Апр 18

Основные направления в исследовании влияния ударных перегрузок на организм

С. А. Гозулов

Проблема ударных перегрузок непосредственно связана с созданием высокоэффективных средств, необходимых для аварийного покидания и безопасного приземления экипажей современных самолетов и космических кораблей.

Однако потребность защиты организма от ударных механических воздействий возникает не только в авиации и космонавтике. Пассажиры и водители всех видов наземного транспорта, расчеты боевой техники и инженерных укрытий, личный состав десантных и других родов войск в не меньшей мере нуждаются в различных защитных противоударных средствах.

Изучение характера и механизмов повреждений в связи с теми или иными особенностями воздействия ударных перегрузок на человека, помимо приложения к задачам авиационной и космической медицины, охватывает также круг вопросов, решение которых необходимо для профилактики травматизма в спорте, быту и на производстве. С этой стороны рассматриваемая проблема затрагивает интересы профзаболеваний, спортивной и судебной медицины и примыкает к общим вопросам травматологии.

Перечисленные направления исследований можно было бы дополнить изучением таких факторов, как действие на организм взрывной ударной волны, тряски и низкочастотных вибраций, связанных с повторным и многократным воздействием ударных импульсов. Все это позволяет прийти к выводу, что с неуклонным ростом скоростей механизированного передвижения человека и силы взрывных средств значение проблемы ударных перегрузок для военной медицины в целом будет, по-видимому, все более возрастать.

Исследование влияния на организм ударных перегрузок следует рассматривать как теоретическую основу для разработки средств и способов профилактики различных механических травм. Нет необходимости доказывать, сколь важно значение указанной проблемы в области гражданской обороны и защиты личного состава, особенно специализированных родов войск.

Начало систематического исследования влияния на организм ударных перегрузок относится к началу 40-х годов, когда в странах с развитой авиацией возникла необходимость создать новые средства для аварийного покидания самолетов взамен индивидуального ранцевого парашюта. Таким средством явилось катапультное кресло летчика, выбрасывающее его из кабины с перегрузкой до 22–23 ед. Эти данные, полученные в Германии приблизительно в течение 1940–1943 гг., оказались недостаточно физиологически обоснованными. Дальнейшие исследования показали чрезмерность подобной величины перегрузки, что было затем подтверждено анализом травматизма при вынужденных катапультированиях, в частности, количеством случаев с компрессионными переломами позвоночника. По данным Шубба, Дитриха и других (1965), Делае, Менжина и других (1965), Смайли (1964), за последнее десятилетие в ВВС Швеции компрессионные переломы позвонков составляли 23,7% от общего числа вынужденных катапультирований, в Англии – 19%, в США – 21%, в Канаде – 18%, во Франции – 9%.

Столь значительный процент случаев компрессионных переломов после вынужденных катапультирований обусловлен не только чрезмерной динамической нагрузкой на позвоночник (перегрузки в отдельных случаях достигали 20–26 ед), но также погрешностями в исходной позе, недостаточной фиксацией тела в кресле, плохой подгонкой снаряжения и другими осложнениями при катапультировании. Кроме того, часть неблагоприятных исходов возникала в результате поспешных и ошибочных действий летного состава в аварийной обстановке, что указывает на невозможность с наибольшим эффектом использовать средства спасения без применения соответствующей автоматики и специальной подготовки летного состава.

Среди тяжелых травм, наблюдаемых при парашютных прыжках и аварийных посадках современных самолетов, компрессионные повреждения позвоночнику, то есть повреждения, вызванные общей перегрузкой тела, достигают 10,6 и 56,8% соответственно (Кил, 1965; Пирсон, 1962). Значительное место принадлежит закрытым травмам черепа, частота которых среди прочих травм в авиации составляет от 10 до 24%, а их возникновение возможно уже при соударении головы с преградой со скоростью, равной 4–5 м/сек (А. Л. Громов, И. И. Антуфьев и др., 1967; Моуслей, 1956; Рейн, 1966). Примерно при такой же скорости относительного перемещения головы вперед и вниз в момент внезапного торможения или перемещения тела в кресле (кивок головы) в результате резкого изгиба шейного отдела позвоночника возможны компрессионные переломы позвонков и разрывы мягких тканей. Таким образом, тотальная перегрузка на все тело и локальное ее воздействие на область головы способна весьма часто приводить к неблагоприятным последствиям. При этом условия, связанные с травмирующим действием ударных перегрузок, могут легко возникать в специальной и общепроизводственной деятельности человека (Нехлюдов и др., 1966). Все это указывает на необходимость проведения разносторонних исследований влияния на организм ударных перегрузок с целью разработки эффективных защитных средств и мер профилактики. Так, физиолого-гигиенические исследования предусматривают:

