• Большинство исследователей полагают, что человек и животные могут нормально жить в ИГА, лишенных N2. Эта точка зрения аргументирована многочисленными экспериментальными данными, свидетельствующими о нормальном развитии беспозвоночных и позвоночных животных в условиях ИГА, в которой азот полностью отсутствует. Виологическая роль N2 для человека сводится к тому, что он заполняет полости тела, и в первую очередь легкие, и тем самым поддерживает их определенный объем, препятствуя развитию ателектазов.
Эту функцию азота могут, по-видимому, выполнять и другие индифферентные газы, в том числе и гелий – Не.
1. ИГА с Не. Для утверждения возможности использования Не в качестве одного из основных компонентов ИГА необходимы доказательства того, что сам по себе этот газ не оказывает какого-либо неблагоприятного влияния на организм.
Результаты исследований, проведенных на животных, а также с участием человека, в которых азот в условиях нормального и пониженного давления был в ИГА замещен гелием, дают основания считать, что последний не оказывает токсического влияния на организм и так же, как и N2, является биологически индифферентным газом. Следует лишь упомянуть, что некоторые функциональные сдвиги – увеличение потребления кислорода, снижение количества эритроцитов и гемоглобина и связанное с этим повышение суточного потребления железа, – которые были обнаружены в гелиокислородной среде у кроликов Гамильтоном и др., как и изменения устойчивости животных к гипоксии, отмеченные А. Г. Диановым, обусловлены, вероятно, теплофизическими свойствами Не (В. Б. Малкин, 1975).
После того как принципиальная возможность использования Не вместо N2 в ИГА доказана, следует ответить на второй вопрос: насколько целесообразна такая замена?
Авторы, которые указывают на целесообразность использования Не вместо N2 в ИГА, аргументируют свою точку зрения следующими соображениями. Так, согласно данным М. И. Якобсона, А. Г. Дианова и А. Г. Кузнецова, при использовании Не несколько уменьшается вероятность возникновения ВДВ и особенно ее тяжелых форм, которые могут иметь место у космонавтов после перехода их в условия низкого барометрического давления. Это мнение основано, по-видимому, на том, что бунзеновский коэффициент растворимости в жире N2 примерно в 4 раза выше, чем Не. В работах американских исследователей Берда и др. было, наоборот, установлено несколько более частое проявление «bends» – мышечно-суставной формы ВДВ у людей, находившихся в ИГА, в которой использовался Не. Вопрос же о частоте проявления тяжелых форм ВДВ при использовании ИГА, содержащей Не, остается открытым.
Малая растворимость гелия в тканях и высокий коэффициент его диффузии лежат в основе того, как указывают А. Г. Дианов и др., что при дыхании кислородом время практически полной десатурации организма от Не значительно меньше, чем от N2. Это уже существенное и бесспорное преимущество использования Не в ИГА. В случаях повышения температуры в кабине благодаря высокой теплопроводности Не космонавты гораздо лучше будут переносить это воздействие в ИГА, в которой N2 заменен Не.
В такой среде должна также повыситься устойчивость к гиперкапнии, интенсивным физическим нагрузкам и другим воздействиям, приводящим к значительному росту вентиляции. Этот эффект обусловлен тем, что при форсированном дыхании гелиокислородной смесью сопротивление воздухоносных путей в связи с низкой плотностью Не сказывается меньше, чем при дыхании воздухом. При нормальном, спокойном дыхании этот эффект практически не проявляется, так как сопротивление воздухоносных путей определяется уже не плотностью, а в основном вязкостью вдыхаемого газа. Вязкость Не существенно не отличается от N2.
Одним из доводов, обосновывающих целесообразность замены азота в ИГА гелием, является высокая устойчивость атома Не к действию различных видов радиации. Это выгодно отличает Не от N2. Относительно большой вес N2 определяет его слабые защитные свойства по отношению к космическому излучению как с точки зрения поглощения первичных нуклонов, так и в отношении образования вторичных частиц. Согласно данным М. Г. Дмитриева, под действием ионизирующего излучения в воздухе образуются «возбужденные» атомы и ионы азота. Они вступают в химические реакции с О2, в результате чего образуются такие токсические соединения, как окись, закись и двуокись азота. Помимо перечисленных соображений, целесообразность замены азота в ИГА гелием обусловлена и с технической точки зрения. Плотность Не приблизительно в 7 раз меньше плотности N2, в связи с чем использование гелиокислородной атмосферы в космических кораблях приводит к снижению стартового веса, а также веса запасов газа, необходимых для восполнения атмосферы корабля. Данное преимущество гелиокислородной ИГА не всегда может в полной мере проявляться в связи с высокой текучестью Не. Это является причиной сокращения резервного времени при утечке газов из кабины в случаях замены азота в ИГА гелием, что, несомненно, следует считать отрицательной стороной такой замены. К сказанному следует добавить, что замена азота в ИГА гелием должна также привести к снижению энергии, необходимой для вентиляции кабины. Несмотря на определенные выгоды использования Не в ИГА, экспериментальных исследований с участием человека, в которых бы изучался этот вопрос, сравнительно немного. В работах отечественных исследователей была экспериментально изучена ИГА, состоящая из О2 и Не при нормальном барометрическом давлении (1 атм).
Результаты работ этих авторов показали, что пребывание в гелиокислородной среде не вызывает у испытуемых сколько-нибудь существенных изменений самочувствия, поведения и работоспособности. Однако замена азота в ИГА гелием все же сопровождалась некоторыми функциональными сдвигами. Наиболее важными из них были изменения теплообмена, речи и дыхания. Так, пребывание в гелиокислородной ИГА при температурах, являющихся комфортными в условиях обычной воздушной атмосферы (18–24 °C), сопровождалось заметным охлаждением испытуемых. Например, при температуре 21 °C у испытуемых быстро появлялись неприятные теплоощущения. При этом средневзвешенная температура кожи за 2 ч снижалась почти на 2 °C. В гелиокислородной ИГА зона теплового комфорта оказалась заметно сдвинутой в сторону более высоких температур и находилась в дневное время в пределах 24,5-27,5 °C, а ночью в пределах 26–29 °C. При оценке этих данных обращает на себя внимание значительное сужение (на 3 °C) зоны теплового комфорта в гелиокислородной среде по сравнению с аналогичной зоной в воздухе. Как уже отмечалось, этот эффект гелиокислородной атмосферы связан с высокой теплопроводностью Не.
Замена азота воздуха гелием привела и к изменению речи испытуемых: в гелиокислородной ИГА спектр речи сдвигался в сторону высоких частот на величину порядка 0,7 октавы. Разборчивость речи при этом несколько ухудшалась, но еще сохранялась на уровне допустимых величин (90–95 %). Сразу после перехода на дыхание обычным воздухом речевая функция восстанавливалась. Согласно расчетным данным, скорость распространения звука в гелиокислородной среде при давлении в 1 атм и температуре 27 °C в 1,85 раза выше, чем в воздухе. Это и является причиной искажения речи после замены азота воздуха гелием.
Функциональные изменения дыхания в гелиокислородной среде проявлялись в увеличении максимально возможной вентиляции легких, что было обусловлено снижением сопротивления воздухоносных путей. Таким образом, результаты исследований, в которых азот воздуха замещался гелием, показали практическую возможность использования такой ИГА (В. Б.Малкин, 1975).
Американские исследователи провели изучение гелиокислородной ИГА с общим давлением 380 мм рт. ст., 360 мм рт. ст. и 258 мм рт. ст.
Анализ результатов этих работ позволяет считать, что длительное (до 56 дней) пребывание в гелиокислородной среде не оказывает неблагоприятного влияния на обмен веществ, дыхание, кровообращение и центральную нервную систему. Отмеченные в этих исследованиях некоторые патологические сдвиги были обусловлены влиянием различных факторов, не связанных непосредственно с заменой азота в ИГА гелием. Так, например, в опытах, проведенных Цефтом и сотрудниками, возникновение раздражения слизистой оболочки век – развитие конъюнктивита – было обусловлено низкой влажностью ИГА (давление 380 мм рт. ст.); при повышении влажности эти нарушения исчезали. Снижение ортостатической устойчивости у одного из испытуемых, как и в большинстве исследований в имитаторах кабин, было обусловлено, по-видимому, развитием гиподинамии.
Сухость слизистых оболочек, развитие конъюнктивита, отмеченные у испытуемых при 56-суточном пребывании в гелиокислородной ИГА с общим давлением 258 мм рт. ст. (рО2 – 175; pHe – 74; сN2 – 2), также были связаны с низкой влажностью. Жалобы испытуемых на боли в животе и повышенный метеоризм нельзя связывать с наличием Не в ИГА. Они были обусловлены, очевидно, другими причинами, возможно неудачным рационом питания. С наличием Не в ИГА были связаны в этих исследованиях лишь незначительные искажения речи и изменения температуры кожи при выполнении физических упражнений. Однако эти изменения существенного значения не имеют, так как искажения речи могут быть устранены с помощью соответствующих технических средств, равно как и все неприятные теплоощущения в гелиокислородных средах легко устранимы путем повышения температуры ИГА.
