Американские исследователи из-за ряда технических выгод использовали также приемлемую для космонавтов моногазовую ИГА, состоящую из кислорода, под общим давлением 258 мм рт. ст. При этом они, по-видимому, учитывали и удобство использования ее в случаях выхода космонавтов из кабины в скафандрах с низким общим давлением.
Эти ИГА, успешно использованные в полетах, в общем отвечают основным физиологическим принципам формирования ИГА. Они обеспечивают экипажу в полете условия нормального газообмена, не вызывают сколько-нибудь значительного напряжения приспособительных механизмов и поэтому не снижают адаптационного резерва организма.
Как американские, так и российские специалисты продолжают исследовательскую работу по созданию ИГА для космических кораблей. Это свидетельствует о том, что используемые в настоящее время ИГА в свете перспективы полетов большой продолжительности, по-видимому, вряд ли являются оптимальными. В процессе разработки этой проблемы обсуждаются различные варианты ИГА.
Классификация ИГА. Последовательное рассмотрение и оценку различных вариантов ИГА целесообразно провести в соответствии с классификацией ИГА. В ее основу могут быть положены химический состав, физические свойства и основные физиологические характеристики ИГА.
1. С точки зрения физиологической оценки ИГА по условиям газообмена и по величине рО2 и рСО2 во внутренней среде (кровь, альвеолярный воздух) могут быть эквивалентными нормальной земной атмосфере и не полностью эквивалентными, содержащими некоторый избыток О2 и СО2 или дефицит О2.
2. По химическому составу ИГА может состоять только из одного газа (О2), двух газов – О2 и какого-либо биологически индифферентного газа, или, наконец, в ее состав, помимо О2, могут входить несколько индифферентных газов (Н2, Не, Ne, Аг).
3. Физические свойства ИГА, помимо того, что они зависят от ее химического состава, зависят еще и от величины барометрического давления, которое также может широко варьировать.
Из сказанного становится очевидным, что число принципиально возможных для практического использования в космических полетах вариантов ИГА достаточно велико. Однако целесообразно ограничить их рассмотрение лишь теми, которые в настоящее время привлекают наибольшее внимание исследователей и были в связи с этим экспериментально изучены в лабораторных опытах, а некоторые из них были уже использованы в полетах (В. Б. Малкин, 1975).
Анализ ИГА различного газового состава. Сначала рассмотрим ИГА, имитирующие нормальную газовую атмосферу Земли. К ним относятся ИГА, которые в основном состоят тоже из двух газов: О2 и N2; содержание других газов в них невелико – порядка 1 %. Следует сразу же заметить, что когда речь идет об имитации нормальной атмосферы Земли в кабинах космических кораблей, то при этом подразумевается создание комфортных условий, установленных гигиенистами для жилых помещений в географических районах, расположенных на уровне моря. Речь идет о воспроизведении хорошо изученных искусственных условий, которые условно мы обозначим термином «нормальная земная атмосфера» (НЗА).
Как считают многие специалисты, использование в кабинах наших космических кораблей ИГА, близкой к НЗА, было вполне оправданно, прежде всего в связи с тем, что такая ИГА с биологической точки зрения является наиболее адекватной для человека, исторически адаптировавшегося к ней. В принципе ИГА, близкая к НЗА, может быть использована в длительных космических полетах как один из наиболее надежных вариантов ИГА.
Некоторые исследователи полагают, что, несмотря на приемлемость использования НЗА в качестве ИГА в кабинах космических кораблей, все же в большинстве случаев применение ее нерационально. По этому поводу О. Г. Газенко и А. М. Генин пишут: «…копирование земной атмосферы неоправданно ограничивает возможность вариаций ИГА, которые могут оказаться целесообразными с точки зрения техники и защиты человека в аварийной обстановке».
