Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Медико-техническая оценка средств индивидуальной бронезащиты военнослужащих 16
1.1 Медико-техническая оценка средств индивидуальной бронезащиты на этапах становления и развития воинских формирований ведущих стран мира 19
1.2 Медико-технические, эргономические и конструкционные аспекты развития средств индивидуальной бронезащиты в современных условиях 24
1.3 Физическая работоспособность и функциональное состояние организма военнослужащих при использовании средств индивидуальной бронезащиты 31
Глава 2 Организация, объём, объекты и методы исследования 38
2.1 Организация и объём исследований 38
2.2 Объекты и методы исследования 42
2.2.1 Общая характеристика средств индивидуальной бронезащиты 42
2.2.2 Методика оценки влияния конструкционно-механических свойств средств индивидуальной бронезащиты на биомеханическую характеристику движений в крупных суставах и туловище. 49
2.2.3 Методика оценки функционального состояния организма.. 52
2.2.4 Методика оценки физической работоспособности военнослужащих при использовании средств индивидуальной бронезащиты в условиях субмаксимальных физических нагрузок 53
2.2.5 Методика медико-технических исследований средств индивидуальной бронезащиты в натурных условиях при совершении 5-км марш-броска 56
2.2.6 Методика медико-технических исследований средств индивидуальной бронезащиты в натурных условиях при преодолении общевойсковой полосы препятствий 58
2.2.7 Методика медико-технических исследований средств индивидуальной бронезащиты в натурных условиях при выполнении комплексного упражнения 60
2.2.8 Статистические методы исследования 61
Глава 3 Оценка конструкционно-механических свойств современных средств индивидуальной бронезащиты 62
3.1 Анализ движений военнослужащих характерных для решения учебно-боевых задач 63
3.2 Исследование биомеханической характеристики движений в крупных суставах конечностей и туловище при использовании средств индивидуальной бронезащиты 66
Глава 4 Влияние средств индивидуальной бронезащиты на работоспособность военнослужащих при моделировании типовых элементов военно-профессиональной деятельности .. 84
4.1 Оценка прямых показателей работоспособности военнослужащих мотострелковых подразделений при выполнении марш-броска 84
4.2 Оценка прямых показателей работоспособности военнослужащих парашютно-десантных подразделений при выполнении марш-броска 88
4.3 Оценка влияния средств индивидуальной бронезащиты на прямые показатели физической работоспособности при преодолении полосы препятствий 91
4.4 Оценка влияния средств индивидуальной бронезащиты на прямые показатели физической работоспособности военнослужащих при выполнении комплексного упражнения 97
Глава 5 Анализ показателей функционального состояния организма военнослужащих при использовании современных средств индивидуальной бронезащиты 103
5.1 Оценка функционального состояния организма военнослужащих при выполнении 5-км марш-броска 104
5.2 Оценка функционального состояния организма и физической работоспособности военнослужащих в условиях субмаксимальных физических нагрузок 106
Заключение 113
Выводы 122
Практические рекомендации 123
Список сокращений 125
Список литературы 126
- Медико-технические, эргономические и конструкционные аспекты развития средств индивидуальной бронезащиты в современных условиях
- Исследование биомеханической характеристики движений в крупных суставах конечностей и туловище при использовании средств индивидуальной бронезащиты
- Оценка влияния средств индивидуальной бронезащиты на прямые показатели физической работоспособности при преодолении полосы препятствий
- Оценка функционального состояния организма и физической работоспособности военнослужащих в условиях субмаксимальных физических нагрузок
Введение к работе
Актуальность исследования.
Исследование проблем защиты, а также разработка научных основ принципов,
способов и средств коллективной и индивидуальной защиты от различных поражающих
факторов источников чрезвычайных ситуаций являются одним из важных разделов научной
специальности 05.26.02 – безопасность в чрезвычайных ситуациях [паспорт научной
специальности 05.26.02]. Данные вопросы крайне актуальны для обеспечения эффективной
военно-профессиональной деятельности антитеррористических подразделений с
использования современной боевой экипировки военнослужащих [Большаков А.Г., 2008; Lunze K., 2009].
