EVALUATION OF LONG-TERM EFFECTS OF HUMAN’S CONTINUOUS STAY IN ARGON CONTAINING HYPOXIC GASEOUS ENVIRONMENT

Full Text

Проведенные проспективные исследования явились продолжением комплекса работ, направленных на обоснование и разработку создания в обитаемых герметизируемых объектах искусственных гипоксических газовоздушных сред (ГГС) [1, 3, 8, 9]. Основные требования к данным средам заключались, с одной стороны, в максимально возможном снижении горючести материалов, жидкостей и технических сред гермообъекта, с другой - в обязательной их пригодности для дыхания и обеспечения работоспособности 9 Безопасность в чрезвычайных ситуациях Экология человека 2017.06 персонала на заданном уровне. Проведенные в 90-х годах прошлого века Б. Н. Павловым и соавт. эксперименты на лабораторных животных [5] и пилотные 10-суточные исследования с участием человека [4] показали, что таким требованиям в наибольшей степени соответствуют ГГС с повышенным содержанием аргона, обладающего выраженным антигипоксическим действием на организм и позволяющего формировать безопасную для человека искусственную газовую среду со значительно меньшим содержанием кислорода, чем это возможно для азотсодержащих (безаргоновых) ГГС. На основании полученных результатов для повышения пожарозащищенности гермообъектов авторами была рекомендована ГГС, состоящая из 13,5-14,5 % об кислорода, 53 % об азота и 33 % об аргона при нормальном атмосферном давлении [4, 7]. Такая аргоносодержащая ГГС (АрГГС), по предположению указанных исследователей, не окажет существенного негативного влияния на организм специалистов и при более длительной непрерывном экспозиции, что, однако, нуждалось в обязательной проверке. Исследования, направленные на подтверждение данной гипотезы, были проведены нами в 2014 году на специально созданном в АО «АСМ» (С.-Петербург) испытательном стенде (ИС), позволяющем моделировать заданные нормобарические АрГГС в замкнутом объеме, а также обеспечивать возможность длительного непрерывного пребывания в них человека. В исследованиях участвовали 6 добровольцев-мужчин в возрасте 25-30 лет (5 человек) и 51 года (1 человек), при медицинском освидетельствовании признанные годными к выходу в море на подводных лодках. Длительность периода герметизации испытателей составляла 60 сут, в течение которых в помещениях ИС поддерживались заданные параметры АрГГС (содержание кислорода 13,5-14,5 % об, аргона 30-35 % об, диоксида углерода 0,03-0,8 % об, азот - остальное) при нормальных величинах атмосферного давления и других параметров микроклимата. Основными результатами данных работ [2] явилось отсутствие нарушений соматического здоровья, недопустимых отклонений функционального состояния и работоспособности у всех обследованных лиц на протяжении периода 60-суточной герметизации. Однако для подтверждения безопасности для человека пребывания в таких средах необходимо было проследить наличие возможного негативного отдаленного влияния проведенных испытаний на состояние здоровья добровольцев, в них участвовавших. Таким образом, целью данного исследования явилась оценка возможных отдаленных последствий длительного (в течение 60 сут) непрерывного пребывания человека в условиях, заданных АрГГС, для подтверждения безопасности выполнения в них профессиональной деятельности персоналом гермообъектов, в которых планируется формирование подобных газовых сред. Методы Тип проведенного исследования - проспективное когортное. Обследованы 6 добровольцев, с участием которых проводились испытания 1-го этапа работы (см. выше). Критерии включения испытателей в исследование, обеспечение их правовой поддержки и безопасности было изложено в нашей предыдущей публикации, описывающей результаты этих испытаний [2]. Исследования были организованы и проведены в соответствии с положениями и принципами действующих международных и российских законодательных актов, в частности Хельсинкской декларации 1975 года и ее пересмотра 1983-го. Исследования в отдаленном периоде наблюдения (2-й этап) проводились в АО «АСМ» около 10 месяцев после окончания 60-суточной герметизации (1-го этапа). В течение всего периода отдаленного наблюдения оценивали общее