Психофизиологическая подготовка летчиков к деятельности в условиях аварийной разгерметизации кабины самолета

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях интенсивного развития авиационной науки и техники в системе «летчик–самолет–среда» наблюдается тенденция повышения эмоциональной, физической, информационной и психической нагрузок на организм летчика. В этой системе летчик становится все более очевидным уязвимым звеном [1]. В первую очередь это обусловлено физиологическими и психофизиологическими пределами человека как биологического объекта [2].

Авиационная медицина и физиология летного труда ставят перед собой задачу сохранить профессиональное здоровье летчика на фоне стремительного роста технического прогресса. Эта задача достигается как техническими решениями, компенсирующими действие экстремальных факторов авиационного полета и сложных полетных заданий, так и постоянным повышением профессиональной надежности самого летчика посредством совершенствования его способностей выполнять задачи в экстремальных и аварийных условиях [3][4]. Комплекс различных наземных тренировок с использованием специального оборудования составляет психофизиологическую подготовку летчика к полетам [5–8].

Одним из ключевых методов сохранения профессиональной надежности летчика к полетам в условиях разгерметизации кабины самолета в стратосфере является тренировка дыхания под избыточным давлением кислорода (ИДК). Летчик должен тренироваться и развивать способность хорошо выдерживать избыточное давление¹. Это является обязательным условием для допуска летчика, выполняющего полет в стратосфере. Тренировка дыхания и речи под ИДК позволяет летчикам научиться дышать и вести радиообмен в случае возникновения аварийной ситуации (при разгерметизации кабины в стратосфере) [9]. В этом заключается важное различие между военными летчиками и пилотами гражданской авиации, которые выполняют полеты ниже стратосферы и не нуждаются в такой подготовке.

Тренировка и обучение летчиков дыханию и речи под ИДК выполняются регулярно в целях формирования новой биомеханики дыхания [10]. Для этого используется кислородный прибор тренировочный, позволяющий создавать избыточное давление газов в маске и защитном снаряжении в наземных условиях. Также обучение летного состава может проводиться в условиях больших степеней разрежения атмосферы при барокамерных подъемах на высоту более 12 км [11].

Тренажерный этап выполняется на авиационном тренажере. Летчик должен сформировать устойчивый навык пилотирования и психофизиологическую готовность к правильным действиям и управлению самолетом в случае нарушения герметичности кабины на большой высоте [12][13].

В настоящее время ВВС Вьетнама располагают современными самолетами, способными выполнять высотные и стратосферные полеты [14], необходимость в которых увеличивается в сегодняшних условиях. Однако незавершенность системы психофизиологической подготовки (отсутствие тренировок дыхания и речи под ИДК, ограниченные возможности использования специального оборудования для проверки качества подгонки высотного снаряжения, особенно в условиях жаркого и влажного климата) является серьезным препятствием для вьетнамских летчиков к выполнению стратосферных полетов. Это диктует необходимость разработки рационального режима тренировки дыхания и речи под ИДК с использованием современного и нового специального оборудования [10]. Разработанный режим включает в себя одновременно и ознакомительный компонент, выполняемый при небольшом уровне ИДК, и тренировочный, который позволяет испытателю научиться особой биомеханике дыхания с коротким пассивным вдохом и длительным активным выдохом, а также дает возможность сформировать навык произношения необходимых для радиообмена слов [7], что повышает профессиональную надежность летчика не только в условиях аварийных ситуаций, но и при больших пилотажных перегрузках.

Цель исследования — оценка сформированности навыка дыхания и речи под избыточным давлением кислорода у вьетнамских испытателей после прохождения курса тренировочных занятий.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование проведено при участии 35 испытателей-добровольцев из числа вьетнамских военнослужащих (мужчин) в возрасте 19–32 лет (средний возраст 23,6 года), антропометрические данные которых соответствовали размерам и ростовкам использованного высотного и защитного снаряжения.

Все испытатели не имели острых заболеваний и обострения хронических, а перед каждым исследованием проходили медицинский осмотр в объеме предполетного медицинского осмотра.

В период подготовки к исследованию для каждого испытателя был проведен выбор высотного и защитного снаряжения в соответствии с его антропометрическими параметрами и в соответствии с Методикой выбора и подгонки высотного снаряжения [11]. Также была проведена подгонка снаряжения в соответствии с Методикой. В настоящем исследовании использовали кислородную маску КМ-35 (КМ-35) в комплекте с защитным шлемом ЗШ-7А (ЗШ-7А); для создания контрдавления на грудную клетку применялся высотно-компенсирующий костюм ВКК-15 (ВКК-15) [15].

Непосредственное создание ИДК осуществлялось на аппаратно-программном комплексе БАРС-ГД (БАРС-ГД, Россия). Регистрация физиологических и психофизиологических реакций организма осуществлена на интегрированной в БАРС-ГД системе объективного контроля. Данное оборудование представлено непосредственно пневматической системой, персональным компьютером, системой объективного медицинского контроля и периферийными устройствами для выполнения психофизиологических и нагрузочных тестов (рис. 1).

Разработанный курс тренировки дыхания и речи под ИДК представляет собой пять сеансов дыхания ИДК, которые проводятся один раз в день в течение пяти дней подряд. Сеансы проводили в утренние часы, через 1,5–2 ч после приема пищи. В день проведения сеанса испытатели освобождались от значительных физических и психологических нагрузок.

Каждый сеанс представлял собой дыхание под ИДК последовательно и непрерывно на пяти ступенях с созданием избыточного давления на уровнях от 150 до 1000 мм вод. ст., время дыхания на каждой ступени составляло 2 мин. БАРС-ГД использовался в режиме плавного повышения ИДК в дыхательных путях. При проведении сеанса применялся ВКК-15 в связи с тем, что это является обязательным при создании в дыхательной системе человека ИДК более 300 мм вод. ст.

Для оценки влияния 5-дневного курса тренировки на психологические и психофизиологические показатели испытателей до начала курса и после его окончания проводили моделирование условий дыхания при быстрой разгерметизации кабины самолета на высоте 14–15 км, для чего использовался БАРС-ГД в режиме быстрого создания в дыхательных путях ИДК, равного 500 мм вод. ст.

До и после моделирования быстрого создания ИДК осуществляли оценку психологических характеристик по шкале уровня тревожности Спилбергера – Ханина и психологического состояния по методике².

Для оценки уровня функционирования центральной нервной системы (ЦНС) оценивали среднее время простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР), характеризующей возбудимость и лабильность ЦНС, подвижность нервных процессов и баланс процессов возбуждения и торможения путем выполнения тестов «сложная зрительно-моторная реакция» и «реакция на движущийся объект» (СЗМР и РДО) [17]. Эти тесты испытатели выполняли в течение каждого сеанса тренировки, а также при моделировании быстрой разгерметизации.

Выполнение сеансов тренировки и моделирования быстрой разгерметизации выполняли в строгом соответствии с показаниями, противопоказаниями и соблюдением мер безопасности согласно утвержденной методике [11][18].

Оценка эффективности тренировки осуществлялась по нескольким направлениям. Во-первых, оценивалась способность испытателя выполнять дыхательные движения под избыточным давлением, так как биомеханика этого процесса подразумевает большие физические усилия, направленные на преодоление контрдавления на выдохе, развитие утомления мышц грудной клетки и диафрагмы в течение нескольких минут. Во-вторых, оценивалась способность испытателя произносить контрольные слова в этих условиях, так как способность поддерживать разговор по радиосвязи для летчика является ключевым условием сохранения профессиональной надежности. В-третьих, психофизиологические резервы испытателя в условиях дыхания под ИДК оценивались по выраженности физиологических реакций, уровню ситуативной тревожности, самочувствия, активности и настроения (САН).

Математико-статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения Microsoft® Excel-2016, пакета прикладных программ SPSS 26, с расчетом t-критерия Стьюдента, критерия Вилкоксона. Значения представлены в виде медианного значения и квартильного разброса. Сравнение динамики показателей без нагрузки и после нагрузки осуществлялось отдельно в дотренировочном и послетренировочном периодах. Также проводилось сравнение динамики показателей между периодами до и после тренировочного курса. Все различия считали статистически достоверными при уровне значимости р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В ходе исследования при оценке личностной тревожности установлено, что количество лиц с высоким уровнем тревожности составило 23 (66%) испытателя, со средним уровнем 12 (34%) человек, при этом низкая степень тревожности не была зарегистрирована ни у одного испытателя.

Достоверные изменения ситуативной тревожности (СТ) зарегистрированы при обследовании испытателей до и после тренировочного курса. При этом уровень СТ у испытателей при отсутствии нагрузки ИДК после курса тренировки снизился на 4%: с 43,3 ± 0,9 до 41,6 ± 1,0 балла (p = 0,039). Статистически значимых изменений данных показателей без и после нагрузки в отдельные периоды до и после курса тренировки не получено. Это может свидетельствовать о формировании психологической готовности испытателя к предстоящему воздействию экстремального фактора, сформировавшейся на протяжении 5-дневного курса тренировки (рис. 2).

Исследование динамики уровня СТ при моделировании быстрого снижения давления в гермокабине летательного аппарата показало тенденцию к ее снижению до тренировочного курса и после него, однако данные не были статистически значимы.

Анализ динамики психологического состояния испытателей по методике САН до курса тренировки при моделировании быстрой разгерметизации показал статистически значимое снижение показателя «самочувствие» на 3,7% (p = 0,003) (рис. 3) и показателя «настроение» на 5,7% (p = 0,035) (рис. 4), что свидетельствовало о неготовности испытателей к новой биомеханике дыхания в условиях ИДК, а также возникновении целого ряда дискомфортных ощущений при использовании высотного и защитного снаряжения. При сравнении данных показателей до и после курса тренировки статистически значимых изменений не получено.

После 5-дневного курса тренировки у летчиков при оценке «самочувствия» и «настроения» их уровни соответствовали донагрузочным. Полученные результаты отражают субъективную оценку испытателей своего психологического состояния, которое характеризовалось готовностью к воздействию экстремального фактора, адаптацией к биомеханике дыхания в условиях ИДК и использования высотного и защитного снаряжения.

При исследовании функционального состояния ЦНС до курса тренировки установлено, что у испытателей среднее время ПЗМР после нагрузки ИДК достоверно увеличилось на 39,7% (p < 0,001) по сравнению с донагрузочными значениями, в то время как после курса тренировки отмечен прирост времени ПЗМР на 14,1% (p < 0,001). Сравнение показателей до и после курса тренировки достоверных изменений не показало. Полученные результаты отражают меньшее изменение уровня функционирования ЦНС при воздействии ИДК после курса тренировки, чем до него, которое характеризуется менее значимым уменьшением скорости нервных процессов и, соответственно, большими психофизиологическими резервами (рис. 5).

Динамика среднего времени СЗМР представлена на рисунке 6. До курса тренировки при нагрузке ИДК среднее время СЗМР было достоверно увеличено на 6,6% (p = 0,001), при этом количество ошибочных реакций не изменялось. При сравнении показателя после нагрузки ИДК до и после курса психофизиологической тренировки у испытателей отмечено снижение времени СЗМР (рис. 6). В то же время после курса тренировки при моделировании быстрого снижения давления в гермокабине летательного аппарата у испытателей статистически значимых изменений времени СЗМР и количества ошибочных реакций по сравнению с донагрузочными значениями не зафиксировано. Полученные данные характеризуют повышение психофизиологических резервов испытателей после курса тренировки.

Также обращает на себя внимание статистически значимое уменьшение количества ошибочных реакций после 5-дневного курса тренировки на 65% (p < 0,001) в условиях отсутствия нагрузок и на 55% (p < 0,001) после воздействия ИДК. Полученные результаты говорят о повышении уровня функционирования ЦНС в условиях ИДК в процессе тренировки и повышении уровня психофизиологических резервов испытателей.

Динамика времени РДО, характеризующая баланс процессов возбуждения и торможения ЦНС при моделировании разгерметизации кабины самолета, представлена на рисунке 7. До курса тренировки время РДО было достоверно изменено на 26,7% (p = 0,001) в отрицательном диапазоне значений с -58 до -73,5 мс. После курса тренировки динамика этого показателя не имела статистической значимости, так же как при сравнении показателей до и после курса тренировки. Данные результаты с физиологической стороны сонаправлены изменениям ПЗМР и СЗМР и характеризуют общую динамику снижения уровня функционирования ЦНС в условиях воздействия экстремального фактора полета, с преобладанием процессов возбуждения ЦНС.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные результаты в проведенной серии исследований показали значимое воздействие дыхания под ИДК на психологическое состояние и уровень функционирования ЦНС у испытателей, не имеющих опыта в таком исследовании — при первом воздействии этого фактора. Однако после прохождения психофизиологической подготовки и формирования у испытателей психологической и физиологической готовности к воздействию ИДК зафиксированы статистически значимые изменения показателей, раскрывающих суть этих состояний.

Проведенный 5-дневный курс тренировки дыхания и речи под ИДК вьетнамских испытателей привел к формированию у них психологической готовности к воздействию данного экстремального фактора [2], что доказано статистически значимым снижением фоновой ситуативной тревожности испытателей и отсутствием статистически значимых изменений показателей самочувствия и настроения после курса тренировки, что является одним из репрезентативных субъективных показателей психологического состояния. С учетом нефизиологичной для человека биомеханики дыхания под ИДК, характеризующейся прежде всего активным выдохом, психологическое состояние имеет большое значение в успехе всей подготовки летчика [9]. В условиях выполнения полета в стратосфере и внезапной разгерметизации кабины недостаточная психологическая готовность летчика может нести угрозу не только выполнению задачи, но и жизни членов экипажа и сохранности авиационной техники [4].

Статистически значимые изменения психофизиологических показателей у испытателей отражают физиологическую сторону процесса их адаптации к дыханию в условиях ИДК и использованию высотного и защитного снаряжения. Увеличение психофизиологических резервов на фоне 5-дневного курса тренировки свидетельствует о формировании соответствующего навыка дыхания [13]. Это позволяет нивелировать большую часть дискомфортных и ограничивающих пилотирование эффектов от работы высотного снаряжения, таких как давление на лицо и шею, неприятные ощущения в области ротовой полости, а также дает возможность вести качественный и понятный радиообмен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование является частью научной работы, целью которой является повышение безопасности и эффективности полетов самолетов российского производства в странах Юго-Восточной Азии. Современные образцы авиационной техники предъявляют высокие требования к летному составу при выполнении полетов с пилотажными перегрузками и в условиях стратосферы. Особенностью медицинского обеспечения и подготовки летного состава Вьетнама является отсутствие четкой программы подготовки к стратосферным полетам, притом что российское высотное и защитное снаряжение позволяет выполнять их достаточно эффективно.

Результаты настоящего исследования показали эффективность 5-дневного курса тренировки вьетнамских испытателей для сохранения профессиональной работоспособности в условиях резкого снижения давления в гермокабине самолета и дыхания под ИДК. Основой для такого заключения служит, с одной стороны, формирование навыков выполнения активного выдоха с приложением дополнительных усилий, формирование четкой речи, необходимой для поддержания голосовой связи с руководителем полетов и членами экипажа, а с другой — статистически значимые изменения психологических и психофизиологических показателей, свидетельствующих о формировании психологической готовности испытателей и повышении их психофизиологических резервов.

Проведенное исследование дает основания рекомендовать к включению данного режима тренировки дыхания и речи под ИДК в систему медицинского обеспечения полетов вьетнамских летчиков, в частности в вопросах подготовки к стратосферным и маневренным полетам на самолетах российского производства.