Reactivity of the oxygen transport system of the body during periodic human presence in various fireproof hypoxic gas environments

Abstract

A comparative assessment of the effect of periodic exposure (2 hours a day for 15 days) in fireproof normobaric hypoxic gas environments with a normal and elevated argon content on the reactivity of the oxygen transport system of the human body was carried out. It has been shown that a stay in a normobaric hypoxic gas environment with a high argon content is accompanied by a significantly lower voltage of the oxygen transport system of the body than is the case when it is in a normobaric hypoxic gas medium without argon. The use of a normobaric hypoxic gas environment with a high content of argon is preferred for the purpose of fire safety of habitable encapsulated objects.

Full Text

Одной из ключевых проблем безопасности при эксплуатации энергонасыщенных герметизируемых обитаемых объектов (ГОО) специального назначения является высокий риск развития в них пожаров и возгораний. В качестве перспективного направления в решении данной проблемы рассматривается разработка технологий создания в помещениях ГОО гипоксических газовоздушных сред (ГГС) различного состава при повышенном или нормальном барометрическом давлении (Архипов А.В. и др., 2013; Чумаков В.В., 2014). Подобные ГГС снижают пожаробезопасность ГОО в прямой зависимости от степени гипоксии (снижения парциального давления кислорода в воздухе). Однако при этом такую же зависимость имеет риск недопустимого снижения работоспособности персонала ГОО. Следовательно, необходимым условием применения ГГС в обитаемых гермообъектах является обеспечение возможности выполнения работы персонала. Оценка противопожарной эффективности ГГС показала, что при концентрации кислорода около 13-14% об. прекращается самоподдерживающееся горение и развитие очага пожара, т. е. горение происходит только в области интенсивного подвода тепловой энергии, не распространяясь за ее пределы (Петров В.А. и др., 2017). К сожалению, длительное непрерывное пребывание человека в таких ГГС при нормальном давлении может приводить к недопустимым гипоксическим состояниям, при которых невозможно осуществление полноценной профессиональной деятельности персонала Одним из возможных вариантов решения данной проблемы является создание нормобарических ГГС (НГГС) в помещениях ГОО, где допустимо применить вахтовый способ работы персонала, который, как правило, ограничивается суммарной продолжительностью до 2-4 ч в сутки. Таким образом, создается барьер развитию возгорания в наиболее энергонасыщенных и пожароопасных зонах ГОО. К другому возможному варианту решения проблемы негативного влияния гипоксии на человека можно отнести применение НГГС с повышенным содержанием инертного газа аргона (АрНГГС). Антигипоксические эффекты аргона показаны в экспериментах на лабораторных животных и в исследованиях с участием человека. Данное исследование явилось продолжением указанных работ и было посвящено сравнительной оценке реактивности кислородтранспортной системы человека при периодическом пребывании в НГГС с нормальным и повышенным содержанием аргона. В исследованиях участвовали 24 добровольца-мужчины в возрасте 20-23 лет, разделенные на 2 равные по численности группы. По исходным параметрам функционального состояния значимых межгрупповых различий не было. Обязательными критериями включения в группы сравнения являлись отсутствие медицинских противопоказаний к работам в условиях воздействия неблагоприятных факторов среды; подписание информированного добровольного согласия. Испытуемые обеих групп ежедневно в течение 2 ч находились в условиях дыхания различными НГГС, длительность периода исследований составляла 15 дней. В группе 1 применялись НГГС состава: [O2]=13% об., [CO2] - не более 0,1% об., азот - остальное. У лиц группы 2 оценивалось влияние АрНГГС состава: [O2]=13% об., [Ar]=35% об., [CO2] - не более 0,1% об., азот - остальное. Формирование НГГС проводилось с использованием сертифицированного гипоксикатора «Гипоксимед», АрНГГС предварительно подготавливались путем смешивания азотсодержащей ГГС и аргона