3) смешанного действия;
4) оказывающие вторичное положительное влияние на работоспособность путем частичного устранения снижающих работоспособность симптомов.
Наибольшее практическое значение имеют препараты первой ивторой групп.
1. К препаратам первой группы относятся психомоторные стимуляторы: сиднокарб, фенамин, кофеин. Для этих препаратов характерна активация медиаторного звена с быстрой мобилизацией функциональных резервов организма для энергетического обеспечения выполняемой деятельности. Однако применение таких препаратов ограничено из-за ряда недостатков, среди которых выделяют высокую степень индивидуальной вариабельности действия, зависимость эффекта от степени утомления, необходимость длительного отдыха после применения препаратов, избыточную активацию симпатической нервной системы.
2. К препаратам второго типа относятся актопротекторы (бемитил, томерзол, яктон); стероидные и нестероидные анаболики; адаптогены – препараты растительного происхождения (элеутерококк, женьшень), повышающие неспецифическую резистентность организма к широкому спектру стрессовых воздействий; энергетические соединения (витамины, аминокислоты, макроэргические соединения). Препараты второй группы имеют метаболический механизм действия, они не вызывают истощения резервных возможностей организма и могут применяться в течение длительного времени.
Исходя из механизмов развития утомления и снижения работоспособности оптимальным является применение препаратов неистощающего (метаболического) действия. Основными путями фармакологической коррекции работоспособности при длительной физической нагрузке умеренной интенсивности могут стать: активация глюконеогенеза, активация проникновения глюкозы в клетку и прохождения неэтерифицированных жирных кислот в митохондрии, борьба с лактацидемией и ацидозом, восполнение дефицита субстратов и электролитов, поддержание сопряжения процессов окисления и фосфорилирования. 4.5.2. Умственная работа
Умственный труд сопряжен с работой корковых структур полушарий головного мозга. В интеллектуальном труде преобладает информационный компонент. Важна и психическая составляющая. Для такого рода труда особую роль играют две группы психических явлений: психические процессы, включающие такие важные функции, как внимание, память, эмоции и другие, а также психические свойства личности работающего, его индивидуально-типологические особенности, интересы, способности. В умственном труде большую роль играют такие элементы психической деятельности, как психические акты, связанные со зрительным и слуховым восприятием, волевые, сенсомоторные акты. Все виды интеллектуального труда включают высшие психические функции внимания и памяти, а сам процесс умственного труда состоит из трех основных компонентов: восприятия, переработки информации и принятия решений.
Умственная деятельность характеризуется значительным разнообразием, но, учитывая ее специфику (мозг является не только регулирующим, но и работающим органом), влияние такой работы прежде всего будет сказываться на функциональном состоянии ЦНС. Первичные функциональные изменения при умственном труде в организме обнаруживаются в процессах нервной регуляции, прежде всего в динамике изменений высшей нервной деятельности. Протекание психических процессов сопровождается активацией соответствующей функциональной системы. Так, во время интеллектуальной деятельности процессы активации развиваются во многих зонах мозга, захватывая и левое, и правое полушария. При различных видах деятельности (перцептивной, моторной и т. п.) в разных областях коры развиваются локальные процессы активации.
Умственная деятельность у человека сопровождается изменениями функционального состояния различных органов и систем организма. Она связана с деятельностью нервных клеток головного мозга, которая сопровождается усилением расхода энергии. Но это не всегда отражается на общем энергетическом балансе организма. Экспериментально установлено незначительное повышение показателей газообмена при умственной работе.
Интеллектуальная деятельность отражается на определенных нейродинамических, нейрофизиологических состояниях головного мозга. Эти состояния могут выражаться в виде усиления кровоснабжения мозга, повышения энергетического обмена нервных клеток, изменения показателей биоэлектрической активности мозга. Любая умственная деятельность сопровождается нервно-психическим напряжением, поскольку информация несет не только осведомляющую, но и большую эмоциональную нагрузку. Умственная работа, связанная с нервно-эмоциональным напряжением, вызывает повышение активности симпатико-адреномедуллярной, гипоталамо-гипофизарной и адренокортикальной систем, поскольку эти системы играют ведущую роль в механизмах эмоций. Повышение их активности проявляется в усилении секреции катехоламинов и глюкокортикоидов. Поэтому нервно-психическое напряжение сопровождается усилением деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхания, повышением тонуса мускулатуры, энергетического обмена.

Таким образом, повышение суммарных затрат у человека при умственной деятельности определяется степенью нервно-психической напряженности. Обычные показатели, характеризующие функциональное состояние отдельных систем организма (сердечно-сосудистой, дыхательной, ЦНС), не отражают интенсивности умственной работы человека.