-  изучение сравнительной устойчивости, характера и тяжести повреждений органов у различных видов животных при ударных воздействиях, и в частности при перегрузках катапультирования и приземления;

-  исследования в экспериментах на животных физиологических механизмов и разработку критериев патологического (повреждающего) действия ударных перегрузок на организм;

-  обоснование и сравнительную оценку в опытах на животных различных принципов и методов защиты, повышающих переносимость ударных перегрузок;

-  исследования переносимости человеком ударных перегрузок различной характеристики применительно к конкретным средствам и условиям воздействия ударных нагрузок на организм;

-  разработку физиолого-гигиенических рекомендаций, направленных на повышение переносимости человеком ударных перегрузок;

-  оценку эффективности экспериментальных и опытных образцов защитных противоударных средств;

-  изыскание косвенных путей оценки переносимости человеком предельных ударных воздействий на основе различных методов моделирования (разработка механико-математических моделей);

-  статистическое изучение случаев аварий на производстве и транспорте, несчастных случаев падения с большой высоты, практики использования средств катапультирования и приземления, а также других чрезвычайных условий, сопровождающихся различной степенью ударного воздействия на организм;

-  исследование переносимости локальных ударных перегрузок (нагрузок);

-  оценку механического воздействия взрыва и сейсмоперегрузок на личный состав, находящийся в защитных инженерных сооружениях и различных видах боевой техники;

-  изучение оптимальных условий и методов ознакомительной тренировки, подготовку и обучение боевых расчетов использовать средства и способы, уменьшающие отрицательное действие ударной перегрузки на организм.

Первостепенной практической задачей во всех перечисленных исследованиях является определение допустимой для человека величины ударного воздействия, позволяющей эксплуатировать конкретные средства авиационной, космической и другой техники, а также разработка рекомендаций и защитных устройств, повышающих устойчивость организма к таким воздействиям.

Существенной стороной исследований является вопрос о критериях переносимости ударных перегрузок. По каким же физиологическим, биохимическим, морфологическим или биомеханическим показателям следует оценивать неблагоприятные условия, снижающие переносимость организмом ударных воздействий? Основная трудность заключается не в оценке выраженной патологии при достижении действующего фактора предельных для организма значений, а в предупреждении ее возникновения по данным физиологических, биохимических и других показателей.

В решении указанного вопроса можно отметить две тенденции. Первая учитывает наличие болевого синдрома на ударное воздействие и его субъективную оценку (общий удар, сотрясение, ушиб и т. д.). В этом случае иногда говорят о «добровольной границе» переносимых воздействий, о «субъективных пределах» для механических нагрузок и проч. Вторая принимает во внимание клинико-физиологическую сторону, рассматривающую с общемедицинских позиций нарушения физиологических функций организма, возникающих при ударных воздействиях (рефлекторные изменения в системе дыхания и кровообращения, в нервной и мышечной системах, а также данные клинического и биохимического анализа мочи, крови и др.), и, указывающих на возможность развития коллаптоидного состояния, стойких расстройств функции, а также изменений, обусловленных наличием скрытых травм опорно-мышечного аппарата или повреждениями внутренних органов.

Однако используемые в настоящее время критерии оценки не всегда позволяют достаточно точно судить о переносимости ударной перегрузки, особенно в зоне таких величин, при которых вероятность патологических изменений резко повышается. Этим отчасти объясняется частое расхождение в определении предельных или допустимых при тех или иных условиях величин ударных перегрузок для человека. Поэтому дальнейший поиск объективных критериев переносимости перегрузок сохраняет первостепенную актуальность в числе основных задач исследований.

