CC BY
171
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СТРЕССА НА ФИЗИЧЕСКУЮ И ПСИХИЧЕСКУЮ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ
СИТУАЦИЯХ
INFLUENCE OF THERMAL STRESS ON PHYSICAL AND PSYCHIC WORKING EFFICIENCY IN EXTREME SITUATIONS
УДК 612.55
Т.В. ПАВЛОВА,
доктор медицинских наук, профессор (Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Россия, Белгород) [email protected]
TATYANA V. PAVLOVA,
doctor of medical sciences, professor (Belgorod National Research University, Russia, Belgorod)
В.А. МАРКОВСКАЯ,
кандидат биологических наук (Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Россия, Белгород) [email protected]
VERA A. MARKOVSKAYA,
candidate of biological sciences (Belgorod National Research University, Russia, Belgorod)
Аннотация: зависимость большинства процессов жизнедеятельности от температуры окружающей среды делает ее важнейшим экологическим фактором, приспособление к которому может иметь решающее значение для выживания организма. С действием высоких и сверхвысоких температур человеку часто приходится встречаться в силу особенностей некоторых климатических зон. В связи с миграцией людей, развитием туризма, условиями жаркого лета перегревание нередко оказывает нежелательное воздействие на организм человека. В повседневной деятельности с влиянием высоких температур сталкиваются работники различных производств (угольной, горнорудной, металлургической, металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслей), военнослужащие, сотрудники МВД, служб спасения МЧС, ВСМК. Подвержены тепловому влиянию и военнослужащие во время учебных занятий и при выполнении боевых заданий, в трюмах и в машинных отделениях кораблей, в танках и в другой боевой технике, при несении дежурств в замкнутых пространствах. Возможно неблагоприятное воздействие теплового фактора и на людей, исследующих космическое пространство. Перегревание организма может наступить в сауне, теплице, во время туристического похода. Поэтому не случаен интерес к вопросам профилактики, диагностики и лечения гипертермии со стороны специалистов различного профиля. Авторами статьи на основе изучения и анализа действия теплового стресса на физическую и психическую работоспособность были сделаны выводы и обобщены результаты практического исследования в данном направлении. Установлено, что воздействие температурного фактора приводит к перераспределению жидкости и минеральных солей во вне- и внутриклеточных структурах организма. На фоне общего снижения воды в организме уменьшается объем воды вне клеток и увеличивается ее внутриклеточное содержание. Потоотделение регулирует кислотно-щелочное состояние. С потом из организма выделяется много кислореагирующих продуктов обмена, что оказывает дополнительное неблагоприятное воздействие.
Ключевые слова: тепловой стресс, физическое и психическое состояние, работоспособность, воздушный и морской транспорт.
Abstract: dependence on the temperature of the environment of most life processes makes it an important environmental factor, the adaptation to which can be of decisive importance for the survival of the organism. With the action of high and ultra-high temperatures, people often have to meet because of the peculiarities of some climatic zones. In connection with the migration of people, the development of tourism, hot summer conditions, overheating often has an undesirable effect on the human body. In everyday activity with the influence of high temperatures, workers of various industries (coal, mining, metallurgy, metalworking, machine-building and other industries), servicemen, employees of the Ministry of Internal Affairs, rescue services of the Ministry of Emergency Situations, VSKM collide. The servicemen are subjected to thermal influence during training sessions and in the performance of combat missions, in holds and in engine rooms of ships, in tanks and other combat equipment, while carrying duty in confined spaces. Possible adverse effects of the thermal factor and on people exploring outer space. Overheating of the body can occur in the sauna, greenhouse, during a hiking trip. Therefore, there is no accidental interest in the issues of prevention, diagnosis and treatment of hyperthermia by specialists of various profiles. The authors of the article on the basis of the study and analysis of the action of thermal stress on physical and mental capacity for work have drawn conclusions and generalized the results of practical research in this direction. It is established that the influence of the temperature factor leads to redistribution of the liquid and mineral salts in the extra- and intracellular structures of the organism. Against the background of a general decrease in water in the body, the volume of water outside the cells decreases and its intracellular content increases. Sweating regulates the acid-base state. Since then, many acid-exchanging metabolic products are released from the body, which has an additional adverse effect.
Keywords: heat stress, physical and mental state, working capacity, air and sea transport.
Температура тела считается одним из наиболее значимых параметров гомеостаза. Оптимум температуры организма - необходимое условие успешного протекания реакций метаболизма, пластических процессов и обновления структур, функционирования органов, тканей, их физиологических систем и деятельности организма в целом. Типовая форма расстройства теплового обмена, возникающая в результате действия повышенной температуры окружающей среды и нарушения процессов теплоотдачи организма, характеризующаяся патологией элементов теплорегуляции, проявляющаяся повышением температуры тела общепризнанной нормы, называется гипертермия [12;13].
Существенная роль температуры тела состоит в воздействии на скорость многих биохимических и физиологических действий, что делает температуру важным экологическим фактором, к которому приспосабливается организм с целью выживания.
Из числа абиотических условий внешней среды высокая температура наиболее часто влияет на организм особей. Известен широкий спектр ее воздействия в естественных климато-географи-ческих, производственных, клинических и экспериментальных условиях [8; 9; 10]. Воздействие высоких температур на организм животного и человека исследовалось в СССР в 30-40-х годах в связи с индустриализацией государства, возникновением специальностей в горячих цехах, а позднее, в 50-60-х годах - в связи с освоением засушливых и пустынных районов Средней Азии. Значительное число исследований направлено на решение вопроса акклиматизации людей в районах с повышенной температурой воздуха, то есть
с жарким климатом. Труды отечественных ученых дали возможность исследовать изменения теплового, водно-солевого обмена, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, эндокринных желез у людей, функционирующих в районах с жарким климатом, а также разработать совокупность гигиенических мероприятий по акклиматизации к высокой температуре окружающей среды, профилактике тепловых поражений [4; 11].
Значимость проблемы акклиматизации в районах с повышенной температурой воздуха определяется интенсивностью транспортировки специалистов и пассажиров воздушным и морским транспортом, стремительной сменой климатических условий, работами, проводимыми в районах с тропическим и субтропическим климатом. От температуры атмосферного воздуха зависит большинство процессов жизнедеятельности, что делает ее наиболее важным экологическим фактором, к которому происходит адаптация организма. Известен повреждающий фактор температуры атмосферы, который доходил до летального исхода при проведении операции «Буря в пустыне» американскими военными силами, тепловое воздействие на военнослужащих во время проведения учебных занятий, при выполнении служебных боевых задач, в трюмах и машинных отделениях кораблей, в танках и боевой техники при несении дежурства на постах. Исследователи космического пространства также подвергаются негативному воздействию теплового фактора.
Поставлен вопрос о профилактике, диагностике и лечении гипертермии со стороны экспертов различного профиля [14;15;17]. Существуют сведения о применении повышенной температуры
как перспективного лечебного способа, который используется для лечения онкологических и ин-фекционно-токсических заболеваний. Присутствие гипертермии в диапазоне температур от 42 до 44 градусов считается довольно жестким методом, приводящим к изменению функционирования всех систем организма человека, происходит ответная реакция организма, связанная с активацией факторов физической терморегуляции.
Организму человека для стандартной жизнедеятельности следует сохранять стабильность температуры внутренней среды с поддержкой специальных режимов. Постоянно действуют механизмы, стабилизирующие формирование в организме тепла и его ответную реакцию в окружающую среду. Вследствие обменных действий в организме образовывается «эндогенное» тепло.
