Use of quantitative integral indices in the integrated assessment of the tolerance of the flight composition of overloads in a centrifuge

Full Text

Радиальные ускорения являются одним из профессиональных факторов летного труда в истребительной авиации, где высокая маневренность самолетов обусловливает возможность создания значительных величин пилотажных перегрузок, превышающих пределы физиологических возможностей организма летчика [1, 3, 6, 13, 14, 16]. Эффективность физиологического обеспечения профессиональной деятельности летчика в высокоманевренном полете в основном определяется согласованной работой сердца, системы дыхания и системы кровообращения, переключением функциональных систем на новый уровень регуляции [1, 7, 10, 14, 16]. Характер изменений физиологических функций и работоспособность летчика в полете зависят от вида, величины, продолжительности и направления перегрузки, повторяемости воздействия, а также физического состояния и индивидуально-типологических особенностей систем регуляции адаптивных процессов. Только при высокой устойчивости механизмов регуляции летчик может полностью использовать боевые качества современных высокоманевренных самолетов [1, 3, 6, 11, 14, 16]. Несмотря на то что имеется немало научных работ, посвященных адаптации организма летчика к пилотажным перегрузкам, комплексное изучение основных обеспечивающих ее механизмов с попыткой оценить индивидуально-типологические реакции остается недостаточно разработанным [2, 6, 10, 13]. В этой связи изучение проблемы взаимодействия между различными звеньями регуляции гомеостаза и индивидуально-типологическими закономерностями организации адаптивных регуляторных механизмов гомеостаза в динамике медицинского контроля и освидетельствования летного состава в определенной степени может не только расширить комплексную их оценку, но и определить необходимость внедрения индивидуальных тренировочно-корригирующих методик в системе реабилитационно-восстановительных мероприятий в целях повышения устойчивости адаптации к условиям авиационного полета [6]. Для этого многими исследователями в оценке адаптационных возможностей организма летчика предлагается использовать количественные критерии, обладающие высокой чувствительностью к изменениям физиологических процессов, показатели которых находятся в границах физиологической нормы [6, 7, 13]. Однако количественные критерии редко используются в целях индивидуальной экспертной оценки переносимости летным составом специальных нагрузочных проб, модулирующих факторы авиационного полета [6, 7, 11]. Цель исследования Совершенствование экспертной оценки переносимости летным составом воздействий этапно-возрастающих перегрузок на центрифуге Материал и методы По данным протоколов изучена переносимость радиальных перегрузок в 3g, 5g, 6g на центрифуге у 103 летчиков маневренных и высокоманевренных самолетов, проходивших стационарное обследование в целях врачебно-летной экспертизы в филиале № 1 (7-й Центральный военный клинический авиационный госпиталь) Главного военного клинического госпиталя им. Н.Н.Бурденко. По возрасту летный состав распределился следующим образом: 20-30 лет - 39%, 31-40 - 43%, 41-50 - 13%, старше 50 лет - 5%, средний - 33,1±4,1 года. Летчиков с диагнозом «здоров» было 9%, у остальных диагностированы заболевания, не ограничивающие годность к летной работе: ожирение 1-й степени - 19%, заболевания желудочно-кишечного тракта - 25%, сердечно-сосудистой системы - 16%, позвоночника - 19%, органа зрения - 7%, другие заболевания - 5%. Средний налет составил 902,9±409,4 часа. Исследование на переносимость радиальных ускорений проводилось на центрифуге со скоростью нарастания перегрузки 0,4 g/с, с величиной этапных перегрузок в 3g, 5g и 6g. Представляет интерес, с какой степенью нагрузки сталкивается