Отсутствие прямых и точных (количественных) показателей степени механического воздействия на организм весьма затрудняет нормирование в данной области. Использование многочисленных косвенных показателей, характеризующих состояние физиологических функций (пульс, дыхание, артериальное давление и пр.), дает лишь качественную оценку реакций. Попытки использовать более тонкие показатели состояния работоспособности человека (оператора) для отдельных случаев нормирования допустимых величин перегрузок не дают пока положительных результатов. Тем не менее, оценка дееспособности и боеспособности после использования средств аварийного покидания, приземления или локального действия перегрузок имеет, несомненно, практическое значение. Не исключена возможность, что желаемый ответ может быть получен при применении биомеханических и биофизических критериев для оценки действия механических сил на тело человека. Однако для этих целей необходима разработка миниатюрных тензометрических датчиков, размещаемых на различных участках тела и позволяющих количественно определять величину деформации, силы, ускорения, а также поглощенной энергии.

Другой не менее важной стороной исследований в области ударных воздействий является соблюдение, адекватности экспериментальных условий тем ситуациям, в которых реально возникают такие перегрузки. Выполнение данного условия определяется техническим совершенством стендовых установок, воспроизводящих ударные перегрузки по заданным параметрам, точностью измерительной аппаратуры, регистрирующей величины скорости, перегрузки, смещения и т. д., наконец, возможностью воспроизводить комплекс действующих факторов в их последовательности или одновременности, характерной для конкретных аварийных ситуаций или любых других условий ударного механического воздействия на человека.

Решить рассматриваемую проблему удастся лишь при условии взаимодействия различных направлений научных исследований и творческого участия медицинских и технических специалистов, а также самоотверженного труда испытателей.

Наряду с разнообразными методами врачебного наблюдения и физиологического контроля, а также со специальными методами психофизиологической оценки работоспособности лиц, подвергнутых воздействиям ударных перегрузок, необходимо уделять больше внимания клинико-физиологическим исследованиям и оценке функционального состояния основных систем организма (нагрузочные пробы) в период последействия перегрузки.

Чтобы в полной мере оценить характер реакций организма на ударное воздействие, нельзя ограничиваться только физиологическими или биохимическими методами исследования. Для описания и анализа динамической реакции тела при той или иной интенсивности внешнего воздействия следует более широко привлекать точные физико-математические методы и аналитические возможности теоретической механики, стараясь установить зависимость функциональных изменений от параметров механического воздействия.

Отдавая должное многим конкретным исследованиям, освещающим и расширяющим в отдельности феноменологическую характеристику реакций организма на различные ударные воздействия, нельзя не отметить недостаточность теоретических обобщений в этой области. Давно назрела необходимость подвергнуть единому анализу и единому пониманию эффекты таких воздействий, как перегрузки катапультирования и приземления, действие воздушного потока, взрывной декомпрессии, ударной волны, некоторых видов вибраций, обладающих большой амплитудой и малой периодичностью, а также установить связь этих изменений с последствиями локальных ударов, эффектами однократного и повторного действия компрессионных механических сил, возникающих при авариях, несчастных случаях и некоторых видах профессиональной деятельности человека.

В практическом отношении все ударные механические воздействия на человека можно разделить на три основные группы:

-  повреждающие интенсивности воздействия, которые независимо от каких-либо условий приводят к патологическим состояниям или тяжелым травмам;

-  относительно безопасные интенсивности воздействия, которые в зависимости от конкретных условий могут быть:

а) предельно переносимыми (это такие величины перегрузок, которые в данных условиях способны вызвать патологические состояния или повреждения отдельных органов и опорных структур тела с последующим благоприятным исходом);

б) физиологически переносимыми (перегрузки, вызывающие кратковременные, быстропроходящие патологические сдвиги основных физиологических функций, но не сопровождающиеся травмами органов и тканей, а также выраженным снижением общей работоспособности);

-  допустимые интенсивности воздействия (допустимые перегрузки), которые устанавливаются для данной группы лиц и ограниченных условий воздействия. Последние определяются требованиями к профессиональным и должностным обязанностям подвергнутых воздействию лиц, к их работоспособности, самочувствию, физическому состоянию и пр.

Допустимые перегрузки при отсутствии специальных требований к данному контингенту лиц приближаются к физиологически переносимым перегрузкам и, наоборот, при наличии таких требований должны существенно отличаться от них.