состояние соматического здоровья и качество жизни испытателей. На контрольных этапах исследования (1 раз в 1,5-2 мес) проводили углубленную оценку функционального состояния, физической и умственной (в том числе операторской) работоспособности обследованных лиц с использованием разработанного комплекса общеклинических, физиологических, психофизиологических, лабораторных, биохимических, иммунологических и иных исследований. Всего за период отдаленного наблюдения было проведено 7 типовых этапов контрольных исследований. В статье выборочно представлены результаты исследований, с использованием которых интегрально оценивались субъективный и соматический статус, функциональное состояние, работоспособность испытателей на контрольных этапах отдаленного наблюдения. Так, в качестве одной из интегральных субъективных методик был использован стандартизированный «Опросник функционального состояния» (ОФС), направленный на самооценку физического и психологического функционирования, социально-ролевого взаимодействия и качества жизни тестируемых за определенный период жизнедеятельности [10]. Для интегральной оценки состояния психофизиологических функций испытателей был использован 5-минутный тест устного арифметического счета (АС) [6]. Анализировали общее число просмотренных примеров, число ошибок и верно решенных заданий. Уровень физиологических возможностей организма (УФВО) оценивался путем моделирования ступенчато нарастающей физической работы субмаксимальной мощности (до достижения порога анаэробного обмена - ПАНО) на велоэргометре эргоспирометрического комплекса Schiller Cardiovit CS-200 (Швейцария). В процессе выполнения проб у испытателя непрерывно проводились регистрация и автоматизированный клинический анализ электрокардиограммы с расчетом частоты сердечных сокращений (ЧСС); 1 раз за 10 с фиксировались показатели вентиляции легких (минут 10 Экология человека 2017.06 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ный объем дыхания - МОД, частота дыхания - ЧД, дыхательный объем - ДО), газообмена (потребление кислорода - VO2 и выделение диоксида углерода - VCO2); с дискретностью 1 раз в мин автоматически регистрировалось систолическое и диастолическое артериальное давление (САД, ДАД). Фиксировалась мощность нагрузки, при которой достигался ПАНО, а также общее время работы до достижения ПАНО. Статистическая обработка полученных данных осуществлялась с использованием пакета программ Statistica v. 10,0. Результаты представлялись в виде медиан (Ме), нижнего и верхнего квартилей (Q25; Q75). Оценку значимости различий показателей на этапах наблюдения проводили при помощи непараметрических критериев (Вилкоксона, критерий знаков). Нулевая гипотеза об отсутствии различий отвергалась при уровне значимости p < 0,05. Результаты Судя по результатам обработки данных тестирования (табл. 1), рассматриваемый контрольный период наблюдения все испытатели характеризовали как достаточно позитивный в отношении своего субъективного состояния. В частности, отмечена высокая оценка добровольцами своих физических качеств (медианы 36 баллов при максимальных 36) и психических функций (медианы 25-28 баллов при максимуме 30). При этом фактически на максимально возможном уровне находились шкалы самооценки тестируемых социально-ролевых функций («работа», «активность», «взаимодействие»). Показатели шкал, отражающих степень профессиональной адаптации («работоспособность», «заболеваемость», «временное ухудшение самочувствия и работоспособности»), у всех испытателей за период отдаленного наблюдения также сохранялись на высоком уровне. В частности, показатель работоспособности составлял 5-6 баллов при максимальных 6. В целом полученные данные можно расценивать как свидетельство сохранности адаптационных механизмов у всех испытателей как на этапе окончания периода «герметизации», так и на отдаленных этапах динамического наблюдения, по крайней мере в течение следующих после испытаний 10 мес. Исследования умственной работоспособности испытателей (табл. 2), проведенные в исходном состоянии (перед началом герметизации), а также в отдаленном периоде наблюдения показали, что общий уровень их комбинаторных