Немаловажными факторами при решении учебно-боевых задач являются физическая работоспособность военнослужащих и боеспособность подразделений. В связи с этим, требуется обеспечить не только высокий уровень защиты военнослужащих в условиях применения средств индивидуальной бронезащиты (СИБ), но и минимизировать негативные эффекты, препятствующие активным тактическим действиям [Фалеев М.И., 2003; Чиж И.М., 2010; Борисов Д.В., 2016; Leaning J., 2011]. Мобильность и высокий уровень работоспособности военнослужащих, наряду с противопульной и противоосколочной стойкостью СИБ являются своеобразной формой защиты (обеспечения «активной» безопасности), сокращая время нахождения в опасной ситуации [Vlasman B., 2004].
В настоящее время завершено создание боевой экипировки военнослужащих второго
поколения, усовершенствованы средства индивидуальной бронезащиты для
военнослужащих Сухопутных войск, береговых войск ВМФ, ВДВ и Сил специальных операций. Однако результаты научно-технического прогресса, наряду с положительными элементами, неизбежно влекут и отрицательные последствия. Так, увеличение защитных свойств СИБ приводит к увеличению их массогабаритных характеристик, что предопределяет неблагоприятный эффект в отношении физической работоспособности военнослужащих при решении учебно-боевых задач в экстремальных условиях [Логаткин С.М., 2009; Сокуров А.В., 2013; Осыко М.В., 2015 и др.]. Между тем, оценка влияния СИБ на показатели физической работоспособности не носит системный характер, что не позволяет проводить научный анализ как современных, так и перспективных образцов СИБ в системе «человек – СИБ – окружающая среда».
Таким образом, настоящее исследование приобретает особую значимость в интересах
формирования модели войсковых испытаний экипировки и средств индивидуальной
бронезащиты в условиях специально организованного полигонного комплекса. Медико-
техническая оценка, а также обоснование эргономических требований к СИБ необходимы на
этапах разработки, проектирования, испытания и эксплуатации элементов боевой
экипировки военнослужащих. Актуальность темы подтверждается ограниченным числом
современных подходов к оценке соответствия элементов экипировки биомеханическим
требованиям. Исходя из вышеизложенного, данное направление исследований
представляется весьма актуальным.
Степень разработанности темы исследования.
Исследования, посвящённые изучению влияния СИБ на функциональное состояние организма и работоспособность военнослужащих, немногочисленны. Изучение влияния бронежилетов, разработанных в 80-х годах прошлого столетия (6Б2, 6Б3-Т, 6Б3-ТМ01 и др.), на работоспособность военнослужащих проведено В.Н. Александровым (1986). В работе
А.А. Власова (2001) изучалось преимущественно влияние бронежилета на
термофизиологические показатели военнослужащих при проведении испытаний в
климатических камерах, по результатам которого предложены конструкции вентиляционно-
амортизирующих прокладок, способствующих оптимизации теплового состояния
пользователей. Исследования А.А. Сокурова (2013) отражают влияние массы экипировки на
работоспособность военнослужащих в целях снижения вероятных санитарных и
безвозвратных потерь при ведении боевых действий.
Несмотря на имеющиеся работы по данной тематике, исследования СИБ из состава экипировки второго поколения, содержащих кроме усовершенствованных бронежилетов, бронешлемы, комплект защиты суставов, боевые нагрудники защитные не проводились. Не исследовалось влияние современных СИБ на объём движений в суставах и безопасность военнослужащих.
Целью работы является оценка влияния современных средств индивидуальной бронезащиты на основные характеристики обеспечения «активной» безопасности военнослужащих – функциональное состояние организма и физическую работоспособность в условиях моделирования военно-профессиональной деятельности.
Задачи исследования:
-
Оценить влияние современных средств индивидуальной бронезащиты на амплитуду движений в крупных суставах конечностей, а также туловища.
-
Исследовать влияние применения средств индивидуальной бронезащиты на физическую работоспособность и безопасность военнослужащих при выполнении типовых учебно-боевых и специальных задач.
-
Провести оценку влияния средств индивидуальной бронезащиты на функциональное состояние организма военнослужащих в лабораторных и натурных условиях.
-
Обосновать практические рекомендации, направленные на повышение работоспособности и безопасности военнослужащих при выполнении учебно-боевых и специальных задач в современных средствах индивидуальной бронезащиты.
Научная новизна исследования заключается в том, что решена научная задача по обоснованию комплекса мероприятий, направленных на совершенствование медико-технических (эргономических) свойств средств индивидуальной бронезащиты на этапах их разработки и испытаний, а также их реализации при корректировке методик оценки боевой индивидуальной экипировки. Доказано, что в условиях субмаксимальных физических нагрузок возможность выполнения интенсивной работы в СИБ ограничивается возможностями сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма военнослужащих.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что впервые:
проведена комплексная научная оценка влияния средств индивидуальной бронезащиты из состава боевой индивидуальной экипировки второго поколения на физическую работоспособность и функциональное состояние организма военнослужащих;
установлены наиболее значимые критерии влияния СИБ на физическую работоспособность военнослужащих, которые позволяют использовать их в качестве основных при разработке новых образцов;
установлены эксплуатационные недостатки СИБ и даны предложения по их устранению;
сформулированы перспективные направления развития (совершенствования) средств индивидуальной бронезащиты;
внесены предложения в область медико-технических требований к средствам индивидуальной бронезащиты и организации учебно-боевой деятельности военнослужащих;
сформирована методическая основа для оценки физической работоспособности военнослужащих при выполнении учебно-боевых задач в современных средствах индивидуальной бронезащиты, что позволит сохранить здоровье военнослужащих различной ведомственной принадлежности.
Методология и методы исследования.
Методологическую основу исследования составили фундаментальные научные
разработки и прикладные исследования отечественных и зарубежных учёных в отношении
проблематики военно-профессиональной работоспособности военнослужащих при
выполнении учебно-боевых задач.
Планирование, использование современных подходов и привлечение достаточного количества испытателей-добровольцев позволило получить результаты исследования, достоверность которых, подтверждена методами математико-статистического анализа.
Положения, выносимые на защиту.
-
Применение средств индивидуальной бронезащиты военнослужащих, при безусловной значимости сохранения жизни от поражающих факторов, не позволяет оптимально реализовать параметры физической работоспособности в интересах учебно-боевых задач, преимущественно за счёт массы, что приводит к снижению количественных и качественных показателей выполнения военно-профессиональных действий и специальных задач.
-
Медико-техническое сопровождение этапов создания средств индивидуальной бронезащиты, включающее разработку научных основ и регламентированного комплекса мер по обеспечению безопасных условий военно-профессиональной деятельности военнослужащих, заключается в корректировке не только массо-габаритных, но и биомеханических (эргономических) показателей, позволяющей на основе системного проектирования и взаимного интегрирования элементов боевой экипировки обеспечить высокий уровень эргономических параметров средств индивидуальной бронезащиты.
-
Средства индивидуальной бронезащиты в условиях субмаксимальных физических нагрузок оказывают выраженное влияние на сердечно-сосудистую, дыхательную и терморегуляционную системы на предельном уровне физиологических резервов пользователя, что определяет необходимость разработки методических основ обеспечения безопасности военнослужащих, в том числе за счёт повышения физической подготовленности при решении типовых учебно-боевых и специальных задач.
Степень достоверности результатов исследования.
Планирование работы, анализ литературных данных, формирование опытных и контрольных групп, а также экспериментальные исследования, не требующие моделирования учебно-боевых действий, проводились в подразделениях Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова, а натурные исследования и войсковые испытания – на базах войсковой части 33491 и Государственного научно-исследовательского испытательного института военной медицины МО РФ.
Проведение экспериментальных исследований предполагало привлечение
испытателей-добровольцев мужского пола – военнослужащих в период плановой учебно-
боевой подготовки, предусматривающей использование СИБ из состава боевой индивидуальной экипировки.
Ведущий критерий военно-профессионального отбора испытателей-добровольцев предполагал возможность максимальной реализации навыков и умений, свойственных военнослужащим при экстремальных видах деятельности.
Исследования проведены в статистически достаточном объеме с использованием современных методов и методик исследования. Математико-статистический анализ данных осуществлялся на персональном компьютере при помощи программ Statistica for Windows версия 7,0 и Microsoft Excel 2010.
Апробация и реализация результатов исследования.
Материалы и результаты исследования получены в ходе выполнения:
научно-исследовательской работы № VMA. 01.07.06.1315/0119 «Военно-научные исследования в обеспечении выполнения ОКР по разработке и модернизации боевой экипировки военнослужащих», шифр «Боец-2»;
научно-исследовательской работы «Изучение влияния современной боевой экипировки на функциональное состояние организма и работоспособность военнослужащих», шифр «Витязь»;
научно-исследовательской работы «Исследование путей развития перспективных образцов средств индивидуальной бронезащиты и индивидуального боевого снаряжения боевой экипировки 3-го поколения для военнослужащих различных специальностей» (по этапам 1-3), шифр «Ратник-3-ТЕХИНКОМ»;
типовых методик медико-биологической оценки боевой индивидуальной экипировки военнослужащих, подготовленных совместно с ГНИИИ ВМ по результатам военно-научного сопровождения НИР шифр «Турмалин»;
опытно-конструкторской работы «Разработка составной части технологического комплекса оценки тяжести травмы защищенных коленных и локтевых суставов от действия поражающих элементов на поле боя и механических повреждений Минобороны РФ», шифр «Методист-3-СМТ».
Результаты работы представлены:
в методических рекомендациях «Методы проведения комплексной физиолого-гигиенической и эргономической оценки боевой экипировки военнослужащих», предназначенных для врачей, преподавателей, физиологов, инженеров и техников.
в типовых методиках медико-биологических испытаний элементов боевой индивидуальной экипировки военнослужащих.
Материалы исследования реализованы в рационализаторском предложении (удостоверение № 14088/2 от 26.04.2015 г.).
Результаты и выводы исследования используются в учебном процессе кафедры (общей и военной гигиены, с курсом военно-морской и радиационной гигиены) ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» МО РФ.
Материалы исследования докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях РАРАН «Актуальные проблемы защиты и безопасности» (1-4 апреля 2015 г. и 4-7 апреля 2016 г., Санкт-Петербург); Всероссийской научно-практической конференции «История и перспективы отечественной гигиенической науки и практики» (23-24 апреля 2015 г., Санкт-Петербург); Юбилейной всеармейской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития технических средств
медицинской службы» (26 ноября 2015 г., Санкт-Петербург); Всероссийской научно-
практической конференции молодых учёных и специалистов Роспотребнадзора
«Современные проблемы эпидемиологии и гигиены» (8-10 декабря 2015 г., Санкт-
Петербург); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы
физической культуры, спорта и туризма» (24-26 марта 2016 г., г. Уфа).
По материалам исследования опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора в проведенное исследование.
Автором сформулированы цель и задачи, определены объем и методы исследований. Лично спланированы, организованы и проведены эксперименты по изучению влияния СИБ на прямые показатели работоспособности и функциональное состояние организма военнослужащих, а также исследования по влиянию конструкционно-механических свойств средств индивидуальной бронезащиты на биомеханическую характеристику движений военнослужащих. Статистическая обработка полученных результатов исследования была проведена лично автором. Доля участия в сборе материала исследования составляет 90%, в его обобщении и анализе – до 95%.
Структура и объем диссертации.
Медико-технические, эргономические и конструкционные аспекты развития средств индивидуальной бронезащиты в современных условиях
Как уже отмечалось ранее, первые отечественные и зарубежные бронежилеты являлись преимущественно противоосколочными, обеспечивали частичную защиту от осколков и низкоскоростных пистолетных пуль.
Современные общевойсковые бронежилеты защищают от высокоэнергетических пуль штурмовых винтовок, автоматов и пуль винтовочных патронов со стальным сердечником (7,62 х 54 и 7,62 х 51) [18]. Повышение защитных характеристик СИБ увеличивает их массу и, соответственно, суммарную массу экипировки военнослужащих.
По сравнению с первым отечественным бронежилетом Ж-81 (6Б2), принятым на снабжение в 1981 году и имеющим массу около 4,5 кг, масса общевойскового бронежилета 6Б12, составляла 8,5 кг и в последующем несколько снизилась до 7,8 кг (в БЖ 6Б23-1, принятом на снабжение в 2003 г.). Аналогичную массу имеет и вновь разработанный ООО НПФ «Техинком» (С.-Петербург) бронежилет 6Б45, но в отличие от своего более раннего аналога (БЖ 6Б23-1) площадь противопульных бронепанелей в нем увеличена с 8 до 15 дм2 (за счёт введения дополнительной бронепанели усиления спинной секции) [69, 79].
Наблюдается тенденция увеличения площади бронежилетов. Если упомянутый бронежилет Ж-81 имел общую площадь защиты 39 дм2, то в современных изделиях, она увеличена до 45-50 дм2. В бронежилете же 6Б45 со штурмовым комплектом 6Б45-1 за счёт введения дополнительных бронепанелей, наплечников, прикрывающих плечевой сустав и верхнюю часть плеча, а также за счёт «фартука», фактическая площадь защиты составляет около 65 дм2. При этом масса бронежилета возрастает до 15 кг [85].
Необходимо отметить, что бронежилеты и бронешлемы являются, достаточно сложными элементами экипировки. Они постоянно совершенствуются как в направлении повышения защитных свойств, так и улучшения их медико-технических характеристик [36]. Так, стандарт ISO 14876 наряду с требованиями по защитным характеристикам, содержит требования по эргономическим свойствам бронежилетов. Тем не менее, имеется немало сторонников наращивания уровня и площади защиты СИБ.
А. Lotens (2004) при оценке безопасности и эффективности применения СИБ полагает необходимым обеспечение наиболее высокого уровня защиты областям головы и груди; средний уровень защищенности требуется для лицевой области, шеи, плечевого и локтевого суставов, а также области живота [115]. Однако это входит в противоречие с рекомендациями того же автора обеспечить высокий уровень подвижности в области живота (при наклонах и вращательных движениях туловища) и плечевого пояса.
В ряде конструкции БЖ помимо наплечников, фартука для защиты паховой области, предлагаются также набедренники и усовершенствованная защита шеи [128].
Персональное защитное снаряжение «Gen 6» включает не только бронежилет с наплечниками и набедренниками, но и конструкцию для защиты области таза, напоминающую шорты [117]. В работе H. Gedon et al. (2014) представлены конструкции 6 вариантов защитных шорт [104]. Однако повышение уровня и площади защиты неизбежно приводит к увеличению массы СИБ и снижению их эксплуатационной пригодности.
Большинство специалистов ведущих стран мира придерживаются мнения, что необходимо оптимальное соотношение защитных и эксплуатационных характеристик СИБ, то есть некий баланс между защитой и мобильностью военнослужащего. Сама по себе мобильность военнослужащих рассматривается как своеобразная форма обеспечения защиты – «активной» защиты [127].
Исследования, проведенные в десантно-диверсионном центре подготовки морской пехоты Великобритании, показали, что с учетом снижения мобильности военнослужащих, выразившемся в увеличении времени преодоления учебно-тренировочной полосы препятствий и ухудшении точности стрельбы из личного оружия, применение БЖ массой более 5 кг в наступлении на подготовленную оборону противника может привести к возрастанию вероятных потерь по сравнению с незащищенной живой силой [95]. Естественно, что в зависимости от специфики решаемых задач и вероятных угроз целесообразная масса бронезащиты может изменяться, так как в ряде случаев лучше иметь более высокий уровень защиты в ущерб мобильности, в других случаях – наоборот. Медико-технические характеристики любой одежды, в том числе защитной, определяются ее конструкцией, физико-механическими и химическими свойствами применяемых материалов. Они характеризуются большим числом показателей, входящих в следующие основные группы:
- физико-гигиенические, включая конструкционно-механические;
- санитарно-химические;
- санитарно-токсикологические;
- санитарно-микробиологические [56].
Не подлежит сомнению, что определение всех указанных групп показателей имеет важное значение для итоговой оценки СИБ. Однако наибольшую сложность представляет оценка физико-гигиенических и конструкционно-механических свойств изделий.
По имеющимся данным, за рубежом одним из этапов разработки СИБ является компьютерное моделирование с проверкой биомеханических характеристик. При этом оцениваются возможные угловые движения, как характеристика мобильности пользователя в перспективном изделии, выявляются условия, при которых элементы бронезащиты упираются в тело пользователя, моделируется сжатие мягких тканей и сила сжатия при совершении тех или иных движений [118]. Ограничение диапазона движений в суставах может приводить не только к снижению показателей военно-профессиональной работоспособности военнослужащих, но и оказать влияние на их жизнеспособность при решении специальных и боевых задач [121].
Положительным моментом некоторых зарубежных исследований при оценке удобства БЖ (уровня комфортности, тяжести, мобильности и т.д.), является их сравнительный характер. Так, в Великобритании наряду с изделиями национальных производителей параллельно тестировались бронежилеты других стран (Норвегии, США и Франции). При этом по результатам анкетирования установлено, что БЖ CBA (Combat Body Armor) и IBA (Interceptor Body Armor) США по своим характеристикам превосходят остальные исследованные образцы. Как и следовало ожидать, бронежилет с наибольшей площадью защиты был оценен как самый неудобный [99].
При разработке СИБ немаловажное значение имеют антропометрические данные вероятных пользователей. В этом плане представляют интерес материалы, представленные в докладе H.J. Choi et al. (2014), на международном симпозиуме по средствам индивидуальной бронезащиты (PASS-2014) [99]. Согласно приведенным материалам, исследовательским центром армии США в Натике проведено сравнение антропометрических данных военнослужащих 1988 и 2012 гг., применительно к созданию персонального защитного снаряжения. Обследовано 4082 человека мужского и 1986 – женского пола в возрасте от 20 до 39 лет. Кроме военнослужащих, в группы были включены резервисты и персонал национальной гвардии. При этом установлено, что по сравнению с 1988 годом обхват груди мужчин увеличился в среднем на 58 мм и талии на 66 мм. Соответствующие размеры у женщин возросли на 37 и 62 мм. Имеющееся некоторое увеличение роста сидя (на 3 мм у мужчин и на 5 мм у женщин) авторами совершенно справедливо рассматривается как несущественное для проектирования бронежилета. Вследствие этого изменились размерные характеристики БЖ и их потребное число.
Во-первых, имеющейся размерной шкалы БЖ IBA армии США: X-Small, Small, Medium, Large, X-Large (XS, S, M, L, XL) оказалось недостаточно. Исходя из антропометрических данных для 2,4 % пользователей, возникла потребность в размерах XXL и даже XXXL (0,05 %). Во-вторых, изменилось требуемое процентное распределение БЖ по размерам. Так, например, для мужчин доля БЖ размеров S снизилась с 55 до 35,9%, при этом значительно возросла доля изделий XL (с 2,3 до 14,3%). Если по данным антропометрических исследований 1988 г. женщинам чаще подходил размер БЖ XS, то в 2012 г. отмечен существенный рост потребности в размерах S (с 26,2 до 40,4%) [99].
Исследование биомеханической характеристики движений в крупных суставах конечностей и туловище при использовании средств индивидуальной бронезащиты
Для определения количественных характеристик влияния СИБ на амплитуду движений в крупных суставах конечностей, а также при наклонах туловища нами усовершенствована методика проведения гониометрического исследования.
Исследование биомеханической характеристики движений проводилось с помощью универсального цифрового угломера Gravizappa DUG 40, который позволяет определить амплитуду движения с требуемой точностью. Имеющиеся в конструкции прибора «пузырьковые» уровни позволяют выявить отклонения от центральной оси тела.
Плечи угломера располагали по продольной оси анатомических сегментов, образующих сустав. Для более точной ориентации выбрали точки приложения на костных образованиях сегментов тела человека (рисунок 3.1).
Непосредственно перед исследованием испытатель-доброволец выполнял легкие физические упражнения для разминки. Затем становился у вертикальной стойки, которая позволяла отслеживать отклонение тела от вертикальной оси, касаясь её затылком, остистыми отростками позвонков грудного отдела позвоночника и крестцом.
В качестве исходной позиции принималась анатомическая стойка. Все измерения проводились в положении стоя, кроме определения углов отведения в тазобедренном суставе, которые выполнялись «лёжа» для исключения влияния массы конечности на биомеханику движений. После разминки испытатель доброволец выполнял максимально возможные движения по амплитуде в крупных суставах конечностей, а также при наклонах туловища.
Оценка амплитудных характеристик движений верхних конечностей проводилась по следующим параметрам: сгибание в локтевом суставе (а), сгибание и разгибание в плечевом суставе (б, в), отведение в плечевом суставе в вертикальной и горизонтальной плоскостях (г, д), сведение рук (у груди) в горизонтальной плоскости - е (рисунок 3.2).
Движения нижних конечностей оценивали по углу сгибания коленного сустава (ж), сгибанию и разгибанию в тазобедренном суставе (и, к), сгибанию в коленном и тазобедренном суставе в положении «глубокое приседание» (з) (рисунок 3.3).
