Способ оценки устойчивости оператора к декомпрессии до долей атмосферы в барокамере при имитации летной деятельности на высотах
Владельцы патента RU 2387379:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова" (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к авиационной медицине, и предназначено для оценки устойчивости летчика к декомпрессии в барокамере при имитации летной деятельности на высотах. Проводят предполетное доплеровское ультразвуковое исследование кровотока легочной артерии и правого желудочка сердца с вычислением текущей интенсивности сигнала об обнаружении газовых пузырьков в кровотоке (Гt). Измеряют пульсации кровотока в каждую минуту моделирования высотного полета свыше 5 км при выполнении им профессиональной деятельности. Выделяют результирующие значения замеров интенсивностей сигнала по четырехбалльной шкале Спенсера. Формируют математическую модель интегрального показателя декомпрессионной устойчивости (ИПДУ) конкретного человека. Оценивают декомпрессионную устойчивость конкретного человека как нормальную при 0≤ИПДУ≤2, как низкую при 2<ИПДУ<3 и при ИПДУ≥3 считают физиологические условия опасными, принимают такие профили декомпрессии не пригодными для регулярной профессиональной деятельности данного человека. Способ позволяет повысить безопасность режима декомпрессии за счет разделения летного состава по данным одной тренировки в барокамере на устойчивых и неустойчивых к декомпрессии лиц. 2 ил., 1 табл.
Область техники.
Изобретение относится к области авиационной медицины, а именно к определению физиологического состояния кровотока человека, а также прогнозирования устойчивости летчика-оператора к декомпрессионной болезни во время моделирования профессиональной деятельности в гипобарической барокамере, и может быть использовано для оценки функционального состояния летного состава, в частности к диагностированию с использованием ультразвуковых волн.
Уровень техники.
Известны способы оценки функционального состояния человека и декомпрессионной устойчивости в высотных условиях по доплеровскому ультразвуковому исследованию (УЗИ), в которых приводятся критерии тестирования устойчивости человека к декомпрессии при декомпрессии после подводных работ в воздушной среде (патенты RU 2069964, МПК А61В 5/00 и А61В 5/02; RU 2108745, МПК А61В 5/00 и А61В 5/02; RU 2193338, МПК А61В 5/00 и А61В 5/02; US 20000731645, 2000.12.06 и G01S 15/89D7, А61В 8/06; G01S 7/52S4; G01S 7/52S8B4) по результатам обнаружения сигналов о появлении газовых пузырьков (ГП) в венозном кровотоке при развитии декомпрессионной болезни (ДБ). При анализе результатов УЗИ известными в настоящее время способами проводится определение момента времени появления УЗИ- сигналов от ГП и оценка интенсивности сигнала в баллах по шкале Спенсера при выполнении целого ряда специально заданных условий, а именно физические параметры газовой среды и давление в барокамере во время проведения тестирования поддерживаются стабильными на протяжение 2-6-часовой экспозиции.
Однако все эти методы относятся к декомпрессии из гипербарических условий от давления в несколько атмосфер к 1 атмосфере.
Известен способ многоступенчатой оценки декомпрессионной устойчивости человека в гипобарических условиях (AC SU 1731175 А1, МПК А61В 8/00, взятое за прототип), в котором доплеровское УЗИ обследуемых проводят в течение нескольких последовательных тестов в барокамере с экспозицией на различных высотах в течение 6 ч в состоянии относительного покоя, а оценку устойчивости производят по достигаемой величине порогового коэффициента пересыщения (КП) организма азотом, вычисляемого на основе результатов тех тестов, где впервые обнаруживали при подъеме на высоту ГП в кровотоке и/или регистрировали симптомы ДБ.
Недостатками способа-прототипа является следующее:
- необходимость многократного проведения проб в барокамере, т.к. от 2 до 6 тестов требовалось для установления порогового КП, при котором появлялись ГП в кровотоке (но сами по себе барокамерные обследования являются дорогостоящими и небезопасными для здоровья);
- пользуясь установленным по результатам нескольких проб порогом обнаружения ГП и величиной КП, называемой порогом декомпрессионного газообразования, авторам (патент SU 1731175 А1, МПК А61В 8/00) не удалось отделить неустойчивых обследуемых (КП≤1,8) от высокоустойчивых лиц (КП≥2,2), т.к. формировалась промежуточная группа обследуемых с КП от 1,9 до 2,1, которую отнесли к устойчивым к декомпрессии лицам;
- не оценивалось снижение адаптационных резервов человека и его устойчивости к декомпрессии в зависимости от возраста и не принималась во внимание вероятность перехода, через 5-10 лет, высокоустойчивых обследуемых в группу неустойчивых лиц по причине старения организма, травматизма, сокращения резервов кардиореспираторной системы и увеличения жировых отложений.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении безопасности режима декомпрессии за счет разделения летного состава по данным одной тренировки в барокамере на устойчивых и неустойчивых к декомпрессии лиц.
Кроме того, при однократном моделировании профессиональной деятельности в барокамере, проводимом ежегодно, по доплеровскому УЗИ кровотока оценивают не только декомпрессионную устойчивость, но также изменение адаптационных резервов организма в процессе старения.
Для достижения технического результата в предлагаемом способе оценки устойчивости человека к декомпрессии до долей атмосферы в барокамере при имитации летной деятельности на высотах для ежегодной оценки изменений устойчивости к декомпрессии до долей атмосферы в высотном полете, например летчика в высотном снаряжении, летчика-космонавта при внекорабельной деятельности, включающем предполетное доплеровское ультразвуковое исследование кровотока легочной артерии и правого желудка сердца с вычислением текущей интенсивности сигнала об обнаружении газовых пузырьков в кровотоке (ГПt), измеряют пульсации кровотока в каждую минуту моделирования высотного полета свыше 5 км при выполнении летчиком профессиональной деятельности. Формируют математическую модель интегрального показателя декомпрессионной устойчивости (ИПДУ) конкретного человека после испытания следующим образом:
выделяют результирующие значения замеров интенсивностей сигнала по четырехбалльной шкале Спенсера, умножают на время в минутах наблюдения каждого балла, суммируют эти произведения, а сумму делят на общее время экспозиции в минутах и по полученному значению определяют интегральный показатель декомпрессионной устойчивости ИПДУ;
а также оценивают декомпрессионную устойчивость конкретного человека как нормальную при 0≤ИПДУ≤2, как низкую при 2<ИПДУ<3 и при ИПДУ≥3 считают физиологические условия опасными, так как такие профили декомпрессии не пригодны для регулярной профессиональной деятельности данного человека.
Таким образом, определение устойчивости человека по однократной пробе в барокамере заявленным способом позволит снизить риск возникновения ДБ путем отстранения от последующих полетов и повторных тестов в барокамере всех лиц с низкой декомпрессионной устойчивостью.
Предлагаемый способ определения декомпрессионной устойчивости поясняется на фиг.1-2.
На фиг.1 представлена осциллограмма доплеровского УЗИ при пульсациях кровотока в легочной артерии и наличии на их фоне высокоамплитудного, но более высокочастотного сигнала, отраженного от ГП с интенсивностью в 1 балл по шкале Спенсера,
где 1 - ось времени, [с];
2 - ось амплитуды УЗИ, [мВ];
3 - кривая изменения УЗИ сигнала во время декомпрессии.
На фиг.2 представлены места размещения ультразвуковых доплеровских детекторов на поверхности грудной клетки в области проекции камер сердца и магистральных сосудов, где 4 - ребра; 5 - предсердия, правое и левое, соответственно; 6 - аорта; 7 - правый желудочек сердца; 8 - грудина; 9 - крестами указаны места установки плоского ультразвукового доплеровского датчика на точку проекции легочной артерии и правого желудочка, в которых собираются ГП из всех венозных сосудов большого круга кровообращения.
Способ осуществляется следующим образом.
Используют доплеровский УЗИ мониторинг состояния организма в процессе однократной имитации профессиональной деятельности в барокамере по любому определенному полетным заданием профилю декомпрессии, соответствующим конкретной барограмме полетов (или протоколу декомпрессии в других видах операторской деятельности в условиях разрежения до долей атмосферы). В процессе УЗИ регистрируют фактические показатели обнаружения ГП i в виде матрицы из следующих величин:
интенсивность в 0 баллов ГП0 и время отсутствия ГП в кровотоке - t0,
интенсивность в 1 балл - ГП1 и время наблюдения ГП с интенсивностью 1 балл t1,
интенсивность в 2 балла - ГП2 и время наблюдения ГП с интенсивностью 2 балла t2,
интенсивность в 3 балла - ГП3 и время наблюдения ГП с интенсивностью 3 балла t3,
интенсивность в 4 балла - ГП4 и время наблюдения ГП с интенсивностью 4 балла t4.
Тест в барокамере и УЗИ немедленно прекращается после обнаружения сигнала с интенсивностью
ГП4 или по требованию обследуемого лица при любых жалобах на ухудшение самочувствия.
При ежегодном обследовании в барокамере (в случае когда ГПi>0) произведения ГПi*ti фиксируют как индивидуальный портрет для данного обследуемого летчика, зависящий от функционального состояния организма и конкретного типа профессиональной деятельности в условиях разрежения до долей атмосферы.
В случае, если при декомпрессии конкретного человека фиксируются только показатели ГП0 (нет газовых пузырьков в кровотоке), ГП1 и ГП2 обследуемые в барокамере лица признаются устойчивыми к декомпрессии по проверяемому протоколу декомпрессии и не имеют ограничений в своей профессиональной деятельности по заданному профилю полета.
При фиксации показателей ГП3 и ГП4 вычисляет интегральный показатель декомпрессионной устойчивости ИПДУ конкретного человека, который определяют путем формирования математической модели вычисления интегрального показателя декомпрессионной устойчивости (ИПДУ) конкретного человека после испытания. По данным доплеровского УЗИ выделяют результирующие значения замеров интенсивностей сигнала по четырехбалльной шкале Спенсера, умножают на время в минутах наблюдения каждого балла, суммируют эти произведения и из суммы четырех указанных показателей ГП определяют ИПДУ следующим образом:
где ГПi - интенсивность сигнала об обнаружении газовых пузырьков по шкале Спенсера в пределах от 1 до 4 баллов;
ti - период времени (мин) наблюдения сигнала от ГП с интенсивностью в i - баллов по шкале Спенсера;
Т - общее время экспозиции, в минутах, при тестировании в барокамере профиля полета с пребыванием на высотах более 5 км.
При 0≤ИПДУ≤2 обследуемый летчик признается устойчивым и допускается к регулярной профессиональной деятельности в гипобарических условиях, если при тренировке в барокамере у него не развивались симптомы ДБ. При 2<ИПДУ<3 летчик имеет низкую декомпрессионную устойчивость и у него возможно развитие ДБ в полете. Учитывая функциональные изменения организма, развивающиеся в процессе старения, каждые пять лет повторно определяют изменение декомпрессионной устойчивости по результату однократной тренировки в барокамере с имитацией оператором профессиональной деятельности в гипобарических условиях по любому заданному профилю полета. Во всех случаях, когда симптомы ДБ при тренировке в барокамере не развиваются, но ИПДУ≥3 физиологические условия считаются опасными, т.к. такие профили декомпрессии не пригодны для регулярной профессиональной деятельности данного летчика и у данного человека имеется вероятность развития симптомов ДБ при последующих повторных декомпрессиях. Такое состояние организма оценивают как предболезненное, но допустимое для эпизодической операторской деятельности по заданному профилю полета с применением различных мер по защите от ДБ. При выполнении таким летчиком регулярной профессиональной деятельности рекомендуется применение таких дополнительных профилактических мероприятий как десатурация азота из организма, например, с помощью предварительного дыхания кислородом перед подъемом на высоту. Такое заключение и рекомендация делаются независимо от конкретной величины ИПДУ≥3, т.к. повторные декомпрессии у данного летчика будут связаны с высоким риском развития симптомов ДБ даже при эпизодической деятельности в условиях пониженного атмосферного давления. Во всех случаях, когда значения находятся в интервале 3,0<ИПДУ≤4,0, т.е. выходят за допустимый диапазон, состояние организма оценивается как опасное, а тренировка в барокамере прекращается, даже в отсутствие каких-либо симптомов ДБ. Предлагаемый способ определения декомпрессионной устойчивости поясняется графиком на фиг.1 и таблицей 1.
С помощью ультразвукового доплеровского датчика, установленного на поверхности грудной клетки в одной из указанной на фиг.2 областей, измеряют пульсацию кровотока оператора во время выполнения в барокамере заданного типа профессиональной деятельности при декомпрессии к долям атмосферы с имитацией временной циклограммы и высотного профиля полета. Для каждого вида операторской деятельности определяют индивидуальные уровни интегрального показателя декомпрессионной устойчивости ИПДУ с целью определения функционального состояния оператора. Фиксируют изменения интенсивности
ГП1, ГП0, ГП2, ГП3, ГП4 и времена их регистрации t0, t1, t2, t3, t4, определяющие базовые характеристики декомпрессионной устойчивости, специфичные для конкретного человека при заданном виде операторской деятельности, например пилотировании самолета, работе в защитном снаряжении, на максимальной высоте, при выполнении летчиком высотного полета в разгерметизированной кабине, физической активности летчика-космонавта при внекорабельной деятельности вне герметической кабины космического корабля.
Рассчитанный по зафиксированным показателям индивидуальный уровень ИПДУ сравнивают с табличными значениями, полученными по результатам УЗИ в барокамере группы из 123 операторов.
| Таблица 1. | |
| Допустимые уровни ИПДУ при моделировании профилей полета и различных видов летной деятельности | |
| Характер профессиональной деятельности летного состава (Типы операторской деятельности) |
Допустимый ИПДУ |
| Имитация полета пассажирского или транспортного самолета на высоте до 5 км | 2,0 |
| Имитация полета пассажирского или транспортного самолета на высоте 6 км | 2,0 |
| Имитация полета пассажирского или транспортного самолета на высоте 7 км | 2,0 |
| Имитация деятельности на максимальной высоте или в вакууме при рабочем давлении в защитном снаряжении, равном 0,4 ат | 2,0 |
| Тренировки в барокамере по космической внекорабельной деятельности | 2,0 |
| Тренировки в барокамере на высотах 5-12 км | 3,0 |
| Пилотирование самолета без герметической кабины на высотах от 7 до 9 км | 3,0 |
| Пилотирование разгерметизированного самолета на высоте 9,1-12 км | 3,0 |
| Деятельность на максимальной высоте при рабочем давлении в защитном снаряжении, равном 0,3 ат | 3,0 |
| Деятельность на максимальной высоте при рабочем давлении в защитном снаряжении, равном 0,2 ат | 3,0 |
Если индивидуальные значения ИПДУ выходят за указанные в таблице пределы, то режим декомпрессии для оператора определяют как потенциально опасный, т.к. повторное пребывание в высотных условиях может привести к клиническим симптомам ДБ с вероятностью от 0,1 до 1; либо оно вызовет напряжение функциональных систем организма, снижение работоспособности и ухудшение физического состояния из-за циркуляции ГП в кровотоке при развитии преморбидной формы заболевания.
При 2<ИПДУ<3 операторы признаются неустойчивым к декомпрессии, т.к. без использования специальных мер профилактики декомпрессионной болезни они могут участвовать в летной деятельности по заданным профилям лишь эпизодически.
При 3≤ИПДУ≤4 физиологические условия считаются опасными и недопустимыми. В этом случае функциональное состояние организма оценивается как предельно опасное (по причине высокого риска развития симптомов ДБ), что требует изменения профиля полета путем снижения высоты и сокращения длительности экспозиции, а также применения вдыхания кислорода и других методов десатурации организма от азота с целью профилактики.
Таким образом, вычисляя по итогам обследования конкретного человека в барокамере значение ИПДУ организма и сравнивая с табличным уровнем этого показателя, нормированным для любого типа операторской деятельности в высотных условиях, можно судить о декомпрессионной устойчивости летного состава и проводить мониторинг физиологического состояния летчика при имитации любого заданного временного и высотного профиля полета, а также исключая из профессиональной деятельности те профили, в которых наблюдается опасный декомпрессионный стресс или имеется высокий риск развития симптомов ДБ.
Способ оценки устойчивости оператора к декомпрессии до долей атмосферы в барокамере при имитации летной деятельности на высотах летчика, включающий предполетное доплеровское ультразвуковое исследование кровотока легочной артерии и правого желудочка сердца вычислением текущей интенсивности сигнала об обнаружении газовых пузырьков в кровотоке (Гt), отличающийся тем, что измеряют пульсации кровотока в каждую минуту моделирования высотного полета свыше 5 км при выполнении им профессиональной деятельности, формируют математическую модель интегрального показателя декомпрессионной устойчивости (ИПДУ) конкретного человека после испытания следующим образом:
выделяют результирующие значения замеров интенсивностей сигнала по четырехбалльной шкале Спенсера, умножают на время в минутах наблюдения каждого балла, суммируют эти произведения, а сумму делят на общее время экспозиции в минутах и по полученному значению определяют интегральный показатель декомпрессионной устойчивости летчика,
а также оценивают декомпрессионную устойчивость конкретного человека как нормальную при 0≤ИПДУ≤2, как низкую при 2<ИПДУ<3 и при ИПДУ≥3 считают физиологические условия опасными, принимают такие профили декомпрессии не пригодными для регулярной профессиональной деятельности данного человека.
