Автореферат и диссертация по медицине (14.00.32) на тему:Высотная декомпрессионная болезнь: экспериментальное исследование патогенеза и путей профилактики

государственный научный центр российской федерации -институт медико-биологических проблем

; * '' ' На правах рукописи

Катунцев Владимир Петрович

высотная декомпрессионная болезнь: экспериментальное исследование патогенеза и путей профилактики

(14.00.32 - авиационная, космическая и морская медицина)

автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем.

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

Генин A.M.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Черняков И.Н.

доктор медицинских наук Пестов И.Д. доктор медицинских наук Тихонов М.А.

Ведущая организация: Российский государственный научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина.

Защита состоится "_"_1996 года в_часов на заседании

Диссертационного совета Д-074.31.01 при Государственном научном центре РФ -Институте медико-биологических проблем по адресу: 123007, г.Москва, Хорошевское шоссе, 76А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан "_"_ 1996 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат медицинских наук

Буравкова Л.Б.

общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Декомпрессионная болезнь (ДБ) является одной из актуальных проблем авиакосмической и морской медицины.

В свете современных представлений о этиологии этого заболевания методы его диагностики, профилактики и лечения должны учитывать специфику процессов образования и роста газовых пузырьков в крови и тканях организма и их корреляцию с характером и тяжестью декомпрессионных нарушений. Однако, несмотря на интенсивные исследования, проводимые в этом направлении как в нашей стране (Сапов И.А. и соавт., 1975; Анисимов О.И., 1988; Королев А.Б., 1989; Волков Л.К., Ляпии В.М., 1991; Чадов В.И., Черняков И.Н. и соавт., 1986; Исеев JI.P. и соавт., 1988; Катунцев В.П. и соавт., 1994; Chadov et al., 1995), так и за рубежом ( Gardette, 1979; Bayne et al., 1985; Olson et al., 1988; Waligora et al., 1987, 1991; Powell, 1991, 1992; Webb et al., 1993; Kumar et al., 1993 и др.), многие аспекты данной проблемы до сих пор остаются недостаточно изученными в виду неполной ясности отдельных сторон этиологии и патогенеза ДБ.

Весьма актуальным и крайне слабо разработанным представляется вопрос об обосновании критериев объективной диагностики ДБ у человека и методах ее прогнозирования. Чтобы предотвратить развитие наиболее опасного при воздействии декомпрессии аэроэмболического синдрома (Парин В.В., 1941; Fulton, 1951; Adler, 1964; Граменицкий П.М., 1967; Fryer, 1969; Богословов Г.В., 1972; Bove et al., 1974; Butler, 1992 и др.), необходимо четко знать его начальные (доклинические) проявления и уметь предвидеть и быстро предотвращать возникновение угрожающих состояний. Однако принципы и методы оперативного прогнозирования таких состояний все еще находятся в стадии начальной разработки.

Особого внимания и углубленного изучения требует вопрос о локализации газовых пузырьков, вызывающих самый частым симптом ДБ - боли в конечностях. К настоящему времени не до конца остается выясненным вопрос о судьбе декомпрессионных газовых пузырьков, поступающих с током крови из венозной системы в легочные сосуды (Emerson et al., 1967; Граменицкий П.М., 1974; Verstappen et al., 1977; Butler, Hills, 1985). В частности, спорным является вопрос о путях их проникновения из венозной системы в артериальное русло

большого круга кровообращения. Не определены и основные условия нарушения функции малого круга кровообращения как барьера внутрисосудистых газовых пузырьков. Раскрытие этих механизмов представляется важным не только для расширения существующих представлений о механизмах развития де-компрессионной газовой эмболии легких, но и для разработки рекомендаций по предупреждению тяжелых осложнений ДБ.

Серьезного физиологического обоснования заслуживают вопросы деком-прессионной безопасности пилотируемых космических полетов. Увеличение продолжительности космических экспедиций и перспективы более широкого их распространения (Grigoriev et al., 1992) повышают значимость положительных сторон используемой в кабинах космических летательных аппаратов нор-мобарической азотно-кислородной атмосферы. Однако это обстоятельство требует и более внимательного отношения к ее недостаткам, так как операции выхода из космического корабля и работа человека в открытом космосе в наши дни уже превратились из редких эпизодов в широко распространенную деятельность космических экипажей (Severin, 1994). В связи с этим возникает настоятельная необходимость в разработке и применении надежных мер обеспечения декомпрессионной безопасности работы космонавта в открытом космосе при соблюдении максимальных удобств, включая высокую подвижность всех сочленений скафандра. Последнее достигается тем проще, чем ниже давление внутри скафандра. Однако низкое давление в скафандре в сочетании с высокой физической активностью, как известно, чревато реальной возможностью возникновения высотной ДБ (Henry, 1956; Кузнецов А.Г. и соавт., 1970; Барер A.C., Филипенков С.Н., 1987; Газенко О.Г. и соавт., 1988; Черняков H.H., 1994; Van Liew et al., 1994; Barer, 1995).

Экспериментальные исследования показывают, что у человека при декомпрессии от наземного давления до уровня 40-29,7 кПа при выполнении физической работы, имитирующей по специфике рабочих движений и величине энерготрат внекорабельную деятельность (ВКД) космонавтов, частота возникновения ДБ может составлять более 10-20% (Вакар М.И. и соавт., 1985; Horrigan et al., 1989; Waligora et al., 1991). Однако все проведенные к настоящему времени 149 человеко-выходов в открытый космос в российских скафандрах с давлением 40 кПа завершились благополучным исходом. Американские астронавты, выполнявшие ВКД в скафандрах с давлением 29,7 кПа при полетах

на кораблях "Спейс Шаттл", также не сообщали о возникновении у них симптомов ДБ (Мс Barron II, 1994). Таким образом, практика пилотируемой космонавтики свидетельствует о том, что в условиях реальной ВКД риск возникновения ДБ значительно ниже, чем при ее наземной имитации.

Для объяснения этих различий и обоснования критериев декомпрессион-ной безопасности режимов перехода человека к пониженному давлению необходимо предпринять специальное исследование, направленное на систематизацию и критический анализ имеющихся в литературе сведений и экспериментально полученных данных, касающихся особенностей проявлений и механизмов развития высотной ДБ, основных факторов ее риска и возможного влияния условий микрогравитации на интенсивность образования в тканях газовых пузырьков и скорость элиминации из организма инертного газа (азота).

При необходимости проводить продолжительные работы в открытом космосе в качестве возможных мер профилактики высотной ДБ в литературе обсуждаются также различные варианты гипобарических газовых сред для кабин космических кораблей (Генин A.M., Черняков И.Н. и соавт., 1972, 1973, 1975; Граменицкий П.М., 1974; Малкин В.Б., 1994; Chadov et al., 1996). Однако в процессе обоснования безопасности их использования требуется провести строгую оценку степени риска возникновения ДБ при различных комбинациях давления и состава газовой среды в кабине корабля и рабочего давления в скафандре.

Цель исследования. Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование методов диагностики, патогенеза и путей профилактики у человека высотной ДБ.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие основные задачи:

- анализ клинических проявлений и основных факторов риска ДБ при различных условиях перехода человека к пониженному давлению;

- оценка риска возникновения ДБ у человека в условиях антиортостаза как модели микрогравитации;

- изучение физиологических эффектов "немых" газовых пузырьков;

- анализ взаимосвязи между появлением в кровотоке детектируемых ультразвуковой аппаратурой газовых пузырьков и возникновением симптомов высотной ДБ;

- определение условий нарушения функции малого круга кровообращения как барьера внутрисосудистых газовых пузырьков;

- обоснование научных подходов к профилактике и тактике лечения ДБ у космонавтов при выполнении ВКД.

Научная новизна. На большом материале экспериментальных исследований в барокамере обосновано представление о том, что риск возникновения ДБ при имитированной и реальной ВКД определяется спецификой процессов образования, роста и миграции газовых пузырьков в организме в зависимости от параметров декомпрессии, состава газовой среды, двигательной активности и уровня индивидуальной предрасположенности человека к воздействию декомпрессии, а также от эргономических характеристик индивидуального снаряжения.

Установлено, что имитация условий ВКД космонавтов в антиортостати-ческом положении обследуемых лиц, как модели микрогравитации, уменьшает риск возникновения высотной ДБ, что выражается снижением частоты развития ее клинических проявлений, а также частоты и интенсивности поступления в венозное русло газовых пузырьков. Показано, что сокращение интервала отдыха между первичной и повторной имитацией ВКД с 3-7 до 1 суток не приводит к повышению риска возникновения высотной ДБ. Экспериментально установлено, что повышение парциального давления углекислоты в искусственной среде обитания до предельно допустимого уровня 4 кПа в течение 2 ч при последующем переходе к давлению 44-35 кПа увеличивает частоту возникновения высотной ДБ примерно в 2 раза.

Обоснована концепция о внесосудистой локализации образующихся в организме при декомпрессии газовых пузырьков, вызывающих высотные де-компрессионные боли в конечностях, что имеет принципиальное значение для правильного понимания сущности этих проявлений ДБ, прогнозирования характера возможных осложнений и обоснования комплекса лечебно-профилактических мероприятий.

Впервые проведено изучение параметров центральной гемодинамики у человека в условиях воздействия на организм высотной декомпрессии с использованием методики длительной имплантации катетеров. В итоге этих уникальных исследований установлены важные, ранее неизвестные закономерности изменения давления в легочной артерии и центрального венозного давле-

кия при различной интенсивности поступления в малый круг кровообращения "немых" газовых пузырьков.

Проведена экспериментальная оценка информативности метода мониторинга газовых пузырьков, поступающих в регионарный венозный кровоток и легочную артерию при воздействии на организм высотной декомпрессии, для диагностики и прогноза возникновения болевых симптомов в конечностях и респираторных проявлений ДБ. Получена статистически значимая зависимость между частотой и интенсивностью поступления в сосудистое русло газовых пузырьков и развитием у человека симптомов высотной ДБ. Разработаны критерии ранней объективной диагностики высотной ДБ.

При использовании серийной и специально разработанной ультразвуковой аппаратуры допплеровского н эхографического типа в опытах на наркотизированных животных впервые зарегистрировано поступление венозных газо-пых пузырькоз через легкие в артериальное русло большого круга кровообращения и установлена ведущая роль легочной гипертензии в генезе нарушения барьерной функции малого круга кровообращения.

Разработан новый вариант классификации высотной ДБ, учитывающий характер и тяжесть декомпрессионных нарушений, а также потенциальную патогенетическую роль присутствия в организме "немых" газовых пузырьков. На основании полученных данных уточнены представления о патогенезе высотной ДБ как комплексной неспецифической реакции организма, закономерно развивающейся в ответ на появление в крови и тканях чужеродного агента - газовых пузырьков. Разработана оригинальная модель общей схемы патогенеза высотной ДБ и основных патогенетических звеньев ее легочных проявлений. Дан сравнительный анализ путей и способов профилактики высотной ДБ у космонавтов при выполнении ВКД с учетом уровня давления в скафандре, параметров газовой атмосферы космического корабля и индивидуальной предрасположенности человека к развитию декомпрессионных нарушений.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований переносимости человеком высотной декомпрессии могут быть использованы в качестве теоретической основы в практике медицинского обеспечения высотных и космических полетов для прогноза состояния здоровья экипажа при воздействии на организм пониженного давления атмосферы кабины летательного аппарата и давления в скафандре при выполнении ВКД, а также при

совершенствовании имеющихся и разработке новых, перспективных средств и методов обеспечения декомпрессионной безопасности условий профессиональной деятельности летчиков и космонавтов.