высшей степени очистки в дыхательных мешках под контролем газоанализаторов. Непосредственно перед началом каждого воздействия, а также в период пребывания испытуемых в условиях НГГС регистрировались показатели их субъективного статуса, а также параметры кислородтранспортной системы организма (кровообращения, внешнего дыхания, сатурации капиллярной крови). Из показателей системного кровообращения с использованием автоматизированного монитора анестезиолога-реаниматолога («МАРГ-01») определяли: частоту сердечных сокращений (ЧСС) - непрерывно; систолическое и диастолическое артериальное давление (САД, ДАД) - 1 раз в 10 мин. Также с использованием данного прибора непрерывно регистрировали сатурацию капиллярной крови (SaO2) при расположении полярографического датчика на пальце кисти. Реактивность системы внешнего дыхания оценивали по показателям минутного объема дыхания (МОД), потребления кислорода (VO2) и вентиляционного эквивалента (ВЭ=МОД/VO2), регистрируемых на спирометрическом комплексе «Oxycon Mobile» (Германия) в течение заключительных 10 мин каждого гипоксического воздействия. При обработке данных определяли среднее значение каждого показателя у испытуемого за период регистрации, после чего рассчитывали абсолютную разницу средних (D) по сравнению с соответствующими нормоксическими условиями. Основным результатом проведенных исследований явился факт выполнения всеми добровольцами обеих групп запланированной программы испытаний, несмотря на наличие специфической субъективной симптоматики, характерной для гипоксических состояний (чувство нехватки воздуха, легкое головокружение, снижение уровня бодрствования, заторможенность и т. п.). Однако у лиц группы 1 выраженность указанных реакций, наблюдавшихся у всех обследованных на протяжении всего периода наблюдения, была существенно большей, чем в параллельной группе, где незначительные субъективные отклонения отмечались только в начале испытаний и всего у 4 из 12 добровольцев. Результаты первичного (до начала цикла воздействий) функционального обследования показали, что у всех участников испытаний регистрируемые физиологические параметры находились в референтных пределах и не различались в группах сравнения. Аналогичные результаты зафиксированы в нормоксических условиях (перед началом каждого гипоксического воздействия) и в процессе испытаний. Размах значений ЧСС в обеих группах составил 60-79 уд./мин, САД - 108-127 мм рт. ст., ДАД - 67-82 мм рт. ст., SaO2 - 97-99%, МОД - 9,8-11,9 л/мин, VO2 - 378-460 мл/мин, ВЭ - 24,1-28,9 ед. Несколько повышенные значения респираторных показателей (МОД и VO2) закономерно объяснялись измененными условиями дыхания, осуществлявшимся испытуемыми через маску. Абсолютные изменения исследуемых показателей при пребывании испытуемых в НГГС (по сравнению с соответствующими нормоксическими условиями) представлены в таблице. Массивы данных объединялись за каждые 5 дней исследования. Анализ полученных данных выявил следующие общие феномены, характеризующие реактивность кислородтранспортных систем при моделируемых измененных условиях газовой среды. У испытуемых обеих групп отмечены гиперкинетические реакции на гипоксию со стороны основных показателей системного кровообращения: ЧСС, САД и ДАД. Также у всех испытуемых в условиях дефицита кислорода во внешней среде наблюдались закономерное снижение SaO2, умеренная гипервентиляция на фоне ухудшения эффективности внешнего дыхания. При этом ни у одного из них в течение всего периода испытаний не наблюдалось повышения ЧСС более 90 уд./мин, САД - более 145 мм рт. ст., ДАД - более 92 мм рт. ст., а значения SaO2 не выходили за пределы 80%, что рассматривалось нами как свидетельства допустимости нахождения испытуемых в заданных измененных условиях обитаемости. Однако сравнение результатов в группах добровольцев показало наличие существенных различий, главными из которых, на наш взгляд, следует считать явно большую выраженность компенсаторного ответа организма у испытателей группы 1 на всех этапах наблюдения, а также противоположно направленную реакцию VO2 в ответ на дыхание НГГС и АрНГГС. Так, на начальном этапе испытаний