С древнейших времен и до наших дней человек питал интерес и имел потребность в освоении водной составляющей планеты Земля – гидросферы (океаны, моря, озера, реки), занимающей около 71% её поверхности. Под воду нас влекут тяга к знаниям, получение пищи, энергии и сырья, ведение военных действий, рекреация (спорт и отдых). Единого способа проникновения человека в подводную среду нет. В каждом случае выбор определяется поставленными задачами, предполагаемыми условиями пребывания под водой, видом используемых приспособлений и оборудования, участниками работ – водолазами и обеспечивающим персоналом. Основные стадии развития методов погружения включают: свободное погружение с задержкой дыхания; погружение в подводных колоколах; погружение с применением жесткого шлема и подачей воздуха с поверхности; погружение с применением подводных автономных дыхательных аппаратов; насыщенное погружение; погружение в нормобарическом подводном скафандре. Увеличение глубин погружения, совершенствование техники и технологии подводных работ, водолазного снаряжения, длительное пребывание человека под повышенным давлением требуют одновременных научно-практических исследований по гипербарической физиологии и медицине.
Погружаясь под воду, человек встречается с необычной и непривычной для жизнедеятельности окружающей средой, сталкивается с рядом новых воздействующих на него факторов (рис. 1), многие из которых можно назвать экстремальными,
Рис. 1 (по И. Сапов, 1986).
т.е. нарушающими нормальное уравновешивание организма со средой обитания и вызывающими сдвиги приспособительных процессов организма (рис. 2).
Рис. 2. Стрессорные факторы и основные ответные физиологические и патофизиологические синдромы (по С. Гуляр, 1988).
Отдельные параметры гипербарической среды тесно взаимосвязаны друг с другом, и в большинстве случаев не удается изменить один из них, не затрагивая остальных. Соответственно, можно говорить только о преимущественном воздействии того или иного экстремального фактора.
Исследованием функций организма человека, подвергающегося действию факторов повышенного давления, а также условий водолазного труда путем фундаментальных (теоретических) исследований занимается гипербарическая (в том числе водолазная) физиология. Иногда результатом действия указанных неблагоприятных факторов могут быть возникновение и развитие профессиональных болезней. Научно-прикладные исследования условий возникновения, клинических проявлений, методов лечения и профилактики заболеваний людей, работающих под повышенным давлением, разработка мероприятий медицинского обеспечения работ в условиях повышенного давления, разработка методов гипербарического лечения и профилактики заболеваний и состояний, не связанных с гипербарией, составляют предмет гипербарической (в том числе водолазной) медицины. Взаимодействие системы «человек – окружающая среда» при гипербарии характеризуется тем, что оба ее звена чрезвычайно подвижны. Организм по возможности приспосабливается к экстремальным условиям, стремясь сохранить относительное постоянство внутренней среды, выбирая в каждой ситуации наиболее оптимальный режим, что приводит к лабильности ответных реакций. Конечная цель исследований в области гипербарии – создание человеку таких условий труда, при которых повысилась бы резистентность организма, сохранялась, и продлевалась его профессиональная трудоспособность.
Зарождение гипербарической физиологии и медицины как науки относится к 1660 г., когда Р. Бойль, проводя исследования влияния сжатого воздуха на организм животных, зарегистрировал газообразование в глазу гадюки при быстром снижении давления воздуха (декомпрессии). В дальнейшем необходимость проведения водолазных работ различного предназначения с использованием для дыхания воздуха (на малых и средних глубинах, как правило, до 60 м), а также искусственных дыхательных смесей (на больших глубинах), создание новых образцов водолазного снаряжения предопределили актуальность проведения обширных научных исследований. Перечисление ученых и практиков, внесших весомый вклад в эту науку, заняло бы многие страницы, что не является целью настоящего сообщения. Представляется целесообразным ограничиться упоминанием отдельных имен и руководителей коллективов преимущественно в хронологическом порядке.
XVIII век. К. Дюма и А. Фуркруа экспериментально установили токсическое действие высоких концентраций кислорода на легкие.
XIX век. Л. Смит описал легочную форму, а П. Бер - судорожную форму отравления кислородом. П. Бер также дал описание биологического действия газов под давлением, разработал десатурационную (рассыщающую) теорию декомпрессионной болезни. В. Пашутин установил феномен растворения азота в крови. И. Тарханов показал различие в действии высоких парциальных давлений кислорода на целостный организм и на изолированные его ткани. Ф. Шидловский обосновал режимы подачи воздуха водолазу, предупреждающие его выбрасывание и обжим, а также предложил воздушный клапан для водолазной рубахи. Н. Есипов описал физику, анатомию, физиологию и гигиену водолазного дела, изобрел сфигмограф для регистрации пульса у водолаза, находящегося под водой. Н. Цунц предложил дыхание кислородом для ускорения декомпрессии.
XX век. Дж. Холдейн с соавторами разработали достаточно безопасные режимы ступенчатой декомпрессии. Гипербарическая наука активно продолжила развитие в зарубежных странах. Однако далее речь пойдет об отечественных достижениях, тем более, что во многом они были «впереди планеты всей».
Группа, возглавляемая Л. Орбели, установила, что предельные глубины погружения на сжатом воздухе составляет 80-90 м, а для глубин до 200 м разработала режимы декомпрессии при спусках с применением для дыхания гелиокислородных смесей. А. Бенки, Н. Лазарев, Г. Зальцман существенно дополнили знания по биологическому действию газов под давлением. С. Прикладовицкий и др. дали физиологическую характеристику автономного водолазного снаряжения. Н. Кривошеенко и его последователи изучали механизмы влияния гипербарии на функции центральной нервной системы (ЦНС); показано, что условно-рефлекторная деятельность страдает в большей степени, чем безусловные рефлексы.
