И их действие на человека

Физическим перегрузкам подвергаются, например,:

- пилоты летательных аппаратов, в том числе космических;

- автолюбители и пешеходы в процессах дорожного движения;

- водолазы, аквалангисты и моряки-подводники;

- альпинисты и строители высокогорных инженерных сооружений;

- рабочие горнодобывающих предприятий;

- граждане, попавшие под завалы в результате чрезвычайных ситуаций.

Таким образом, человек подвергается действию статических и динамических перегрузок в бытовых условиях, в условиях производства, а также при выполнении научных исследований и научно-производственной деятельности.

Декомпрессионные нагрузки - частный случай статических физических перегрузок. Декомпрессионные перегрузки испытывают все, кому приходится сталкиваться с быстрым изменением давления окружающей среды: альпинисты, шахтеры, аквалангисты, водолазы, летчики и космонавты. В бытовых условиях человек испытывает слабые, но аналогичные ощущения при резком нырянии на большую глубину, при быстром движении в автомобиле под гору на большой скорости, при движении в скоростном лифте.

При быстром переходе из среды с более высоким давлением в среду с низким давлением азот, растворенный в тканях человеческого организма, освобождается, образуя газовые пузырьки. Эти пузырьки вызывают боли, действуя на нервные окончания. Кессонная болезнь водолазов и подводников – результат декомпрессионных перегрузок. «Высотные» боли альпинистов - также результат механического действия пузырьков газа или результат ишемии (местного обескровливания) из-за закупорки сосудов пузырьками газа.

Проявление декомпрессионных заболеваний, в том числе кессонной болезни, - загрудинные, мышечные и суставные боли, кожный зуд, мозговые и вегетативно-сосудистые нарушения, поражения периферических нервов. Отметим, что в случае декомпрессионных нагрузок при полном насыщении крови газом человек адаптируется и может находиться при постоянном давлении долгое время. Решающим фактором возникновения декомпрессии является не время, а величина изменения давления.

В последние годы все более возрастает число профессий людей, связанных с работой под водой. Водолазы и аквалангисты выполняют фотосъемку рельефов океанского дна для составления карт. Геологи-подводники занимаются поиском полезных ископаемых. Водолазы решают задачи промышленной разведки рыбных запасов, занимаются научными исследованиями. Они строят под водой инженерные сооружения, занимаются спасательными работами. Аквалангисты занимаются научными исследованиями, промышленной разведки рыбных запасов, поиском затонувших кораблей, жемчуга и других подводных богатств. Моряки - подводники решают военные задачи. Всем, кому приходится выполнять работы под водой, необходима защита от декомпрессионных перегрузок.

Высотная декомпрессионная болезнь возникает при подъеме на высоту свыше 3 км, так как понижается парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе. На высоте приходится бывать не только альпинистам. В горах возводятся гидростанции, строятся дороги, протягиваются линии электропередач, строятся обсерватории и другие инженерные сооружения. С развитием декомпрессионной болезни связаны трудности освоения стратосферы. Развитие космонавтики невозможно без преодоления последствий декомпрессионных перегрузок.

Развитие болезни зависит от скорости подъема и состояния организма. Гипоксия (недостаток кислорода) возникает вследствие низкого парциального давления кислорода на высоте 3, 6 км. При быстром подъеме к высоте более 5 км также возникает декомпрессионная болезнь. На высоте свыше 15 км возникает следующий функциональный барьер - полное кислородное голодание - аноксия. На высоте свыше 16 км давление составляет всего 47 мм рт.с. и соответствует давлению паров жидкостей в тканях человека. Это вызывает вскипание пузырьков жидкостей, то есть переход жидкостей в газообразное состояние, пузырьки газа проникают в сосуды, закупоривают их и выделяются через слизистые оболочки носа, глаз и т.п. Перечисленные функциональные барьеры препятствуют проникновению человека в космическое пространство без соответствующей защиты.

Во время запуска космического летательного аппарата (ЛА) космонавты испытывают значительные физические динамические перегрузки на всех этапах от старта до выхода ЛА на орбиту.

Действие физических перегрузок на этапе завершения космического полета аналогично, но осложняется дополнительными обстоятельствами, связанными с действием невесомости (особенно при длительных полетах) и возможностью жесткой («твердой») посадки. Срочная эвакуация из ЛА путем катапультирования в случае аварийной ситуации также сопровождается физическими перегрузками.

Динамические перегрузки, действующие на космонавтов, принято выражать значением коэффициента перегрузки в абсолютных единицах g или в относительных единицах, показывающих, во сколько раз увеличился вес тела человека при действующем ускорении по сравнению с силой тяжести на Земле. При перегрузках значение коэффициента g больше единицы, при невесомости – равно нулю.На старте космический корабль быстро набирает скорость. В период, длящийся около 5 минут, величина ускорения изменяется от 1 g до 7 g, то есть вес космонавта за 5 минут как бы возрастает в 7 раз.

Динамические перегрузки при выходе на орбиту и при спуске на Землю чреваты следующими опасностями для космонавта:

- нарушение целостности скелета;

- затруднение дыхания вплоть до полной его остановки;

- замедление кровообращения вследствие увеличения веса крови;

- смещение или повреждение внутренних органов;

- снижение остроты зрения;

- снижение мышечной активности;

- потеря сознания вплоть до остановки сердца и смерти.

Перегрузки как источник опасности зависят от их абсолютных значений (мощности), скорости нарастания, продолжительности действия и от угла, под которым перегрузки действуют на человека. Кроме того, физиологическое действие перегрузок зависит от индивидуальных особенностей человека и степени его тренированности.

Выделяют три пары основных направлений действия физических перегрузок на космонавтов:

1) «голова - таз», «таз - голова»; 2) «грудь - спина», «спина - грудь»;

3) «справа - налево» и «слева - направо» в направлении, перпендикулярном к направлениям двух первых пар.

Анализ опытных данных о зависимости действия перегрузок от их направления позволяет сделать вывод о том, что наиболее переносимой для космонавтов является нагрузка в направлении «грудь-спина».

Наиболее опасным для космонавта является момент перехода из состояния перегрузки в состояние невесомости.

Действие невесомости может приводить к нарушениям пространственной координации, галлюцинациям, головокружению и рвоте, к нарушениям кровообращения, к сердечно-сосудистым спазмам, к нарушению водного баланса в организме, к нарушениям обмена белков, жиров, углеводов и, что особенно важно отметать, к нарушениям минерального обмена. При длительном действии невесомости все это приводит к снижению прочности скелета, снижению выносливости, снижению работоспособности (в том числе работоспособности сердца), к нарушениям координации движений. Допустимым значением времени нахождения в невесомости признается значение величиной в 3 - 6 месяцев в зависимости от дополнительных условий работы космонавта и индивидуальных особенностей его организма. Описание действия невесомости указывает, какие дополнительные опасности несет невесомость как фактор, усиливающий вредное и опасное действие физических перегрузок на человека на завершающих этапах космического полета. На этапе спуска сердце человека, привыкшее в условиях невесомости к работе с «невесомой кровью», резко переходит на режим усиленной работы, учащается пульс, возникает аритмия.

Анализ действия физических перегрузок, действующих на космонавтов во время полета, особенно на этапах выхода на орбиту и спуска, показывает, что без соответствующих мер защиты здоровью космонавта может быть нанесен ущерб в виде травм различной степени тяжести, вплоть до смертельного исхода. Кроме того, недостаточная защита от действия перегрузок может в дальнейшем привести к развитию многих профессиональных заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых, заболеваний систем кровообращения, к нарушениям минерального обмена, а также к общему ослаблению защитных сил организма.

Анализ статистических данных указывает, что смертность на автомобильных дорогах только в России ежегодно уносит несколько десятков тысяч жизней, регулярно оставаясь на втором месте после сердечно-сосудистых заболеваний. При этом общее число пострадавших и травмированных достигает сотен тысяч человек, и число потерпевших возрастает год от года.

Основная непосредственная причина травматизма на автомобильных дорогах - динамические физические перегрузки, действующие на водителей и пассажиров автотранспортных средств, а также случайных прохожих, которые возникают в момент столкновений и соударений. Величина возникающих инерционных нагрузок определяется соотношением масс соударяющихся объектов, направлением и величинами скоростей их движения и другими факторами. Особенно велики перегрузки, которым подвергаются пешеходы, оказавшиеся на пути несущегося с большой скоростью автомобиля.

Основными характеристиками динамических перегрузок, действующих в результате аварий на водителей автотранспортных средств и их пассажиров, являются:

- энергия движения, зависящая от соотношения масс и скоростей в момент столкновения;

- направление взаимного движения.

Еще один вид аварий, связанных физическими перегрузками во время движения автотранспортных средств - это опрокидывание автомобиля на дорогах с боковыми и другими видами уклонов, неудачное маневрирование, приводящее к тому же исходу. Движение по проселочным дорогам с фунтовым покрытием, плохое состояние мостов, движение по неудобным участкам в отсутствие дорог - все это также способствует опрокидыванию. При этом человек может оказаться придавленным тяжелой машиной, получить различного рода ушибы и травмы. Отметим, что такой исход может случиться при различных обстоятельствах, при различных скоростях движения и состояния дорожного полотна. Физические перегрузки могут появиться и в том случае, когда водитель занимается ремонтом автомобиля, не предусмотрев своей безопасности или в неподходящих условиях, а также в случае самопроизвольного движения при неисправностях в системе управления автомобилем.

В случае взрыва автомобиля человек может пострадать от взрывной волны, распространяющейся с большой скоростью и несущей значительную энергию. Динамические физические нагрузки могут оказаться смертельными, разлетающиеся осколки и обломки травмоопасны. Перепад давлений во фронте распространяющейся волны также имеет декомпрессионный характер действия на человека, действие это кратковременно, а основное влияние взрывной волны на человека определяется динамическими перегрузками, вызывающими контузию головного мозга. Изменения в организме человека в результате контузии от взрывной волны аналогичны тем, которые происходят при травмах и ушибах головного мозга и были описаны выше.

Перечислим основные виды воздействия физических перегрузок на человека, попавшего в аварию, связанную с использованием автотранспортных средств:

- травмы различной степени тяжести, в том числе смертельные;

- нарушение целостности скелета;

- ушиб головного мозга и его контузия;

- гематомы;

- кровотечения, в том числе внутренние;

- смещение внутренних органов;

- психические травмы.

Система «автомобиль-водитель-дорога» в целом обладает дополнительными характеристиками, которые могут оказать существенное влияние на величины действующих физических перегрузок. К таким характеристикам относятся расстояние и время, которые остаются в распоряжении водителя в тот момент, когда он получает сигнал о грозящей опасности, информация о состоянии дороги и придорожном пространстве и многое другое, что может повлиять на величину физических перегрузок.

Всю информацию о параметрах возможных источников опасности и о дополнительных факторах, которые могут повлиять на величину физических перегрузок, действующих на потенциальных пострадавших в системе «автомобиль-водитель-дорога», можно использовать с целью разработки методов и средств защиты не только автомобилистов, но и пешеходов.

При авариях на шахтах рабочие, занятые на подземных работах, могут оказаться заваленными при обрушении кровли подземных выемок. В результате землетрясений, техногенных аварий или террористических актов, жители городов и поселков могут оказаться в завалах после обрушения зданий и сооружений.

Многие из пострадавших остаются в завалах живыми. Некоторым из них даже удается счастливо избежать травм из-за разлетающихся осколков камней, стекол и других обломков, образующихся в процессе разрушения. И в этом случае возникает новая проблема, так как эти люди могут испытывать на себе статическое действие больших масс земли, песка, обломков камней, из-под которых им не удается выбраться самостоятельно. Часто их не сразу удается освободить даже в том случае, если их удалось обнаружить, и спасатели приходят на помощь.

Сдавливание в результате значительных статических перегрузок приводит к травмам внутренних органов и их смещению. Если пережаты крупные сосуды, смерть может наступить в результате обескровливания жизненно важных функциональных систем человека. Если кровь перестает поступать в какой-либо участок тела, наступает его омертвление с последующей интоксикацией организма в результате гангрены. Аналогичные явления могут развиваться в течение нескольких часов, если не удается вовремя восстановить кровообращение на сдавливаемых участках.

С проблемой статических физических перегрузок люди могут столкнуться в результате схода селей и снежных лавин. Люди оказываются погребенными под слоем засыпавшего их снега, камней или ила. Даже если им удается обеспечить себе возможность дыхания, они испытывают статические перегрузки из-за давления находящихся сверху масс. В случае низких температур нарушение кровообращения ускоряется, особенно на тех участках тела человека, которые подвергаются сдавливанию. Причем внешние повреждения зачастую незаметны и требуется детальное исследование и наблюдение за пострадавшими в условиях медицинских учреждений. Возможное обморожение усугубляет проблемы, связанные с действием статических перегрузок.

Даже небольшие, но длительные статические перегрузки могут приводить к развитию необратимых изменений в тканях и системах человеческого организма. При освобождении из завала могут развиваться явления декомпрессионного типа из-за резких изменений давления в момент снятия нагрузки.

Опыт медицинских наблюдений показывает, что в этом случае фактор времени является решающим. Чем меньше время действия статической нагрузки, и чем меньше ее величина, тем больше шансов на успех.

Длительные статические перегрузки, сопровождаемые неподвижностью и нахождением в течение длительного времени в замкнутом пространстве, приводят также к психофизиологическим изменениям и способствуют развитию не только соматических, но и психических заболеваний.

Вопросы обеспечения защиты граждан от действия физических перегрузок требуют разработки способов и методов обеспечения их безопасности.