организм летчика при указанных величинах пилотажных перегрузок. В спортивной медицине существует градация величины нагрузки: если увеличение пульса составляет 35-50% исходного, нагрузка считается малой, при приросте 50-70% - нагрузка средняя, 70-90% - нагрузка высокая [3]. По изученным протоколам исследования, с учетом показателей частоты пульса, величина этапно-возрастающих перегрузок в 3g определяется как средняя, 5g и 6g - высокая. По фоновым данным предстартового реагирования выделены 3 группы летного состава: 1-я группа (n=62) со средним типом реагирования (ЧСС - 80-100), 2-я (n=16) - с повышенным (ЧСС>100) и 3-я группа (n=25) - с пониженным (ЧСС<80) типами реагирования. Групповая оценка переносимости пробы рассчитывалась по показателю сердечной деятельности (ПСД). ПСД=[4ґ(Р1+Р2+Р3+Р4)]-200/100, где: 4 - поправочный коэффициент; Р1 - ЧСС фон, Р2, Р3, Р4 - ЧСС при перегрузках; при ПСД<5 проба считалась отличной, <10 - хорошей, <15 - удовлетворительной, >15 - плохой [7]. В качестве дополнительных критериев рассчитывался индекс сердечно-сосудистой регуляции (ИССР). ИССР = (ДАД/ЧСС)ґ100, где: ДАД - диастолическое артериальное давление, мм рт. ст.; ЧСС - частота сердечных сокращений в мин; 100 - поправочный коэффициент; при ИССР>115 определялся сосудистый тип регуляции кровообращения, <85 - сердечный тип, значения ИССР=100±15 соответствовали сердечно-сосудистому (среднему) типу [7, 8]. Для оценки степени синхронизации ритма сердца и дыхания использован индекс Хильдебрандта (Q), который отражает работу регуляторных систем, в частности степень включения ритмов сердца и дыхания в процесс достижения этапно-возрастающих перегрузок и результатов восстановления во время отдыха в течение 1 и 5 мин после каждого этапа. Q=ЧСС/ЧД, усл. ед. (в норме 2,2-4,9) По данным отдельных исследований, допустимым считают физические нагрузки, приводящие к соотношению ЧСС/ЧД от 3,5 до 6,5 усл. ед. Дальнейшее увеличение мощности нагрузки может привести как к «перенапряжению» системы регуляции, так и ее недостаточности при низких показателях и срыве адаптации [7, 13]. В целях характеристики вегетативной регуляции гомеостаза рассчитывался вегетативный индекс Кердо (ВИК): ВИК = (1-ДАД/ЧСС)ґ100, усл. ед. Для оценки соотношений влияния на сердечно-сосудистую систему (ССС) симпатической и парасимпатической систем рассчитывался индекс вегетативного равновесия (ИВР): ИВР = (ВР/ВТ)ґ100, где: ВР - наибольшая величина симпатического тонуса, ВТ - фоновый вегетативный тонус [6-8, 17]. Физиологическое значение ИВР: <30 - выраженная инертность и пассивность, явная доминанта парасимпатического отдела; 30-100 - незначительное преобладание парасимпатического отдела, расслабление; 100-350 - норма, вегетативный баланс находится в равновесии; 350-1300 - напряжение, доминанта симпатического отдела; >1300 - крайняя степень напряжения симпатического отдела на фоне истощения энергетического потенциала [7, 8]. Для количественной оценки состояния резервов ССС и уровня обменно-энергетических процессов организма использован показатель двойного произведения (ПДП) Робинсона. ПДП=(ЧССґАДС)/100 усл. ед. В состоянии покоя при ПДП=69 и меньше состояние функциональных резервов ССС оценивалось как отличное, 70-84 - хорошее, 85-94 - среднее, 95-110 - признаки нарушения регуляции ССС, 111 и более - нарушение регуляции ССС [18]. «Физиологическая цена» этапного результата центрифужной перегрузки расчитывалась по формуле: , где: sчсс=100ґ(ЧССисх-ЧССфон)/ЧССфон; sчд=100ґ(ЧДисх-ЧДфон)/ЧДфон [8]; модуль ro считается мерой адаптивных перестроек физиологических функций, происходящих в организме при нагрузках и направленных на достижение полезного приспособительного результата [4, 13]. Статистический анализ проводился с использованием процесса электронных таблиц Microsoft Office Excel 2007. Результаты и обсуждение Изменения количественных показателей кардиореспираторной системы при воздействии этапно-возрастающих перегрузок у летчиков всех групп представлены в табл. 1-3. ИССР в 1-й группе во время перегрузки в 3g составил 61,5 усл. ед., 5g - 56,3, 6g - 56,3 усл. ед., что соответствует сердечному типу регуляции и адекватным реакциям на этапно-возрастающие перегрузки. В этой же группе ЧСС по сравнению с фоном увеличилась при перегрузке в 3g на 37,8%, 5g - на 43,9%, 6g - на 48,9% и достоверно отличалась от показателей средней группы реагирования не только в фоне, но и перегрузках (р<0,001). АДС при перегрузке в 3g увеличилась на 21,8%, 5g - на 30,7%, 6g - на 33,9%. АДД при перегрузке в 3 g увеличилась на 20,5%, 5g - на 24,8%, 6g - на 28,6%. АД ушное при перегрузке в 3g практически не изменилось, 5g и 6g - снизилось на 8,9%. ЧД при перегрузке в 3g выросла на 40,7%, 5g - на 47,3%, 6g - на 54,8%. Групповая оценка по ПСД - удовлетворительная - 14,8 усл. ед. Фоновый ИССР в группе с повышенной степенью предстартового реагирования также соответствовал сердечному типу - 65 усл. ед., при перегрузке в 3g составил 53, 5g - 50, 6g - 49 усл. ед., однако отмечено его снижение при нарастании перегрузки - на 24,6%, что может свидетельствовать о признаках неустойчивости системы регуляции ССС. ЧСС по сравнению с фоном увеличилась при перегрузке в 3g на 33,2%, 5g - на 39,7%, 6g - на 41%. Получены достоверные различия по ЧСС с группой со средней степенью реагирования. АДС при перегрузке в 3g увеличилось на 22,3%, 5g - на 29,9%, 6g - на 33,9%. АДД: при перегрузке в 3 g увеличилось на 18,2%, 5g - на 20,9%, 6g - на 21,8%. АД ушное: при перегрузке в 3g практически не изменилось, 6g - снизилось на 13,6%. ЧД при перегрузке в 3g выросла на 41,9%, 5g - на 43,8%, 6g - на 57,2%. По другим показателям гемодинамики и дыхания при сравнении с группой средней степени реагирования достоверных различий не выявлено. Групповая оценка по ПСД - плохая - 17,9 усл. ед. Фоновый ИССР в 3-й группе - 95,8 усл. ед., при перегрузке в 3g - 64,1, 5g - 59, 6g - 65 усл. ед., т. е. фоновый сердечно-сосудистый тип регуляции при нарастании перегрузки сменился на сердечный тип и снизился по сравнению с фоном на 32,2%, что свидетельствовало о перестройке системы регуляции ССС. ЧСС по сравнению с фоном при перегрузке в 3g увеличилась на 45,1%, 5g - на 53,3%, 6g - на 57,4%. АДС при перегрузке в 3g увеличилось на 24,4%, 5g - на 31,2%, 6g - на 39,8%. Достоверные различия по ЧСС получены только при нагрузке в 3g (р<0,001). АДД: при перегрузке в 3g увеличилось на 17,9%, 5g, - на 24,2%, 6g - на 31%. АД ушное: при перегрузке в 3g практически не изменилось, 6g - повысилось на 9,4%. ЧД при перегрузке в 3g выросла на 40,7%, 5g - на 45,7%, 6g - на 55,8%. По остальным показателям при сравнении с группой средней степени реагирования достоверных различий не выявлено. Групповая оценка по ПСД - удовлетворительно - 13 усл. ед. Таким образом, групповая оценка переносимости перегрузок на центрифуге хотя и не является основанием для экспертно-диагностического заключения, но дает возможность выделить лиц, нуждающихся в дополнительном обследовании, проведении тренировочно-корригирующих или оздоровительных мероприятий. Особенно это касается летного состава в группе с повышенным типом реагирования. Но этот вопрос решается в каждом случае индивидуально. Определенный интерес представляло изучение соотношений ЧСС и ЧД по индексу Хильдебрандта (Q) во время перегрузок и в период последействия у летного состава с разным типом реагирования (табл. 4). Фоновые показатели Q имели достоверные межгрупповые различия (р<0,0001). При воздействии перегрузок индекс в 1-й и 3-й группах сохранялся в пределах нормы, во 2-й - несколько превышал норму (5,9 усл. ед.) только при воздействии перегрузки в 3 g, что, по-видимому, связано с более выраженным психологическим напряжением летчиков в этой группе из-за новизны первого этапа исследования. Интерес представляют показатели индекса в период последействия на 1-й и 5-й минутах отдыха, где в 1-й и 2-й группах отмечается его увеличение свыше 5,5 усл. ед., которое можно объяснить перестройкой кардиореспираторной регуляции в период последействия с усилением симпатического влияния на сердце в целях восстановления кислородного баланса в миокарде. В группе с пониженной степенью реагирования (фоновая величина 3,8 усл. ед.) при нагрузках отмечено увеличение индекса, которое относительно равномерно поддерживалось в период последействия в пределах нормальных величин и указывало на относительно хорошую синхронизацию ритмов сердца и дыхания. Известно, что срочный процесс адаптации обеспечивает вегетативная нервная система, а сам процесс адаптации зависит от ее фонового вегетативного тонуса, в связи с чем интерес представляют данные о динамике вегетативной регуляции при этапно-возрастающих перегрузках (рис. 1, 2) [5, 13]. Средние показатели фонового симпатического тонуса (ВТ) и реактивности (ВР) у летного состава при воздействии перегрузок на центрифуге представлены на рис. 1. В группе летного состава со средней величиной симпатического тонуса 22,1±12,5 последний при перегрузке в 3g возрастает до 37,9±8,8 усл. ед. (на 41,7%), 5g - до 44,1±6,8 (на 49,9%), 6g - до 45,6±7,9 усл. ед. (на 51,6%). В восстановительный период на 5-й минуте отдыха после перегрузок в 3g, 5g, 6g вегетативный тонус снизился до нормальных величин - соответственно до 22,4, 27,8 и 21,2 усл. ед., что характеризует вполне адекватную вегетативную реактивность и достаточную вегетативную обеспеченность на предъявляемые нагрузки. В этой группе ИВР при перегрузке в 3g составил 171,5 усл. ед., 5g - 199,5, 6g - 206,4 усл. ед., что соответствовало нормальному вегетативному равновесию. В группе с высоким (гиперреактивным типом) вегетативным тонусом (49,1 усл. ед.) при перегрузке в 3g он вырос до 61,8 усл. ед. (на 20,6%), 5g - до 93,5 (на 47,6%), 6g - до 68,7 усл. ед. (на 28,6%), что в значительной степени превышало средние показатели и характеризуется избыточным напряжением и нестабильностью вегетативной регуляции. ИВР в этой группе при перегрузке в 3g составил 125,8 усл. ед., 5g - 190,4, 6g - 139,9 усл. ед., что также подтверждает его неустойчивость, хотя и соответствует нормальным величинам (рис. 2). В группе летного состава с эйтонией при перегрузке в 3g ВТ вырос до 27,4 усл. ед. (на 82%), 5g - до 41,5 (на 88%) и 6g - до 38,1 усл. ед. (на 86,9%), однако этот рост довольно равномерен и соответствует адекватной вегетативной реактивности и эргототропной обеспеченности процесса при воздействии перегрузок. ИВР при перегрузке в 3g составил 54,8 усл. ед., 5g - 85, 6g - 76,2 усл. ед., что, по-видимому, связано с незначительным влиянием парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (рис. 3). Интересны данные о вегетативных реакциях в группе летного состава с парасимпатическим тонусом (рис. 4). В группе с фоновым парасимпатическим тонусом при перегрузке в 3g отмечен переход парасимпатического ВТ к эйтонии (-1,1 усл. ед), 5g - в сторону симпатикотонии - до +18,6 усл. ед., 6g до +27,5 усл. ед. ИВР при перегрузке в 3g составил 5 усл. ед., что соответствовало выраженной инертности и пассивности вегетативных реакций с явной доминантой парасимпатического отдела, 5g - 84,5 усл. ед., что характеризовалось незначительным преобладанием парасимпатического отдела, 6g - 125 усл. ед., отмечался переход к нормальным показателям вегетативного равновесия за счет включения симпатического влияния на сердечную деятельность. В восстановительный период наблюдались возвраты к парасимпатическому тонусу на 5-й минуте после перегрузки в 3g - -36,8 усл. ед. (на 40,2%), 5g - до -40 усл. ед. (на 45%), превышающие фоновый показатель. В то же время после перегрузки в 6g ВТ восстанавливался до уровня фонового (-20,6). По фоновым показателям индекса Робинсона (ПДП) у летного состава функциональные резервы оценивались как хорошие в 56%, удовлетворительные - в 37%, с признаками нарушения регуляции ССС - в 7%. В связи с этим можно ожидать разные показатели энергетических затрат и функциональных резервов в группе летного состава при этапно-возрастающих перегрузках на центрифуге (табл. 5). Показатели энергетических затрат при воздействии каждого этапа перегрузки должны быть в пределах 320±65 усл. ед., 380 и выше - могут считаться как пограничные или патологические состояния энергообеспечения перегрузки. Представленные в табл. 6 показатели энергетического потенциала с возрастанием перегрузки у летного состава указанных групп в целом соответствуют нормативным значениям, хотя несколько более выражены в группе с пониженным типом реагирования при перегрузке в 6g. «Физиологическая цена» субмаксимальной физической нагрузки, по данным специалистов спортивной медицины, не должна превышать с учетом восстановительного периода 70±7,4% [13]. Поскольку при воздействии ускорений перегрузки достигают более высоких величин, следует ожидать и более выраженной «физиологической цены» (табл. 6). Из данных табл. 6 следует, что «физиологическая цена» переносимости летным составом перегрузок с учетом восстановительного периода превышает нормативные значения для субмаксимальных величин и свидетельствует о том, что при воздействии радиальных ускорений они достигают уровня экстремальных и приводят к быстрому истощению функциональных резервов. Особенно это характерно для группы летного состава с повышенным типом реагирования. Таким образом, при воздействии этапно-возрастающих пилотажных перегрузок функциональные изменения в организме летчика характеризуются активацией адаптационных регуляторных механизмов, перестройками ритма сердца и дыхания, на что достоверно указывает индекс Хильдебрандта. Пилотажные перегрузки возрастающей интенсивности сопровождаются значительным напряжением системы энергообеспечения организма и затратами энергопотенциала, что подтверждается данными «физиологической цены». Обобщая сказанное, можно заключить, что использование комплекса количественных интегральных индексов позволяет углубленно проводить анализ состояния индивидуально-типологических адаптационных реакций, возникающих при воздействии этапно-возрастающих перегрузок на центрифуге. Это открывает возможности для выделения нормальных, пограничных и патологических форм адаптивного реагирования, показатели которых выходят за пределы референтных значений при проведении экспертных испытаний на центрифуге. В Ы В О Д Ы 1. На механизмы адаптивной регуляции в процессе воздействия этапно-возрастающих перегрузок на центрифуге существенное влияние оказывает фоновое функциональное состояние летчика, связанное в отдельных случаях с информационной новизной исследования, психологическим напряжением в предстартовый период. 2. Адаптационные реакции на этапно-возрастающие перегрузки характеризуются системными перестройками ритма сердца и дыхания, энергообеспечения со значительными затратами функциональных резервов и высокой «физиологической ценой» процесса адаптации. 3. Использование количественных интегральных индексов позволяет качественно оценивать изменения регуляторных систем организма, функциональных резервов и энергетических затрат в целях экспертной оценки переносимости этапно-возрастающих перегрузок на центрифуге.

About the authors

Yu. K Churilov

Email: Churilov.yur@yandex.ru

V. S Vovkodav

A. N Klepikov

I. I Richei

D. I Ryzhov

References

Supplementary files