Вырабатываемое в организме человека тепло отдается в окружающую среду посредством излучения поверхности тела (радиационный способ); также посредством передачи тепла окружающему воздуху (конвекционный способ); посредством перехода тепла к соприкасающимся с телом объектов (кондукционый способ), в процессе испарения влаги с поверхности тела и в период дыхания. Тепловой баланс в организме допустим при обстоятельствах равенства теплообразования теплоотдаче. Процедура теплообразования и его насыщенность зависит от пола, возраста, физических качеств индивида, состояния атмосферного воздуха и иных условий. Низкий процент выработки тепла в организме показан при нахождении в покое тела человека при стабильной температуре воздуха.
При повышенном уровне температуры воздуха в атмосфере организм человека получает большое количество тепла, что может привести к летальным исходам.
Физиолог Ажаев Александр Николаевич [1] в своих научных исследованиях анализирует тепловые поражения как результат двух взаимосвязанных действий - перегревания и дегидратации организма. Согласно его определению процесс перегревания (гипертермия) - это отклонение теплового равновесия, что выражается в повышении уровня теплосодержания в организме. Дегидратация (обезвоживание) - это снижение уровня содержания воды в организме. Из общего процентного показателя на 99 % пот состоит из воды, а на 1 % приходятся органические и неорганические вещества. Водно-солевой обмен, происходящий в организме человека, является единственным фактором, который поддерживает тепловой баланс.
Тепловой обмен организма зависит от температуры воздуха, движения процесса перемещения воздуха, его влажности, атмосферного давления, а также отличительных черт организма человека.
Условия, содействующие гипертермии организма, разделяются на внешние и внутренние факторы. К внешним относятся повышенная температура воздуха, высокая влажность атмосферы, незначительная скорость ветра (безветрие), нерациональная одежда. К внутренним факторам относятся физическая нагрузка на организм, функциональное положение организма, индивидуальные черты организма, сопутствующие заболевания, небольшой прием воды в условиях повышенной температуры атмосферы. Прежде всего перегреванию способствуют любые условия, затрудняющие теплоотдачу: повышенная влажность воздуха, отсутствие подвижности воздуха, низкий показатель термич-ности одежды для паров воды. Теплопродукцию увеличивает интенсивное употребление пищи, осуществление мышечной работы. К числу неспецифических условий, оказывающих воздействие на развитие перегревания организма, относятся стрессорные реакции [5].
Одним из основных условий, содействующих тепловому поражению организма, считается повышенная влажность воздуха. При температуре воздуха 28-30 градусов и 100% влажности возможно перегревание при незначительной физической нагрузке. При 100% относительной влажности воздуха теплоотдача испарением фактически прекращается, в то время как при низкой влажности воздуха (20-25%) может длительное время сохраняться жизнедеятельность даже при 60-65°С. Наблюдается обратнопропорциональная зависимость между высокой температурой воздуха и его влажностью. Смерть пострадавшего может наступить при более низкой температуре воздуха и более высокой влажности и наоборот.
Вспомогательным источником тепла выступает нагревающаяся под прямым влиянием солнечных лучей одежда человека. В жаркую погоду с повышенной температурой воздуха специалисты рекомендуют не снимать одежду, так как она является источником защиты человека от прямых и отраженных солнечных радиаций, также защищает от высушивания и перегревания под воздействием горячего атмосферного воздуха.
В связи с этим целью исследования стало изучение влияния теплового стресса на физическую и психическую работоспособность, а также функциональное состояние организма.
Материалы и методы исследования. В связи с целью исследования были составлены следующие группы добровольцев: мужчины в возрасте 19-25 лет (студенты вузов, спортсмены, пожарные, горноспасатели, предварительно прошедшие медосмотр) - 50 человек. Для моделирования тепловой травмы испытуемых помещали в специально созданную комнату с повышенной температурой.
Размер ее 2,4*2 и 5*2,5 м3. Нагревание воздуха осуществляется двумя электронагревателями, оборудованными специальными мониторами с целью предотвращения негативного влияния на организм человека лучистого тепла. Сохранение установленной температуры (48-50 градусов) осуществлялось автоматическими терморегуляторами, подключенными к электропередачам. Требуемая влажность воздуха 50% создавалась в комнате с помощью пара из автоклава. Данная комната посредством двойной двери объединялась с предкамерой, в которой были сформированы комфортные микроклиматические требования, где и находилась вся необходимая аппаратура для фиксирования исследуемых показателей. Между предкамерой и комнатой находилось большое окно с двойным стеклопакетом для визуального контроля за действием лиц, в отношении которых проводился данный эксперимент.
Во время пребывания в тепловой камере исследуемые осуществляли работу по поднятию груза весом 10 кг на высоту 1 м с ритмом 30 раз в минуту (под звук метронома) в течение десяти минут, периоды активности чередовались с пятиминутным отдыхом, который проходил в тех же метеорологических условиях в положении сидя. Общая продолжительность активного пребывания испытуемого в тепловой камере составляла 30 минут, температура воздуха при этом поддерживалась на уровне 49±1,5 при 50%-ой относительной влажности и естественной скорости его движения.
Физическую оценку изменения функционального состояния в условиях эрготермической нагрузки проводили на основании динамики работоспособности, температуры, сердечно-сосудистой системы. Развивающуюся в организме гипертермию оценивали по данным прироста ректальной температуры. Измерения проводили при помощи медицинского электротермометра. Кроме того, кожным датчиком определялась температура на лбу, груди, кисти, животе, голени, стопе. Помимо того, в условиях эргометричекой нагрузки изучались процессы теплоотдачи путем исследования потоотделения в различных отделах тела: лоб, плечо, грудь, кисть, спина, ладонь, бедро, живот, голень, стопа. Параллельно использовались метод Минера (йодно-крахмальная проба) и данные изменений электрокожного сопротивления (ЭКС). Мышечная сила определялась кистевым динамометром. Кистевая выносливость - динамометром Подобы. Скорость зрительно-моторной реакции на простой и дифференцированный раздражители состояла из 4 сигналов: рефлексо-метр, включая лампочку, звонок, зуммер и электросекундомер. На одни сигналы испытуемый должен был нажать кнопку (измерялось время от момента подачи сигнала до размыкания цепи
путем нажатия кнопки), на другие не реагировать. Давалось 10 разных сигналов, на которые нужно было реагировать. Конечный результат определялся подсчетом среднеарифметического из 5 правильных ответов.
С целью определения измерений теплопродукции и теплоотдачи у обследуемых регистрировалось потребление кислорода и выделение углекислоты - методы Дуглас-Холдена, показатели газообмена О2 и СО2 приводились к стандартным условиям ТПД с последующими расчетами дыхательного коэффициента и энерготрат, определялся вес тела и одежды до и после обследования, на основании чего общепринятым способом рассчитывалась величина активного потоиспарения. Кроме того, в группе с испытуемыми применяли дополнительные функциональные пробы. Так, для определения состояния сердечно-сосудистой системы использовались такие пробы, как определение частоты пульса, а также систолического и диастолического давления. Для определения функционирования легких было проведено спирографическое исследование, которое включало: расчет частоты дыхания, объем дыхания, минутный объем дыхания, резервный объем вдоха и выдоха, жизненная емкость легких, максимальная вентиляция легких.
Результаты исследования. Анализ результатов термометрии показал, что наиболее резко изменилась ректальная температура, поднимающаяся через 30 мин на 1,7° (Р>0.001) и составляющая при этом 39,1±0,2°С (37,3±0,2 в контроле). Показатели кожной температуры изменялись не так значительно, так температура кожи лба составляла 34,8±0,2°С (34,0±0,3°С) возрастала на 0,8°С, (Р>0.05), а груди - 0,4°С (Р>0,05). Эффективное потоиспарение доходило до 419±0,45, а теплопродукция возрастала на 13,6 кал/мин на 1 кг массы (Р>0,06), составляя при этом 3,4±1,9 (16,8±13,3 в контроле).