Практическая значимость работы определяется ее конкретным вкладом в систему медицинского обеспечения ВКД космонавтов, а также в методы обеспечения безопасности исследований и испытаний, проводимых с участием человека в высотных барокамерах. Полученные в работе результаты позволили специалистам ГНЦ РФ-ИМБП и АО НПП "Звезда" подготовить и внедрить в практику пилотируемой космонавтики новую редакцию Инструкции по оказанию неотложной помощи космонавтам в части, касающейся лечения высотной ДБ в условиях космического полета. На основе результатов экспериментальных исследований подготовлены практические рекомендации "Методы объективного контроля за состоянием человека во время декомпрессии", которые внедрены в практику работы Института биофизики МЗ СССР и в/ч 64688. Результаты проведенных исследований позволили также разработать и внедрить в практику исследований Центра подготовки космонавтов им. Ю.А.Гагарина "Инструкцию по оценке индивидуальной устойчивости организма человека к декомпрессионной болезни". Полученные в работе материалы пспользозаны при разработке Требований обеспечения условий жизнедеятельности космонавта при внекорабельной деятельности Государственного стандарта РФ "Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате" (ГОСТ Р 50804-95).

В процессе выполнения диссертационной работы подготовлены Предложения по оценке и прогнозированию декомпрессионной безопасности условий ВКД космонавтов, а также Предложения по методам оценки риска возникновения ДБ. Установлено, что величина коэффициента перенасыщения организма азотом (или любым другим инертным компонентом дыхательной смеси) не является однозначным критерием степени безопасности высотной декомпрессии и степени риска возникновения высотной ДБ. Во-первых, величина безопасного коэффициента перенасыщения организма азотом уменьшается по мере снижения уровня конечного давления. Во-вторых, при одном и том же значении этого показателя риск возникновения высотной ДБ в значительной степени зависит от характера и интенсивности выполняемой мышечной работы.

Полученные в работе данные о положительном влиянии мышечной работы на степень защитного эффекта кратковременной десатурации организма от азота следует учитывать при подготовке космонавтов к выполнению ВКД по принятому в нашей стране протоколу. Для поддержания исходного уровня де-компрессионной безопасности ВКД целесообразно не допускать повышения в атмосфере скафандра концентрации углекислого газа, поскольку, как свидетельствуй результаты настоящего исследования, в этих условиях у человека возрастает опасность возникновения высотной ДБ.

Продемонстрированное в работе нарушение функции легких как барьера венозных газовых пузырьков при увеличении давления в легочной артерии необходимо учитывать при нормировании пнксзых мощностей физических нагрузок и обосновании режима труда лиц, подвергаемых воздействию высотной декомпрессии с целью профилактики у них системных азроэмболическнх осложнений.

Применительно к задачам медицинского обеспечения перспективных орбитальных и межпланетных космических экспедиций сформулированы основные методологические подходы для выбора оптимальных мер профилактики ДБ у членов экипажа во время выполнения ВКД.

Материалы диссертации реализованы в лекционном курсе кафедры "Авиакосмической и экстремальной медицины" факультета "Фундаментальной медицины" МГУ им. М.В.Ломоносова и могут быть также использованы в учебных курсах ряда других высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов при подготовке специалистов по авиакосмической медицине.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Снижение количества предсуществующих и вновь рождающихся зародышей газовых пузырьков в крови и тканях организма под действием фактора микрогравитации и создаваемых жесткостью скафандра ограничений двигательной активности приводит к существенному снижению риска возникновения у космонавтов ДБ во время выполнения ВКД по сравнению с риском возникновения ДБ у людей, подвергаемых аналогичному воздействию декомпрессии в наземных условиях без скафандра.

2. Появление симптомов высотной ДБ у человека коррелирует с интенсивностью поступления в регионарный венозный кровоток и малый круг кровообращения газовых пузырьков, детектируемых ультразвуковой допплеров-ской аппаратурой.

3. Величина давления в легочной артерии является одним из главных критериев эффективности функционирования малого круга кровообращения как барьера внутрисосудистых газовых пузырьков. При превышении давления в легочной артерии 40 мм рт. ст. значительно облегчается проникновение детектируемых ультразвуковой аппаратурой "венозных" газовых пузырьков через легкие в артериальное русло большого круга кровообращения, что увеличивает опасность появления тяжелых системных осложнений.

Апробация работы и публикации. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на IX, XXV и XXVII Чтениях, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э.Циолковского (Калуга, 1974, 1990 и 1992); V, VII и X Всесоюзных конференциях по космической биологии и авиакосмической медицине (Калуга, 1975, 1982, Москва, 1994); XV Съезде всесоюзного физиологического общества имени И.П. Павлова (Кишинев, 1987); I, II и III Всесоюзных конференциях по физиологии экстремальных состояний, гигиене и индивидуальной защите человека (Москва, 1982, 1986, 1990); Всесоюзной научно-практической конференции "Аюуалыгые вопросы патологии дыхания" (Куйбышев, 1988); XVIII Гагаргшских чтениях (Москва, 1988); XXII Совещании постоянно действующей рабочей группы социалистических стран по космической биологии и медицине (Варна /Болгария/, 1989); Международном семинаре по медико-биологическим проблемам внеко-рабельной деятельности космонавтов (Марсель /Франция/, 1990); 1-м Всесоюзном совещании по медико-биологическим проблемам декомпрессии (Москва, 1991); 1-й Международной авиакосмической конференции (Москва, 1992); 1-й Международной научной конференции " Выживание человека: резервные возможности и нетрадиционная медицина" (Москва, 1993); 24-й Международной конференции и 5-м Европейском симпозиуме по космическим системам контроля (Фридрихсхафен /Германия/, 1994); Международном авиакосмическом конгрессе (Москва, 1994); 4-й Международной конференции по космической и подводной медицине Отделения всемирной федерации неврологии

(Форт Лаудердейль /США/, 1994 ), 25-й Международной конференции по космическим системам контроля (Сан Диего /США/, 1995).

По материалам диссертации опубликовано 29 научных работ. Диссертация апробирована на межотдельческой научной конференции ГНЦ РФ-ИМБП.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, исторического обзора (глава 1), изложения методических вопросов исследований и характеристики экспериментального материала (глава 2), восьми глав собственных исследований (главы 3-10), заключения, выводов, практических рекомендаций (внедрений), списка цитируемой литературы и приложения.

Материал изложен на 287 страницах машинописи, иллюстрирован 43 рисунками и 46 таблицами. Список литературы содержит 229 названий на русском и 315 - на иностранных языках. Объем приложения - 10 страниц с таблицами первичных данных, характеризующих состояние кардисреспираторной системы и газозого состава крови экспериментальных животных при искусственной газовой эмболии легких и воздействии на организм декомпрессии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Основные направления экспериментальных исследований и их объем представлены з табл.1. Всего проведено 1791 эксперимент с участием человека и 41 опыт на наркотизированных животных.

Организация исследований с участием человека

В качестве обследуемых в работе приняли участие 205 практически здоровых мужчин-добровольцев в возрасте от 19 до 50 лет (средний возраст 30,2±0,6лет, рост 172,2±0,7 см, вес 76,7±1,0 кг, содержание жира 13,1±0,4%). Имитированные подъемы проводили на высоты 5000-11000 м (54-22,6 кПа) в высотной барокамере ГБК-63. Эксперименты с имитацией погружения и по-

Таблица 1

Основные направления и объем проведенных исследований

п/п

Предмет исследования

Количество экспериментов

I. Исследования с участием человека Изучение феноменологии высотной ДБ Исследование основных факторов риска высотной ДБ

3.

4.

5.

6.

7.

8.

(уровня конечного давления, характера и интенсивности физической нагрузки, гиперкапнии, повторной декомпрессии, индивидуальных характеритик обследуемых лиц)

Исследование роста и динамики газовых пузырьков в крови и тканях организма при высотной декомпрессии ультразвуковой аппаратурой

Оценка риска возникновения высотной ДБ при моделировании протокола декомпрессии перед ВКД в антиортоста-тическом положении обследуемых лиц

Оценка состояния центральной гемодинамики при поступлении в легочный кровоток "немых" газовых пузырьков в условиях высотной декомпрессии

Влияние декомпрессии на состояние системы комплемента крови

Исследование эффективности 45-минутной предварительной десатурации организма от азота путем дыхания чистым кислородом в сочетании с выполнением 20-минутной физической нагрузки как метода профилактики высотной ДБ

Исследование эффективности использования гипобариче-скнх Ы2-Ог газовых сред как средства профилактики высотной ДБ

931

906

578

78

42

58

206

2.

Общее количество человеко-подъемов: 1778 Общее количество экспериментов с имитацией погружения: 13

II. Исследования на животных

Изучение реакций кардиореспираторной системы на искусственную газовую эмболию легких 20

Изучение реакций кардиореспираторной системы на обусловленную декомпрессией газовую эмболию легких 21

Общее количество опытов на животных:

41

.

следующей декомпрессии до поверхности выполняли в камере высокого давления ПДК-3.

В высотных экспериментах обследуемые подвергались воздействию декомпрессии по одноступенчатому или двухступенчатому профилю со скоростью 25-30 м/с при температуре окружающего воздуха 21-23°С. Циклограмма ряда экспериментов с одноступенчатой декомпрессией включала в себя предварительную (частичную) десатурацию организма от азота путем дыхания чистым кислородом через маску при наземном или пониженном (до 73 кПа) давлении. Во время прямого подъема и при последующем пребывании на высоте длительностью до 6 ч обследуемые дышали чистым кислородом через маску. На первом этапе двухступенчатой декомпрессии путем шлюзования обследуемых помещали в барокамеру, в которой создавали азотно-кислородную среду с давлением 54-70 кПа при концентрации кислорода до 40-45%. Затем после 10-24 часового пребывания в этой газовой среде проводили подъем обследуемых на конечную высоту при дыхании кислородом через маску. Уровень и характер физической активности обследуемых во время пребывании на высоте был различным, что определялось целями и задачами конкретной серии экспериментов.

В 733 экспериментах, когда во время пребывания на высотах менее 11 ООО м у обследуемых симптомы ДБ не возникали или они появлялись, но в дальнейшем самопроизвольно исчезали, на заключительных этапах барокамер-ного исследования производили быстрый дополнительный подъем с первоначальной высоты на высоту 11000 м для выявления скрытых форм декомпрес-сионных нарушений по аналогии с методом, ранее описанным Граменицким П.М. и Савич A.A. (1964).

В экспериментах с имитацией погружения компрессию проводили на сжатом воздухе до давления 3 ати со скоростью 1 ати /мин. Экспозиция на "грунте" составляла 60 мин, после чего проводили ступенчатую декомпрессию до наземного давления по режимам длительностью 62 мин, предложенному (Волков Л.К., Ляпин В.М., 1991) в качестве теста на устойчивость водолазов к ДБ.

Оперативный контроль. В течение всего срока пребывания в высотной и гипербарической барокамере за обследуемыми осуществляли непрерывное наблюдение через иллюминатор камеры, проводили периодический опрос и про-

токолировали все внешне заметные изменения их состояния, поведения и деятельности. Критериями возникновения симптомов ДБ являлись жалобы обследуемых лиц на появление у них кожного зуда, болевых ощущений в конечностях, болей за грудиной, кашля и других признаков ухудшения самочувствия, а также данные врачебного наблюдения и контроля за состоянием их здоровья во время проведения экспериментов. Через каждые 20 мин эксперимента, а также при появлении признаков ухудшения общего состояния обследуемых лиц производили регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ) в отведении D-S, частоты сердечных сокращений (ЧСС), частоты дыхания и артериального давления

(АД).

