Экологическая ф.ч. Конспект лекций. Конспект лекций Донецк 2016
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
Реакции животного организма, обусловленные перераспределением жидкостей в нем в условиях невесомости Распределение жидкости в системе эластичных резервуаров определяется законами гидро- статики. В частности, гидростатическое давление, величина которого пропорциональна высоте столба жидкости и ее удельному весу, воздействуя на стенки резервуара, вызывает их растяжение и соответствующее перераспределение объемов жидкости вниз. Данная закономерность проявля- ется и в распределении биологических жидкостей (главным образом крови) у человека и живот- ных в наземных условиях. Так, пребывание в вертикальном положении сопровождается относи- тельным депонированием некоторого объема крови в нижней половине тела, снижением венозно- го возврата к сердцу, систолического выброса и комплексом соответствующих компенсаторных реакций. Ходьба, бег, прыжки, изменения положения тела в пространстве меняют величину и на- правление гравитационных смещений крови у человека, благодаря чему организм находится в со- стоянии постоянной готовности к включению компенсаторных реакций, связанных с действием гидростатического фактора. Постоянное пребывание в горизонтальном положении, напротив, уменьшает величину и изменяет направление гидростатических сил, а погружение в воду способствует их нейтрализации. В частности, в связи с тем, что вода через мягкие ткани оказывает эквивалентное противодавление на сосудистые стенки, депонирования крови в нижней половине тела даже при вертикальной позе под водой не происходит. В состоянии же невесомости действие гидростатического давления снимается полностью, в результате чего происходит перемещение некоторого объема крови из нижней половины тела в 92 верхнюю. Подтверждением этому служит тот факт, чтомногие космонавты в состоянии невесомо- сти испытывали ощущение прилива крови к голове, гиперемию кожных покровов лица, развитие отечности носоглотки и тканей лица. Электроплетизмографические исследования, проведенные при кратковременной невесомости на самолете, выявили увеличение кровенаполнения сосудов органов грудной клетки, а в орбитальном полете у космонавтов обнаружено повышение давления в системе яремных вен, а также развитие венозного застоя в бассейне черепно-мозговых сосудов. Отмеченное в условиях невесомости относительное возрастание центрального объема кро- ви (составляет у человека приблизительно 400 мл) при снижении гидростатического давления яв- ляется пусковым механизмом рефлекса, приводящего к изменению водно-солевого обмена, потере плазмы и уменьшению общего объема циркулирующей крови до величины, при которой заполнение кровью центральных вен возвращается к гомеостатической норме. Рецепторная зона этого рефлек- са локализована преимущественно в области левого предсердия. В частности, Гауэр и Генри уста- новили, что увеличение объема левого предсердия увеличивают диурез у собак с 5 мл за 10 мин в норме до 13-21 мл за 10 мин. Импульсация от обнаруженных ими волюморецепторов левого пред- сердия поступает по вагусу в продолговатый мозг, а затем в супраоптическую область гипотала- муса и оказывает тормозное влияние на секрецию антидиуретического гормона, что ведет к уменьшению реабсорбции воды в почках, как следствие, возрастанию диуреза и потере плазмы. Вместе с тем, наряду с информацией от волюморецепторов левого предсердия (опреде- ляющей срабатывание "объемного" механизма регуляции массы циркулирующей крови), большое значение в регуляции водно-солевого равновесия имеет и механизм осморецепции, от которого за- висит выработка в коре надпочечников альдостерона, усиливающего реабсорбцию натрия и хлора, и, как следствие, воды из первичной мочи. Регуляция же секреции альдостерона осуществляется в зависимости от характера информа- ции, поступающей от осморецепторов сосудистого русла и механорецепторов правого предсердия. В частности, снижение активности осморецепторов сосудов и растяжимости правого предсердия притекающей кровью обуславливают компенсаторное увеличение продукции минералокортикои- дов клубочковой зоной коры надпочечников и, как следствие уменьшение диуреза и задержку со- лей и воды в организме. Вместе с тем, наряду с афферентной информацией от волюморецепторов правого предсер- дия, определенную роль в регуляции секреции минералокортикоидов надпочечниками играет и атриопептин, секретируемый клетками правого предсердия в ответ на перерастяжение и тормозя- щий продукцию минералокортикоидов, что будет способствовать увеличению диуреза и нормали- зации объема циркулирующей крови. В конкуренции «объемного» и «осмотического» механизмов регуляции массы циркули- рующей крови "объемному", срабатывающему в ответ на возрастание притока крови к левому предсердию, придается более важное значение, поскольку при нарушении постоянства объема крови осмотический механизм может уже не проявлять себя. Одновременно с полиурией, обусловленной возрастанием центрального объема крови в усло- виях невесомости, уменьшается жажда и устанавливается отрицательный водный баланс. Процессы перестройки водно-солевого обмена и развитие относительной дегидратации протекают довольно бы- стро (преимущественно в течение первых двух суток воздействия невесомости), и водный обмен ус- танавливается на новом, более низком балансовом уровне, в результате чего уменьшаются интенсив- ность диуреза, количество потребляемой жидкости, а также скорость обновления воды. Обусловленное потерей плазмы сгущение крови сопровождается возрастанием ее вязкости, хотя в дальнейшем может происходить и уменьшение массы эритроцитов, в результате чего соотношение форменных элементов крови и плазмы нормализуется. Снижение содержания гемоглобина, отмеченное при послеполетном обследовании космонавтов, обусловлено подавлением эритропоэза и, как показали исследования с имитацией невесомости, становится более выраженным по мере того как возрастает перераспределение крови из нижней половины тела в верхнюю. Кроме того, со стороны крови наблюдается лейкоцитоз и повышение свертываемости. Между тем, в поздние сроки экспериментального моделирования невесомости намечается тенденция к восстановлению объема циркулирующей крови. Механизм этого процесса неясен, однако его можно связать с развитием вторичного альдостеронизма или с изменением других механизмов регуляции водного обмена. 93 Потеря жидкости служит одной из причин снижения веса тела, которое неоднократно регистрировалось в послеполетном периоде и после окончания экспериментов с имитацией невесомости. Величина этого снижения составляла в среднем от 2 до 5% от исходного веса тела, не зависела от продолжительности воздействия и относительно быстро компенсировалась за счет увеличенного потребления воды и пониженного диуреза. Вместе с тем, по мере увеличения продолжительности полетов восстановление веса происходит медленнее, что, вероятно, связано с изменением структуры потерь веса и увеличением доли тканевых потерь воды. Еще одним специфическим результатом отсутствия гидростатического давления в условиях невесомости может быть возникновение изменений венозного тонуса (особенно на нижних конечностях), регуляция которого в наземных условиях в значительной мере определяется колебаниями гидростатического давления. В частности, в условиях космического полета изменя- ются упругоэластичные свойства вен, лишенных гидростатического давления, возрастает их ригидность, ухудшается растяжимость и сократимость. Наряду с описанными изменениями в сердечно-сосудистой системе в условиях невесомо- сти, вызванных отсутствием гидростатического давления крови, наблюдается также и снижение ортостатической устойчивости человека. Происхождение ортостатических расстройств связывает- ся, в частности, с явлениями дегидратации, а точнее, с уменьшением общего объема циркулирую- щей крови, поскольку оно усугубляет снижение венозного возврата крови к сердцу при верти- кальном положении тела. И, действительно, дегидратация любого происхождения (кровопускание, ограниченное по- требление воды, тепловой стресс), как известно, отрицательно сказывается на переносимости воз- действий, связанных с перераспределением крови к ногам. Кроме того, большое значение в генезе ортостатических расстройств придается также снижению мышечного тонуса, в особенности на нижних конечностях, уменьшению емкости венозного депо в нижней половине тела, проницаемо- сти сосудистых стенок и выходу плазмы в межклеточное пространство, а также особенностям нервно-гуморальной регуляции функций в вертикальном положении. Установлено, что ортостати- ческие расстройства после полета бывают более выраженными у тех космонавтов, у которых ус- тойчивость к вертикальной позе была относительно ниже и перед полетом. Дегидратация, обусловленная отсутствием или снижением гидростатического давления крови, по-видимому, является одной из причин ухудшения переносимости ряда других стрессовых воздейст- вий, в частности ускорений и физических нагрузок. Так, установлено, что обезвоживание на величину, составлявшую более 4% веса тела, приводит к нарушениям со стороны изометрического мышечного сокращения, физической работоспособности и переносимости продольных ускорений. Со стороны сердца в условиях невесомости вначале наблюдается тенденция к тахикардии, а затем – брадикардии. Брадикардия в условиях невесомости, очевидно, развивается в силу приспо- собления сердца к уменьшенной физической нагрузке (в частности, исключения мышечных уси- лий на преодоление сил земного притяжения) и сниженному обмену веществ. Дыхание вначале орбитального этапа полета несколько учащенное, затем быстро нормали- зуется и далее замедляется. В некоторых случаях возникают тошнота, рвота, слюнотечение, кото- рые вместе с изменениями в сердечной деятельности и аппарате внешнего дыхания являются следствием повышенной активности блуждающего нерва, служащей одним из проявлений косми- ческой формы укачивания. Таким образом, конечные эффекты, вытекающие из механизма перераспределения крови в состоянии невесомости, весьма серьезны и обуславливают уменьшение массы и объема циркули- рующей крови, которое может вызвать и уменьшение объема межклеточной жидкости, что отри- цательно скажется на работоспособности организма, переносимости различных нагрузок и орто- статической устойчивости после возвращения на Землю. Реакции животного организма, обусловленные отсутствием весовой нагрузки на костно-мышечную систему в условиях невесомости Снятие весовой нагрузки на опорно-двигательный аппарат в условиях невесомости служит причиной возникновения системных сдвигов, патофизиологической основой которых является «атрофия от неупотребления». В частности, отсутствие необходимости в активном противодейст- 94 вии гравитационным силам и поддержании позы, уменьшение мышечных затрат на перемещение тела и отдельных его частей в пространстве теоретически должно приводить к снижению энер- гообмена и уменьшению требований к системе транспорта кислорода (т.е. к сердечно-сосудистой системе). Так, снижение нагрузки на опорно-двигательный аппарат в условиях невесомости обуслав- ливает и ослабление эритропоэза, приводящее к развитию некоторой анемии, носящей физиологи- ческий характер и не сопровождающейся развитием гипоксии в тканях. Изменения же фазовой структуры сердечного цикла в исследованиях с имитацией невесомости часто укладываются в симптомокомплекс фазового синдрома гиподинамии сердца, для которого характерны уменьше- ние механической активности сердечной мышцы, возрастание электромеханической задержки, увеличение периода напряжения и уменьшение периода изгнания, которые связывают с ваготонической реакцией. В отдельных случаях у космонавтов вскоре после приземления регист- рируют признаки ухудшения сократительной функции миокарда. Кроме этого, снижение нагрузки на мышечную систему и опорные структуры в условиях невесомости, существенная перестройка двигательной координации в безопорном состоянии создают предпосылки для изменений метаболизма, нарушений нейрогуморальных механизмов регуляции соматических и вегетативных функций и развития, так называемого синдрома гиподинамии. Основными последствиями этого синдрома являются: снижение энергетического метаболизма в организме, обуславливающее уменьшение потребности в пище. Вместе с тем, выполнение ряда рабочих операций внутри и вне кабины космического корабля осложнено отсутствием привычной опоры и требует существенной перестройки координации движений. В результате мышечные и энергетические затраты на эти операции могут в состоянии невесомости возрасти по сравнению с наземными условия- ми, что может обусловливать даже повышение уровня обмена веществ в организме при их выполнении по сравнению с таковым на Земле. Однако, в среднем (за весь период орбиталь- ного полета) уровень энергообмена при длительном пребывании в орбитальном полете у космонавтов снижается, что обуславливает и уменьшение потребности в пище; уменьшение нагрузки на опорно-связочный аппарат и скелетные мышцы обуславливает не- которую декальцинацию костной ткани (особенно в области метафизов трубчатых костей) и развитие частичной атрофии скелетных мышц (преимущественно экстензорных, выполняю- щих в условиях естественной гравитации Земли антигравитационную функцию). В целом, невесомость и экспериментально моделируемая гиподинамия приводят к уменьшению тону- са мускулатуры, мышечной силы, выносливости и физической работоспособности; уменьшение мышечного тонуса, физической напряженности и энергообмена в состоянии