В связи с необходимостью при выборе ИГА считаться с весовыми параметрами (чем выше давление ИГА, тем соответственно толще должны быть стенки кабины и больше ее вес), вероятностью возникновения аварийных ситуаций многие исследователи указывают на теневые стороны использования НЗА. Они отмечают, что в случае нарушения герметичности кабины величина перепада барометрического давления будет значительной, что может привести к серьезному повреждающему действию при взрывной декомпрессии. Переход из НЗА в ИГА с низким давлением, например при переходе из одного корабля в другой или при пользовании скафандрами с низким давлением, чреват серьезной опасностью возникновения высотной декомпрессионной болезни. В случаях использования скафандров с низким давлением это может осложнить не только пребывание космонавтов в аварийной ситуации, но и оказать неблагоприятное влияние на выход их в открытый космос и на поверхность небесных тел, практически лишенных или имеющих крайне разреженную атмосферу. Здесь же следует отметить, что некоторые исследователи указывают на целесообразность использования НЗА в кабинах лишь в ограниченных случаях не только в связи с вероятностью возникновения аварийных ситуаций. Эту точку зрения они аргументируют тем, что сами условия полета большой продолжительности могут приводить к таким функциональным сдвигам в организме (к астенизации – развитию детренированности), при которых комфортные, достаточно стабильные параметры НЗА окажутся уже далеко не оптимальными.
• В связи с вышесказанным исследователи отмечают, что в ряде случаев в кабинах космических кораблей целесообразно использовать двухкомпонентные ИГА, эквивалентные НЗА, но с более низким барометрическим давлением.
Максимально допустимое снижение давления ИГА лимитируется величиной порядка 190 мм рт. ст. При этом для сохранения нормального обеспечения организма О2 в случаях использования столь низких величин давления газовый состав ИГА должен практически состоять только из одного О2, т. е. газовая среда уже не может быть двухкомпонентной. В связи с этим при рассмотрении ИГА, состоящую из О2 и N2, остановимся лишь на четырех диапазонах пониженного давления: 526, 405, 308 и 267 мм рт. ст., соответствующих высотам: 3000, 5000, 7000 и 8000 м.
В работе Д. И. Иванова и др. были последовательно апробированы в условиях лабораторного эксперимента три перечисленные выше ИГА с общим давлением 525, 405 и 308 мм рт. ст. Исследования при меньших величинах давления этими авторами не проводились по двум соображениям: необходимости профилактики высотной деком-прессионной болезни (ВДВ), возникновение которой, уже начиная с высот 7500–8000 м, становится реальностью, а также вследствие увеличения возможности пожара в связи с повышенным содержанием О2 в ИГА.
Результаты этой работы показали, что месячное пребывание испытуемых в условиях ИГА, эквивалентных по О2 НЗА, при давлениях, соответствующих высотам 3000–7000 м, не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на организм. Об этом можно было прежде всего судить по тому, что все три апробированных варианта ИГА с физиологической точки зрения оказались равноценными. Отмеченные у испытуемых в этом исследовании изменения некоторых физиологических параметров: снижение потребления О2 на 10–15 %, повышение частоты сердечных сокращений, особенно отчетливое при проведении ортостатической пробы, изменение суточной периодики частотного спектра ЭЭГ, увеличение числа медленных волн в дневное время – не зависели от газового состава и давления ИГА, а были обусловлены влиянием гиподинамии и изменениями режима труда, отдыха и сна.
В дальнейшем эти исследования были продолжены А. Г. Кузнецовым и др., которые провели исследования с 2-месячным пребыванием испытуемых в ИГА с общим давлением газов 308 мм рт. ст. При этом у испытуемых также были обнаружены функциональные сдвиги, обусловленные в основном только влиянием гиподинамии. Значительное внимание, которое уделяют исследователи созданию ИГА с общим давлением газов порядка 300 мм рт. ст. и менее, не случайно. Некоторые авторы указывают, что давление 300 мм рт. ст. является оптимальным, так как, будучи еще достаточно высоким, практически надежно предохраняет от возникновения декомпрессионных явлений и поэтому не требует проведения десатурации организма от N2 при вхождении в ИГА. Оно также удобно и в случаях необходимости использования скафандров с низким давлением, так как практически исключает вероятность возникновения ВДВ, которая может возникнуть только в крайне редких случаях при аварийной разгерметизации в первые часы полета. Кроме того, с технической точки зрения использование двухкомпонентной ИГА с давлением 300 мм рт. ст. выгодно, поскольку позволяет снизить вес кабины.