Кроме того, можно выделить зону малых индифферентных интенсивностей воздействия, при которых перегрузки в оптимальных условиях не вызывают каких-либо стойких функциональных нарушений в организме (исключая локальное действие удара). Применительно к аварийным средствам подобные перегрузки не имеют практического значения, но определение их границы может оказаться необходимым при оценке эффективности индивидуальных средств защиты и пр. Поскольку переносимость ударных перегрузок зависит от многих факторов, то нормируемые величины (интенсивности воздействия) должны уточняться для каждого конкретного случая применения средств аварийного покидания или, приземления.

В настоящее время экспериментально установлено, что физиологические и биодинамические реакции, наступающие в результате воздействия ударной перегрузки на организм, существенно зависят от ее физической характеристики. Если взять в качестве критерия продолжительность перегрузки, то по этому признаку среди ударных воздействий можно наметить четыре характерные группы:

-  мгновенные перегрузки, при которых продолжительность ударного воздействия составляет менее 0,01 сек;

-  кратковременные перегрузки, действующие в течение от 0,01 до 0,3 сек;

-  перегрузки с продленным действием от 0,3 до 1–2 сек;

-  повторные ударные воздействия (в том числе знакопеременные перегрузки с интервалами между воздействиями более 0,01 сек).

Пока еще экспериментальных материалов для определения границ между такими группами недостаточно, поэтому приведенные градации времени в известной степени условны. Однако некоторые качественные их различия, преимущественные изменения, доминирующие в комплексе ответных реакций, выявились и сводятся к следующему. При постепенном уменьшении времени ударного воздействия от 1 сек до 1 мсек на первое место последовательно выступают:

-  механическое нарушение или ограничение функций физиологических систем организма;

-  нарушение исходной позы, относительное смещение частей: тела — и органов;

-  повреждение скелета и опорных структур тела;

-  повреждение элементов тканей и паренхимы органов.

С увеличением продолжительности ударного воздействия более 0,5 сек к непосредственным компрессионным механическим эффектам присоединяются циркуляторные расстройства в тканях и органах без нарушения функции кровообращения в целом. При уменьшении же продолжительности воздействия и увеличении скорости приложения силы к телу эффекты воздействия проявляются в виде микротравм, которые возникают в тканях в результате распространения по ним волны деформации (сжатия). В этом случае более часто травмируются воздухосодержащие или заполненные жидкостью органы, подвергаются разрывам каркасные элементы тканей и органов. Повреждения тканей и паренхимы органов при очень кратковременных и многократно повторяемых ударных импульсах характеризуются разрушением клеточных структур и отдельных их элементов, как это имеет место при действии высокочастотных вибраций и ультразвука. Таким образом, особенности механической реакции тела определяются характером возбуждаемых колебаний и процессом их трансформации в органах и тканях.

Особо следует подчеркнуть возможность кумулятивных эффектов при повторном действии . перегрузок, а также вероятность повреждения в этом случае внутренних органов при целостности покровных тканей и костного аппарата.

Ударные воздействия относятся к сильным чрезвычайным раздражителям, вызывающим у высших животных и особенно у человека неспецифические защитные реакции по типу ориентировочных и натуральных условных рефлексов в ответ на обстановку или словесные раздражители. Механизм данной реакции позволяет упреждать неблагоприятное действие повреждающих факторов. В этот период наблюдается резко выраженное усиление функций, которое имеет генерализованный характер, обусловленный общим первичным возбуждением ЦНС. Организм как бы накапливает необходимые резервы путем усиления жизненно важных функций, подготавливаясь к предстоящему воздействию, к жизнедеятельности в новых необычных условиях. Целесообразность подобных предварительных функциональных изменений очевидна, но так ли очевидна целесообразность их исследований. В связи с указанным, можно отметить, что детальная оценка наблюдаемых изменений необходима, во-первых, для того, чтобы иметь возможность дифференцировать специфические реакции от неспецифических физиологических изменений, распространяющихся также и на период последействия перегрузки; во-вторых, для определения степени перенапряжения функций, которое может привести к истощению регуляторных механизмов и резервных возможностей организма. На фоне таких упреждающих, генерализованных защитных реакций при достижении порогов функциональных нарушений возникают специфические реакции на механическое повреждающее действие перегрузки. Они характеризуются кратковременным ослаблением, торможением основных жизненных функций (брадикардия, апное, асистолия, снижение артериального давления, минутного объема крови и др.).

Проведенные исследования показали, что в характере ответных реакций на действие ударных перегрузок различаются:

-  общие приспособительные защитные реакции организма на воздействие перегрузки, как на сильный чрезвычайный раздражитель;

-  рефлекторные реакции различных функциональных систем на непосредственное действие механического раздражителя;

-  биомеханические, динамические реакции (в первую очередь опорных тканей и органов тела) на действие внешней механической силы.

Соответственно перечисленным эффектам на действие перегрузки следует применять адекватные методы исследования с целью достижения возможно более полной оценки специфических и неспецифических реакций организма.

По мере усиления ударного действия раздражителя, повышения его пикового значения и величины кинетической энергии, сообщаемой телу, наблюдается сближение порогов функциональных и морфологических нарушений в организме. Однако установить момент появления механических повреждений по данным нарушения физиологических функций в периоде ближайшего последействия перегрузки затруднительно. Поэтому следует уделять больше внимания не столько оценке общих функциональных нарушений в организме, сколько изучению изменений в местах наибольшего приложения механической энергии. Эта задача в конечном итоге может быть сведена к ранней диагностике микротравмы, экстенсивность которой при тотальном действии ударной перегрузки, по-видимому, достаточно велика, чтобы ее можно было обнаружить клинико-физиологическими и специальными биохимическими методами исследования.

Непосредственным результатом воздействия на организм ударной перегрузки является, как известно, напряжение и деформация всех его тканей и органов. Причем основная нагрузка воспринимается опорными частями тела: костным и связочно-суставным аппаратами, каркасными элементами тканей и органов.

Динамическая реакция массы тела человека на воздействие ударной перегрузки достаточна сложна и еще мало изучена с применением точных физико-математических методов исследования. В развитии этого направления, как и во всем комплексе биомеханических исследований, заложено одно из главных направлений изучения ударных воздействий на организм, которое может дать возможность более полно выразить количественно наблюдаемые изменения.

Однако нельзя не отметить один недостаток, присущий рассматриваемым исследованиям, заключающийся в том, что определение предельной величины деформации тканей, органов или частей тела связано с возникновением травмы или, в лучшем случае, с болевым синдромом, доводить до которых воздействие в процессе физиологических испытаний недопустимо. В то же время без этой предельной величины использование показателей деформации в качестве критериев переносимой перегрузки крайне затруднено. Правда, существуют косвенные пути и методы, позволяющие подойти к практическому решению вопроса. К ним относятся сравнительные физиологические исследования на животных, исследования механических свойств отдельных тканей и органов, статистические и динамические испытания анатомических препаратов (позвонков и их комплексов) и целых трупов.

Успех подобных исследований, с одной стороны, достигается эффективностью микроморфологических, рентгенологических и, может быть, гистохимических исследований, с другой – адекватностью модели физиологическим и биомеханическим параметрам. Для последнего необходимо научиться точно измерять перегрузки на отдельных участках поверхности тела и внутренних органов.

Все рассмотренные направления исследований, как уже отмечалось, предусматривают изыскание средств повышения устойчивости организма к ударным воздействиям, которое обеспечивается:

-  оптимизацией ударного воздействия перегрузки на организм (выбор таких параметров и условий, которые оказываются наиболее приемлемыми как в физиологическом, так и в биодинамическом отношениях);

-  применением защитных средств и приспособлений (опорные устройства, системы фиксации, амортизации и т. д.);

-  обучением и специальной подготовкой личного состава.

По-видимому, существуют и некоторые другие пути, связанные с изменением реактивности организма, с повышением резистентности тканей к механическому воздействию. Однако разработка подобного направления применительно к ударным воздействиям практически не проводилась, а сама возможность такого повышения устойчивости является дискуссионной.

Похожие статьи:

  1. Основные закономерности реакций организма на действие ударных перегрузок С. А. Гозулов Влияние ударных перегрузок на организм, прежде всего,...
  2. Направление перегрузки, вектор перегрузки, терминалогия перегрузок А. В. Иванов, И. А. Цветков Практика авиации, поставив человека...
  3. Особенности реакций человека, находящегося в свободной позе, на кратковременные ударные ускорения различного направления А. Ф. Коваленко, И. С. Васильев, Р. К. Кузмицкий, Л....

автор admin \\ теги:



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.