Организация исследований на животных

Исследования по изучению влияния на организм нарастающей газовой эмболии легких проводили на наркотизированных нембуталом (30-70 мг/кг) собаках обоего пола с массой тела от 7,5 до 29 кг. У 20 собах (8 торакотомнро-ванных и 12 животных с интактной грудной клеткой) газовую эмболию легких вызывали искусственно путем внутривенной ипфузии различных доз воздуха, а у 21 животного (с интактной грудной клеткой) - воздействием декомпрессии от повышенного давления до нормального.

Для регистрации давления в малом круге кровообращения и забора проб смешанной венозной крови у животных через наружную яремную вену катетеризировали легочную артерию. Катетер, проведенный через бедренную артерию до дуги аорты, использовали для регистрации АД и забора проб артериальной крови. Давление в легочной артерии и аорте измеряли электроманометрами ЕМТ-34 и ЕМТ-35 фирмы "Elema-Schonander". Газовый состав и кислотно-щелочное состояние крови определяли на аппарате IL-213 фирмы "Instrumentation Laboratory". Показатели газообмена в легких регистрировали метаболометром ММС фирмы "Beckman". У торакотомированных животных аппаратом искусственного дыхания "Лада-ТМ" поддерживали постоянный объем легочной вентиляции и регистрировали концентрацию СОг в выдыхаемом воздухе газоанализатором LB-2 фирмы "Beckman".

Компрессия и декомпрессия животных в камере высокого давления. Подготовленное к эксперименту наркотизированное животное помещали в камеру

высокого давления РКМ-2 и подвергали 2-часовому воздействию давления 3,54,0 ати. Затем давление в камере снижали до наземного. Скорость компрессии и декомпрессии во всех экспериментах составляла 1 ата/мин.

Мониторинг газовых пузырьков

В качестве детекторов внутрисосудистых газовых пузырьков в экспериментах с участием человека использовали ультразвуковой допплеровский эхокардиограф "Ритм" (ЭТК-03) с датчиком, работающем на частоте 1,76 мГц, а также созданный в итоге творческого сотрудничества с Институтом прикладной физики (ИПФ) РАН специальный аппаратно-программный комплекс с частотой излучения 2,5 мГц. Последний включал в себя лабораторный образец индикатора кровотока - регистратора пузырьков (ИКРП), сопряженный с IBM-совместимым компьютером, и программное обеспечение для ввода, обработки и документирования сигналов ИКРП.

Обследуемые лица, предварительно ознакомленные с методикой зондирования кровеносных сосудов, под наблюдением методиста-исследователя устанавливали датчик прибора на коже груди в области проекции легочной артерии и подключичных вен, на коже обоих бедер в области проекции бедренных вен, а также шеи в области проекции левой или правой сонной артерии. Возникающие при ультразвуковом зондировании сосудов сигналы кровотока и характерные для газовых пузырьков шумы и звуки прослушивали через внешнюю акустическую систему, а также записывали на магнитную ленту и компьютер. Оценку интенсивности сигналов ультразвукового детектора от газовых пузырьков проводили по модифицированной шкале Спенсера (Spencer, Johanson, 1974; Анисимов О.И., 1988). Согласно этой шкале отсутствие сигналов от газовых пузырьков соответствует 0 баллам, а максимальный сигнал - 4 баллам.

Для регистрации газовых пузырьков в аорте, легочном стволе и сонных артериях животных использовали ультразвуковой допплеровский флоуметр "Doppler-761" фирмы "Kranzbuhler" при работе его на частоте 4 мГц, а также модифицированный (по нашему заказу) сотрудниками ИПФ РАН ультразвуковой эхокардиограф УЗКАР-З, оснащенный специальным датчиком с несущей частотой 2,64 мГц, длительностью зондирующих импульсов 2 мкс и частотой

их повторения 1,2 кГц. После нанесения на поверхность датчиков звукопроводящей пасты их устанавливали непосредственно на стенку выделенного сосуда.

Для контроля за динамикой газовых пузырьков в тканях была использована разработанная по хоздоровору с ИПФ РАН ультразвуковая аппаратура "Ветер-2", в импульсном локаторе которой реализован принцип обнаружения газовых пузырьков по акустическому рассеянию на частотах, не кратных частоте зондирования. Локатор имеет один ультрагармонический и два субгармонических канала. Диапазон измерения пузырьков - 4-12 мкм.

Методы статистической обработки данных

Материалы физиологических исследований обработаны методами вариационной статистики с использованием ^критерия Стъюдента, дисперсионного и регрессионного анализов и непараметрического критерия %2. Различия считали достоверными при р < 0,05.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1. Симптомы высотной ДБ и этиология болей в конечностях

Симптомы ДБ возникали в 931 (52,4%) из 1778 выполненных подъемов на высоту: в 784 экспериментах во время экспозиции обследуемых на основной высоте и в 147 экспериментах - при воздействии дополнительного разрежения на заключительных этапах высотных испытаний. В подъемах на высоты 5000 м, 6000 м, 7000 м, 8100 м, 9000 м и 11000 м, проведенных с выполнением однотипной мышечной работы, частота возникновения ДБ разнялась 7, 9, 49, 56, 67 и 100% соответственно. Самым частым проявлением ДБ были различной интенсивности боли в конечностях, которые составили 89,1% по отношению к общему числу наблюдений. Другие симптомы ДБ выражались в кожном зуде и очаговых изменениях окраски кожных покровов по типу эритемы (4,5%), кашле и загрудинных болях (3,7%), различного рода неврологических нарушениях (1,2%), вегето-сосудистых расстройствах (1,1%) и дисфункции зрения (0,4%).

В целом, за первые 4 ч пребывания в разреженной атмосфере происходило развитие большинства проявлений ДБ (95,9%), но их возникновение наблю-

далось также па 5 (3,3%) и даже 6 ч (0,8%) проведения высотных испытаний. В виду высокой интенсивности симптомов ДБ в 562 случаях гипобарическое воздействие было прекращено досрочно путем быстрого повышения давления в барокамере до наземного уровня. В процессе повышения давления в барокамере первыми исчезали обычно болевые симптомы в конечностях. По нашим данным, для эффективного их купирования достаточно было в большинстве случаев осуществить повышение окружающего давления на 3,2-16,5 кПа. Другие, более тяжелые проявления ДБ исчезали, как правило, при более значительных изменениях давления в барокамере и дыхания чистым кислородом. Развитие отсроченных симптомов ДБ наблюдали у одного обследуемого спустя 60 мин после досрочного завершения эксперимента с имитацией протокола ВКД при давлении 38 кПа (7600 м). Эти симптомы носили неврологический характер, для купнроваиия которых потребовалось прибегнуть к срочному проведению сеанса гипербарической оксигеиации при давлении 1,5 ати. Необходимость в применении этого метода появлялась также в экспериментах Dixon et al. (1988) и Waiigora et al. (1991, 1995) при лечении ДБ, возникшей у 3 обследуемых-женщин во время имитации ВКД при давлении 54 кПа и 6 об-следуемых-мужчин во время имитации ВКД при давлении 29,7 кПа.

Таким образом, приведенные выше данные подтверждают целесообразность включения процедуры гнпербарической оксигенации как радикального метода лечение высотной ДБ (Davis et al., 1977; Черняков И.Н. и соавт., 1979; Wirjosemito al., 1989; Weien, Baumgartner, 1992) в арсенал средств оказания медицинской помощи космонавтам, что должно рассматриваться в качестве одной из важных задач по совершенствованию системы медицинского обеспечения ВКД и охране здоровья членов экипажа. При отсутствии специальных технических средств, как это имеет место в настоящее время на борту орбитальной станции "Мир", для проведения гипербарической оксигенации должен быть использован скафандр для ВКД, характеристики которого позволяют создать в нем кислородную среду с давлением до 1,4 ата.

Этиология высотных болей. Вся совокупность полученных данных заставляет полагать, что газовые пузырьки, вызывающие этот самый частый симптом высотной ДБ у человека, имеют внесосудистую локализацию и располагаются в труднорастяжимых тканях параартикулярных областей. Так, в ряде высотных экспериментов болевые симптомы появлялись спустя 4-5 ч дыхания

чистым кислородом, т.е. в условиях, которые практически исключают развитие в организме выраженных аэроэмболических явлений. Против внутрисосудис-той локализации газовых пузырьков указывают также результаты опытов с дополнительными подъемами на высоту 11000 м (22,6 кПа). Те случаи (145/621), когда при действии дополнительного разрежения быстро развивались ранее отсутствующие болевые симптомы, трудно объяснить предварительным формированием пузырьков в сосудах. Те же случаи (101/112), когда исчезнувшие во время эксперимента боли быстро возобновлялись в ходе заключительного подъема, также не объяснимы с позиций о внутрисосудистом происхождении этих газовых пузырьков. Описываемые боли возникали строго в том же самом месте, где они локализовались ранее и носили тот же самый характер. Эти обстоятельства дают основание считать, что причиной и начальных, и повторно выявленных болей являются внутритканевые пузырьки со строго определенной локализацией. Наконец, еще одним доказательством тканевого расположения газовых пузырьков являются положительные результаты наших опытов с применением сдавливающей манжетки при купировании болей в конечностях (Катунцев В.П., Полещук И.П., 1974), ибо, стоя на позиции ишемической этиологии этих симптомов, нужно было бы ожидать их усиления. Купирующее влияние манжетки, находящееся в прямой связи с величиной применяемого внешнего давления, можно объяснить лишь механическим сжатием расположенного в тканях пузырька и уменьшением приводящих к боли деформационных эффектов.

2. Оценка физиологических эффектов "немых" газовых пузырьков

Результаты мониторинга газовых пузырьков в тканях и венозном кровотоке у человека в процессе снижения и повышения окружающего давления. В 12 из 25 подъемов на высоту, в которых проводили зондирование тканей бедра эхолокатором "Ветер-2", сигналы, соответствующие мелким газовым пузырькам (диаметром 4-12 мкм), были зарегистрированы уже на стадии "подъема" после прохождения высоты 4000 м (61,4 кПа), даже несмотря на 45-мин предварительную десатурацию организма от азота путем дыхания чистым кислородом. В 13 экспериментах появление первых сигналов от тканевых газовых пузырьков было отмечено также еще в процессе снижения давления в

барокамере, но на высотах, превышающих 4000 м. В то же время, сигналы ультразвуковой аппаратуры допплеровского типа от более крупных (диаметром 50-100 мкм) газовых пузырьков в каком-либо участке сосудистой системы в большинстве исследований впервые ясно начинали прослушиваться только через несколько минут после выхода обследуемых на конечную высоту и начала выполнения ими физической нагрузки.

На этапе повышения давления в барокамере сигналы эхографической аппаратуры отражали процесс сжатия и рассасывания газовых пузырьков в тканях. В этот период у отдельных обследуемых отмечали отчетливое повышение интенсивности "пузырьковых" сигналоз аппаратуры допплеровского типа над легочной артерией, что, на наш взгляд, было обусловлено возросшим поступлением уменьшающихся в размерах газовых пузырьков из ранее окклюзиро-ванных ими мелких регионарных сосудов с восстановленным кровотоком в системное кровообращение. Продолжаемое на "земле" ультразвуковое зондирование кровеносных сосудов показало, что поступление в циркулирующую кровь газовых пузырьков может продолжаться в течение 45-75 мин после спуска. Отмеченный факт длительного присутствия в венозном кровотоке при наземном давлении газовых-пузырьков, образовавшихся ранее в организме человека при подъеме на зысоту, объясняет наши наблюдения и данные ряда исследователей (Вядро М.Д., Панфилов A.C., 1960; Adler, 1964; Wolf et al., 1989; Исеев JI.Р. и соавт., 1991; Bason, 1992 и др.) о повышенном риске тяжелых осложнений высотной ДБ в ранний период после спуска на "землю".

Состояние центральной и оби/ей гемодинамики при поступлении в малый круг кросообрагцения "немых " газовых пузырьков. Для изучения состояния сердечно-сосудистой системы у 6 обследуемых использовали методику длительной (до 10 суток) имплантации катетеров в легочную и лучевую артерии. Процедуру катетеризации проводили в отделении рентгено-функциональной диагностики (зав.отд. к.м.н. В.В.Честухин) НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ СССР. Давление в лучевой и легочной артериях (ДЛА), а также центральное венозное давление (ЦВД) измеряли электроманометрами "Siemens 746", минутный объем сердца (МОС) - методом термодилю-ции. Этих обследуемых подвергали воздействию декомпрессии до 35 кПа (8100 м) в состоянии относительного покоя - лежа на спине после 45-мин преоксигенации.

Увеличение интенсивности сигналов ультразвукового детектора от "немых" газовых пузырьков, поступающих в легочную артерию, с 0 до 3-4 баллов сопровождалось повышением систолического ДЛА в среднем на 20,7%, диастоличеекого ДЛА - на 29% и среднего ДЛА - на 46,3%. Прирост величины ЦВД составил 93%. При этом отмечалась также тенденция к увеличению ЧСС нз 13,1% и МОС - на 15,9%. Коэффициент корреляции (г) между систолическим ДЛА и интенсивностью сигналов от газовых пузырьков составил 0,45. Для показателей среднего ДЛА и ЦВД значения г с интенсивностью сигналов от газовых пузырьков составили 0,70 (р<0,001) и 0,51 (р<0,05) соответственно (рис.1).

0 12 3 4

Интемсшшосгь сигналов от 1пузырьков, (баллы)

12, 10

ь 8 * 6

5«

о

Я 2

У=4,20+1,23Х г = 0,51

0 12 3 4

Ннтенсньность сигналов от газешх пузырьков, (баллы)

Рис. 1. Влияние интенсивности поступления "немых" газовых пузырьков в малый круг кровообращения на величину давления в легочной артерии и уровень центрального венозного давления у человека в условиях гипобарш: при давлении 35 кПа.

Изменения параметров системного АД носили фазовый характер. После подъема на высоту, но еще до того как ультразвуковым детектором были обнаружены первые сигналы от газовых пузырьков в прекордиальной области, у обследуемых были зарегистрированы более высокие (на 7,6% при р<0,05), чем в контроле, значения среднего АД. При интенсивности сигналов в 1-2 балла АД несколько снижалось и при интенсивности сигналов в 3-4 балла вновь достоверно повышалось. Приведенные выше данные о специфике роста и динамики газовых пузырьков в организме при декомпрессии дают основание полагать, что повышение системного АД в начальный период после подъема на вы-

соту могло явиться следствием увеличения сопротивления кровотоку, обусловленного интенсивным образованием и быстрым ростом газовых пузырьков на периферии большого круга кровообращения и закупоркой ими венозных отделов системных капилляров. Последующая направленность к нормализации АД отражала постепенное г.осстаиовлснне кровотока по ранее змболизированным капиллярам в результате выноса газовых пузырьков из них в более крупные вены и (или) компенсаторного открытия артерио-венозных шунтов.

3. Возможности мониторинга венозных газозых пузырьков для диагностики и прогноза ДБ

Появление газовых пузырьков в венозной крот и возникновение болевых симптомов в конечностях. Для поиска предполагаемой корреляции анализу были подвергнуты 228 однотипных экспериментов, проведенных на высотах 8100-9000 м. Сигналы, соответствующие движущимся с кровью газовым пузырькам, были зарегистрированы в 212 экспериментах этой серии (93%). Симптомы ДБ з виде болей в нижних конечностях наблюдали в 174 случаях. В 164 экспериментах (95%) их развитию предшествовало выявление газовых пузырьков в легочной артерии и бедренных венах. Газовые пузырьки начинали лоцироваться в венах работающих конечностей (26,9±1,9 мин) раньше, чем в легочной артерии (33,6±2,4 мин; р<0,05). Время появления болевых симптомов равнялось 48,3±2,4 мин. Следовательно, интервал времени от обнаружения первых газовых пузырьков до развития болевых симптомов составлял в среднем 21,4 мин (р<0,01). С увеличением интенсивности поступления газовых пузырьков в венозный кровоток повышалась частота возникновения болевых симптомов и тяжесть их проявления. При интенсивности "пузырьковых" сиг-налоя в 3-4 балла над легочной артерией боли в нижних конечностях развивались в 62%, а при таком же уровне их интенсивности в регионарном венозном сосуде - в 77%. Непосредственно перед появлением боли интенсивность "пузырьковых" сигналов в бедренной вене составляла 3,4+0,08 балла и была выше, чем в случаях с отсутствием симптомов ДБ (1,6+0,06 балла).

Корреляционный анализ полученных данных позволил выявить наличие прямой статистической связи между частотой развития болей в нижних конечностях и интенсивностью "пузырьковых" сигналов в легочной артерии (г:0,96),

а также бедренной вене (г=0,93). Таким образом, увеличение интенсивности сигналов ультразвукового детектора газовых пузырьков в венозном кровотоке можно рассматривать как объективный предвестник появления высотных болей.

Поступление газовых пузырьков в легочную артерию и возникновение респираторных симптомов ДБ. В каждом из 29 проанализированных случаев возникновения респираторных проявлений ДБ развитию кашля и болей за грудиной предшествовало поступление в легочную артерию венозных газозых пузырьков, детектируемых ультразвуковой аппаратурой. Увеличение интенсивности поступления газовых пузырьков в малый круг кровообращения с 0 до 4 баллов приводило к повышению частоты появления респираторных нарушений с 0 до 65,5%. В 25 наблюдениях (86,2%) возникновению респираторных нарушений предшествовало увеличение интенсивности сигналов от газовых пузырьков до 3-4 баллов. В случаях с интенсивностью "пузырьковых" сигналов в 4 балла риск возникновения респираторных нарушений был достоверно выше, чем при значениях этого показателя в 0-3 балла (г=0,998).

Существенно отметить, что у одного из обследуемых в двух экспериментах при интенсивности сигналов от газовых пузырьков в легочной артерии в 4 балла и сочетании суставных болей с начальными признаками респираторных нарушений было обнаружено прохождение отдельных газозых пузырьков по сонным артериям. Результаты этих двух наблюдений являются прямым доказательством реальной возможности проникновения у человека в условиях высотной декомпрессии части газовых пузырьков, поступающих с током венозной крови в легочную артерию, через легкие в артериальную систему большого круга кровообращения. Иными словам!!, можно заключить, что в условиях интенсивного поступления детектируемых ультразвуковой аппаратурой газовых пузырьков в малый круг кровообращения риск артериальных аэроэмболических осложнений при высотной ДБ также должен повышаться. В то время как отсутствие детектируемых газовых пузырьков во время высотной декомпрессии должно свидетельствовать о невысоком риске ДБ.

В целом, результаты проведенных исследований свидетельствует о целесообразности использования методики ультразвукового контроля газовых пузырьков в венозном кровотоке при наблюдении за состоянием здоровья человека во время высотной декомпрессии для диагностики ДБ и прогнозирования

ее развития. Ультразвуковой мониторинг кровотока в сонных артериях в ряде случаев позволяет провести доклиническую диагностику поступления газовых пузырьков в большой круг кровообращения, что представляется чрезвычайно важным для своевременного принятия адекватных мер по предотвращению системных аэроэмболических осложнений.

Влияние декомпрессии на состояние системы комплемента крови. К разряду наиболее серьезных вторичных последствий внутрисосудистого образования газовых пузырьков принято относить активацию механизмов внутрисосудистого свертывания крови и системы кинннов с выбросом в кровь комплекса биологически активных веществ типа гистамина и брадикннина, способных изменить тонус мускулатуры сосудов и бронхов, увеличить сосудистую проницаемость, вызвать появление зуда, боли и отека (Chryssanthou et al., 1964, 1970; Hallenbeck et al.,1973; Philp, 1974; Bove, 1982). Одна из ключевых позиций в развитии такого рода процессов при декомпрессии, по-видимому, должна принадлежать активации системы комплемента (Ward et al., 1987; 1990) как части иммунной системы организма, участвующей в осуществлении неспецифического ответа на внешнюю агрессию. Правомерность этих представлений находит экспериментальное подтверждение в наших исследованиях, предпринятых (совместно с Л.В.Козловым) для оценки состояния комплемента крови при де-компрессионном воздействии от 3 ати до 1 ата. У группы обследуемых с присутствием в кровотоке "немых" газовых пузырьков, а также в случае с развитием зуда кожи и локальной эритемы выявлены достоверные изменения, указывающие на активацию комплемента по альтернативному пути.

Одна из важных функций комплемента - медиаторная: освобождающиеся в ходе каскада реакций активации фрагменты отдельных компонентов комплемента выполняют роль медиаторов многих ответных реакций организма, протекающих с участием простагландинов, интерлейкинов, интерферонов, которые можно объединить общим термином "воспаление" (Козлов Л.В., 1992). Протекание этих реакций может сопровождаться явлениями общего недомогания, активацией и увеличением в крови количества лейкоцитов, что нередко приходится наблюдать у пострадавших с тяжелыми проявлениями высотной ДБ (Розенблюм Д.Е., 1953; Бельгов И.М. и соавт., 1954; Haymaker, 1957; Neubauer et al., 1988; Wolf et al., 1989; Dixon, 1992). Таким образом, с учетом всей совокупности имеющихся данных феноменологию и патогенез ДБ, на наш

взгляд, следует рассматривать как проявление комплексной неспецифической реакции организма, закономерно развивающейся в ответ на образование в крови и тканях чужеродного агента - газовых пузырьков.

4. Условия нарушения функции малого круга кровообращения как барьера внутрисосудистых газовых пузырьков

Для изучения этого вопроса проведено две серии экспериментов на наркотизированных животных с искусственной газовой эмболией легких и воздействием на организм декомпрессии. Первая серия экспериментов выполнена на торакотомированных животных, находящихся на искусственной вентиляции легких, вторая - на животных с интактной грудной клеткой и самостоятельным дыханием.

Первая серия экспериментов. На рис.2А представлен фрагмент эхограм-

А Б В

Рис.2. Эхограмма легочного ствола у собаки при искусственно вызываемой газовой эмболии. Стрелкой показано местоположение поверхности датчика; А -до, Б - через 20 с, В - через 1 мин после начала внутривенной инфузии воздуха.

мы при локации легочного ствола прибором УЗКАР-З у одного из животных до внутривенного введения воздуха. Легочный ствол диаметром около 1 см расположен непосредственно под поверхностью датчика, но из-за подавления отраженного ультразвукового сигнала в ближней зоне локации его структура оказывается невидимой. Расположенные в дальней зоне локации на расстоянии 3 и 5 см от поверхности датчика жирные колеблющиеся линии являются эхо-сигналами от структур сердца, лежащего под легочным стволом.

Фрагмент эхограммы при локации легочного ствола спустя несколько секунд после поступления в него газовых пузырьков представлен на рис.2Б. Из-за поглощения и рассеяния пузырьками энергии лоцирующего ультразвука видимая ранее структура сердца на расстоянии 3 см от поверхности датчика становится невидимой. При продолжающемся введении воздуха количество газовых пузырьков в легочном стволе еще более возрастает и поэтому, как видно из рис.2В, поглощение и рассеяние излучаемого ультразвука становится настолько сильным, что исчезает изображение даже самой контрастной для выбранного направления локации структуры сердца на глубине 5 см.