гиподинамии сопровождается развитием детренированности сердечно-сосудистой системы, что в свою очередь ухудшает переносимость различных нагрузок. В то же время в состоянии покоя изменения в сердечно-сосудистой системе не выходят за пределы допустимых физиологических колебаний, характеризуются фазностью и не всегда постоянны. Общие циркуляторные сдвиги, связанные с гиподинамией и снижением гидростатического давления крови, сопровождаются и изменениями регионарного кровообращения, в частности развитием венозного застоя. Так, после полетов с помощью реографической методики обнаружена асимметрия тонуса мозговых артериол и вен, которые могут послужить причи- ной ряда неврологических расстройств при длительной гиподинамии. Последние характеризуются симптомами межполушарпой асимметрии и правосторонней пирамидной недостаточности. Изменяется и биоэлектрическая активность мозга, что может быть связано с уменьшением функциональной подвижности корковых процессов и активирующего влияния ретикулярной формации. К числу других вероятных неврологических нарушений относят вегетативно-сосудистую дисфункцию, астено-невротический синдром и синдром нейромышечных нарушений. Таким образом, снятие весовой нагрузки на костно-мышечный аппарат является самостоя- тельным и весьма важным пусковым механизмом в развитии разнообразных нарушений, обуслов- ленных невесомостью. Целостная картина изменений, возникающих в организме человека под влиянием невесомости или имитирующих ее действие условий, включает в себя сложный ком- 95 плекс реакций со стороны сердечно-сосудистой, костно-мышечной систем, системы крови, обмен- ных функций, механизмов нервной и гуморальной регуляции, общей реактивности и иммунитета, состояния анализаторной и высшей нервной деятельности. Поскольку упомянутые реакции являются преимущественно выражением адаптационных сдвигов, они, как правило, не накладывают сколько-нибудь существенных ограничений на общее состояние и работоспособность космонавтов в процессе самого полета. В частности, данные, по- лученные в космических полетах продолжительностью до 3 месяцев, свидетельствуют о том, что адаптация к «комплексу сниженных требований» протекает в основном благоприятно, хотя в ост- ром периоде адаптации, в первые 7-10 суток полета, отмечаются изменения самочувствия, работо- способности и вестибулярные расстройства, обусловленные вероятно развитием стрессового со- стояния организма из-за весьма непривычных условий жизнесуществования. Тем не менее имею- щиеся научные данные не позволяют полностью исключить возможность развития более серьез- ных изменений при продолжительных полетах (большей выраженности деструктивных процессов, астенизации, возникновения заболеваний, требующих специализированной медицинской помощи, понижения физической и умственной работоспособности). В настоящее время наиболее критической формой проявления сдвигов, обусловленных влиянием невесомости на организм человека, являются нарушения, которые возникают в реадап- тационном периоде. Основные из них состоят в снижении переносимости перегрузок, вертикаль- ной позы, ухудшении физической работоспособности, координации ходьбы и других двигатель- ных актов. Поэтому одной из важных в научно-практическом отношении задач медицинского обеспечения длительных космических полетов является разработка и внедрение системы меро- приятий по профилактике расстройств, возникающих у космонавтов при возвращении на Землю. Влияние на организм человека шума и вибрации Под шумом понимается сочетание различных по частоте и интенсивности звуков. Под ин- тенсивностью звука понимают поток энергии (фронт повышенного атмосферного давления), про- ходящей через единицу площади в единицу времени. Шумы, включающие звуки определенной высоты и интенсивности, способны оказывать неблагоприятное воздействие на живой организм. Шум является типичным компонентом нагрузки на многих производственных предприятиях. Так, воздействию шума особенно высокой интенсивности подвергаются люди определенных профес- сий: летчики, обслуживающий персонал авиалиний, штамповщики, проходчики туннелей, взрыв- ники, судостроители и некоторые другие. Интенсивность звука можно измерить приборами, регистрирующими уровни громкости (обычно уровни громкости измеряют в дБ). При оценке шума обычно принимают во внимание не только его интенсивность, но и длительность действия. Уровень длительно действующего шума (т.н. средний уровень шума) рассчитывают для 8-часового периода рабочего дня или, в случае экологических шумов, для 16 дневных часов и 8 ночных часов. Действие шума сначала ощущается психологически. В зависимости от ситуации и характе- ра шума даже его низкие интенсивности могут восприниматься как утомляющие и раздражающие. Психологический дискомфорт, вызываемый шумом, в значительной степени зависит от психоло- гического отношения субъекта к источнику звука. Например, некоторых жильцов дома может сильно раздражать игра на пианино двумя этажами выше, хотя уровень громкости при этом неве- лик и у других жильцов неприятных ощущений не возникает. Особенно чувствительными к шуму люди становятся вечером при приближении времени ночного отдыха (в этот момент человека могут раздражать шум автомобилей, поезда и самолета). Такая высокая чувствительность к шуму в ночное время связана с ослаблением притока чувстви- тельной информации к коре головного мозга от рецептивных полей большинства анализаторов (в том числе и зрительного анализатора при засыпании), в результате чего слуховая информация ощущается гораздо острее на фоне некоторого снижения активности в других сенсорных зонах коры. Желательным верхним пределом шума в ночное время суток считают уровень в 35 дБ. Вме- сте с тем максимальная интенсивность шума, воздействию которого может подвергаться незащи- щенный человек без видимых последствий для слуха, составляет 135 дБ на протяжении не более 10 с (для сравнения: очень громкий индустриальный шум обычно не превышает 120 дБ). Воздей- 96 ствие звука в 150 дБ и выше независимо от длительности его действия и средств защиты уха яв- ляются недопустимыми. В зависимости от приложения влияния шума на структуры организма человека, его дейст- вие можно разделить на две категории: ушное, внеушное. Шум при определенной интенсивности способен вызывать обратимое или стабильное по- вреждение самого органа слуха. Обратимые нарушения в органе слуха и даже в различных отде- лах слухового анализатора (в том числе в слуховой коре) могут проявляться в обратимом оглуше- нии, сопровождающимся повышением слухового порога, и могут быть следствием: понижения чувствительности слуховых рецепторов по причине усиления эфферент- ных тормозных влияний на них со стороны центральной нервной системы, а также возникающего временного нарушения метаболических процессов в них ослабления интенсивности кровоснабжения внутреннего уха, ослабления колебаний барабанной перепонки и стремечка в результате рефлекторного сокращения мышц среднего уха, ограничивающих колебания барабанной перепонки и стремечка (хотя защитная роль этих рефлексов признается не всеми специалистами, некоторые специалисты рассматривают функциональное значение сокращения стре- мечковой мышцы и мышцы, ограничивающей колебания барабанной перепонки, в подстройке чувствительности звукопроводящего аппарата уха в зависимости от час- тоты и интенсивности звуковых колебаний). Стабильное повреждение органа слуха (т.н. звуковая травма) при действии шума чрезмерно высокой интенсивности может проявляться в повреждении барабанной перепонки (возникает при очень неожиданном действии звука чрезмерной интенсивности, когда мышца, ограничивающая колебания барабанной перепонки не успевает сработать), разрыве мембраны овального окна и разрушении самого кортиевого органа. Стабильные функциональные нарушения во внутреннем ухе при действии интенсивного звука зачастую могут быть связаны со снижением возбудимости слуховых рецепторных клеток по причине нарушения метаболизма в них и структурных повреждений. Так, гистологические изме- нения слуховых рецепторных клеток при длительном действии очень сильного шума проявляются в их набухании, изменении способности к окрашиванию, что свидетельствует в пользу поврежде- ния этих клеток. В тяжелых случаях возможно поражение всей улитки и полное разрушение кор- тиева органа, при этом остается лишь обнаженная базилярная мембрана, проницаемость которой увеличивается. Степень повреждения органа слуха при действии шума определяется индивидуальной предрасположенностью, а также интенсивностью, характером и длительностью шума. Так, среди людей, подвергающихся воздействию шума интенсивностью в 90 дБ (в отсутствие внезапных, взрывных звуков) в течение 8 часов в сутки на протяжении 10 лет около 5% предположительно начнут страдать тугоухостью. В связи с этим людям, подвергающимся в условиях производства действию шума в 85 дБ и выше, следует носить наушники (ушные заглушки), а также регулярно проходить медицинские осмотры. Кратковременное действие еще более сильного шума (130 дБ) вызывает ощущение боли в ушах и обратимую утрату слуха (резкое понижение слуховой чувстви- тельности), а в случае длительного воздействия (на протяжении нескольких лет) – необратимое повышение порога слуховой чувствительности. Шум при определенной интенсивности звучания способен вызывать не только временные и постоянные нарушения в ухе, но и в других структурах организма, как правило, в нервной и сер- дечно-сосудистой системе (внеушное действие шума). Наиболее частыми внеушными эффектами действия шума на организм являются нарушение слуховой связи, снижение работоспособности и других психологических показателей, нарушение сна, влияющее на многие физиологические функции. 97 В зависимости от характера воздействия звука различной интенсивности на организм чело- века, его громкость разделяют на 4 уровня. I уровень (30-65 дБ). Такой шум может вызывать психологические реакции (быстрое утом- ление, ухудшение памяти, снижение внимания, работоспособности, повышенную раздражитель- ность), иногда кратковременные психические расстройства. II уровень (65-90 дБ). Наряду с теми изменениями в организме, которые возникают при шу- ме в 30-65 дБ, шум громкостью до 90 дБ способен приводить к временному нарушению функцио- нирования вегетативных и соматических систем, что может проявляться в повышении частоты сердечных сокращений и кровяного давления, сужении периферических сосудов, рефлекторном повышении мышечного тонуса, нарушении сна. При длительном воздействии шума указанной ин- тенсивности возникают расстройства в сердечно-сосудистой системе. Они могут проявляться в нарушении сосудистого тонуса и артериального давления, как правило, обусловленном возрас- тающей лабильностью нервной системы с вторичным нарушением регуляции сосудистого тонуса. Сердечные расстройства, вызванные длительным интенсивным шумовым воздействием, могут проявляться в виде синусовой брадикардии, аритмии, замедлении проведения возбуждения через атриовентрикулярный узел и удлинении внутрижелудочкового проведения возбуждения. Измене- ния функционального состояния миокарда обусловлены, по-видимому, как повышением лабиль- ности центральных механизмов регуляции сердечной деятельности, так и нарушением кровоснаб- жения сердца по причине сужения коронарных сосудов. III уровень (90-120 дБ). Наряду с изменениями, которые вызывает шум I и II уровней гром- кости, шум интенсивностью в 90-120 дБ при кратковременном воздействии способен вызвать об- ратимое оглушение, тогда как при длительном воздействии на человека (в течение многих лет) – может явиться причиной стабильного снижения слуха. Определенные изменения происходят и в высшей нервной деятельности. В частности, снижается сила и подвижность нервных процессов, отмечается инертность возбуждения, образование застойных очагов возбуждения в моторных и слуховых сенсорных зонах коры головного мозга. IV уровень (свыше 120 дБ). Наряду с изменениями, которые вызывает шум I-III уровней громкости, шум интенсивностью свыше 120 дБ, может явиться причиной повреждения нервных клеток. В Европе приняты следующие стандарты предельно допустимых уровней шума в различных зонах. Так, в курортных зонах предельно допустимым в дневное время является шум в 45 дБ, а в ноч- ное – 35 дБ; в жилых массивах (спальных районах) уровень шума в дневное время должен не превы- шать 50 дБ, а в ночное – 35 дБ; в смешанных зонах (например, в городских центрах) предельно допус- тимый уровень шума днем должен составлять не более 60 дБ, а ночью – не более 45 дБ. Действию вибрации человек подвергается зачастую при вождении автомобиля и работе с какими-то колеблющимися приборами и машинами. Колебания машин передаются на туловище и голову через ноги, ягодицы или руки. Колебаниям подвергается все тело и в зависимости от соб- ственных резонансных частот отдельные органы. Резонансная частота для всего тела составляет 4- 7 Гц, для головы – 1-4 Гц, живота – 1,5-6 Гц, ступней – 1-3 Гц, позвоночника – 3-5 Гц и т.д. Виб- рационные нагрузки, вызывая колебания тех или иных частей тела, могут вызвать острое падение работоспособности, общее недомогание, характерные боли, нарушение координации тонких дви- жений и возможное временное падение остроты зрения (вследствие колебания глазных яблок). При частом воздействии на организм человека вибрационных нагрузок возможны хронические повреждения, развивающиеся, как правило, в суставах (особенно локтевых) и сочленениях позво- ночника. Лица, работающие с мощными электропилами, часто страдают сосудистыми расстрой- ствами в пальцах и кистях рук. |