Частота дыхания возрастала на 10 мин (Р>0,001), составляя при этом 27±1 (17±3 в контроле), минутный объем дыхания возрастал на 4,2±0,4 (Р>0,005) л/мин. Потребление кислорода увеличивалось почти в 2 раза, достигая 436±44 мл/мин на 1 кг веса (230±2,8), как и выделение СО2: 5,7±0,7 мл/мин на 1 кг веса (3,1±0,4).
Все показатели дыхательной системы под влиянием тепловой нагрузки значительно возрастали, что говорит о значительном напряжении данной системы. Возрастала также скорость зрительно-моторных реакций. Мышечная сила, наоборот, достоверно снижалась. Частота пульса увеличивалась в два раза и была при этом 147±4,8 уд/ мин (79±2,1). Систолическое и диастолическое давление возрастали незначительно: с 114/70 до 117/67 (р>0,05).
При изучении периода последействия видно, что большинство показателей: температура, минутный объем дыхания, теплопродукция возвращались к исходным данным уже через 30 мин после прекращения работы и тепловой нагрузки. Исключение составляли только частота пульса (98±2,9, против 69±2,9 в контроле), несколько сниженная мышечная сила (48±1,7 и 51 ±2,1), уменьшение потребления кислорода (276±21 и 298±47), а также выделение углекислоты (252±40 и 277±31).
Таким образом, при сочетании физической и тепловой нагрузки происходит значительное напряжение всех систем: терморегуляции
(повышение ректальной и кожной температур, эффективное потоиспарение и возрастание теплопродукции), дыхательной (увеличение частоты дыхания, потребления кислорода и выделения углекислоты), сердечно-сосудистой (возрастание частоты пульса). Мышечная сила несколько снижается при достоверном возрастании зрительно-моторных реакций. Большинство изучаемых показателей возвращаются к исходным данным через 30 минут Исключение составляют частота пульса, мышечная сила, а также уменьшение потребления кислорода при возросшем выделении углекислоты.
Литература
1. Ажаев А.Н., Зориле З.И., Кольцов А.Н. Влияние высокой температуры окружающей среды на работоспособность человека // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1980. № 2. С. 35-39.
2. Агаджанян Н.А., Тель Л.З., Циркин В.И., Чеснокова С.А. Физиология человека. - Н. Новгород: НГМА, 2001. 526 с.
3.Иванов К.П. Основные принципы регуляции температурного гомеостаза // Физиология терморегуляции / Иванов К.П., Майстрах Е.В. и др. - Ленинград: Наука, 1984. С. 113-180.
4. ЛинденбратенВ.Д., Иванов А.М., Савин С.З. Модели температурного гетеростазиса. - Владивосток: Дальнаука, 2001. 231 с.
5. Павлов А.С. Закон смещения температурного гомеостаза при стрессе. - Донецк: ДонНУ, 2007. 144 с.
6. Павлова Т.В., Марковская В.А. Тепловая травма: клиника, морфология, способы коррекции // Научные ведомости БелГУ. 2011. № 4 (99). С. 127-131.
7. Павлова Т.В., Сумин С.А., Шаповалов К.Г. Тепловая травма: патоморфологические и клинические аспекты. - Москва: Медицинское информационное агентство. 2013, 216 с.
8. Павлова Т.В., С.А. Сумин, Легкий В.Н. Изменения у больных с ожогами в непораженной части организма / Неотложные состояния: учебное пособие. 8 изд., перераб и дополн. - Москва: Медицинское информационное агенство, 2013. С. 516-517.
9. Павлова Т.В., Куликовский В.Ф., Павлова Л.А. Клиническая и экспериментальная морфология. - Москва: Медицинское информационное агентство, 2016. 256 с.
10. Павлова Т.В., Маслов П.В., Марковская В.А., Павлова Л.А., Прощаев К.И., Гончаров И.Ю., Колесников Д.А. Патоморфологические механизмы участия почек в полиморбидном континууме человека при тепловой травме (экспериментальное исследование) // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. с. 59.
11. Advanced Trauma Life Support, 8th Edition, The Evidence for Change. // J. of Trauma, Injury, Infection and Critical Care, 2008. 64:1638 -1650.
12. Aronoff D.M., Neilson E.G. Antipyretics: mechanisms of action and clinical use in fever suppression // Am. J. Med. 2001. 111. 304-15.
13. Larach M.G. Accidental hypothermia // Lancet. 1995. Vol. 345. Р. 493-498.
14. Nelson N.G., Collins C.L., Comstock R.D., McKenzie L.B. Exertional heat related injuries treated in emergency departments in the U.S., 1997-2006 Am J Prev Med. 2010, vol.40. № 1. Р.54-60.
15. Pavlova T., Markovskaya V., Bashuk I.. Kolesnicov D. Pathomorphological aspects of thermal trauma Virhows Archiv // (2014) 465 (Suppl 1):S1 - P.289.
16. Simon H.B. Hyperthermia // N. Engl. J. Med. 1993. Vol. 329. Р. 483-487.
17.Vybiral S., Lesna I., Jansky L., Zeman V. Thermoregulation in winter swimmers and physiological significance of human catecholamine thermogenesis // Exp. Physiol. 2000. V. 85, № 3. P. 321-326.
= References =
1. Azhaev A.N., Zorile Z.I., Kol'tsov A.N. Vliyanie vysokoi temperatury okruzhayushchei sredy na rabotosposobnost' cheloveka // Kosmicheskaya biologiya i aviakosmicheskaya meditsina. 1980. № 2. S. 35-39.
2. Agadzhanyan N.A., Tel'L.Z., Tsirkin V.I., Chesnokova S.A. Fiziologiya cheloveka. - N. Novgorod: NGMA, 2001. 526 s.
3. IvanovK.P. Osnovnye printsipy regulyatsii temperaturnogo gomeostaza // Fiziologiya termoregulyatsii / Ivanov K.P., Maistrakh E.V. i dr. - Leningrad: Nauka, 1984. S. 113-180.
4. Lindenbraten V.D., Ivanov A.M., Savin S.Z. Modeli temperaturnogo geterostazisa. - Vladivostok: Dal'nauka, 2001. 231 s.
5. PavlovA.S. Zakon smeshcheniya temperaturnogo gomeostaza pri stresse. - Donetsk: DonNU, 2007. 144 s.
6. Pavlova T.V., Markovskaya V.A. Teplovaya travma: klinika, morfologiya, sposoby korrektsii // Nauchnye vedomosti BelGU. 2011. № 4 (99). S. 127-131.
7. Pavlova T.V., Sumin S.A. , Shapovalov K.G. Teplovaya travma: patomorfologicheskie i klinicheskie aspekty. - Moskva: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2013. 216 s.
8. Pavlova T.V., S.A. Sumin, Legkii V.N. Izmeneniya u bol'nykh s ozhogami v neporazhennoi chasti organizma / Neotlozhnye sostoyaniya: uchebnoe posobie. 8 izd., pererab i dopoln. - Moskva: Meditsinskoe informatsionnoe agenstvo, 2013. S. 516-517.
9. Pavlova T.V., Kulikovskii V.F., Pavlova L.A. Klinicheskaya i eksperimental'naya morfologiya. - Moskva: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2016. 256 s.
10. Pavlova T.V., Maslov P.V., Markovskaya V.A., Pavlova L.A., Proshchaev K.I., Goncharov I.YU., Kolesnikov D.A. Patomorfologicheskie mekhanizmy uchastiya pochek v polimorbidnom kontinuume cheloveka pri teplovoi travme (eksperimental'noe issledovanie) // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012. № 4. s. 59.
(статья сдана в редакцию 03.07.2017)
^^^^^^^^^^^^^^ Проблемы правоохранительной деятельности 4'17
38