С 1945 г. началась научно-практическая работа в отделе (позднее – управлении) специальной физиологии НИИ Аварийно-спасательной службы ВМФ (в дальнейшем 40 ГНИИ МО РФ). Руководили работами К. Павловский, Н. Кривошеенко, З. Гусинский, А. Фокин, Л. Мелодинский, Л. Медведев, В. Семко. В комплексных исследованиях успешно решались, в частности, следующие задачи: разработка оптимальных режимов компрессии, декомпрессии и лечебной рекомпрессии водолазов и акванавтов, разработка методов бездекомпрессионных погружений, определение возможности длительного существования человека в искусственной гипербарической среде (метод насыщенных погружений) и допустимых сроков пребывания при различных величинах давления. В результате утвержден ряд руководящих документов, регламентирующих профессиональную деятельность водолазов и акванавтов, освоены глубины до 300 м в натурных условиях и до 500 м в лабораторных.
Создание в 1952 г. в Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова кафедры спецфизиологии (впоследствии – физиологии подводного плавания) положило начало обширным комплексным исследованиям влияния гипербарии на организм человека. Руководили работами начальники кафедры Е. Герман, И. Сапов, Л. Медведев, В. Кулешов, А. Мясников, в настоящее время Д. Зверев. Органно-системный подход дал значимые результаты. Изучение ЦНС показало в том числе, что многократные воздействия гипербарии сопровождаются развитием адаптационных изменений, это позволило рекомендовать периодичность тренировочных спусков водолазов для сохранения физиологической тренированности. В исследованиях гемодинамики выявлен синдром напряжения системы кровообращения и стадии ее адаптации к гипербарии, на основании чего рекомендована периодичность инструментального обследования водолазов и акванавтов с учетом стажа их работы под водой с целью раннего выявления изменений со стороны сердечной мышцы; система крови при многократных и длительных воздействиях гипербарии реагирует угнетением производства эритроцитов, существенным снижением активности фагоцитов (защитные функции), уменьшается время образования кровяного сгустка (возрастает вероятность появления тромбов). Со стороны почек отмечается усиление фильтрации и нарастание диуреза на глубинах до 70 м, при больших давлениях выделение мочи уменьшается. Исследование обменных процессов позволило обосновать рациональные режимы питания, его калорийность и качественный состав. При изучении особенностей охлаждения и терморегуляции человека в водной среде определили время допустимого пребывания под водой в зависимости от ее температуры и обосновали методы профилактики переохлаждения. Особое внимание уделялось декомпрессионной патологии, занимающей первое место по частоте развития постгипербарических расстройств. Углубленно и системно исследовались процессы насыщения и рассыщения организма дыхательными газами при кратковременном и длительном пребывании в условиях повышенного давления, а также при сочетанном действии других экстремальных факторов: высокие и низкие температуры, радиационное облучение организма, голодание и ограничение потребления воды. Полученные данные позволили разработать принципы и методики расчета рабочих и лечебных режимов декомпрессии для профилактики и лечения декомпрессионной патологии. Сами режимы выдержали многолетнюю проверку в рабочих условиях. Разрабатывались методы оценки устойчивости к декомпрессионной болезни: интенсивность венозного газообразования после стандартного гипербарического воздействия, устойчивость к гипоксии; в результате они были внедрены в систему профессионального отбора водолазов и акванавтов. Изучались неспецифические методы повышения устойчивости к декомпрессионной патологии: дыхание смесями с повышенным содержанием углекислого газа, гипербарическая оксигенация, воздействие на ЦНС импульсного электрического тока высокой частоты. Большое внимание уделено исследованиям по механизму возникновения, клиническим проявлениям, лечению и профилактике баротравмы легких с явлениями артериальной газовой эмболии при работе в различных видах водолазного снаряжения. Обосновано выделение новой самостоятельной патологии специалистов, работающих в условиях гипербарии – барогипертензионного синдрома. В отношении обжима водолаза, обжатия грудной клетки, баротравмы уха и придаточных полостей носа разработаны рекомендации по их предотвращению и лечению. Значимый объем занимали исследования воздействий повышенного и пониженного содержания в дыхательной среде кислорода, повышенного содержания углекислого газа, азота, взаимовлияние газов при разных характеристиках гипербарической среды. Особое внимание обращалось на поиск эффективных фармакологических средств для лечения судорожной и легочной форм отравления кислородом, разработке методов повышения устойчивости к гипербарическому азотному наркозу.
Кроме указанных выше еще ряд отечественных НИИ в разное время принимали участие в комплексных тематических исследованиях.
В отдельное направление выделилась гипербарическая оксигенация – лечение кислородом под повышенным давлением (оксигенобаротерапия). Совершенствовалась технология, увеличивался перечень показаний для профилактики, лечения и реабилитации этим методом.
XXI век не богат значимыми наработками в области гипербарической физиологии и медицины. Существенно уменьшился объем работ, регулярно выполняемых водолазами, в том числе на больших глубинах. Резко сократилось количество профессиональных водолазов. Востребованность этого направления исследований не высока. Для обеспечения прочих водолазных и исследовательских работ в большей мере достаточно предшествующего опыта и регламентирующих документов. Однако исследования в этом направлении в отдельных профильных организациях продолжаются; пока они направлены на развитие и совершенствование знаний и практических внедрений, наработанных в прежние века.
Хроника освоения глубин выглядит следующим образом:
