Методы исследования состояния организма в полете — ProfMedik Медицинский Портал

Методы исследования состояния организма в полете

При исследовании состояния летчика до и после полета мы, в сущности, имеем дело со своего рода данными, получаемыми на «входе» и «выходе» системы «летчик — самолет», события же, развертывающиеся в организме летчика в самом полете, остаются для исследователя недоступными. Чтобы разобраться во влиянии полета на организм человека и особенностях адаптации летчика к условиям работы в кабине самолета, необходимо проводить исследование летчика в процессе самой летной деятельности.

Изучение работы летчика и его психофизиологического состояния включает в себя, помимо аппаратурного исследования, также и методы самонаблюдения и наблюдения. Описание летчиками своих переживаний и ощущений в полете, анализ ими своих действий дают многое для понимания обстановки полета и психических реакций на нее. На многоместных транспортных и пассажирских самолетах легко может быть осуществлено прямое наблюдение авиационного врача, физиолога или психолога за работой и поведенческими реакциями членов летных экипажей, что неоднократно использовалось и автором данной книги. Особенно успешно проводится наблюдение и самонаблюдение в том случае, когда в полете участвует в качестве члена экипажа такой специалист, как врач-летчик. Так, в наших исследованиях, проведенных на различных типах тяжелых самолетов при выполнении экипажами ответственных заданий, участвовал в качестве второго пилота (правого летчика) врач-летчик Н. А. Федоров, который, выполняя необходимые операции, требующиеся от второго летчика в полете, одновременно осуществлял прямое наблюдение за другими членами экипажа и проводил регистрацию ряда физиологических функций в соответствии с заранее составленным графиком включения и выключения регистрирующей аппаратуры. При исследовании летчиков, летающих на одноместных самолетах, был использован летный опыт и других врачей- летчиков, входящих в состав лаборатории, — И. А. Камышова, В. Г. Кузнецова, В. Г. Лазарева.

Однако основные данные об изменениях физиологических параметров, характеризующих состояние организма летчика в полете, дает нам бортовая электрофизиологическая аппаратура.

Первые психофизиологические исследования па самолете-лаборатории (для этой цели был специально оборудован самолет ЯК-11) были выполнены в 1949 г. Е. А. Карповым, К- К- Платоновым и В. А. Поповым. В самолете-лаборатории регистрируются изменения внешней среды, которые детерминируют и направляют деятельность летчика, его поведение, психические и физиологические реакции. Так как действия летчика в полете предопределяются в основном зрительными раздражениями — восприятием частей самолета и кабины, горизонта и крупных наземных объектов, показаний приборов, то с помощью киносъемки можно фиксировать изменения в положении этих объектов. Положение самолета в пространстве по отношению к трем осям, а также высоту и скорость полета регистрируют особыми датчиками.

Движения рук и ног, в которых реализуется деятельность летчика, регистрируются специальными датчиками, крепящимися к рулям управления. С помощью киносъемки фиксируются также движения головы и изменения направления взора. Киносъемка лица летчика позволяет уловить мимику и потоотделение. Основные вегетативные реакции регистрируются специальными физиологическими датчиками и бортовой аппаратурой.

В начале самолеты-лаборатории использовались главным образом для изучения летных способностей курсантов. В конце 50-х годов оборудование самолетов бортовой физиологической аппаратурой предпринимается с целью изучения особенностей различных видов летной деятельности использовалась бортовая физиологическая аппаратура для исследования реакций летчиков при освоении ими новых сложных полетных заданий.

При организации самолетов-лабораторий или оборудовании регистрирующей физиологической аппаратурой учебно-тренировочных самолетов, а также рейсовых пассажирских самолетов возникают проблемы технического порядка, связанные с возможностями преобразования и усиления электрических импульсов, характеризующих ряд физиологических показателей при их передаче на регистрирующую бортовую аппаратуру. Хотя психофизиология труда располагает достаточным количеством аппаратурных методик для изучения психофизиологического состояния работающих лиц, лишь немногие приборы и аппараты отвечают требованиям, предъявляемым к исследованию человека в условиях полета.

В этих условиях к электрофизиологической аппаратуре предъявляются следующие требования: малый вес, портативность, устойчивость, точность и надежность в работе, длительный срок службы, удобное управление, отсутствие помех при работе и движениях обследуемого и сохранение функциональной способности в условиях воздействия перепадов температур, давления и перегрузок, а также низкий расход энергии. К этому следует добавить требования к простоте эксплуатации аппаратуры, возможности ее быстрой перестановки с одного самолета на другой и, наконец, к простоте обработки записей (например, проявление фотопленки) и анализа полученных данных (расшифровка осциллограмм). Проведение физиологических исследований в полете должно гарантировать полную электробезопасность, «е затруднять движений летчика и не вызывать нежелательных эмоциональных реакций с его стороны. Carter и Billings считают важным, чтобы методика обследования в полете не привлекала внимания летчика и не отвлекала бы его от прямых обязанностей. Идеальным методом следует считать такой, при котором летчик не знает, что находится под наблюдением.

Так как биотоки, возникающие в теле человека, относительно слабы, то чтобы избежать искажения, связанного с их усилением, пользуются только дифференциальными усилителями с высоким входным сопротивлением и с большим подавлением посторонних помех. Усилители физиологических импульсов должны, кроме того, удовлетворять определенным требованиям с точки зрения энергетики и механики, чтобы обеспечить надежную и безупречную работу в трудных условиях полета. Для этого применяются транзисторные усилители, так как они лучше всего отвечают техническим требованиям, имеют малые габариты, устойчивы к ударам и перегрузкам. Для устойчивости к ударам, вибрациям и перегрузкам аппаратуру устанавливают на специальных амортизаторах.

Требования, предъявляемые к биоэлектрическим датчикам (электродам), следующие: простота крепления на теле испытуемого, надежность длительного контакта датчика с организмом, хорошая электропроводность, помехоустойчивость, интактность по отношению к тканям тела и безвредность для организма. Кроме того, необходимо, чтобы датчики как можно меньше стесняли движения.

Приборы для исследования физиологических функций в полете состоят из датчиков, измерительной цепи, усилителя и электроизмерительных приборов (самописца или стрелочного индикатора), градуированных в единицах измерения исследуемых параметров.

Качество регистрации физиологических функций в полете часто зависит от наложения датчиков на поверхность тела. Поэтому тщательно обезжириваются их внутренняя поверхность и соответствующие участки кожи с помощью жидкости Никифорова (спирт+эфир 1:1). Во втулку электрода вставляют тампон из гигроскопической ваты, пропитанной физиологическим раствором. Электрод с ватным тампоном крепят на коже с помощью липкого пластыря или специального клея. Качество наложения электрода проверяют с помощью тестера, которым замеряют сопротивление между индифферентным и активным электродом; оно должно быть в пределах 10000—20000 Ом. При продолжительных полетах во избежание срыва регистрации из-за высыхания тампонов для их пропитки вместо физиологического раствора мы применяли токопроводную пасту ВНИИМП-7 «д». Наилучшими электродами для исследования биопотенциалов сердца являются серебряные.

Расположение на испытуемом датчиков дыхания и электрокардиограмм, укрепленных полосками лейкопластыря.

А — поясок угольного датчика; Б — лямка угольного датчика; В и Г — активные электроды для исследования биопотенциалов сердца; Д — пассивный электрод.

Для исследования дыхания в полете применяются угольные датчики. При использовании угольного датчика в летных экспериментах, сопровождающихся значительным понижением давления окружающей среды, в нем, по предложению М. М. Нежевенко, с помощью тонкой иглы проделывают дренажные отверстия для выхода воздуха, находящегося между частицами угля. Угольный датчик дыхания крепят на испытуемом при помощи перекидной лямки и пояска и фиксируют полосками лейкопластыря.

Электроды для регистрации электропотенциалов сердечной мышцы накладывают в следующих точках: один активный электрод—во втором межреберье слева от грудины; второй активный электрод — в области сердечного толчка, индифферентный электрод — в области восьмого межреберья под правым соском.

Для регистрации частоты пульса и дыхания и записи ЭКГ нами применялся усилитель типа ЭКДП-2М, разработанный А. Н. Пруцким. Регистрацию проводили на осциллографах К-12-21 или К-5-22. Все каскады усилителя были выполнены на сопротивлениях и емкостях по балансной схеме.

Несомненно, можно использовать и иные схемы и принципы регистрации физиологических функций в полете. Так, например, Э. В. Бондарев, Г. И. Гурвич, Т. Т. Джамгаров и др. регистрировали частоту дыхания летчиков с помощью микротермосопротивления МКМТ-16, вмонтированного .в кислородную маску, с усилителем на одном триоде. Запись данных производилась также на осциллографе К-12-21.

Биоэлектрические потенциалы коры головного мозга у членов летных экипажей многоместных самолетов Э. В. Бондарев, Г. И. Гурвич, В. А. Егоров, В. В. Рассветаев регистрировали при биополярном лобно-затылочном отведении портативным электроэнцефалографом со скоростью движения ленты в записывающем осциллографе К-12-21 60 мм/с.

Для определения жизненной емкости легких и величины резервного воздуха можно использовать спиро анемометр «Резеда-2».

В систему изучения профессиональной деятельности летчика входят в основном методики, направленные на исследование двигательных функций. К ним относятся как методики изучения движений летчика, связанных с управлением самолетом (количественная характеристика), так и изучение структурной (качественной) характеристики движений. Важным элементом деятельности летчика является зрительный анализ меняющейся обстановки внутри и вне кабины, его можно исследовать, учитывая работу глазодвигательного аппарата. Наконец, интегральной оценкой работы летчика является оценка качества выполнения летного задания в целом или его элементов.

Запись величины отклонения рулей на самолете или тренажере мы осуществляли при помощи стандартных датчиков типа МУ-68. Таким способом в наших исследованиях регистрировались отклонения рулей при выполнении летным составом различных элементов полетных заданий. При этом было отмечено значительное колебание количества движений рулями в зависимости от сложности полетного задания и степени нервно-эмоционального напряжения летчиков.

Качественная характеристика движений, в частности верхних конечностей, может быть изучена методом киноциклографии. Киносъемка работы летчика в кабине многоместного самолета дает очень много для объективного изучения поведения летчика (темп работы, изменения мимики ит. д.). В 1960—1962 гг. нами был применен этот способ регистрации работы летчиков при выполнении ими сложных полетных заданий. Съемку работы командира экипажа производил второй летчик. Качество съемки в дневных полетах было очень высоким.

Однако обычная киносъемка со скоростью 24 кадра в секунду не может дать детальной и точной характеристики двигательного акта по амплитуде, ритму и скорости перемещения отдельных биодинамических элементов. Все это можно получить с помощью киноциклографического анализа. Классическая методика циклографии, однако, не применима в авиационной практике, так как она требует затемнения помещения и имеет ряд других недостатков. Поэтому в авиационной практике следует применять метод киноциклографии, получивший распространение в физиологии труда. Для съемок в кабине самолета можно применять малогабаритные кинокамеры КС-50В, АКС-1, приводимые в действие с помощью пружины. Маркировка проводится темными точками, наносимыми на специальное снаряжение или костюм летчика в местах сочленений. Поскольку наиболее важное значение имеет перемещение руки летчика, находящейся на штурвале, точки наклеиваются на плечевой, локтевой, луче-запястный сустав и на центр тяжести кисти.

Расшифровка отснятой (позитивной) кинопленки производится покадренно с помощью эпидиаскопа. Точки наносятся на миллиметровую бумагу, затем строятся параметрические графики движений. В настоящее время обработка первичных характеристик движения в биомеханических исследованиях производится с помощью электронно-вычислительных машин.

И. Ф. Чекирда для изучения качественных особенностей построения движений в условиях перемежающегося действия перегрузок и невесомости при полетах самолета-лаборатории применил метод фотоциклографии. Съемка производилась с частотой 64 кадра в секунду, что позволило по разрывам траектории судить о скорости и ускорении перемещения звена конечностей в данный момент времени. Опыты проводили в специальной кабиие самолета, где иллюминаторы были оклеены черной бумагой. Однако наиболее перспективной в авиационной практике следует считать методику, разработанную Б. А. Душковым, по которой съемки ведутся киноаппаратом при естественном освещении.

С помощью киноциклографии можно решать ряд вопросов психофизиологии труда летного состава: оценивать индивидуальный «почерк» летчика в управлении самолетом, качество его двигательной деятельности, развивающееся утомление и т. д. В частности, можно решить и вопрос о роли кинестетического анализатора в возникновении иллюзий в полете и его роли в погрешностях пилотирования.

Многое в изучении деятельности летчика в полете может дать методика кинорегистрации движений глаз и определения направления взора летчика, применяемая рядом авторов. Киносъемка глаз выгодно отличается от других методов тем, что не мешает деятельности испытуемого. Однако она весьма сложна и трудоемка в дешифровании, что ограничивает ее применение. Поэтому И. А. Камышов на основе методики А. М. Поспелова разработал метод дешифровки кинорегистрации движений глаз с помощью эпидиаскопа и эталонной кинопленки, отснятой при работе в кабине наземного тренажера.

Одним из основных показателей подготовленности летчика является определение качества полета и выполнения полетного задания. Для авиационного врача такие данные могут служить также показателями функциональных возможностей организма летчика его работоспособности и эмоционального возбуждения. Можно, например, оценивать такой важный показатель качества полета, как точность приземления самолета относительно посадочного «Т». Отмечается отклонение от «Т» в метрах. С этой же целью оценивают кривую посадочной глиссады. Ее отклонения от нормы могут свидетельствовать об ухудшении работоспособности летчика. Е. Л. Деревянко и А. 3. Котепко разработали методику изучения качества полетов по показаниям приборов, снимаемых фотокинопулеметом через каждые 2,5 с.

Применяется также и ряд других профессиональных проб в полете; например, летчикам предлагается на пятиминутном контрольном маршруте точно выдерживать заданные параметры курса, высоты и скорости; штурманам предлагается решение задач по самолетовождению.

Для частных случаев исследования летчиков применялись различные приемы, иногда весьма остроумные, как, например, «векотормоз», предложенный и апробированный О. Я. Боксером в целях уточнения причин зрительных расстройств при ускорениях. Нами был применен способ исследования зрения у летного состава в полетах с помощью фотографически уменьшенных таблиц Сивцева—Головина. Методика позволяет определить порог индивидуальной переносимости ускорений по ухудшению остроты зрения в момент перегрузок. В механизме нарушений зрения, очевидно, принимают участие гемодинамические сдвиги в сетчатке глаза.

Наконец, следует остановиться на биотелеметрических методиках в авиационной медицине. Достижения космической биологии и медицины убедительно продемонстрировали перспективность радиотелеметрии для регистрации передачи физиологических показателей. В настоящее время регистрация но радио физиологических функций все чаще применяется в физиологии труда, спортивной медицине, при различного рода физиологических и клинико-физиологических исследованиях. Быстро совершенствуется микроаппаратура для этих целей.

Пионером применения радиотелеметрических методов регистрации физиологических функций был советский физиолог А. А. Ющенко, который еще в 1931 г. совместно с инженером Л. А. Чернавкиным разработал портативную аппаратуру для этих целей. В 1932 г. А. А. Ющенко, В. Я. Кряжев и С. А. Харитонов опубликовали первые физиологические исследования, основанные на радиометодике. Эти исследования были посвящены изучению условных и безусловных рефлексов.

В авиационной практике впервые применил исследование летного состава по радио О. Я. Боксер, который в 1949 г., использовав типовую самолетную радиостанцию, замерил в полете время простой реакции (нажимом кнопки) на световой сигнал (загорание лампочки).

Несколько позже О. Я. Боксером и П. Н. Крапенко был сконструирован радиотелеметрический прибор, получивший название телехронорефлексометра и положивший начало серии подобного рода приборов, выпускаемых промышленностью, в частности ТХР-56М и приборов типа РРМ-59М (радиорефлексометр) конструкции О. Я. Боксера и М. И. Клевцова.

Рефлексометры являются универсальными безынерционными приборами для исследования безусловных и условных рефлексов на контактные, дистантные и словесные раздражители и для определения скоростей некоторых нейрофизиологических процессов.

Несмотря на ряд преимуществ биотелеметрии, она не нашла широкого применения в авиации в основном из-за того, что радиолинейная связь с самолетами во время полетов, как правило, бывает весьма загружена. Мешает этому также сложность расшифровки полученной информации.

В Институте авиационной медицины СССР применяли универсальную транзисторную установку для радиотелеметрических исследований реакций летчика в начальных и конечных фазах полета, что исключало использование основного самолетного радиопередатчика. Несущая частота миниатюрного передатчика с частотой модуляции — 108 МГц. При многоканальной передаче физиологических параметров использована система частотного мультиплекса со вспомогательными поднесущими частотами в акустическом диапазоне. На наземном приемном центре имеются специальный приемник, декодирующее устройство с демодуляторами и фильтрами. Контролируемые параметры записываются со скоростью 2,5 мм/с на портативном электрокардиографе фирмы «Галилео» таким образом, что на первом канале регистрируются пилообразные импульсы, соответствующие частоте сердечного ритма, на втором канале — частота дыхания, на третьем — перегрузка и отметки времени.

Биотелеметрические системы, как правило, обеспечивают регистрацию физиологических процессов в их первичной форме. Делаются попытки преобразования информации в форму, более удобную для передачи по телеметрическим каналам, т. е. закодированную. Проблема состоит в том, чтобы преобразовать биологическую информацию в некоторый код и осуществлять передачу сообщений в виде различных физиологических показателей. Это дает выигрыш как в отношении оперативности медицинского контроля, так и в отношении экономичного использования телеметрических линий.

Однако разработка новой области физиологических исследований встречает немало трудностей. По мнению В. В. Розенблата, интерпретация огромного фактического материала, доставляемого динамической биотелеметрией, может быть плодотворной лишь при условии обработки данных с помощью счетно-решающих устройств.

Система физиологических датчиков, применяемая как в биотелеметрии, так и при регистрации физиологических функций с помощью бортовой аппаратуры, имеет определенные минусы: длительное нахождение их на коже вызывает раздражение, они могут мешать летчику в пилотировании самолета и т. д. Поэтому рационально было бы переходить на бесконтактные способы регистрации физиологических функций в полете с помощью методик, получающих все большее распространение в физиологии труда. В этих целях используются электроды, не требующие прямого контакта с кожей исследуемого, они могут находиться на некотором расстоянии от тела или вшиваться в одежду. Так, еще в 1932 г. Adler и Leman разработали метод бесконтактной регистрации дыхания с помощью диэлектрографии. Сущность метода заключается в изменении диэлектрической проницаемости участков тела в мегагерцевом диапазоне частот под действием дыхательных экскурсий грудной клетки. Электроды при этом вшиваются в одежду. На основе этого метода И. И. Фунтова разработала прибор, состоящий из коротковолнового генератора, контурный конденсатор которого играет роль датчика. Р. М. Баевский и И. И. Фунтова разработали методику работы с данным аппаратом, который регистрирует ритм сердца, частоту дыхания и некоторые стороны гемодинамики, например скорость кровотока и дыхательный объем. Диэлектрограмма регистрируется с помощью любого электрокардиографа. Авторы осуществили синхронную регистрацию диэлектрограмм с электрокардиограммой, сейсмокардиограммой, записями дыхания и легочной вентиляции.

По-видимому, бесконтактным методам регистрации физиологических функций летного состава в полете принадлежит большое будущее. В идеале можно ожидать, что каждый самолет будет оборудован дистанционными бесконтактными устройствами для регистрации основных физиологических показателей в полете с передачей информации на наземные станции и ее фиксацией так, как это производится в настоящее время в отношении всех радиопереговоров во время учебно-тренировочных полетов.

Например, в длительном ночном полете у летного состава, особенно при полете с автопилотом, нередко развивались явления сонливости; однообразная монотонная обстановка полета вызывала определенную заторможенность, снижала активность летчиков. В этих условиях разлитого сонного торможения, казалось бы, трудно выполнить без ошибок такое сложное полетное задание, как дозаправка самолета топливом в воздухе. Однако приходящее на смену состоянию заторможенности состояние эмоционального возбужения резко повышало работоспособность летчиков. Уже первая фаза эмоционального возбуждения, носящая условнорефлекторный характер, включала с помощью механизмов ориентировочной реакции все необходимые механизмы физиологической активации корковых процессов, приводящих к успешному выполнению полетного задания. Несомненно, такой характер эмоционального напряжения несет на себе все черты положительных стенических эмоциональных реакций. В этом отношении мы можем считать, что эмоциональное напряжение летного состава помогает определенным образом в работе. Однако часто повторяющиеся, длительно действующие сильные эмоциональные реакции оказывают постепенно свое отрицательное действие на организм летчика, вызывая в нем закономерные изменения, приводящие к патологии профессионального характера. Поэтому мы считаем, что уровень этих положительных стенических эмоциональных реакций не должен быть чрезмерным, а летчики должны уметь владеть своими эмоциями. Следовательно, этот вопрос перерастает в вопрос об эмоциональной устойчивости летного состава.