На рис.3 представлены фрагменты эхограмм при локации дуги аорты

V

А Б В Г

Рис.3. Эхограмма дуги аорты у собаки при искусственно вызываемой газовой эмболии. Стрелкой показано местоположение поверхности датчика; А - до, Б -через 2 мин 30 с, В - через 3 мин 20 с после начала, Г - через 20 с после окончания внутривенной инфузии воздуха.

у того же животного. До введения воздуха и при малой длительности его введения на эхограмме рис.ЗА видны лишь структуры расположенного под аортой сердца. На кадре ЗБ нам удалось запечатлеть момент начала поступления газовых пузырьков в аорту. При увеличении количества проходящих через нее пузырьков низлежащие структуры сердца становятся менее контрастными (рис.ЗВ). После окончания введения воздуха в венозное русло массивное поступление газовых пузырьков в аорту прекращалось и в дальнейшем, пока сохранялась эмболизация легких, в нее эпизодически проникали лишь единичные газовые пузырьки (рис.ЗГ).

При каждом цикле внутривенного введения воздуха у животных происходило значительное снижение уровня Р^ н повышение уровня Рсог в артериальной крови, что указывало на резкое снижение эффективности газообмена в легких. Причем величина сдвигов показателей газового состава крови коррелировала с дозой введенного воздуха. Появление в аорте детектируемых нашей аппаратурой газовых пузырьков происходило в тот момент времени, когда доза введенного воздуха достигала 12-15 мл при уровне Рао2 порядка 40-45 мм рт.ст.

Вторая серия исследований. У большинства животных с интактной грудной клеткой проникновение газовых пузырьков в артериальную систему происходило при введении в вену большего (около 30 мл) количества воздуха и при менее выраженных нарушениях газообмена в легких (Рао2 порядка 47-59,2 мм рт.ст.). Анализ индивидуальных реакций показал, что первые сигналы ультразвуковой допплеровской аппаратуры, свидетельствующие о появлении газовых пузырьков в сонной артерии животных, возникали при увеличении ДЛА до 45-58 мм рт. и после завершения каждого цикла введения воздуха исчезали при снижении давления до 43-38 мм рт.ст. В итоге, результаты исследований с искусственной эмболией сосудистого русла позволили прийти к заключению, что при нарастающей эмболии основным условием, определяющим прохождение газовых пузырьков через малый круг кровообращения, является определенная степень легочной гипертензии.

Правомерность этого заключения была подтверждена в экспериментах на животных при воздействии декомпрессии (рис.4). Судя по сигналам ультразвуковой аппаратуры, проникновение газовых пузырьков в сонную артерию начиналось на стадии роста ДЛА при превышении уровня порядка 40 мм рт.ст. Из рис.4 видно, что у трех животных оно продолжалось и на стадии временной стабилизации ДЛА на уровне 40 и 49 мм рт.ст. Стабилизация ДЛА, по-видимому, отражала равенство объема газа в газовых пузырьках, поступающих с кровью в легкие, с суммарным объемом газа, удаляемого из легочных капилляров в альвеолярное пространство путем диффузии и проникающего в виде пузырьков в легочные вены. Следовательно, полученные результаты позволяют считать, что при малых степенях эмболии газовые пузырьки полностью удаляются из легочных капилляров путем диффузии газа в альвеолярное пространство. Однако, при нарастании эмболии и повышении систолического ДЛА до 38-40 мм рт.ст. легкие перестают справляться с ролью фильтра газовых пу-

Рис. 4. Динамика величины давления в легочной артерии у собак после воздействия декомпрессии, ф - фон, 10-60 мин время после декомпрессии. - появление газовых пузырьков в сонной артерии.

зырьков и часть из них начинает поступать в легочные вены и артерии большого круга кровообращения, где они в большом числе случаев регистрируются ультразвуковой аппаратурой допплеровского типа.

Помимо морфологических дефектов в сердечной перегородке венозные газовые пузырьки могут поступать в артериальную систему при легочной ги-пертензии через внутрилегочные артерио-венозные шунты (Butler, Hills, 1979) и, вероятно, капилляры легких. Особо благоприятные условия должны создаваться в капиллярной сети полностью или частично невентилируемых отделов легких для мелких пузырьков, окруженных оболочкой из поверхностно-активных веществ. Поступление газовых пузырьков из венозной в артериальную систему большого круга кровообращения следует относить к числу наиболее серьезных осложнений ДБ, создающих патогенетическую основу для последующих эмболических поражений сосудов головного мозга, сердца и других органов (Grulke, Hills, 1978; Butler, Hills, 1979; 1983 и др.).

5. Оценка значения некоторых факторов риска ДБ

Влияние мышечной работы на уровень риска ДБ при декомпрессии от 101 до 40-35 кПа. Результаты экспериментов с систематическим выполнением в разреженной атмосфере различных вариантов физической нагрузки показали, что в зависимости от характера и уровня тяжести работы частота возникновения ДБ у человека при декомпрессии от 101 до 40-35 кПа может колебаться в очень широком диапазоне - от 0 до 77,3% (рис.5). Наименьшее провоцирую-80 п

ч^изнагрузка р^'кшмн.

N=322

s? 60

w ее

2 40 ■

20

Физнагрузка руками: А=1,8 ккал/мин Ii--2,0 ккал/мин 11=2,2 ккал/мин Г=3,0 ккал/мин

Физнагрузка ногами: Д=6,2 ккал/мин

Б В Г Д

Тип физической нагрузки

Рис. 5. Влияние физической нагрузки на частоту ДБ во время экспозиции при давлении 40 - 35 кПа. " общая частота симптомов ДБ; ^ - частота интенсивных (препятствующих выполнению работы) симптомов ДБ.

щее влияние на развитие симптомов ДБ оказывает мышечная работа, выполняемая с преимущественной нагрузкой на мышцы верхних конечностей, регламентируя уровень которой можно эмпирически выбрать и обосновать даже практически безопасные в отношении ДБ режимы перехода человека из воздушной атмосферы к давлению 40-35 кПа. Основываясь на этих данных и принимая во внимание, что при наземной имитации ВКД в скафандре риск ДБ весьма мал (Barer, 1991), основной причиной относительно высокой степени декомпрессионной безопасности реальной ВКД, по-видимому, следует считать специфическое влияние скафандра на кинезиологическне характеристики двигательной активности космонавта. "Жесткость" скафандра препятствует космонавту совершать резкие движения конечностями и тем самым снижает интенсивность образования зародышей газовых пузырьков в организме по сравнению с интенсивностью этого процесса у человека при естественном стереотипе движений.

Повышенное содержание углекислоты во вдыхаемом воздухе. В экспериментах с гиперкапнией переходу обследуемых к давлению 44, 41 и 35 кПа предшествовало 2-часовое их пребывание в газовой среде с общим давлением 790 мм рт.ст.(105 кПа), нормализованным Р02, Pn2 и Рсо2> равным 30 мм рт.ст.(4 кПа). Такой уровень Рсо2 во вдыхаемом воздухе и сроки его воздействия на организм человека были выбраны исходя из действующих требований к газовой среде обитания пилотируемых космических аппаратов в аварийной ситуации (ГОСТ Р 50804-95). Во время пребывания в условиях гипобарии обследуемые дышали О2-СО2 газовой смесью, в которой РС02 также составляло 4 кПа.

Дыхание обследуемых гнперкапнической газовой смесью приводило к достоверному увеличению РаСо, на 3,1-4,2 мм рт.ст. и снижению рН крови на 0,02-0,026 по отношению к исходному уровню. Возникновение ДБ отмечено в 72 (67,9%) из 106 экспериме!ггов с гиперкапнией, тогда как в контрольной серии только в 33 (32,7%) из 101 (р<0,05). При этом обращали на себя внимание отчетливая тенденция к сокращению времени появления симптомов ДБ при давлении 44 кПа (на 39 мин, р>0,05) и 41 кПа (на 51 мин, р<0,05) и существенно более высокое (47 против 25 при р<0,01) число случаев с досрочным завершением экспериментов в виду развития интенсивных проявлений ДБ. В экспериментах с гиперкапнией появление суставных болей было шире растянуто во времени, а у отдельных лиц они появлялись даже на 5 и 6 ч гипобарического

воздействия. В целом, результаты данного раздела работы дают основание рассматривать гиперкапнию как важный фактор, способный существенно снизит'-уровень декомпрессионной безопасности режима перехода человека к давлению 40 кПа. Повышенный риск возникновения высотной ДБ в условиях гипер-капнни вероятно обусловлен замедлением скорости рассыщения тканей от азота в результате преобладания вазоконстрикторного действия С02 на сосуды многих областей тела (Ардашникова Л.И., 1948; Малкин В.Б., 1994), а также окклюзии большого числа мелких тканевых сосудов "немыми" газовыми пузырьками, быстро растущими за счет поступления в них из окружающей среды дополнительных молекул СОг.

Повторное воздействие декомпрессии. Анализ имеющихся в литературе данных ( Sheffield, Heimback, 1985; Fun-, Sears, 1988) и результаты собственных исследований дают основание считать, что первые 3-4 ч после завершения де-компрессионного воздействия являются наиболее опасными сроками в отношении возможности возникновения рецидивов ДБ при повторном подъеме на высоту. С увеличением времени между первичной и повторной декомпрессией прогрессивно увеличивается высота подъема, на которой происходит возобновление симптомов ДБ, и уменьшается частота их рецидивнрования. Повторная (с интервалом в 1 сутки) декомпрессия от наземного давления до уровня 38 кПа, проводимая после 30 мин периода преоксигенации при давлении 73 кПа, не увеличивает риск возникновения ДБ. Более того, в этих условиях отчетливо проявляется тенденция к снижению общей частоты возникновения ДБ, частоты развития выраженных ее проявлений и интенсивности сигналов ультразвукового детектора от газовых пузырьков. Эти данные указывают на присутствие в организме при повторной (с интервалом 1 сутки) декомпрессии уменьшенного количества газовых пузырьков в результате уменьшения количества их зародышей. Снижение количества зародышей газовых пузырьков и растворение к моменту повторной декомпрессии большей части газовых пузырьков, образованных при предшествующем декомпрессионном воздействии, являются, по-нашему мнению, основными механизмами описанной в литературе "акклиматизации" к ДБ как при высотной декомпрессии (Furr, Sears, 1988), так и в практике подводных и кессонных работ (Walder, 1969; Ванн, 1988).

Индивидуальные факторы риска. Постановка повторных и в ряде случаев многократных высотных испытаний с участием одних и тех же обследуемых

лиц показала, что у наиболее восприимчивых людей развитие симптомов ДБ (7-9%) может отмечаться даже при подъеме на высоты порядка 5000-6000 м. Однако наиболее ярко различия в уровне индивидуальной устойчивости к развитию ДБ проявляются при величинах конечного давления 40-35 кПа (70003100 м). По результатам переносимости такого рода воздействий представляется возможным разделить практически здоровых лиц на три большие группы: лиц с высокой, средней и низкой индивидуальной устойчивостью к развитию ДБ. При переходе к белее низким величинам пониженного давления постепенно происходит нивелирование индивидуальных различии и при подъеме на высоту 11000 м риск зозннкновепия ДБ практически для псех людей становится разным 1С0%.

По Г21ГИМ данным, к числу основных индивидуальных факторов риска при воздействии на организм челозека бысотпсл декомпрессии следует относить возраст людей старше 40 лет, содержание жира з организме более 15% и наличие п анамнезе тяжелых костных повреждений. У предрасположенных лиц симптомы ДБ розшпсают чаще, быстрее и проявляются наиболее тяжело.

Как было указано выше, в качестве одного из возможных механизмов разгнпы тяжелых системных осложнений ДБ :.íg:::ot рассматриваться проникновения газсплх пузырьков, а также и других ??:болоз из аенозной в артериальную систему большого круга кровообращения через морфологические дефекты г, перегередке сердца, в частности, foramen ovale, неполное заращенне которого встречается у 20-30% практически здорового населения (Бакулев А.Н., Мсшалкин E.H., 1955; Лопухин Ю.М., Желтикоз Н.С., 1971). Учитывая эти особенности, a таюже результаты собственных наблюдений по обнаружению газовых пузырьков в сонной ертерии у отдельных лиц з условиях гипоба-рни, следует уделять особое внимание диагностике скрытых, клинически не проявляющихся дефектов в перегородке сердца на этапе отбора н медицинского освидетельствования летчиков и космонавте,ч, а также других хонгингентов обследуемых лиц, в профессиональной деятельности которых может иметь место воздействие на организм декомпрессии. Люди с морфологическими дефектами в перегородке сердца должны признаваться негодными для работ, выполняемых в условиях воздействия на организм декомпрессии.

6. Риск возникновения ДБ при имитации ВКД в условиях антиортостаза

В условиях микрогравитации и относительной гиподинамии механизмы образования квази-стабияьных микроскопических газовых ядер в тканях человека, по-видимому, действуют с меньшей интенсивностью по сравнению с их действием при обычных условиях жизнедеятельности. Поэтому при реализации современных космических программ космонавты приступают к выполнению ВКД при относительно низком содержании в их тканях возможных зародышей газозых пузырьков, что и является одной из причин сравнительно высокой декомпрессионной безопасности этих операций. Правомерность этой гипотезы частично подтверждается результатами ряда экспериментов (Kumar et al., 1993; Powell et al., 1994, 1995). Эти эксперименты показывают, что у людей, которые в течение 3 суток пребывали в антиортостатнческом положении, количество детектируемых ультразвуковой допплеровской аппаратурой венозных газовых пузырьков при декомпрессии до 44,8 кПа существенно ниже, чем у обследуемых контрольной группы.

В наших экспериментах обследуемые лица подвергались воздействию декомпрессии в антиортостатнческом положении практически сразу же после перевода их в это положение. В 78 экспериментах такого рода с воздействие;.; декомпрессии до 38 кПа и выполнением физической работы верхними конечностями появление венозных газовых пузырьков в легочной артерии было зарегистрировано в 46 случаях (59%), а возникновение симптомов ДБ - в 19 случаях (24,4%). При этом среднее время появления венозных газовых пузырьков после подъема обследуемых на высоту составляло 112±9,9 мин, а возникновения симптомов ДБ - 163+13,9 мин.

С другой стороны, в 58 экспериментах с воздействием более мягкой декомпрессии до 40 кПа при вертикальном положении обследуемых и выполнении ими аналогичной по энерготратам работы руками появление венозных газовых пузырьков в легочной артерии было зарегистрировано в 44 случаях (75,9%) со временем 45+4,9 мин, а возникновение симптомов ДБ - в 17 случаях (29,3%) со временем 83±12,2 мин. В более наглядном виде влияние положения тела на риск возникновения ДБ при работе верхними конечностями отражено на рис.6.

30 ^ 25

из" " 20 Г*

2 "

И

а3 ю

5 О

л -1

1 Б

-

! - \

-1 » 1

50

100

150 200 'ремп,

250

ЗСО

Рис. 6. Кумулятивная частота возникновения ДБ: Л - в экспериментах с воздействием декомпрессии до 40 кПа при вертикальном положении обследуемых и работе верхними конечностями, Б - в экспериментах при более жесткой декомпрессии до 38 кПа и выполнении аналогичной работы в антнортостатическом положении.

Сравнение результатов проведенных исследований свидетельствует, что при воздействии на человека декомпрессии в антнортостатическом положении риск возникновения ДБ и частота появления газовых пузырьков в всиозисм русле существенно ниже, чем и вертикальном положении. Кроме того, при антнортостатическом положении человека симптомы ДБ и венозные газовые пузырьки з среднем появляются в более поздние сроки. Полученные результаты могут быть обусловлены двумя причинами. Одной из этих причин, по-видимому, твлягтся стгтсение интенсивности образования новых зародышей газовых пузырьков в результате скимсеь'ия эффективности действия той части механизмов кавитации в тканях организма, которые обычно срабатывают при работе опорно-двигательного аппарата, направленной на поддержание вертикальной позы человека в услозиях земной гравитации. Другая причина обусловлена возникающими при антиортостат1иеском положении тела изменениями гемодинамики. Как известно, перевод человека в аитиортостатическое положение вызывает увеличение кровенаполнения сосудов центральных органов (Какурин Л.И. и согвт., 1987; Бараков В.М., 1993) и временное увеличение периферического кровообращения (ВаПсИп, Lundgen, 1972), что в рассматриваемой нами ситуации способствовало более быстрому вымыванию азота из организма и снижению скорости роста и размеров образовавшихся газовых пузырьков.

7. Пути повышения декомпресснонной безопасности ВКД космонавты;

Скафандр с высокитл давлением. Судя по результатам проведенных исследований с подъемами обследуемых на разные высоты, самым действенным средством снижения риска возникновения ДБ у космонавта при выходе в открытый космос является скафандр с давлением, превышающим 54 кПа. Однако, при существующей технологии создание такого скафандра с учетом требований к подвижности его сочленений и шарниров представляет собой весьма сложную техническую проблему (Marotte, Weibel, 1988; Мак Баррон II и соавт., 1994; Skoog, Abramov, 1995; Moller et al., 1995).

Кратковременная десатурация организма от азота и способы повышения ее защитного эффекта для перехода к давлению 40-30 кПа. Исходя из представлений о том, что выведение азота из организма во время дыхания чистым кислородом может быть ускорено за счет активизации тканевого кровотока (Ардашннкова Л.И., 1948; Behnke, 1951; Balldin, Lundgren, 1972; Balldin, 1976; Balldin, Liner, 1978), в настоящей работе проведена оценка защитного эффекта 45-мин предварительной десатурации организма от азота путем дыхания чистым кислородом Е сочетании с выполнением на велоэргометре 20-мин физической нагрузки мощностью в 35% от максимальной аэробной способности обследуемых лиц. Рассчитанная по методу Kubicek et al. (1970) величина МОС возрастала в период физической нагрузки на 57% (р<0,001), а ЧСС - на 45% (р<0,001). Указанные сдвиги сопровождались снижением Еелпчины удельного периферического сопротивления сосудов у обследуемых на 38% (р<0,001). Данные гю оценке риска ДБ представлены в табл.2.

На основании более низкой общей частоты возникновения симптомов ДБ и частоты интенсивных се проявлений, удлинения латентного периода развития болевых симптомов в конечностях, более низкой частоты и интенсивности поступления газовых пузырьков в кровеносное русло, отмечаемых при подъемах на высоту 9000 м после денитрогенации в сочетании с физической нагрузкой, можно сделать вывод о положительном вкладе физической нагрузки в повышение защитного эффекта предварительного 45-мин дыхания чистым кислородом. За счет повышения объемной скорости кровотока и снижения периферического сосудистого сопротивления, достигаемых выполнением физической нагрузки, удается добиться не только более полного общего рассыще-

Таблица 2

Влияние условий 45-минутной предварительной десатурации организма от азо-

та на риск возникновения ДБ у человека при подъеме на высоту 9000 м

Условия десатурации

п/п Показатели Дыхание кислородом в покое(контроль) Дыхание кислородом + 20-мин физ. нагрузка

1. Количество подъемов 38 20

2. Количество обследуемых 18 10

3. Количество подъемов с ГП 37 (97,4%) 17(85%)

4. Время появления ГП, мин 23,7±3,4 14,б±2,3*

5. Средняя интенсивность сигналов от ГП, баллы 2,8±0,2 1,9±0,1*

6. Количество подъемов с ДБ 30(78,9%) 9 (45%)**

7. Время возникновения болевых симптомов, мин 44,9±6,0 59,3±18,4

8. Количество подъемов с невыполнением программы 26 (68,4%) 5 (25%)*

ГП - газовые пузырьки; * - р<0,05; ** - р<0,01

ния организма от азота во время дыхания кислородом, но и осуществить, по-видимому, более эффективную десатурации тех тканей, в которых при воздействии на организм высотной декомпрессии образуются газовые пузырьки, являющиеся причиной возникновения болевых симптомов в конечностях. Характерное для этих условий более раннее появление газовых пузырьков в венозном кровотоке является, на наш взгляд, следствием присутствия в организме дополнительного количества газовых зародышей, сформированных в результате мышечных сокращений и повышенной двигательной активности обследуемых при работе на велоэргометре. Поэтому вторым фактором, способным ускорить выведение азота из организма при дыхании кислородом в исследованиях с физической нагрузкой, могла стать так называемая "пузырьковая"

десатурация, т.е. десатурация, происходящая путем переноса молекул азота из тканей в легкие в составе газовых пузырьков.

Результаты этих исследований дают основание полагать, что путем выполнения дозированной физической нагрузки в период дыхания чистым кислородом возможно не только существенно повысить защитный эффект кратковременной денитрогенации организма человека при переходе к давлению 40 кПа, но и сократить сроки более продолжительной десатурации, требуемой для обеспечения безопасного перехода к давлению порядка 30 кПа.

Пути обеспечения декомпрессионной безопасности при работе в скафандре с низким давлением.

А. Гипобарическая атмосфера корабля. Декомпрессионную безопасность ВКД в сравнительно гибком и хорошо подвижном скафандре с давлением 2425 кПа можно обеспечить путем создания в корабле азотно-кислородной атмосферы с пониженным давлением и повышенным процентным содержанием кислорода. Именно такой способ обеспечения декомпрессионной безопасности ВКД был реализован в ранних пилотируемых космических программах США. В кабинах космических кораблей "Джемини" и "Аполлон", а таюхс на орбитальной станции "Скайлэб" создавалась газовая среда с давлением 34,5 кПа при концентрации кислорода от 100 до 70%, а уровень рабочего давления в скафандрах для ВКД составлял 24 кПа (Morgenthaler et al., 1994).

В работах отечественных авторов (Бондарев Э.В. и соавт., 1969; Генин A.M., Черняков И.Н. и соавт., 1971, 1972,1975; Черняков И.Н. и соавт., 1976) обнадеживающие результаты были получены при использовании азотно-кислородной газовой среды с общим давлением порядка 430-405 мм рт.ст. (5754 кПа). В наших экспериментах, выполненных совместно с И.П.Полещуком под руководством П.М.Граменицкого (Граменицкий П.М. и соавт., 1976), основной акцент был сделан на изучении газовой среды с давлением 54 кПа при Fi02=45% и FiN2=55%. В отличии от вышеупомянутых исследований, в нашей работе выдерживался 6 ч срок пребывания обследуемых при конечной степени разрежения в 22,6 кПа и в условиях этого разрежения систематически применялась физическая нагрузка.

Полученные результаты показали, что путем увеличения времени пребывания обследуемых в данной газовой среде с 10 ч до одних суток удается снизить риск возникновения ДБ при последующей декомпрессии к давлению 22,6

кПа с 17,9% до практически приемлемого уровня з 2%. Однако, несмотря на высокую эффективность использования такого подхода к профилактике ДБ у космонавтов при ВКД весьма серьезным его недостатком является повышенная опасность возникновения пожара в гипобарической атмосфере с повышенным содержанием кислорода, что, кстати сказать, и явилось одной из причин отказа от ее постоянного применения в последующих космических программах США.

Б. Нормобарическая атмосфера корабля с заменой азота на другой газ-разбавитель. Последним из возможных подходов к обеспечению декомпресси-снной безопасности операций выхода космонавтов в открытый космос представляется замена азота п атмосфере кабины корабля на инертный компонент, создающий наименьшую угрозу возникновения ДБ. С теоретической точки з^ешст, таким инертным компонентом атмосферы корабля является неон (Roth, 1966; Николаев В.П., 1990).