относительный прирост гемодинамических показателей в ответ на гипоксию (по сравнению с исходным состоянием) в группе 1 составлял в среднем 7-10%, в группе 2 - лишь 2-4% (p=0,021-0,001); значения SaO2 в группе 1 снижались в среднем на 14%, в группе 2 - на 9% (р=0,002); средние величины МОД и ВЭ в группе 1 повышались на 13 и 18%, в группе 2 - на 6 и 13% соответственно (p=0,036-0,001). При этом гипервентиляция при пребывании в азотсодержащих НГГС сопровождалась увеличением потребления кислорода (в среднем на 4% по сравнению с нормоксией), в то время как воздействие АрНГГС приводило к снижению данного показателя (в среднем на 5%). Перечисленные выше достоверные различия в реактивности кислородтранспортных систем в группах сравнения сохранялись, в целом, и на последующих этапах испытаний. В обеих группах наблюдалось статистически значимое (p<0,05) снижение выраженности компенсаторного ответа на гипоксическое воздействие по сравнению с I этапом наблюдения. Так, относительная (по сравнению с нормоксией) реактивность гемодинамических параметров в группах 1 и 2 на III этапе испытаний составляла 6-7 и 0,5-2%, соответственно; показателя SaO2 - -11 и -8%, МОД 12 и 2%; VO2 2 и -1,7%; ВЭ 17 и 11%. Как известно из классической теории стресса и адаптации, постепенная редукция выраженности компенсаторного ответа на возмущающий фактор свидетельствует о формировании в организме структурно-функциональных адаптационных изменений, направленных на минимизацию «реакции платы», повышение толерантности к данному воздействию. Таким образом, следствием циклического пребывания в смоделированных НГГС явилось повышение гипоксической резистентности испытуемых, обеспеченное расширением функциональных возможностей кислородтранспортной системы организма. Данный факт, на наш взгляд, следует учитывать при формировании гипоксических пожаробезопасных сред в обитаемых ГОО, где технически возможным является постепенное (ступенчатое) снижение содержания кислорода в помещениях до заданных значений, что позволит минимизировать риск развития гипоксических состояний у персонала даже с исходно низкой переносимостью дефицита кислорода. Выявленные в исследовании особенности физиологических реакций человека при воздействии АрНГГС позволяют заключить о значительно меньшем их повреждающем эффекте на организм по сравнению с азотсодержащими гипоксическими средами. Поэтому адаптационный процесс при пребывании в АрНГГС протекает с минимальным риском для здоровья и работоспособности персонала, что обусловливает предпочтение использования подобных сред для повышения пожаробезопасности ГОО, давая возможность формирования НГГС с содержанием кислорода, практически полностью исключающим возникновение и развитие возгораний даже высокогорючих материалов. Определенные в данном исследовании особенности влияния АрНГГС на организм связаны с известными антигипоксическими эффектами аргона, позволяющего значительно снизить потребность клеток и тканей в кислороде, «переводя» их на своего рода охранительный (экономный) режим, при сохранении необходимого уровня функционирования наиболее активных в данный момент органов и систем. Подтверждением этого положения явился факт снижения потребления организмом кислорода при воздействии АрНГГС, в то время как дыхание азотсодержащими НГГС с аналогичным содержанием О2 сопровождалось противоположной реакцией. Кроме этого, пребывание в АрНГГС приводило к значительно меньшему компенсаторному приросту МОД, ЧСС и АД, чем это наблюдалось при дыхании азотсодержащими НГГС, что является, без сомнения, благоприятным фактором, поскольку интенсификация работы дыхательной мускулатуры и миокарда в условиях гипоксии сопровождается дополнительным и значительным повышением кислородного запроса. Следовательно, особые физиологические эффекты, имеющие место при пребывании человека в АрНГГС, позволяют считать перспективным их применение в качестве пожаробезопасных газовоздушных сред на обитаемых гермообъектах.
×

References

Statistics

Views

Abstract: 46

PDF (Russian): 11

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Eco-Vector

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies