Вы здесь

Болезнетворные воздействия факторов внешней среды

Болезнетворные воздействия на организм могут оказывать различные чрезвычайные раздражители или факторы внешней среды — механические, физические, химические, биологические, психические. Степень их болезнетворности относительна и зависит от сопутствующих условий внешней и внутренней среды организма. Влияние всех этих воздействий на человека происходит в конкретных социальных условиях существования, которые имеют большое, нередко решающее, значение в возникновении заболеваний.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

Механическая энергия оказывает на организм повреждающее и болезнетворное действие в зависимости от величины прилагаемой энергии и характера физиологических, физико-химических и механических свойств тканей и органов, подвергающихся действию механической энергии.

В последнее время возникает новое направление в медицине — биосопромат, которое изучает такие важные физико-механические свойства тканей организма, как упругость (или эластичность), растяжимость, механическая прочность и пр.



Упругостью (эластичностью) называется свойство деформированного материала вернуться в исходное состояние. Коэффициент упругости (модуль Юнга) характеризует жесткость материала, т. е. способность его сопротивляться деформации, и выражается формулой

Модуль Юнга

где Е — модуль Юнга, σ — растягивающее напряжение, ε — относительное удлинение.

Показателем растяжимости является относительное удлинение

Относительное удлинение

где l — исходная длина, Δl — прирост длины под влиянием приложенной силы.

Механическая прочность определяется той предельной нагрузкой, которая необходима для полного разрыва испытуемого тела.

Растяжение и разрыв

Сила, необходимая для разрыва различных тканей, колеблется в зависимости от их упругости (эластичности).

Эластичность тканей

Благодаря большой упругости велико сопротивление костей изгибу. Так, плечевая кость выдерживает силу прогиба до 120—300 кг, локтевая кость — до 70—140 кг.

Сопротивление разрыву комбинаций отдельных тканей, составляющих структуру органа, как правило, выше, чем при испытании на разрыв отдельно взятых тканей, входящих в состав этой структуры. Например, чтобы вырвать бедренную кость из тазобедренного сустава, требуется приложить силу в 1000 кг/см2, т. е. большую, чем для разрыва кости и сухожилия в отдельности.

Упругость и растяжимость тканей значительно меняются при патологических процессах. Так, воспаленные ткани разрываются легче и при приложении меньшей разрывающей силы, чем здоровые ткани. Кости старого человека, потерявшие упругость в результате обызвествления, ломаются при действии меньшей растягивающей силы.

Резкие растяжения могут встречаться в условиях боевых и бытовых травм (отрыв частей тела, конечностей и пр.), когда разрушаются все тканевые структуры: кожа, мышцы, связки, кости и др.

При менее сильных воздействиях имеет значение повторность и длительность растяжения, причем более патогенны многократные воздействия, которые могут приводить, например, к ослаблению связочного аппарата, разбалтыванию суставов и привычному вывиху. При чрезмерном заполнении содержимым полых органов (желудка, мочевого пузыря, кишечника и пр.) в результате задержки эвакуации из них может наступить атрофия гладкой мускулатуры, истончение стенок органа, атрофия железистого аппарата и понижение секреторной функции. При аневризмах в результате длительного растяжения атрофируются стенки кровеносных сосудов и может возникнуть разрыв их, сопровождающийся сильным кровотечением.

Сдавление

Устойчивость тканей к сдавлению различна. Наибольшей устойчивостью обладают кости. Так, для деформации-бедренной кости путем сдавления требуется приложить нагрузку в 685 кг/см2. Чтобы раздавить кости черепа, требуется 500 кг/см2, так как костные пластинки черепа имеют своеобразное соединение и расположение в пространстве, увеличивающее их общую прочность к статическому давлению. Однако если прилагается кинетическая энергия (груз падает с высоты 1—1,5 м), чтобы проломить череп, достаточно нагрузки 0,5 кг/см2.

Последствия сдавления зависят от силы и длительности действия, а также физиологического состояния тканей или органа и могут быть:

  • а)    легкой степени, когда нарушения кровообращения и питания тканей обратимы и исчезают после устранения сдавливающего фактора;
  • б)    средней степени — небольшие по силе, но длительно действующие факторы, которые вслед за нарушением кровообращения и питания тканей приводят к омертвению тканей — некрозам и пролежням. От длительного сдавления может наступить атрофия органа или ткани (например, атрофия здоровых тканей вблизи растущей опухоли). При сдавлении растущих тканей их рост замедляется или совсем прекращается (например, обычай «пеленания» стоп у девочек в Японии и Китае);
  • в)    сильное, сдавление по существу уничтожает всю пораженную структуру. Живыми остаются только те ткани, которые непосредственному давлению не подвергались.

Длительное и сильное сдавление мягких тканей человека наблюдается при обвалах шахт, рудников, больших земляных массивов, при землетрясении, бомбардировках, взрывах и др. Резко выраженные нарушения функций наблюдаются вскоре после освобождения человека из-под завала. При этом возникают симптомы, характерные для травматического шока, и нарастающая недостаточность функции почек, которая может стать причиной смерти (синдром длительного сдавления).

Удар

Удар — действие на организм предмета, движущегося с положительным ускорением, или ударной воздушной волны.

Повреждающее действие движущегося предмета на тело человека зависит от характера травмирующего предмета, скорости его движения и величины кинетической энергии, площади соприкосновения его с поверхностью тела и от состояния тканей. Артиллерийские снаряды и пули, обладающие огромной кинетической энергией («живой силой» в сотни и тысячи килограммометров), проникают в тело с очень большой скоростью (начальная скорость пули 800—900 м/сек, артиллерийских снарядов 2000—4000 м/сек). В момент удара снаряда или пули о живое тело в тканях возникает ударная волна, распространяющаяся со скоростью звука в воде (1442 м/сек) и вызывающая повреждение тканей далеко за пределами раневого канала, главным образом на стыке тканевых структур различной плотности.

Механизм повреждающего действия кинетической энергии движущегося тела сводится в основном к сжатию, а затем деформации тканевых структур травмирующим телом — разрывы мягких тканей и сосудов, переломы костей и пр. При ударах тупым предметом и относительно большой площади соприкосновения предмета с телом характерно повреждение внутренних органов с Сохранением целости наружных покровов — сотрясение мозга при ударе по голове, разрывы внутренностей при ударе по брюшной стенке и т. п.

Кроме местных и отдаленных повреждений органов и тканей, удар вызывает и общую реакцию организма, которая в наиболее тяжелой форме протекает как травматический шок.

Удар воздушной волны может иметь место при разрыве авиабомб, снарядов, мини др. Воздушная волна, возникающая при взрывах, характеризуется внезапными скачкообразными возрастаниями давления.

Разрушения, производимые воздушной волной, являются результатом резких сжатий и разрежений концентрических слоев воздуха. Длительность удара волны приблизительно равна 0,001 секунды. Ударная воздушная волна может вызвать одно- или двусторонний разрыв барабанной перепонки, кровоизлияния в ее толще, поражения улитки и вестибулярного аппарата. Кроме того, она может давить на брюшную стенку и перемещать брюшные органы. Через дыхательные пути воздушная волна вызывает разрыв альвеол и кровеносных капилляров легких. Повреждения внутренних органов возникают при совершенном отсутствии видимых признаков повреждения кожи и мышц.

Ударные воздушные волны особенно опасны для центральной нервной системы. Череп и мозг представляют собой в физическом плане жидкую систему, заключенную в твердую оболочку. Мозг, как и вода, практически несжимаем, но мозг может от удара изменить свою форму без изменения объема (сотрясение мозга).

Удар воздушной волны по черепу может вызвать его деформацию или разрыв. Иногда костные структуры черепа не деформируются, но он получает линейное или вращательное ускорение, передающееся на мозг. При линейном ускорении мозг движется как целое без разделения на части. При вращательном ускорении наблюдается смещение мозга в полости черепа и может возникнуть разрушение (разрыв) мозгового вещества.

Ускорения. Перегрузки. Невесомость

Ускорения. Равномерное движение в пространстве даже с очень большой скоростью не ощущается человеком и тем более не является болезнетворным (например, движение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца), но изменение скорости движения (ускорение) может резко влиять на состояние организма.

Болезнетворное влияние ускорений определяется их величиной, длительностью и направлением действия, а также чувствительностью организма. Действие малых ускорений в наземных условиях становится причиной «укачивания» или кинетозов. Большие ускорения, развивающиеся в реактивных летательных аппаратах, приводят к перегрузкам, испытываемым пилотами сверхзвуковых -самолетов и космонавтами.

Кинетозы (от греч. kinesis — движение) возникают при качке судна на море (морская болезнь), при полете самолета (воздушная болезнь), при вращении на каруселях, качелях и пр., у особо чувствительных лиц при езде на автомобиле, в поезде. В этих условиях обычно на организм действуют ускорения порядка 1—2 g, оказывающие болезнетворное действие, в основном рефлекторно, через следующие рецепторы:

  • а) вестибулярный анализатор (механорецепторы ото литового аппарата воспринимают преимущественно прямолинейные ускорения, рецепторы полукружных каналов — угловые ускорения);
  • б) проприорецепторы мышечных веретен, связок, сухожилий, суставов и механорецепторы (тактильные и давления), раздражаемые от смещения тела, изменения тонуса мышц и т. п.;
  • в) зрительные рецепторы воспринимают смещающиеся пространственные ориентиры — горизонт, облака, ландшафт и пр.;
  • г) рецепторы слизистых и серозных оболочек органов брюшной полости / раздражаются при натяжении брюшины, смещении внутренних органов.



Наиболее специфическими и чувствительными к восприятию ускорений являются рецепторы вестибулярного аппарата, пороговая величина раздражения которого равна 0,01g.

Патогенез кинетозов

Для кинетозов характерны нарушения координации движений,  головокружение, тошнота, рвота, бледность, холодный пот, снижение артериального давления (рис. 4), брадикардия, подергивание глазных яблок — нистагм (см. схему «Патогенез кинетозов»). Основным звеном в патогенезе кинетозов является раздражение двигательных ядер блуждающего нерва (отсюда все вегетативные вагальные симптомы) и вестибулярных ядер Дейтерса и Бехтерева (обусловливающих асимметрию тонуса мышц шеи и спины, нарушение координации движений и нистагм). Кинетозы сопровождаются неприятными ощущениями, но, как правило, они редко ведут к смерти.

Влияние углового ускорения на кровяное давление

Другим видом действия на организм кинетической энергии является действие ударных ускорений.

Человек действию ударных ускорений подвергается при падении с высоты, прыжках с парашютом (при раскрытии парашюта и приземлении), катапультировании, аварийных посадках и т. д.

Характерной особенностью действия ударного ускорения является его кратковременность, не превышающая 1 секунды, а иногда десятых и сотых долей секунды. При падении тело летит с прямолинейным положительным ускорением 1 g (9,8 м/сек2). В момент касания земли или другой твердой поверхности движение тела резко замедляется (практически прекращается) и возникает отрицательное прямолинейное ускорение,, направленное при падении на ноги от ног к голове. Механические силы, вызванные им, будут действовать в противоположном направлении (противоудар). Именно эти силы определяют, например, перелом основания черепа при падении на ноги.

Основным результатом действия ударного ускорения является деформация с микро- и макроструктурными изменениями в органах и тканях (разрывы тканей, переломы костей и т. п.).

Повреждающий эффект ударного ускорения зависит также от площади приложения сил: чем она больше, тем больше устойчивость организма к повреждению. Так, если воздействие механических сил при ударном ускорении будет распределено на площади в 0,12 м2, то человек в состоянии перенести без особых повреждений ускорение в 45 g; если площадь приложения сил будет около 0,5 м2, то выносливость увеличивается до 150 g.

В связи с развитием аэронавтики и космонавтики организм человека оказывается в условиях действия больших и разнозначных ускорений. В условиях космических полетов особое значение приобретает действие на тело и особенно на голову человека сил, сообщающих ускорение Кориолиса. Например, при недостаточной стабилизации вращательное движение космического корабля может происходить последовательно или одновременно вокруг трех осей. Возникающее при этом ускорение Кориолиса сообщается голове космонавта при ее смещении относительно оси вращения кабины космического корабля. Суммация этих сил с большими ускорениями, создающими перегрузки в условиях космического полета, оказывается причиной нарушения многих функций организма.

Болезнетворное действие больших ускорений, создающих перегрузки, определяется направлением действия ускорения и продолжительностью его действия.

Для прямолинейных ускорений, направленных поперечно к длиннику тела человека, повреждающий эффект возрастает в пределах от 3 до 12 g, что считается пределом переносимости при действии его около 1 минуты. Однако при более кратковременном действии (0,04— 0,05 секунды) переносимы ускорения порядка 35—40 g.

Радиальные ускорения дают болезненный эффект при меньших величинах и более кратковременном действии.

Каудо-краниальное направление радиального ускорения имеет предел переносимости около 4,2 g. Наиболее тяжело переносится кранио-каудальное направление ускорения (табл. 4).

Влияние на человека перегрузок при радиальном ускорении

Ввиду тяжести субъективных ощущений большие ускорения в кранио-каудальном направлении у людей не испытывались.

Интенсивность нарастания ускорения также определяет тяжесть поражения. К ускорениям, медленно нарастающим, выносливость больше, так как в этих условиях успевают развернуться физиологические механизмы компенсации.

Выносливость к ускорениям и перегрузкам повышается под влиянием тренировки, а также при использовании специальных противоперегрузочных костюмов, создающих препятствие для оттока крови в брюшную полость и нижние конечности, что замедляет анемизацию головы и других частей тела, расположенных выше уровня сердца.

Патогенез расстройств, вызываемых ускорением и перегрузками. Основные специфические расстройства возникают в системах кровообращения и дыхания и зависят от направления действия ускорения.

Нарушения в системе кровообращения состоят в перераспределении крови под влиянием механических сил. Если ускорение действует в направлении от ног к голове (взлет вверх) и перегрузка превосходит компенсаторные возможности регуляторов кровообращения, то в голове и части тела выше уровня сердца возникает анемизация за счет увеличения гидростатического давления крови и невозможности в этих условиях сердцу как насосу, перегоняющему кровь, преодолеть сопротивление.

Расстройства зрения, помрачение и потеря сознания являются следствием острого кислородного голодания клеток коры головного мозга. Если же ускорение действует от головы к ногам (прыжок с парашютом) происходит перемещение крови из сосудов живота и нижних конечностей в сосуды верхней части тела и головы. Переполнение артериальных сосудов головного мозга кровью приводит, с одной стороны, к увеличению давления в них, с другой — к повышению внутричерепного давления, чему способствует и перемещение части спинномозговой жидкости в желудочки головного мозга.

Приток венозной крови из сосудов нижних конечностей и внутренних органов в правое сердце значительно облегчен, правое сердце и малый круг кровообращения оказываются переполненными кровью и работа сердца значительно затрудняется.

Возникающая при ускорении центробежная сила вызывает также некоторое смещение кожи и внутренних органов, деформацию клеток отдельных областей тела. Смещение внутренних органов неизбежно вызывает натяжение связочного аппарата этих органов и раздражение заключенных в них нервных рецепторов. Смещение кожи, сухожилий и пр. вызывает раздражение проприорецепторов и рецепторов кожи. Перемещение крови в сосудистой системе при длительном действии умеренных ускорений ведет к раздражению ангиорецепторов. Все эти раздражения обусловливают возникновение ряда сложных рефлекторных реакций.

Если ускорение действует поперек тела, т. е. в направлении спина — грудь (или грудь — спина), на первый план выступают расстройства со стороны дыхательной системы. При ускорении порядка 5—6 g наблюдается увеличение объема дыхательного воздуха и минутного объема дыхания. При приближении ускорения к критической величине (12 g) дыхание резко учащается, объем дыхательного воздуха, минутный объем дыхания и жизненная емкость легких уменьшаются. Возникает кислородное голодание.



Невесомость. Невесомость может быть частичной (остается только доля обычного механического напряжения) и полной (вес исчезает). При невесомости механическое напряжение структур тела уменьшается (при перегрузках увеличивается); прекращается также механическое воздействие на механорецепторы, связанное с гравитацией.

Под влиянием невесомости в организме возникают сенсорные, двигательные и вегетативные изменения.

Сенсорные изменения проявляются в нарушении или затруднении ориентации — головокружении, ощущении крена, «перевернутости» и пр. В возникновении этих реакций, вероятно, большую роль играет измененная афферентация с рецепторных зон ряда анализаторов: проприоцептивных, вестибулярных, кожных и др. Нарушение функциональной системности в работе анализаторов, ослабление в условиях невесомости реципрокных влияний с отолитового аппарата на функции полукружных каналов, и, наконец, влияние ускорения Кориолиса могут вызвать космическую форму укачивания. У здорового человека адаптация возникает относительно быстро. Большую роль при этом играет зрительный анализатор.

Двигательные изменения выражены не столь резко — работоспособность космонавтов в условиях невесомости в общем сохраняется, хотя точность движений несколько снижается. В различной степени нарушается их координация, особенно тонкие координационные акты, уменьшается мышечная сила рук. В эксперименте показано, что в невесомости меняется как тонус поперечнополосатых мышц, так и их биоэлектрическая активность, например биопотенциал мышц шеи снижался с 40 до 25 мкв и ниже.

Интересны изменения в костном аппарате — повышенное выделение из организма Са++ приводит к декальцинации костей и снижению образования гемоглобина в костном мозге. Процесс декальцинации, по-видимому, является результатом непосредственного влияния невесомости на костный скелет организма в направлении уменьшения его истинного веса, как у животных, живущих при меньшей степени гравитации. Например, у всех морских животных, испытывающих в воде меньше гравитационных сил, вес скелета относительно общего веса тела значительно меньше.

Вегетативные изменения в условиях невесомости довольно выражены. Характерна большая изменчивость физиологических показателей. Кровяное давление неустойчиво, чаще снижено. Со стороны сердца вначале наблюдается тенденция к тахикардии, а в более поздние периоды — брадикардия, по-видимому, в силу функционального приспособления сердца к уменьшенной механической нагрузке.

Дыхание, вначале несколько учащенное, быстро нормализуется и далее замедляется. Функции пищеварительного и выделительного органов, по-видимому, существенно не меняются. Со стороны крови отмечены общий лейкоцитоз, повышение ее свертываемости и увеличение содержания Са++. Менялось соотношение белковых фракций крови — увеличивались альфа-1- и альфа-2-глобулины и уменьшался альбумин.