гидростатическое давление угнетает биохимические реакции, идущие с увеличением объема конечных продуктов и стимулирует реакции, протекающие с уменьшением их объема.
Интересно отметить, что гидростатическое давление свыше 500 – 700 МПа вызывает изменения в структуре белка, аналогичные с изменениями под действием высокой температуры. При снижении давления гидростатическая «коагуляция» белка обратима.
Установлено, что под действием высокого гидростатического давления у теплокровных животных возникают эффекты так называемого нервного синдрома высоких давлений (НСВД). При этом вначале наблюдается общее возбуждение, вслед за которым появляется мелко– и крупноамплитудный тремор, далее следуют отдельные миоклонии, клонические, клонико-тонические судороги, параличи и наступает гибель.
Было обнаружено, что индифферентные газы обладают наркотическим действием на организм. При этом ксенон и криптон выявляют наркотический эффект даже при нормальном барометрическом давлении, аргон свыше 0,2 МПа, азот при 0,6 МПа, водород при 2,0 МПа. Наркотическое действие неона и гелия в экспериментах обнаружено не было, поскольку под давлением раньше возникают симптомы НСВД.
Еще в 1919 г. Э. Томпсоном было предложено использовать кислородно-гелиевую смесь для дыхания водолазов при глубоководных погружениях. А в 1934 г. А. Барач впервые успешно использовал кислородно- гелиевую смесь для лечения бронхиальной астмы и обструкций гортани.
Здесь необходимо подчеркнуть, что наиболее важный для жизни газ – кислород, при дыхании в чистом виде и при повышенном давлении более 0,2 – 0,4 МПа становится токсичным. При этом, в диапазоне давлений 0,3 – 0,4 МПа кислород (без эритроцитов и гемоглобина) может обеспечивать основные жизненные функции за счет физического растворения в жидких тканях и средах организма.
Установлено, что резкие перепады давления (в 0,03 МПа и более) между внешней средой и воздухоносными полостями организма человека приводят к различным баротравмам. Однако, китообразные (особенно киты и кашалоты) при нырянии на большие глубины в процессе эволюции выработали ряд специфических физиологических механизмов, позволяющих в 3 – 5 раз увеличивать содержание миоглобина в мышцах. У этих животных гораздо большее количество альвеол и капилляров, иное перераспределение крови в органах и тканях.
Кашалоты, например, ныряют на глубины до 2000 м и при этом могут задерживать дыхание до 1,5 ч.
В результате процессов сатурации и десатурации газов в тканях организма, происходит насыщение тканей газами или обратный процесс – выделение газов, причем для разных тканей с различной скоростью. Чем выше скорость снижения давления (при подъеме на поверхность), тем быстрее идет процесс свободного газообразования в тканях, лимфе, крови. Симптоматика проявлений декомпрессионной болезни достаточно характерна: от легких болей в суставах до клиники газовой эмболии с потерей сознания и летальным исходом.
При высокой степени насыщения тканей организма индифферентными газами проявляется определенный комплекс приспособительных реакций, который во многом обусловлен психофизиологическими резервами организма. Этот принцип используется для осуществления так называемых длительных погружений (ДП). Физиологический предел возможности пребывания человека в условиях гипербарии, согласно современным представлениям, ограничен глубинами 800 – 1000 м вод.ст. При использовании кислородно-азотно-гелиевых смесей достигнута глубина 666 м (П. Беннетт, университет Дьюка). В экспериментальном барокомплексе фирмы «Комекс» с использованием кислородно-азотно-водородно- гелиевой смеси испытателями была достигнута «глубина» 701 м (Б. Гардетт, 1993).
Современная гидронавтика рассматривает различные гипербарические объекты: подводные лодки, батискафы, скафандры, подводные жилища и гипербарические комплексы; как экологические системы со своими специфическими особенностями, т.е. как гипербарические экосистемы. Эти системы можно определить, как пространственно замкнутые системы длительного поддержания жизнедеятельности человека в условиях повышенного давления газовой и водной среды обитания. В отличие от природных экосистем, существующих за счет энергии Солнца, гипербарические экосистемы должны поддерживаться искусственными энергетическими устройствами. Вполне понятно, что все гипербарические экосистемы по способу питания являются гетеротрофными, так как получают готовое питание извне.
Поскольку плотность газовой среды в условиях высокого давления в 6 – 10 раз выше, чем при обычных условиях, функция внешнего дыхания человека значительно затруднена. Значительные сложности создают длительные сроки (до двух недель) выведения человека из условий пребывания под повышенным давлением. Это связано с медленным выделением из тканей и жидкостей организма растворенных в них газов. В большинстве глубоководных спусков периоды компрессии и декомпрессии занимают до 60 – 90% всего времени.
Необходимо отметить, что высокое давление, измененные параметры микроклимата и необычная газовая среда могут вызвать неоднозначные и непредсказуемые реакции микроорганизмов, которыми буквально насыщен человеческий организм и которые могут находиться в воздушной замкнутой среде. Эти особенности проявлений микрофлоры могут быть неблагоприятны для здоровья и работоспособности человека.
Из всего вышесказанного с полной очевидностью следует, что исследование гипербарических экологических систем представляется сложнейшей задачей технического, биологического и медицинского планов. Не менее очевидно также, что условия обитания в замкнутых гипербарических экосистемах для человека являются
Одно из современных направлений науки – экстремальная физиология и медицина – изучает реакции человеческого организма на воздействие различных, экстремальных факторов внешней среды, в том числе и связанных с условиями гипербарии.
Специфические и неспецифические экстремальные факторы, воздействующие на водолаза, можно разделить на три группы:
1. Факторы, связанные с физико-химическими свойствами газов под давлением.
2. Факторы, связанные с физико-химическими свойствами воды и гидросферой.
3. Факторы, связанные со свойствами замкнутого газового пространства, создаваемого гипербарической техникой.
Вполне очевидно, что в условиях повышенного давления действует весь комплекс вышеперечисленных факторов, но ведущими факторами являются, прежде всего, гидростатическое и атмосферное давление и измененное парциальное давление кислорода и индифферентных газов-разбавителей кислорода.
Анализ литературных данных и собственных исследований позволили автору (д.м.н. Б.Н. Павлов) сформировать картину действия на организм человека гидростатического давления и высокого парциального давления индифферентных газов (схема 42).
Взаимодействие главных факторов: гидростатического давления и высокого парциального давления индифферентных газов на организм
Физиологические критерии, определяющие вклад гидростатического давления в формирование НСВД на разных уровнях организма
Исследования психофизиологических реакций организма человека при воздействии гипербарии были ориентированы на поиск воздействий и газового состава, которые формировали индукционно-анаболическую фазу адаптации.
Динамика электрофизиологических показателей и показателей умственной работоспособности служили основанием для определения перехода организма во вторую стадию адаптации – стадию снижения резистентности. При проявлении симптоматики такого перехода нагрузочные пробы отменялись и проводилась декомпрессия. Этот прием позволил во всех экспериментах с участием человека избежать перехода к третьей стадии адаптации к гипербарии – стадии истощения, которая чревата декомпенсацией жизненно важных функций и возникновением патологических состояний.
В экспериментах на животных исследовались три последних симптома НСВД (клонические судороги, клонико-тонические судороги, паралич и смерть). Исследовалось также токсическое действие кислорода,
