В последнее время широко распространился миф о том, что американские астронавты не могли осуществлять космические полеты по программам «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и ОС «Скайлэб» т.к. на борту этих кораблей поддерживалась 100% кислородная среда, что должно было неминуемо привести к быстрой кислородной интоксикации, и как следствие, к смерти до того, как астронавты вернутся на Землю.
Безусловно, О2 является сильным окислителем и может вызывать тяжелую интоксикацию и нарушение деятельности организма вплоть до летального исхода. Однако, нужно понимать, что отравляющим действием обладает не сам О2 как таковой, а «парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе» (РО2) в зависимости от «длительности экспозиции». Более того, 100% кислородная среда на высотах более 12 км при давлении 145 мм.рт.ст. и ниже приводит не к отравлению кислородом, а глубокой гипоксии головного мозга вследствие отсутствия необходимого количества молекул О2 даже в 100% кислородной среде.
…Окончательно уверен я, что в происхождении этого мифа нечисто. Тут не без «водолаза»…
Миф о тяжелом отравлении кислородом в космическом полете пришел «из-под воды», а именно глубоководной медицины.
Действительно, открыв книгу «медицинские проблемы глубоководных погружений» П.Б. Беннетт и Д.Г. Эллиотт, в разделе «токсическое действие кислорода» нам сразу бросаются в глаза страшные графики:
График №1
Зависимость между давлением кислорода во вдыхаемой газовой смеси и продолжительностью экспозиции до появления конкретных признаков отравления, таких как инактивация клеточного дыхания, блокирование нервной проводимости, гемолиз эритроцитов, судороги, смерть.
График №2
Частота возникновения неврологических симптомов у 36 водолазов, дышавших кислородом под абсолютным давлением 3,7 кгс/см2 в течение 6-96 минут.
Каждая экспозиция заканчивалась в момент появления у водолаза одного из неврологических симптомов .
Обратите внимание, что на обоих графиках счет до появления первых симптомов интоксикации действительно идет на минуты и часы, но и парциальное давление кислорода исчисляется несколькими абсолютными атмосферами (3-7 кгс/см2)! Но в тоже время я уверен в том, что мало кто обратил внимание на пунктирную черту на Графике №1, которая проходит параллельно шкале «Время» на отметке РО2, равного 0,5 атмосферы. Вся суть «заблуждения» заключается в наличии этой линии и ее значения.
Фундаментальная ошибка при переносе воздействия О2 во время глубоководных погружений на условия высотной авиации и космонавтики
Если взять барометрическое давление атмосферного воздуха, равное 760 мм.рт.ст., как естественную физиологическую норму и принять ее за условную точку «ноль» на оси «У», то глубоководное погружение с повышением барометрического давления до нескольких атмосфер можно рассматривать на этой шкале со знаком «плюс», а высотный подъем со знаком «минус».
Таким образом, высотный подъем и глубоководное погружение оказываются на противоположных пограничных концах спектра кислородной среды, а значит имеют принципиальные различия.
В зависимости от величины парциального давления кислорода (РО2) в искусственной атмосфере можно условно выделить три зоны с различным проявлением токсического действия кислорода:
1 - при Р02 2000-1500 мм.рт.ст. (2-3 абсолютных атмосферы) и выше проявляются преимущественно симптомы отравления , характерные для поражения ЦНС;
2 - при Р02 1500-400 мм.рт.ст. (0,5-2 абсолютных атмосферы) токсическое действие кислорода преимущественно проявляется в поражении органов дыхания: в раздражении верхних дыхательных путей, включая развитие бронхита, а затем в развитии воспаления и отека легких.
3 - при Р02 порядка 400-280 мм.рт.ст. (менее 0,5 абсолютных атмосферы) длительное пребывание «может» вызывать изменения в органах дыхания, в системе крови и в лимфоидной ткани.
Высотная авиация и 100% кислородная среда
О причинах выбора американцами 100% кислородной среды я писал отдельную статью « Обоснование выбора американцами 100% кислородной среды в программах "Меркурий", "Джемини", "Аполлон" » см. ссылку. Американские космические корабли КК «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» имели режим рабочего давления равный 0,3 кгс/см2, при этом, РО2 в 100% среде составляло порядка 258 мм.рт.ст. - что даже несколько ниже верхних значений диапазона третьей зоны влияния О2 на организм человека (400-280 мм.рт.ст.).
Здесь мне хотелось бы вернуться к пунктирной линии на графике №1, которая проходит на уровне 0,5 кгс/см2. Дело в том, что в «третьей зоне» низкого парциального давления время до начала появления первых симптомов настолько велико, что глубоководная медицина этой зоной попросту пренебрегает, отнеся ее условно в разряд «безопасного воздействия кислорода».
На этапе освоения высотной авиации и пилотируемых космических полетов на основании проведенных на тот момент исследований в научных кругах считалось, что при Р02 менее 425 мм.рт.ст., дыхание кислородом может производиться в течение неограниченного времени. (Сборник переводов из иностранной периодической литературы «Человек в условиях высотного и космического полета» 1960 год. «Токсичность кислорода с точки зрения авиационной медицины» П.Ф. Муллинакс и Д.Е. Бейшер).
График №3
«Окно безопасного применения 100% кислорода в высотной авиации и космонавтике»
Американские исследователи, прежде чем использовать в кабинах КК гипероксическую атмосферу, провели ее детальное экспериментальное изучение. Оценивая результаты этих работ, в одной из которых длительность эксперимента достигла 8 месяцев, было сделано заключение, что пребывание в атмосфере с Р02 258 мм.рт.ст. не ведет к глубоким патологическим нарушениям в организме подопытных животных.
При Р02 380 мм.рт.ст. при 50-60% О2 среде в нормобарических условиях, поражение легких крыс не было обнаружено несмотря на 30-суточное пребывание животных в этой среде. Но некоторые исследования все же отмечали, что первичный патологический эффект при относительно небольшом Р02 проявляется в развитии ателектаза легких.
Таким образом, на основании имевшихся на тот момент научных данных, отсутствовали причины для отказа от применения 100% кислородной среды в краткосрочных (от нескольких суток до нескольких недель) полетах.
Не смотря на это, астронавты во время полетов на Луну, длительность которых составляла от 7 до 12 дней, в конце полета начинали испытывать дискомфорт (боль) за грудиной и кашель, а после приземления в их легких были обнаружены ателектазы в разной степени, но на фоне применения антиоксидантов (мексамина, витамина Е и др.), у них имелся еще достаточно большой резерв времени до начала развития необратимых последствий, а патологические изменения, полученные при полете, быстро восстанавливались до нормального состояния.
График №4
График №3 представлен уже в сборнике «Космическая Биология и медицина» (Том II – обитаемость космических летательных аппаратов» под статьей В.Б. Малкина в разделе «гипероксия – токсическое действие кислорода»).
Изначально верхняя граница допустимых величин Р02 в космических полетах составляла 425 мм.рт.ст. и для полетов длительностью несколько суток или недель были свои преимущества применения 100% кислородной среды.
По мере увеличения продолжительности полетов до нескольких месяцев и появления новых более подробных достоверных данных о времени появления симптомов гипероксии, стало ясно, что физиологические ограничения все же есть, и американцы постепенно отказались от 100% О2 среды. Так, уже при эксплуатации ОС «Скайлэб», длительность пребывания на орбите увеличивалась за счет снижения концентрации О2 (и как следствие Р02) со 100% до 74%. ("Атомсфера в "Скайлэб" - или как американцы соскакивали со 100% кислородной "иглы" " см ссылку на статью)
Граница допустимых величин Р02 применительно к длительным многомесячным полетам неуклонно снижается и в настоящее время, она лишь предположительно может быть определена примерно в 200 мм.рт.ст. в альвеолярном воздухе, или те самые 250 мм.рт.ст. (без вычета 47 мм.рт.ст. водяных паров). Как видите, в высотной и космической медицине все оказалось совсем иначе, чем у «водолазов».
Искренне надеюсь, что статья была интересной и полезной.
С уважением,
Научный сотрудник АО «НПП «Звезда», испытатель авиационного и космического снаряжения С.М. Дворников.
Ставьте лайк и подписывайтесь на канал «Прогулки в стратосфере» и одноименные сообщества в социальных сетях «Вконтакте» и «ОК».
Во время «прогулок» мы обсуждаем острые и наболевшие темы)))