По своим физическим свойствам, и в частности, по текучести неон близок к азоту. Расчеты показывают, что при выходе космонавта из пеоло-хпслородной атмосферы кабины корабля в открытый космос з скафандре с давлением 25 кПа риск появления ДБ будет таким же, как при выходе из азот-но-кислсродной атмосферы в скафандре с давлением 40 кПа. Следовательно, ::спользсзание такой атмосферы должно повысить оперативность подготовки ВКД и обеспечить профилактику ДБ в скафандрах с более низким давлением без повышения опасности пожара в кабине корабля. Более того, использование сгафандра с пониженным давлением позволит существенно снизить тяжесть рабочих операций з открытом космосе и тем самым повысить продуктивность ЗКД. Однако предполагаемые преимущества нгоно-кислороднон атмосферы космических кораблей, лунных станций и других космических объектов требуют экспериментального подтверждения и экономического обоснования.

Коэффициент перенасыщения организма азотом как критерий риска возникновения ДБ. В качестве показателя степени тяжести декомпрессионного создействия а космической медицине принято использовать величину коэффициента перенасыщения тканей организма азотом (Horrigan et al., 1989; Vogt et al., 1991; Фшшпенков C.H., 1939; Чадов В.И., Исеев JI.P., 1989, 1994; Barer, 1991, 1995; Powell et al., 1995). Вместе с тем, при обосновании безопасных режимов перехода к пониженному давлению следует принимать во внимание, что величина этого показателя не является однозначным критерием степени тя-

жести декомпрессиоиного воздействия. Во-первых, как свидетельствуют результаты выполненных исследований (рис.5), при одних и тех же характеристиках высотного декомпрессиоиного воздействия риск возникновения ДБ существенным образом различается у одного и того же контингента обследуемых лиц в зависимости от характера и интенсивности выполняемой ими мышечной работы. Во-вторых, как это было отмечено нами ранее совместно с П.М.Граменицким (Граменицкий П.М. и соавт., 1976), величина безопасного коэффициента перенасыщения организма азотом уменьшается с увеличением конечной степени разрежения.

Представленные на рис.7 результаты изучения кумулятивной частоты

100 * "

щ 40

Р

§ <•

0

о «0 120 iso 140 300 360 0 (0 120 iso 240 300 360

Время, мин Время, мин

Рис. 7. Кумулятивная частота возникновения ДБ: слева - в сериях декомпрессий до 22,6 кПа при TR = 3,47 (A), TR = 1,73 (В) и TR = 1,48 (С); справа - в сериях декомпрессий до 30 кПа при TR = 2,45 (D), до 35 кПа при TR = 2,25 (£) и до 40 кПа при TR = 1,91 (F).

возникновения ДБ при подъеме на высоты 11000-7000 м также подвергают сомнению правомерность сложившихся представлений о коэффициенте перенасыщения организма азотом как показателе степени безопасности декомпрессии. Из сопоставления кривых В и F видно, что риск возникновения ДБ при декомпрессии до 22,6 кПа (11000 м) с коэффициентом перенасыщения (TR) 1,73 выше, чем при декомпрессии до 40 кПа (7000 м) с более высоким значением этого показателя (1,91). Этот факт еще раз убеждает в том, что коэффициент перенасыщения организма азотом (или любым другим инертным компонентом дыхательной смеси) нельзя считать однозначным критерием степени безопасности декомпрессии н степени риска возникновения высотной ДБ. При оценке

А J в

с ""

степени декомпрессионной безопасности режимов перехода к пониженному давлению значением коэффициента перенасыщения организма азотом более корректно пользоваться только в тех случаях, когда речь идет об однотипных декомпрессионных воздействиях, характеризующихся одним и тем же абсолютным значением конечного давления и одним и тем же уровнем физической активности обследуемых лиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В проведенной работе рассмотрены основные аспекты проблемы переносимости человеком воздействия высотной декомпрессии. Создана и гпробиро-гглга ультразвуковая эхографичгскач и допплеровсхзя аппаратура, позволяющая осуществлять объективный контроль за динамикой в организме тканевых и внутрисосудистых газовых пузырьков, являющихся причиной возникновения ДБ. На большом материале экспериментальных исследований в барокамере изучена феноменология высотной ДБ, проанализированы ее основные факторы риска при имитированной и реальной ВКД, обоснованы принципы ранней диагностики, определены подходы к профилактике и тактике лечения ДБ у космонавтов при выполнении ВКД. Полученные в работе данные позволили обосновать представление о патогенезе высотной ДБ как комплексной неспецифи-ческси реакции организма, закономерно развивающейся в ответ на появление в крови и тканях чужеродного агента - газовых пузырьков, в соответствии с которым к ключевым звеньям патогенеза ДБ (рис.8) следует относить физиологические эффекты, обусловленные: а) механическим воздействием на окружающие структуры стационарно растущих в тканях газовых пузырьков, б) газовой эмболией венозных сосудов и малого круга кровообращения, в) активацией цепи биохимических процессов на границе раздела "газ-жидкость", г) проникновением газовых пузырьков через легкие в артериальную систему большого круга кровообращения, д) локальными и системными компенсаторными реакциями нейро-гуморального характера в ответ на появление я крови и тканях газовых пузырьков.

Рис. 8. Схема представлений об основных звеньях патогенеза декомпрессионной болезни.

С учетом этиопатогенетической роли присутствующих в организме "немых" газовых пузырьков, характера и тяжести декомпресснонных нарушений разработан нсзый вариант клинической классификации высотной ДБ. Согласно этой классификации предложено выделять следующие три стадии развития ДБ: Л - стадию предболезнн (синдром преморбидиого состояния), Б - не-осложненную (легкую) и В - осложненную (тяжелую) формы. Объективным признаком преморбидного состояния является присутствие в организме "немых" газовых пузырьков; признаками неосложненной формы служат мы-шечно-суставные боли, явления локального отека и зуда колеи; признаками осложненной формы - системные (респираторные, неврологические и сердеч-но-сосуднстые) расстройства.

ВЫВОДЫ

1. Степень риска возникновения ДБ у человека при высотной декомпрессии зависит не только от параметров этого воздействия и уровня индивидуальной его переносимости, но и ряда других факторов, способствующих активации или ингибированию процессов образования и роста газовых пузырькотз в крови и тканях организма.

2. При декомпрессии от наземного к пониженному давлению мелкие (412 мкч) "немые" газовые пузырьки в тканях начинают идентифицироваться ультразвуковой эхографической аппаратурой уже через 2,5-3 мин после начала подъема и на сравнительно малых (около 4000 м) высотах, по симптомы ДБ обычно возникают значительно позже и на существенно больших высотах после появления в венозном русле относительно крупных (50-100 мкм) газовых пузырьков, поддающихся обнаружению с помощью ультразвуковой аппаратуры допплеровского типа.

3. Поступление в малый круг кровообращения человека даже "немых" газовых пузырьков и окклюзия ими легочных капилляров в условиях воздействия на организм человека высотной декомпрессии приводит к повышению величины давления з легочной артерии и уровня центрального венозного давления. Степень выраженности указанных изменений этих параметров гемодинамики

коррелирует с интенсивностью начальных (доклинических) стадий газовой эмболии легких.

4. Величина коэффициента перенасыщения организма азотом (или любым другим инертным компонентом дыхательной смеси) не является однозначным критерием степени безопасности декомпрессии и степени ряска возникновения высотной ДБ. Во-первых, величина безопасного коэффициента перенасыщения организма азотом уменьшается по мере снижения уровня конечного давления. Во-вторых, при одном и том же значении этого показателя риск возникновения высотной ДБ в значительной степени зависит от характера и интенсивности выполняемой мышечной работы.

5. Причиной возникновения самого частого симптома высотной ДБ у человека - болей в конечностях являются внесосудистые газовые пузырьки, расположенные в трудно поддающихся растяжению и богатых нервными окончаниями гшраартикулярных тканях.

6. Существует статистически значимая зависимость между частотой и интенсивностью поступления в венозный кровоток газовых пузырьков, детектируемых ультразвуковой аппаратурой, и возникновением клинических признаков высотной ДБ: с повышением частоты и интенсивности поступления газовых пузырьков в венозный кровоток увеличивается частота возникновения болевых симптомов в конечностях и тяжесть их проявления; в случаях с интенсивностью сигналов ультразвуковой аппаратуры от поступающих в малый круг кровообращения газовых пузырьков, равной 4 баллам по шкале Спенсера, риск появления респираторных нарушений достоверно выше, чем при значениях этого показателя в 0-3 балла.

7. При малых степенях газовой эмболии легких пузырьки полностью удаляются из легочных капилляров путем диффузии газа в альвеолярное пространство. Однако, при нарастании эмболии и повышении систолического давления в легочной артерии до 38-40 мм рт.ст. легкие перестают справляться с ролью фильтра газовых пузырьков и часть из них начинает поступать в легочные вены и артерии большого круга кровообращения, что увеличивает риск

возникновения тяжелых системных осложнении. 3 условиях легочной гипер-тснзии проникновение венозных газовых пузырьков в артернатьную систему большого круга кровообращения возможно через внеальвеолярные внутрилс-гочные шунты, капиллярную сеть легких и морфологические дефекты в перегородке сердца.

3. Сокращение интерзала времени между первичной и повторной имитацией ВКД с 3-7 до 1 суток не призодит к увеличению риска возникновения ДБ. Позышсинг парциального давления углекислого газа во вдыхаемой смеси до 4 кПа повышает риск ДБ при переходе человека з разреженную атмосферу с давлением 44-35 кПа примерно в 2 раза.

9. Перевод человека в антпертостатичссксе положение, моделирующее некоторые физиологические эффекты острого периода адаптации к условиям микрогравитации, смягчает воздействие на организм высотной декомпрессии, что проявляется в снижении частоты возникновения симптомов ДБ и поступления в венозный кровоток газовых пузырьков. Одной из причин, объясняющей полученные результаты, по-видимому, является уменьшение интенсивности образования новых газовых зародышей в шггиортостатическом положении человека з результате снижения эффектшшости действия тон части механизмов кавитации в тканях организма, которые обычно срабатывают при работе опорно-двпгателыюго аппарата, направленной на поддержание вертикальной позы в условиях земной гравитации. Другая причина, очевидно, связана с ускоренной элиминацией азота из организма при дыхании кислородом в ан-тиортостатнческом положении, обусловленной возросшим в этих условиях возвратом венозной крови к сердцу и легочным кровотоком.

10. Существенное снижение риска возникновения ДБ при ВКД космонавтов по сравнению с ее риском при имитации ВКД в наземных условиях обусловлено снижением эффективности действия механизмов образования газовых пузырьков б организме человека из-за создаваемых жесткостью скафандра ограничений его двигательной активности, снятия весовой нагрузки с опорно-двигателыюго аппарата и уменьшения мышечных усилий при выполнении статической и динамической работы в условиях микрогравитации.

11. При обосновании оптимальных путей и способов профилактики ДБ у космонавтов при выполнении ВКД необходимо учитывать уровень рабочего давления скафандра для ВКД, величину давления, содержание кислорода н физико-химические свойства инертного компонента газовой атмосферы космического корабля, а также индивидуальную предрасположенность человека к воздействию декомпрессии.

12. Разработана тактика реализации лечебных мероприятий при возникновении ДБ у членов экипажа с условиях орбитального космического полета. При наличии медицинских показаний и отсутствии специального оборудования для срочного проведения гииербарическоГ: оксигенации - радикального метода лечения высотной ДБ, может быть использован скафандр для ВКД, технические характеристики которого позволяют создать в нем кислородную среду с давлением до 1,4 ата.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ II РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Разработаны "Рекомендации по методам объективного контроля за состоянием человека во время декомпрессии". Рекомендации реализованы на предприятиях ИБФ МЗ СССР (Акт о внедрении N 09/64а от 16.06.1986 г.). и с/ч 64688 (Акт о внедрении N 09/72а от 23.06.1986 г.).

2. Разработана "Инструкция по оценке индивидуальной устойчивости организма человека к декомпрсссионной болезии". Инструкция реализована в Центре подготовке космонавтов им. Ю.А.Гагарина (Акт о внедрении от 16.04.93 г.) и ИМЕПМЗ РФ (Кт 1-12-4-92 от 24.11.92 г.).

3. Разработаны "Предложения по оценке и прогнозированию декомпрес-сиокной безопасности условий внекорабельной деятельности космонавтов" (Отчет ИМБП, инв.К 0-1976, 1992, с.131-133).

4. Разработаны "Предложения по методам оценки риска возникноасния декомпрессионной болезни" (Отчет ГНЦ-ИМБП инв.Ы 2015,1994, с. 70-71).

5. Разработаны "Предложения по тактике лечения декомпресспонной болезни у космонавтов з космическом полете" (Отчет ГНЦ-ИМБП, инз. N 2006, 1993, с.24-27). Предложения использованы при состазлешш Дополнения к Инструкции по оказанию неотложной помощи космонавтам в части лечения дс-хомпрсссксшгой болезни (Дополнение утверждено 27.05.96 г. директором ГНЦ РФ-ИМБП Л.И.Григорьевым).

6. Результаты проведенных исследований использованы при разработке Требований обеспечения условий жизнедеятельности космонавта при внекора-бельнсл деятельности Государствешюго стаидгрга РФ "Среда обитания хос-монапта п пилотируемом космическом аппарате" (ГОСТ Р 50804-95, М., Изд-зо стаядгртоз, 1905, раздел 11, с. 99-100).

7. Разработана 'методология выбора путей обеспечения декомпрессиен-::сй безопасности пнекерабельной деятельности космонавтов в космическом полете. Полученные материалы использованы при обосновании и подготовке Программы обеспечения безопасности экипажа, включенной в Проект медико-технического обеспечения Государственной научно-технической программы "Марс" (Отчет ПМБП, пив. N 0-1886, 1990, т.1, раздел 3.4, с. 73-79, 100-101; исполнитель - В.П.Катунцев).

8. Проводимые в рамках настоящей работы исследования включены в раздел 7.2 "Комплексной Программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ з области космической биологии и медицины на 19911995 годы", утсер-лсденпой Постановлением Совета Министров СССР от 19 января 1991 г. N60.

9. Материалы диссертации реализованы в лекционном курсе для студентов кафедры "Авиакосмической и экстремальной медицины" факультета "Фундаментальной медицины" МГУ им. М.ВЛомоносова.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Некоторые данные о локализации газовых пузырьков, вызывающих высотные декомпрессионные боли. Космич. биол. и авиакосмич. мед., 1974, т. 8, N 4, с. 66-70 (совместно с Полещуком И.П.).

2. Особенности развития высотных декомпрессионных расстройств в условиях, характерных для авиационной н космической практики. В кн.:"Авиакосмическая медицина. Тезизы докладов на V Всесоюзной конференции". М.-Калуга, 1975, т.1, с. 149-152 (совместно с Граменицким П.М., Казаковой Р.Т., Полещуком И.П., Пороховым Ю.П., Юровой К.С. и Молчановой Л.Д.).

3. Общие закономерности, составляющие основу профилактики высотных декомпрессионных расстройств. В сб.:"Труды IX чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э.Циолкосского". М., 1976, с. 124-134 (совместно с Граменицким П.М. и Полещуком И.П.).

4. Некоторые итоги изучения высотных декомпрессионных расстройств в сопоставлении с данными подводной физиологии. В сб.¡"Оценка состояния организма человека и животных в условиях гипербарии" Л., 1977, с. 133-135 (совместно с Граменицким П.М., Диановым А.Г., Брянцевой Л.А. и Полещуком И.П.).

5. Развитие декомпрессионных расстройств у человека на малых высотах. В кн.:"Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека". М., 1982, с. 275-276 (совместно с Казаковой Р.Т. и Полещуком И.П.).

6. Реакции кардиореспираторной системы на искусственную аэроэмболию малого круга кровообращения. В кн.¡"Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека". М., 1982, с. 278-280 (совместно с Га-лнчием В.А., Казаковой Р.Т., Финогеновой Р.И., Юровой К.С. и Однноковым Г.И.).

7. Декомпрессионные расстройства у человека на высотах 7000 м и 8100 м в зависимости от характера и интенсивности мышечной работы. В кн.: "Космическая биология и авиакосмическая медицина. VII Всесоюзная конференция по космической биологии и авиакосмической медицине". Москва-1982-Калуга, с. 190 (совместно с Полещуком И.П. и Казаковой Р.Т.).

8. Регистрация газовых пузырьков в легочной артерии и аорте собак средствами ультразвуковой эхографии при внутривенной инфузии воздуха. Космич. биол. и авиакосмич.мед., 1983, т.17, N 5, с. 61-65 (совместно с Николаевым В.П., Казаковой Р.Т., Финогеновой Р.И., Юровой К.С., Дорониной Т.Д., Мансфельдом А.Д., Чичаговым П.К. и Рейманом A.M.).

9. Ультразвуковая эхолокация мягких тканей у собак при декомпрессии. Космич. биол. и авиакосмич. мед., 1984, т.18, N 3, с.52-57 (совместно с Николаевым В.П., Казаковой Р.Т., Финогеновой Р.И., Юровой К.С., Дорониной Т.Д., Мансфельдом А.Д., Чичаговым П.К. и Рейманом A.M.).

10. Ультразвуковая индикация газовых пузырьков и появление симптомов декомпрессионных расстройств у человека при подъеме на высоту. В кн.:"Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека". М., 1986, с.272 (совместно с Николаевым В.П., Анисимовым О.И. и Гени-ным A.M.).

11. Результаты ультразвукового зондирования сердца, кровеносных сосудов и тканей у человека при высотной декомпрессии. В kh.:"XV съезд всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова". JI., Наука, 1987, т.1, с.42-43 (совместно с Гениным A.M., Николаевым В.П. и Анисимовым О.И.).

12. Условия нарушения функции легких как барьера для внутрисосудис-тътх газовых пузырьков. В кн.:" XXII Совещание постоянно действующей рабочей группы социалистических стран по космической биологин и медицине". Варна, 1989, с. 108 (совместно с Николаевым В.П. и Гениным A.M.).

13. Оценка информативности результатов ультразвукового контроля газовых пузырьков в венозном кровотоке для диагностики высотных декомпрессионных расстройств. В сб.: "Медико-биологические проблемы декомпрессии. Материалы 1-го Всесоюзного совещания". М., 1991, с.36-42 (совместно с Анисимовым О.И. и Щербаковой М.А.).

14. Оценка возможности купирования болевых симптомов декомпресси-онной болезни у космонавтов путем повышения давления в скафандре. В сб.: "Медико-биологические проблемы декомпрессии. Материалы 1-го Всесоюзного совещания". М., 1991, с. 16-17 (совместно с Нихолаезым В.П., Анисимовым О.И. и Щербаковой М.А.).

15. Ультразвуковая локация газовых пузырькод в кровеносном русле у человека при работе в скафандре. Апнакосмнч. и экологич. мед., 1992, т. 26, N 3, с. 52-55 (совместно с Филипенкозым С.Н. и Анисимовым О.И.).

16. Влияние декомпрессии на состояние системы комплемента. Авкакос-мич. и экология, мед., 1993, т. 27, N 3, с. 22-28 (совместно с Козловым JI.B., Щербаковой М.А., Агеевым В.П. и Сизой М.Н.).

17. Оценка информативности ультразвукопого контроля венозных газовых пузырьков для диагностики декомпрессноннон болезни. В сб.: "Выживание человека: резервные возможности и нетрадиционная медицина. I-я международная научная конференция". М.,1993, с. 202-205.

18. Влияние гиперкапнии на частоту развития декомпрессионной болезни у человека при подъеме на высоту. Авиакосмт. и экологич. мед., 1993, т. 27, N 5-6, с. 82-87 (совместно с Полещуком И.П. и Казаковой Р.Т.).

19. Медицинские проблемы обеспечения внекорабельной деятельности космонавтов при полете на Марс. В сб.: "Труды XXVII Чтений К.Э. Циолковского". М., 1993, с. 11-16 (совместно с Николаевым В.П. и Оснпозым Ю.Ю.).

20. Некоторые показатели гемодинамики у человека при поступлении в малый круг кровообращения "немых" газовых пузырьков в условиях гипоба-рии. Авиакосмич. и экологич. мед., 1994, т. 28, N 1, с. 35-40 (совместно с Катковым В.Е., Щербаковой М.А. и Смирновой Т.М.).

21. Влияние физической нагрузки на риск возникновения декомпресси-онной болезни у человека при подъеме на высоту в условиях антиортостаза. Авиакосмич. и экологич. мед., 1994, т.28, N 2, с. 51-56 (совместно с Николаевым В.П., Щербаковой М.А., Осиповым Ю.Ю. и Акчуриным А.Э.).

22. Влияние повторной декомпрессии на риск возникновения декомпрес-сионной болезни у человека при подъеме на высоту. Авиакосмич. и экологич. мед., 1994, т.28, N 3, с. 26-31 (совместно с Николаевым В.П. и Щербаковой М.А.).

23. Легочная форма декомпрессионной болезни: анализ 29 случаев возникновения у человека при подъемах в барокамере. Авиакосмич. и экологич. мед., 1994, т.28, N 5, с. 28-33 (совместно с Щербаковой М.А.).

24. Экспериментальная оценка возможности использования аппаратуры "Эхограф-2М" как детектора газовых пузырьков. В кн.:" Космическая биология и авиакосмическая медицина. Тезисы докладов X конференции". М., 1994, с. 67 (совместно с Фоминой Г.А., Николаевым В.П. и Щербаковой М.А.).

25. Тактика лечения высотной декомпрессионной болезни. В кн.¡"Космическая биология и авиакосмическая медицина. Тезисы докладов X конференции." М., 1994, с. 172-173 (совместно с Щербаковой М.А.).

26. The effect of hypercapnia on the decompression sickness risk during simulated extravehicular activity. SAE Technical Paper Series N 941332, 5 pp. 24th International Conference on Environmental Systems and 5th European Symposium on Space Environmental Control Systems. Fridrichshafen, Germany, June 20-23,

1994, (совместно с Poleshchuk l.P. and KazakovaR.T.).

27. Decompression safety of extravehicular activities of cosmonauts: the ways and means for solution. SAE Technical Series. N 951594, 7 pp. 25th International Conference on Environmental Systems. San Diego, California. July 10-13, 1995 (совместно с Nikolaev V.P.).

28. The feasibility of Doppler monitoring during EVA. Acta Astronautics,

1995, Vol. 36, N 1, pp.81-83 (совместно с Barer A., Filipenkov S., Vogt L. and Wenzel J.).

29. Пути и способы повышения эффективности и декомпрессионной безопасности внекорабельной деятельности экипажей космических летательных аппаратов. В кн.: "Труды 1-й международной авиакосмической конференции "Человек-Земля-Космос". Под. ред. Г.Е. Лозино-Лозинского. М., 1995, т.7, с. 110-114 (совместно с Николаевым В.П. и Гениным A.M.).

ОИПД ВЦ ГКС РФ 1" f 11<_ Тйр.—1Ё2— 1996 г.