интеллектуальных способностей существенно различался (от низкого до высокого). Это обусловило большую дисперсию групповых результатов успешности выполнения теста на всех этапах контрольных обследований, а также во многом определило отсутствие значимых различий показателей между этапами наблюдения. При этом тенденций к стойкому и выраженному снижению интеллектуальной работоспособности за весь период отдаленного наблюдения не отмечено ни у одного из участников испытаний, что подтверждает сохранность интеллектуального потенциала испытателей на протяжении всего периода отдаленного наблюдения. Следовательно, длительная герметизация обследованных лиц в заданных условиях АрГГС не привела к негативным отдаленным последствиям в отношении состояния их психофизиологических качеств и умственной работоспособности. Результаты тестирования испытателей (n = 6) по «Опроснику функционального состояния» на контрольных этапах Me (Q25; Q75) Таблица 1 наблюдения, Этап наблюдения Показатель Исходное Отдаленный период после окончания испытаний состояние 1 -2-й мес 3-й мес 4-й мес 5-й мес 6-й мес 7-8-й мес 9 - 10-й мес Физические функции, баллы 36 (36; 36) 36 (35; 36) 35 (35; 36) 35 (35; 36) 36 (36; 36) 36 (35; 36) 36 (36; 36) 36 (36; 36) Психические функции, баллы 28 (26; 28) 25 (24; 26) 25 (24; 26) 27 (27; 27) 27 (23; 28) 27 (27; 27) 28 (26; 29) 27 (27; 29) Социальные функции (работа), баллы 23 (21; 24) 23 (21; 24) 23 (23; 23) 23 (22; 24) 24 (20; 24) 23 (22; 24) 23 (22; 24) 24 (23; 24) Социальные функции (активность), баллы 12 (9; 12) 12 (11; 12) 11 (10; 12) 11 (10; 12) 12 (10; 12) 12 (12; 12) 12 (12; 12) 12 (11; 12) Социальные функции (взаимодействие), баллы 28 (26; 29) 27 (26; 28) 27 (27; 27) 27 (26; 28) 26 (24; 28) 26 (25; 27) 27 (26; 29) 28 (27; 29) Работоспособность, баллы 5 (5; 6) 6 (5; 6) 6 (4; 6) 6 (5; 6) 6 (5; 6) 6 (5; 6) 6 (5; 6) 6 (5; 6) Трудопотери по болезни, сут/месяц 6 (6; 6) 3 (0; 5) 3 (0; 7) 2 (0; 4) 3 (1; 4) 1 (0; 2) 0 (1; 1) 0 (0; 1) Снижение работоспособности, сут/месяц 6 (6; 6) 4 (2; 6) 4 (2; 8) 4 (4; 7) 5 (1; 5) 2 (0; 3) 1 (1; 1) 1 (0; 1) Качество сексуальной жизни, баллы 5 (5; 5) 6 (5; 6) 5 (5; 6) 5 (5; 6) 6 (5; 6) 5 (5; 6) 6 (5; 6) 6 (5; 6) Коммуникативность, баллы 4 (4; 5) 4 (3; 5) 5 (3; 5) 5 (3; 5) 5 (4; 6) 5 (4; 6) 5 (5; 6) 5 (5; 6) Общее состояние здоровья, баллы 4 (4; 5) 4 (4; 5) 4 (4; 4) 4 (4; 4) 5 (4; 5) 4 (4; 5) 5 (4; 5) 5 (4; 5) 11 Безопасность в чрезвычайных ситуациях Экология человека 2017.06 Таблица 2 Динамика успешности выполнения теста «Арифметический счет» испытателями (n = 6) на этапах наблюдения, абс. ед., Me (Q25; Q75) Показатель Этап наблюдения Исходное состояние Отдаленный период после окончания испытаний 1 -2-й мес 3-й мес 4-й мес 5-й мес 6-7-й мес 9 - 10-й мес Число просмотренных примеров 8,0 (4,8; 12,0) 10,0 (4,8; 13,8) 11,5 (7,0; 17,5) 9,0 (7,3; 12,3) 10,5 (10,0; 15,5) 14,0 (9,0; 17,0) 9,0 (6,0; 18,0) Число правильно решенных примеров 6,5 (3,8; 9,5) 7,5 (2,5; 12,5) 10,0 (6,0; 15,5) 6,5 (3,8; 8,5) 9,0 (7,3; 13,0) 12,0 (7,0; 15,5) 7,0 (6,0; 18,0) Число ошибок 1,5 (1,0; 2,5) 1,5 (0,3; 2,8) 2,0 (1,3; 2,0) 2,5 (1,3; 3,8) 2,5 (1,3; 3,0) 1,5 (1,0; 2,0) 1,5 (1,0; 2,0) Таблица 3 Показатели, зарегистрированные при нагрузке до порога анаэробного обмена, у испытателей (n = 6) на этапах наблюдения, Me (Qæ; Q75) Этап блюдения Показатели, ед. изм. на VO2, л/мин VCO2, л/мин МОД, л/ мин ЧСС, уд./мин САД, мм рт. ст. ДАД, мм рт. ст. Мощность, Вт Время, с Исходное состояние 1,769 (1,694; 1,876) 1,783 (1,690; 1,864) 51,5 (44; 56) 131 (122; 152) 182 (167; 205) 80 (73; 92) 125 (125; 150) 295 (290; 360) 1 -2-й мес 1,718 (1,570; 1,740) 1,730 (1,574; 1,760) 47 (44; 53) 132 (117; 145) 179 (159; 192) 76 (70; 85) 125 (100; 150) 280 (260; 340) Отдаленный период после окончания испытаний 3-й мес 1,565 (1,418; 1,732) 1,579 (1,442; 1,750) 45 (40; 52) 130 (111; 135) 168 (163; 177) 74 (65; 84) 100 (100; 125) 240 (220; 280) 4-й мес 1,682 (1,628; 1,808) 1,701 (1,640; 1,820) 48 (44; 52) 129 (120; 141) 176 (163; 186) 79 (70; 86) 125 (100; 125) 270 (250; 320) 5-й мес 1,655 (1,548; 1,710) 1,682 (1,574; 1,734) 45 (43; 55) 125 (118; 148) 180 (169; 191) 79 (71; 85) 125 (100; 125) 275 (260; 320) 6-й мес 1,681 (1,648; 1,822) 1,694 (1,654; 1,836) 49 (45; 55) 130(121; 145) 184 (171; 195) 79 (72; 86) 125 (100; 150) 280 (260; 340) 7 - 8-й мес 1,899 (1,716; 2,660) р=0,047 1,916 (1,724; 2,690) р=0,039 60 (45; 65) р = 0,044 138 (126; 156) р=0,047 180 (151; 198) 84 (74; 85) 125 (100; 200) 330 (180; 460) 9 - 10-й мес 1,796 (1,716; 2,392) 1,725 (1,724; 2,404) 54 (46; 58) 135 (125; 149) 175 (159; 185) 80 (74; 87) 125 (100; 175) 300 (270; 390) Примечание. р - уровень значимости различий показателей по сравнению с исходным состоянием. Проведенные контрольные исследования максимальной аэробной производительности испытателей показали (табл. 3), что в течение всего наблюдения явно выраженные и стойкие негативные изменения прямых и косвенных критериев аэробной выносливости и УФВО отсутствовали. Все колебания регистрируемых параметров у испытателей находились в пределах ±10-20 % от условного среднего индивидуального уровня. По всей видимости, такая изменчивость получаемых результатов обусловлена прежде всего субъективными причинами, зависящими от текущего функционального состояния обследуемого, уровня активации жизненно важных функций, предшествовавшего образа жизни, вредных привычек и других личных факторов, не поддающихся учету и являющихся обычным явлением для повседневной деятельности молодого человека. Кроме того, для некоторых испытателей характерным оказалась зависимость результатов данного обследования от сезона года, поэтому несколько худшие результаты уровня аэробной выносливости за весь период наблюдения были зафиксированы при тестированиях, пришедшихся на зимний период (2-3-й этапы). Обсуждение результатов Описанные факты, на наш взгляд, являются свидетельством отсутствия отрицательных отдаленных последствий длительного непрерывного пребывания человека в заданной АрГГС на его функциональное состояние и работоспособность. Проведенные в динамике наблюдения исследования клеточного состава крови, параметров обмена веществ, кислотно-основного состояния, показателей специфической и неспецифической защиты (в том числе аутоантителообразования), активности про- и антиоксидантной систем, свертывающе-противосвер-тывающей системы, уровня основных онкомаркеров и другие исследования состояния гомеостаза показали отсутствие недопустимых изменений у всех обследованных лиц на протяжении всего периода испытаний. Результаты перечисленных исследований подробно будут изложены в наших последующих публикациях. Основным итогом проведенных исследований явилось отсутствие признаков недопустимых нарушений состояния психического и соматического здоровья испытателей в течение всего периода наблюдения. Ни у одного из них за контролируемый период (по сравнению с предыдущими периодами их обычной жизнедеятельности) не было отмечено роста простудной заболеваемости, значительного снижения резистентности организма, стрессоустойчивости, качества жизни и иных явных отклонений, которые могли бы быть следствием негативного влияния про 12 Экология человека 2017.06 Безопасность в чрезвычайных ситуациях веденных ранее испытаний. Полученные результаты подтверждают допустимость и безопасность для человека длительного (в течение 60 сут) непрерывного пребывания в искусственной гипоксической газовой среде с содержанием кислорода 13,5-14,5 % об, аргона 30-35 % об, диоксида углерода 0,03-0,8 % об, азот - остальное при нормальном барометрическом давлении. Следовательно, подобные среды допустимо формировать в обитаемых гермообъектах для повышения их взрыво- и пожаробезопасности.

About the authors

A O Ivanov

Email: ivanoff65@mail.ru
Association of developers and producers of monitoring systems Saint Petersburg

V A Petrov

Association of developers and producers of monitoring systems Saint Petersburg

E N Bezkishkii

Association of developers and producers of monitoring systems Saint Petersburg

A B Gudkov

Northern State Medical University, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov Arkhangelsk

A Yu Eroshenko

Rostov State Medical University Rostov-on-Don, Russia

S M Groshilin

Rostov State Medical University Rostov-on-Don, Russia

References

Supplementary files