Кратковременная интенсивная умственная работа вызывает учащение сердечных сокращений, длительная работа – их замедление. При интеллектуальном труде незначительно повышается кровяное давление, увеличивается кровенаполнение головного мозга, усиливается электрическая активность мышц, отражающая напряжение скелетной мускулатуры. Различно выраженные сдвиги вегетативных функций при умственной работе могут быть объяснены различным эмоциональным напряжением человека, связанным с условиями работы. Реакции со стороны вегетативных функций при нервно-психическом эмоциональном напряжении аналогичны реакциям, сопровождающим физическую работу (тахикардия, повышение кровяного давления, изменение ЭКГ, увеличение легочной вентиляции, потребления кислорода, повышение температуры тела и др.). При умственной работе, сопровождающейся нервно-психическим, эмоциональным напряжением, вегетативные сдвиги не носят специфических черт по сравнению с физической работой, они различаются количественными характеристиками.
Следовательно, отличия умственной и физической работы находятся преимущественно в сфере изменений нейрофизиологических и психических процессов.
• К умственному труду принято относить работы, требующие преимущественного напряжения ЦНС, психических функций и эмоциональной сферы, при небольшом компоненте мышечной деятельности. С учетом психофизиологических особенностей выделяют следующие группы умственного труда:
1) труд с преимущественным напряжением мыслительных процессов, при которых работы выполняются по заранее разработанному алгоритму. К этой группе относятся такие профессии, как инженер, экономист, канцелярский работник;
2) управленческий труд, характеризующийся нерегулярностью нагрузок, необходимостью принятия нестандартных решений, возможностью возникновения конфликтных ситуаций. Это труд руководящих работников, преподавателей;
3) творческий труд, для которого характерно создание новых алгоритмов деятельности, а также присутствие повышенного нервно-эмоционального напряжения. Таким трудом занимаются научные работники, общественно-политические деятели, деятели культуры и искусства;
4) операторский труд;
5) труд учащихся, отличающийся особым напряжением внимания
и памяти, высокими нервно-эмоциональными нагрузками.
А. С. Егоров и В. П. Загрядский так охарактеризовали основные типы умственного труда:
1) сенсорный тип – прием информации по одним каналам связи и передача ее в практически неизмененном виде по другим каналам;
2) сенсомоторный тип – прием информации главным образом директивного характера, выработка стандартного ответа. При преимущественно сенсорном виде к человеку поступает большое количество сигналов, каждый из которых несет небольшую часть информации. В ответ происходит стандартное моторное действие (по типу «да – нет»). При преимущественно моторном виде к человеку поступает последовательная цепь сигналов или имеется уже заранее заданная последовательность действий, в ответ на которые производится большое количество статических или динамических реакций, часто автоматизированного характера;
3) логический тип – прием информации, ее переработка, выработка решений. Для этого типа характерно большое число логических условий, и его можно подразделить на следующие подтипы:
а) со стандартным видом деятельности – работа ограничена определенным кругом заранее известных логических условий, в ответ на которые вырабатываются стандартные реакции;
б) с нестандартным видом деятельности – имеется большое количество логических условий, которые не всегда могут быть заранее предусмотрены, введение которых нарушает обычную последовательность действий;
в) с эвристической деятельностью – процесс творческого мышления, позволяющий находить оптимальные решения из ряда логически обусловленных вариантов (поиск основан на сложных ассоциациях, связанных с опытом, знаниями, с типологическими особенностями нервной системы человека).
• Процесс адаптации к умственной деятельности имеет свои особенности. Умственный труд отличается нагрузкой на высшие психические функции (память, внимание, мышление), высокими нервно-эмоциональными нагрузками, ограниченным двигательным режимом. Часто информационная и семантическая структура деятельности вплотную приближается к возможности человека по осуществлению операций переработки информации или даже превосходит ее, что в конечном итоге ведет к развитию состояния напряженности, когда нарушается адекватность степени мобилизации функций выполняемой деятельности. Так, в умственном труде часто объем информации, подлежащей переработке, превосходит пропускную способность отдельных звеньев функциональной системы. Большой объем «алфавита» или сложность кода переработки информации создают высокую нагрузку на центральные звенья функциональных систем, что может проявляться в напряжении отдельных психофизиологических функций. Степень активации отдельных структур функциональных систем в основном обусловливается возникновением эмоциональных реакций, которые могут быть зарегистрированы по изменениям эндокринных функций, деятельности сердечно-сосудистой системы и т. д.
Эти особенности умственного труда обусловливают формирование сложной системы физиологических и психических регулирующих структур. Оно может быть выражено в виде активации имеющихся связей, перестройки или образования новых связей и ломке старых.
При различных типах умственной деятельности происходит активация различных участков коры головного мозга и подкорковых образований. Отражением сложных активирующих и тормозных процессов в коре и других отделах ЦНС является изменение ЭЭГ и психофизиологических показателей.
В процессе осуществления оценочной, мотивационной деятельности, связанной с выбором альтернатив, направленной организацией новых видов деятельности в соответствии с доминирующей потребностью, возникает эмоциональное напряжение. Эмоциональная активация – необходимое звено при решении субъективно сложных мыслительных задач, при этом эмоциональное решение задач опережает их интеллектуальное решение. Таким образом, эмоции выступают в роли организатора целенаправленной умственной деятельности, хотя наличие вызванной ими активации отнюдь не гарантирует достижения верного результата.
Умственная деятельность, требующая выбора альтернатив, решения новых задач, в большей степени включает механизм, вызывающий через лимбико-ретикулярную систему повышение уровня готовности к действию и облегчающий совершение этого действия. Кроме того, лимбико-ретикулярная система играет важную роль в механизмах активации ЦНС и повышения эффективности умственной деятельности. Еще одним важным механизмом обеспечения эффективности умственной деятельности является увеличение кровотока в активно работающих нервных центрах.
Эти изменения происходят благодаря тому, что во время напряженной умственной работы создается функциональная система, объединяющая высшие нервные центры, которые осуществляют работу непосредственно, и вегетативные нервные центры, которые регулируют поддержание эффективной умственной деятельности.

Таким образом, колебания психофизиологических параметров и изменения вегетативных систем носят адаптивный характер и обеспечивают необходимый уровень функционирования физиологических систем путем перемежающейся оптимизации их активности. С повышением интенсивности умственной деятельности происходит перестройка функциональной системы: снижается уровень активности неспецифических функций, возбудимость ЦНС, уравновешенность нервных процессов, активность нервно-мышечного аппарата. В то же время специфические для умственной деятельности высшие психические функции обладают определенной устойчивостью. Чтобы обеспечить возросшую нагрузку, включается такой физиологический механизм, как увеличение межфункциональных связей.
• Умственная работоспособность представляет собой многомерное понятие, включающее в себя три основных компонента: временную нагрузку, нагрузку усилия, нагрузку психологического стресса. Показателями умственной работоспособности считают продуктивность, точность, скорость работы, точность и скорость выполнения определенных операций. Однако для различных типов сложно выделить единые показатели умственной работоспособности. Например, у лиц операторских профессий, труд которых характеризуется высокими требованиями, предъявляемыми к восприятию, мышлению, нервно-эмоциональным напряжением, работоспособность зависит от уровня психофизиологических функций, прежде всего внимания и памяти, подвижности нервных процессов, скорости реакции.
При умственном труде вначале наблюдается повышение чувствительности анализаторных систем, в том числе зрительной и слуховой. Рядом исследователей установлено, что деятельность психических функций под влиянием умственной работы претерпевает, как правило, фазные изменения. В начале работы внимание, запоминание, скорость выполнения тестовых задач и профессиональная работоспособность обычно изменяются в сторону улучшения. Значительная же умственная нагрузка обычно оказывает угнетающее влияние на психическую деятельность. При этом количественные и качественные показатели работоспособности падают. Снижается лабильность зрительного анализатора. Обнаруживается ухудшение функций внимания (объем, концентрация, переключение), памяти (кратковременной и долговременной), восприятия, что сопровождается большим числом ошибок. В творческом труде снижение работоспособности может проявляться в появлении стереотипности и шаблонности.
• Снижение работоспособности и развитие утомления при умственном труде проходит через те же фазы, что и при физическом. Принципиальных различий в кривой работоспособности при физическом и умственном труде нет. Они имеются лишь в адекватных показателях умственной и физической работоспособности.
В первый период – период врабатываемости, длящийся от нескольких минут до одного часа – происходит постоянное повышение работоспособности с определенными колебаниями производительности работы, обусловленными поиском адекватного способа действия. Психофизиологическое содержание этого периода состоит в формировании рабочей доминанты (объединении нервных центров в функциональную, целостную систему), регуляции важнейших для выполнения работы функций, выработке и усвоении оптимального ритма работы. Все это сопровождается определенными функциональными сдвигами и нервно-психическим напряжением.
Второй период – оптимальной работоспособности – характеризуется стабильной умственной работоспособностью. При этом изменения показателей функций организма адекватны нагрузке и лежат в пределах физиологической нормы.
За ним следует третий период – полной компенсации, который наступает незаметно и постепенно. Здесь возникают начальные признаки утомления, которые могут компенсироваться волевым усилием человека и положительной мотивацией к работе. В этом периоде нет внешнего снижения работоспособности, а утомление проявляется в виде чувства усталости, наблюдаются большие сдвиги вегетативных функций.
Во время четвертого периода – неустойчивой компенсации – нарастает утомление, снижается работоспособность, но волевое усилие человека может поддерживать ее на каком-то заданном уровне. Степень снижения работоспособности и способность к ее компенсации зависят от индивидуальных особенностей. В этот период выражено чувство усталости, наблюдаются многообразные изменения показателей функций различных систем, особенно тех, которые обеспечивают выполнение работы, и психических функций, которые в структуре данной деятельности имеют решающее значение. Изменения в других системах имеют регуляторное или компенсационное значение.
Пятый период – период прогрессивного снижения работоспособности – отличается быстро нарастающим утомлением, которое выражается в снижении продуктивности умственной работы, функциональных сдвигах, неадекватном выполнении работы. Во время этого периода человек не в состоянии волевым усилием компенсировать снижение работоспособности.
• Возрастные особенности умственной работоспособности. Следует заметить, что, по результатам некоторых исследований, тренировка профессионально значимых функций организма человека в процессе трудовой деятельности способна нивелировать их возрастные изменения и сохранить, а иногда и повысить надежность умственной деятельности у лиц старшего возраста, часто за счет снижения общей производительности труда.
• Методы повышения умственной работоспособности. Важнейшим средством поддержания высокой работоспособности служит чередование умственного труда с физическим. Наилучшие результаты дает включение легкой физической нагрузки в середине или после окончания умственной работы, особенно если двигательная активность недостаточна.
Основные условия продуктивности умственной работы были сформулированы Н. Е. Введенским еще в 1911 году:
1) в работу нужно входить постепенно;
2) необходимо соблюдать определенный ритм работы, что способствует выработке навыков и замедляет утомление;
3) деятельность должна быть последовательной, следует регулировать, организовывать и планировать работу;
4) важно правильное чередование труда и отдыха, с учетом большой роли активного отдыха;
5) деятельность должна быть систематической.
Оптимальная умственная работа и стабильность высших психических функций обеспечиваются соответствующим уровнем функционирования ЦНС и вегетативной активации. Результаты исследований показывают, что наиболее существенные изменения в функциональном состоянии организма проявляются не столько под влиянием непосредственно умственной работы в обычных условиях, сколько при воздействии различных неблагоприятных факторов, особенно эмоциогенных. Поэтому большая роль принадлежит также созданию благоприятного психологического климата на производстве, учету и внедрению эргономических основ организации рабочего места.
В качестве других методов повышения умственной работоспособности указывают на применение аутогенных тренировок, использование определенной цветовой гаммы и цветозвуковых воздействий, оказывающих благотворный эффект, употребление тонизирующих средств. 4.5.3. Утомление
Интенсивная или длительная работа ведет к развитию утомления, причина которого – недостаточность процессов восстановления физиологических затрат.

Утомление – совокупность временных изменений в физиологическом и психологическом состоянии человека, развивающихся в результате напряженной или продолжительной деятельности и ведущих к ухудшению количественных и качественных показателей работы и дискоорди-нации физиологических функций, повышающих физиологическую стоимость работы.
Характер нарастания утомления и его конечная величина зависят от индивидуальных особенностей работающего, обстоятельств протекания работы, условий внешней производственной среды. Утомляемость связана с индивидуальными особенностями человека (физическое развитие, состояние здоровья, возраст, интерес к работе, мотивация, волевые черты характера). От них зависит то, как человек переживает утомление и справляется с ним на разных его стадиях.
• Причины утомления. Они многообразны. В зависимости от конкретных условий на первое место выступают те или иные факторы. В течение дня утомление наступает при любом виде деятельности и является одним из факторов включения механизмов сна, во время которого протекают важные восстановительные физиологические процессы, препятствующие кумуляции утомления – переутомлению. При утомлении формируется сложный комплекс изменений в организме. Имеет место снижение функциональных резервов работающих органов (рецепторов, нервных центров, мышц), что генерирует сигналы для прекращения деятельности. При этом важную роль, по-видимому, играет развитие торможения в коре головного мозга, с которым можно связывать такие ощущения и состояния, как нежелание работать, общая слабость, сонливость и др. Не меньшее значение имеют и сигналы от эффекторных органов – боль и другие неприятные ощущения в работающих мышцах. Так, силовая работа и статические напряжения вызывают утомление чрезвычайно быстро, поскольку оно обусловлено интенсивными потоками проприо– и хеморецепторных импульсов от мышц, а также возбуждениями корковых центров при формировании волевых импульсов к сокращению. Поскольку при статических напряжениях потоки возбуждений корковых центров непрерывны, в состоянии нервных центров складывается ситуация, при которой очень быстро возникает утомление. При динамической деятельности, когда периоды возбуждения чередуются с периодами торможения (во время напряжения мышц-антагонистов), утомление развивается значительно медленнее и ведущую роль в этом процессе играют различные причины в зависимости от интенсивности работы.
Утомление – сложная приспособительная функция организма. Его тонкие нейрофизиологические механизмы до конца не ясны. Накопление в мышцах молочной кислоты не объясняет все сложные процессы, развивающиеся в организме при утомлении, хотя важная роль метаболитов учитывается. Например, установлено, что выраженное утомление может иметь место без избытка молочной кислоты в крови.
• Центрально-корковая концепция утомления. Автор (В. В. Розенблат) предполагает, что основная роль при развитии утомления принадлежит не периферическим, а центральным процессам. Таким образом, наблюдаемые при утомлении многообразные сдвиги в состоянии периферических аппаратов являются вторичными и зависят от изменения установочного влияния нервных центров. Первичное звено центрального механизма имеет корковую природу и представляет собой сдвиги в кортикальных аппаратах, где важную роль играет и процесс торможения, особенно в кортикальном звене двигательного аппарата.
Характер трудовой деятельности отражается на особенностях утомления, так как функциональные изменения преимущественно локализуются в звеньях, несущих наибольшую нагрузку. Поэтому в зависимости от вида выполняемой работы выделяют умственное и физическое утомление, различие между которыми определяется соотношением глубины функциональных изменений в отдельных рецепторах, отделах ЦНС, мышцах. Утомление, развивающееся при различных видах деятельности, имеет общие особенности.
Утомление и работоспособность тесно взаимосвязаны. При определенных условиях снижение работоспособности под влиянием работы характеризует степень утомления. Но при этом на взаимоотношения между работоспособностью и утомлением влияют также мотивация, уровень активации, условия производственной среды. Проявление утомления тесно связано с фазами текущей работоспособности, которые можно в целом охарактеризовать как изменения ответа организма на требования, предъявляемые характером деятельности. Эти изменения формируются под влиянием ЦНС, в основном в результате повышения уровня функционирования лимбико-ретикулярной системы и регулируемых ею вегетативного отдела нервной системы и эндокринной системы, что ведет к повышению текущей работоспособности благодаря повышению интенсивности деятельности всех звеньев функциональной системы. По мере снижения функциональных резервов развивается утомление, являющееся системой сдерживания от чрезмерных затрат. Для реализации волевого усилия, компенсирующего утомление, происходит дополнительное включение в работу нервных центров и мышц-синергистов, а как следствие этого – активация физиологических механизмов усиления деятельности вегетативных отделов нервной и гормональной систем, обеспечивающих активационные процессы у человека.

Утомление – биологически целесообразный процесс, который, с одной стороны, сигнализирует о необходимости прекращения работы, а с другой – является необходимым условием повышения тренированности организма.
• Критерии утомления. При субъективной оценке утомление организма – это особое, своеобразно переживаемое психическое состояние, называемое усталостью и имеющее несколько составляющих: слабосилие, проявляющееся в невозможности продолжать работу требуемой интенсивности; расстройство внимания; нарушения в моторной сфере, сказывающиеся в замедлении или беспорядочной торопливости движений; ухудшение памяти, мышления; ослабление воли; сонливость и др. Субъективные проявления отражают состояние объективных процессов в сознании или ощущениях самого человека. Тем не менее субъективные оценки утомления зависят от мотивации, заинтересованности в выполняемой работе, уровня притязаний и степени ответственности при выполнении задания, сложности выполняемой деятельности.
К объективным критериям утомления относятся две группы оценок:
– изменения эффективности работы;
– изменения в различных физиологических системах, сопутствующие развитию утомления.
Утомление приводит к напряжению выполнения тех операций, которые требуют максимальной мобилизации внимания. Длительная нагрузка, приводящая к утомлению, вызывает определенные сдвиги в частотной структуре различных физиологических функций. Общим является замедление ритмических процессов, происходящих в организме, – сердечного ритма, поверхностной электромиограммы мышц диафрагмы и др.
Переутомление. Для многих видов умственного труда характерны небольшие изменения функций организма и текущей работоспособности в течение дня, т. е. формальное отсутствие выраженного утомления. Несмотря на это, динамические исследования (проводимые в течение месяца, года) показывают постоянное накопление неблагоприятных сдвигов, отражающихся и на работоспособности. Такие сдвиги обозначают как хроническое утомление, описанное у школьников, студентов, операторов и др., для работы которых характерно высокое, длительное нервно-эмоциональное напряжение или его сочетание с влиянием других неблагоприятных факторов. Хроническое утомление возможно только при накоплении неблагоприятных сдвигов, когда восстановительные процессы недостаточны для полной нормализации функций организма и его работоспособности. Поэтому, как правило, хроническое утомление является переутомлением.
• Критерий переутомления – снижение работоспособности, вызванное работой, которое не проходит во время после рабочего отдыха. Причины кумуляции неблагоприятных функциональных изменений можно разделить на несколько категорий. Прежде всего это высокое напряжение в процессе работы, обусловленное непосредственно трудовым процессом или его сочетанием с влиянием неблагоприятных факторов производственной среды, низкий уровень здоровья, хронические заболевания. Важное значение имеет недостаточность восстановительных процессов после работы, связанная с погрешностями режима дня и жизни в целом – недостаточная длительность и качество сна, малая двигательная активность, нарушение питания, загруженность домашней работой, конфликтные ситуации. При хроническом утомлении проявляются функциональные нарушения – астеновегетативный синдром, вегетососудистая дистония, ухудшение функций ЦНС. Кумуляция утомления оказывает неблагоприятное влияние на организм, способствуя возникновению ряда общих заболеваний или обострению хронических. Перенапряжение и переутомление развиваются также при неблагоприятном сочетании интенсивности и длительности работы.
• Профилактика переутомления должна быть тесно связана с мерами обеспечения высокой эффективности труда, не ведущей к перенапряжению и переутомлению. Соответственно природе того или иного вида утомления оказываются целесообразными и разные методы его снятия. Так, для острого утомления – это само прекращение текущей деятельности и обычный сон, для хронического – изменение режима дня и отдыха, общее снижение трудовой нагрузки, повышение мотивации и положительные эмоции, более или менее продолжительный отдых с прекращением профессиональной деятельности и заполнением досуга дополняющими и разнообразными по содержанию формами активности.
В целом же меры по профилактике переутомления можно разделить на несколько групп:
1) меры, направленные на повышение истинной, максимальной, но не ведущей к перенапряжению работоспособности – рациональное обучение и адаптация к условиям работы в целом, а при более тяжелых обстоятельствах – реадаптация после длительного перерыва в работе;
2) меры сохранения и укрепления здоровья, включающие рациональный режим дня, сбалансированное питание, отказ от вредных привычек, своевременное лечение болезней;
3) периодические профилактические осмотры;
4) отбор на профессии, предъявляющие высокие требования к организму работающего;
5) оптимизация производственной среды с учетом эргономических требований;
6) средства стимуляции восстановительных процессов, к которым относятся увеличение длительности отдыха, прогулки, лечебная физкультура и другие лечебно-профилактические процедуры, использование фармакологических средств. 4.6. Рациональная организация учебного и трудового процессов
Оптимизация трудового процесса должна быть направлена на сохранение высокого уровня работоспособности человека и устранение хронической нервно-эмоциональной напряженности. Поэтому трудовой и учебный процессы должны строиться с учетом физиологических особенностей и механизмов работоспособности.
Научно обоснованные режимы труда и отдыха должны быть направлены на ускорение процесса врабатывания, достижение максимального периода устойчивой работоспособности. Для этого при их составлении нужно принимать во внимание суточную периодику функций. Большое значение имеет и создание четкого ритма работы, так как он способствует большей экономичности затрат нервной и мышечной энергии человека, а следовательно, замедляет развитие утомления. Физиологически оправданно и необходимо введение регламентированных перерывов для восстановления, производственной гимнастики, музыкальных передач.
• Гимнастика. Вводная пятиминутная гимнастика, музыка, настраивающая физиологические функции на оптимальный рабочий уровень, способствуют ускорению вхождения в работу. В результате гимнастики увеличивается подвижность нервных процессов возбуждения и торможения. Вводная гимнастика должна включать упражнения, активизирующие деятельность организма, способствовать сосредоточению внимания, имитировать движения, применяемые во время трудового процесса. Темп выполнения упражнений должен быть несколько выше темпа обычной работы. Комплекс вводной гимнастики состоит из 6–8 упражнений, сопровождающихся соответствующей музыкой. Для малоподвижных работ рекомендуют введение ранних физкультурных пауз – через 15–20 мин после начала работы.
• Перерывы. Чем тяжелее и напряженнее труд, тем ближе к началу работы должны быть введены регламентированные перерывы на отдых (5–7 мин на легких работах и до 30 мин на тяжелых). Введение перерыва на обед предотвращает снижение работоспособности. Таким образом, моменты падения работоспособности должны быть «вехами» для установления перерывов. Однако несвоевременное введение перерывов тоже может привести к снижению работоспособности. Так, перерыв в работе на стадии устойчивой или пониженной работоспособности вызывает возвращение работоспособности к уровню предыдущей стадии – стадии врабатываемости. Во второй половине дня количество перерывов должно быть больше, при особо тяжелом режиме работы рекомендуется сочетание 15–30 мин работы с отдыхом той же продолжительности.
Во время перерывов отдых должен быть активным (пассивный отдых возможен только на тяжелых физических работах), обеспечивать переключение нагрузки с утомленных нервных центров и органов на бездействующие или менее загруженные в процессе труда. Так, во время отдыха необходимо сменить позу, перераспределить основные и вспомогательные трудовые операции различной степени сложности. Помогает и перемена рабочих мест. Для устранения монотонности труда рекомендуют укрупнение операций, увеличение их содержательности. В то же время при чередовании операции не должны нагружать одни и те же органы и группы органов. Они должны различаться рабочей позой, степенью нагрузки на разные звенья двигательного аппарата. При этом исследования показывают, что лучший результат достигается при смене более интенсивных нагрузок на менее интенсивные, а также при снижении их темпа и степени монотонности. Например, предварительное статическое напряжение мышц-сгибателей не только не уменьшает, но и увеличивает последующую динамическую работу.
Эффективность введения перерывов и гимнастики подтверждается рядом работ. Так, основываясь на данных психофизиологического обследования проектировщиков, исследователи предложили ряд мер по рационализации режима труда, которые включали в себя увеличение числа регламентируемых перерывов на отдых. При этом рекомендовалось делать не частые, но более продолжительные перерывы, а последний из них должен был быть активным – с включением производственной гимнастики. После внедрения этих рекомендаций наблюдалось повышение показателей работоспособности.
• Музыка. Еще одно из средств рационализации трудовых процессов – функциональная музыка, непосредственно сопровождающая трудовые процессы в производственной обстановке с целью повышения работоспособности трудящихся. В основе благотворного влияния музыки на жизнедеятельность организма лежит ее способность вызывать положительные эмоции и стимулировать ритмику деятельности всего функционального аппарата организма, особенно опорно-двигательной системы, благодаря чему достигается экономичный режим работы нервных центров. В качестве функциональной музыки обычно используют спортивные песни, марши, ритмические танцевальные и эстрадные произведения. График и продолжительность музыкальных передач могут варьировать.
Несмотря на благоприятное влияние функциональной музыки на работоспособность, там, где в процессе работы требуется значительная концентрация внимания или имеет место загрузка умственной работой, функциональная музыка противопоказана. Не рекомендуют ее применять и в сфере умственного труда, хотя возможны отдельные музыкальные передачи в перерывах, а также до начала работы и после ее конца.
• Режимы труда. Помимо вышеперечисленных способов внесения изменений в режим труда, очень важное значение имеет соответствие суточных и недельных режимов труда периодическим изменениям работоспособности. Поэтому, поскольку наивысший уровень работоспособности наблюдается в дневные и утренние часы, а в среднем – в интервале 9-20 ч, то необходимо организовать трудовые процессы именно в это время суток, по возможности максимально сократив ночные смены.
При составлении недельного режима труда также следует учитывать динамику работоспособности. Работоспособность увеличивается постепенно в первые три дня в связи с постепенным входом в работу, достигает своего наивысшего уровня на третий, четвертый день недели и затем снижается, резко падая к субботе. Поэтому рабочая неделя не должна быть больше шести дней. Пятидневная рабочая неделя вполне оправданна. Учитывая длительный период врабатывания в начале недели, нецелесообразно перегружать работой первые два дня, вместе с этим не следует вводить выходные в середине недели, чтобы не нарушать устойчивый рабочий стереотип. По этой же причине и для полного восстановления дни отдыха нужно предоставлять подряд.
• Условия рабочей среды. Кроме того, удовлетворение условий производственной среды физиологическим, эстетическим, эргономическим требованиям, устранение психологической разобщенности и создание благоприятного психологического климата в рабочем коллективе в большой степени определяют эффективность мер по рационализации трудового процесса. Поскольку положительные и отрицательные эмоции оказывают немаловажное влияние на работоспособность, следует стимулировать положительные эмоции. Одной из мер такой стимуляции может служить эстетизация производственной среды. Так как воздействие на психику работающих идет в первую очередь через зрительный анализатор, целесообразно правильно подбирать цветовое, архитектурное, световое оформление производственных помещений.
• Рационализация учебного процесса. Современная система профессионального обучения также должна основываться на всестороннем учете закономерностей психических, психофизиологических и физиологических процессов, на использовании современных принципов педагогики и дидактики. С физиолого-эргономической и психофизиологической точек зрения система обучения включает профессиональный психофизиологический отбор обучающихся, собственно обучение и тренировку для закрепления профессиональных навыков и знаний.
Разработка рациональных методов профессионального обучения человека должна основываться на общих закономерностях умственной и двигательной деятельности, т. е. на известных понятиях о формировании ассоциаций, образа, динамического стереотипа. При этом возникает необходимость создания научной основы оптимизации процессов обучения, которая позволила бы планомерно подводить обучаемых к требуемому уровню квалификации за минимальное время.
В конкретных мероприятиях по рациональной организации учебного процесса рекомендуют упорядочивать учебную нагрузку, изымая излишне сложный и второстепенный материал, обеспечивать более высокий уровень обучения. Для лучшего хода учебного процесса важно учитывать необходимость правильного чередования работы и отдыха, последовательности и систематичности подачи материала. Благоприятный эффект оказывает и использование в режиме учебных занятий оздоровительных элементов (гимнастики, физкультурных пауз), отдаляющих утомление и повышающих работоспособность.
Большую роль играет переключение с одного вида деятельности на другой, чередование мыслительной деятельности с незначительной физической нагрузкой. Правильная организация учебной деятельности, систематические упражнения и тренировка способствуют совершенствованию и автоматизации навыков умственной работы, что, в свою очередь, облегчает ход учебного процесса. 4.7. Профессиональный отбор

Профессиональный отбор – комплекс мероприятий, направленных на выявление лиц, наиболее пригодных к обучению и последующей трудовой деятельности по своим моральным, психофизиологическим и психологическим качествам, уровню необходимых знаний и навыков, состоянию здоровья и физического развития. Профессиональный отбор предусматривает оценку у конкретного индивидуума состояния здоровья, физического развития, уровня общеобразовательной подготовки, социальных, профессиональных способностей.
• Профессиональный отбор осуществляется путем проведения медицинского, психологического, образовательного и социального отборов.
• Медицинский отбор направлен на выявление лиц, которые по состоянию здоровья и физического развития могут успешно овладеть профессией и в течение длительного времени эффективно выполнять профессиональные обязанности.
• Психологический отбор специалистов основывается на изучении состояния, степени развития, совокупности тех психических и психофизиологических качеств личности кандидатов, которые определяются требованиями конкретных профессий и специальностей и способствуют успешному их овладению и последующей эффективной рабочей деятельности.
• Образовательный отбор (изучение уровня подготовленности) предусматривает выявление у кандидатов необходимых знаний и навыков, профессионального опыта для обучения, освоения и совершенствования по избранной профессии.
• Социальный отбор. Его цель – оценка моральных качеств, некоторых социально-демографических характеристик, организаторских способностей, общественной активности, мотивов выбора профессии, интересов, отношений в коллективе, устойчивости к воздействию социальных факторов профессиональной деятельности, способности адаптации к производственной среде.
• Организационно-методические рекомендации. Необходимо соблюдать принцип научной обоснованности рекомендаций по отбору. Организационно-методические рекомендации по профессиональному отбору, по К. К. Платонову, должны исходить из:
а) целесообразности его проведения на определенную профессию;
б) конкретного содержания задачи отбора (прогнозирование пригодности к обучению или к деятельности);
в) характеристики контингента;
г) профессиональных требований к кандидатам;
д) валидности и надежности методик оценки профессионально важных качеств;
е) критериев прогнозирования профессиональной пригодности;
ж) эффективности разработанных рекомендаций по профессиональному отбору;
з) организационных форм проведения профессионального отбора.
Рекомендации по отбору специфичны для каждой конкретной профессии.
• Систему профессионального отбора следует разрабатывать, если для этого сложились следующие условия:
1) наличие людей, испытывающих затруднения в освоении данной профессии до требуемого уровня в заданные сроки;
2) ответственность и опасность профессии для специалиста и для окружающих;
3) большая стоимость, сложность и сжатые сроки профессионального обучения;
4) преобладание числа кандидатов над числом вакансий.
• Процедура профессионального отбора (медицинского, психофизиологического, психологического) заключается в оценке состояния уровня развития качеств личности и функций организма, которые обеспечивают выполнение трудовых задач в определенных условиях профессиональной деятельности. Требования конкретной специальности обусловливают необходимость изучения состояния совокупности функций и качеств человека. Выполнение различных профессиональных задач, видов деятельности обеспечивается разными психофизиологическими качествами, функциями и требует своеобразного, достаточно определенного сочетания этих качеств. Поэтому важным этапом разработки системы профессионального отбора является обоснование профессиональных требований к кандидатам на обучение конкретным специальностям.
Таким образом, разработка, обоснование профессиональных требований должны предусматривать анализ содержания трудового процесса, изучение условий и организации труда, исследование динамики состояния психофизиологических функций в трудовом процессе.
Процедура обследования при профессиональном отборе предусматривает оценку состояния как отдельных физиологических функций, биохимических показателей, психофизических, психических и других качеств личности, так и ряда интегральных характеристик и свойств индивида, необходимых для обеспечения выполнения какой-либо конкретной профессиональной деятельности. В качестве приемов исследования используются методы субъективной и объективной оценки личности. Методы субъективной оценки основаны на получении сведений о тех или иных качествах индивида, проявляющихся в различных жизненных или экстремальных ситуациях. Методы объективной оценки объединяют клинико-физиологические, электрофизиологические, психофизиологические методики, психологические тесты, приемы оценки физического развития и физической подготовленности. Клинико-физиологические и электрофизиологические методики включают обширную группу методических приемов исследования вегетативных и соматических функций организма, широко используемых в клинической практике и трудовой экспертизе. Психофизиологические методики направлены в основном на изучение состояния некоторых параметров анализаторных систем организма, функций восприятия сигналов, особенностей ней-родинамики и психомоторики, типологических особенностей высшей нервной деятельности.
• Методики профессионального отбора должны отвечать следующим требованиям:
1) валидность (указывает, что и насколько точно измеряет методика);
2) надежность – постоянство результатов, полученных при повторных и равных условиях обследования одного и того же лица;
3) дифференцированность – каждая методика должна быть направлена на оценку определенных психических функций или их совокупности.
Кроме этого, следует соблюдать правила научной обоснованности, объективности, стандартизированности и практичности при разработке методик.
Одной из форм проведения профессионального отбора является групповое обследование нескольких десятков человек одновременно. Как правило, для прохождения всех этапов и комиссий приема формируется группа кандидатов по 30–50 человек. Клинико-физиологическое обследование и изучение состояния ряда психофизиологических функций (координация движений, скорость и точность сенсомоторных реакций, функции слежения, проприоцептивная чувствительность) проводятся индивидуально. Индивидуально ведется и беседа с каждым кандидатом. Важное значение для объективизации данных психофизиологических методик имеет соблюдение стандартности условий их выполнения.
Профессиональный отбор имеет большое значение для адаптации к деятельности по выбранной профессии и к условиям обучения. Ряд исследований показал, что лица, заранее выбравшие ту или иную специальность, гораздо легче адаптируются к особенностям трудового и учебного процессов, а также показывают более высокий уровень мотивации, в то время как неправильный или случайный выбор профессии может привести к социальной дезадаптации, нарушению психического здоровья.
Смысл жизни высококвалифицированных специалистов, работающих по призванию, состоит в возможности профессиональной самореализации.