Применение данной методики исследования амплитуды движений в крупных суставах и туловища военнослужащих позволяет характеризовать уровень сковывающего действия СИБ, а также проводить сравнительную оценку различных изделий.
Как уже отмечалось в главе 2, исследованию подвергались следующие элементы СИБ: бронежилет 6Б45, боевой нагрудник защитный (БНЗ) 6Б46, бронежилет 6Б45 с комплектом штурмовым 6Б45-1(штурмовая комплектация), комплект защиты суставов индекса 6Б51, а также образец защитной-транспортной модульной системы, разработанной ООО «НПФ Техинком» (г. Санкт-Петербург).
Исходя из особенностей конструкции БЖ 6Б45, на объём движения в плечевых суставах может оказать влияние масса изделия, частичное перекрытие области сустава (спереди, сзади и сверху) и достаточно плотная фиксация на поясе пользователя. Такая фиксация необходима во избежание смещения БЖ, ударов по грудной клетке, сбивающих дыхание при беге, прыжках и совершении других действий, характерных для боевой обстановки. В то же время при определённых углах движения, например, при отведении в суставе, бронежилет частично смещается вверх, оказывая тем самым сопротивление движению. При этом плотная фиксация БЖ на поясе пользователя оказывает дополнительное препятствие такому смещению. Кроме того, БЖ препятствует смещению одежды даже при наличии в её конструкции элементов, обеспечивающих свободу движений в суставах. Тем самым такие элементы частично или полностью теряют своё функциональное предназначение.
Конструкция БЖ 6Б45 по вполне понятным причинам не должна приводить к ограничению максимальной амплитуды движений в локтевых суставах. Пожалуй, единственной причиной такого ограничения может служить препятствие смещению одежды, находящейся под БЖ и только в том случае, когда такое смещение необходимо для обеспечения максимальной амплитуды движения в суставе.
Очевидно, что наличие многослойного пакета ткани в экранах грудной и спинной секций бронежилета может оказать влияние на сгибание и разгибание в поясничной области. Нижняя кромка передней секции БЖ, как при сгибании туловища, так и глубоком приседании контактирует с передней поверхностью бедра в верхней его трети. Тем самым создаётся дополнительное сопротивление совершаемому движению. По этой причине ношение бронежилета может сказаться на объёме движения в тазобедренном суставе.
При отсутствии в конструкции БЖ бронепанелей на боковых поверхностях изделия, на наклоны туловища вправо и влево предположительно может повлиять только плотная фиксация изделия в области пояса, препятствующая смещению бронежилета.
Бронежилет 6Б45 с комплектом штурмовым 6Б45-1 (рисунок 2.3), содержащим наплечники, грудную и спинную бронепанели более высокого уровня защиты (класса 6А по ГОСТ Р 50744), дополнительные бронепанели для защиты паховой области и боковых поверхностей туловища приводит к возрастанию суммарной массы изделия второго размера с 7,8 кг до 15,0 кг. При этом область плечевого сустава практически полностью экранируется бронежилетом (исключение составляет только нижняя часть сустава).
При такой конструкции БЖ следует ожидать более выраженное ограничение максимальной амплитуды движений, как в плечевых, так и в тазобедренных суставах, а также при сгибании туловища и латерофлексии.
Применение в составе БИЭ комплекта защиты суставов 6Б51 (наколенников и налокотников) может повлиять на амплитуду движений соответственно в локтевых и коленных суставах.
Отдельно необходимо остановиться на особенностях конструкции боевого нагрудника защитного 6Б46.
Такое изделие является принципиально новым по сравнению с ранее разрабатываемыми средствами индивидуальной бронезащиты туловища.
Модульность конструкции позволяет его использовать в качестве чисто нагрудника, бронежилета с изменяемым уровнем защиты, нагрудника с боевым ранцем, выполняющим защитную функцию за счёт того, что в карман, расположенный на стороне обращённой к спине пользователя помещается защитный элемент на тканевой основе, обладающий определённым уровнем противоосколочной и противопульной стойкости. По сравнению с базовой комплектацией бронежилета 6Б45, боевой нагрудник защитный имеет меньшую площадь защиты (7,5 дм2) и меньшую массу (2,9 кг). Кроме того, нагрудник имеет сравнительно меньший вертикальный размер, а его конструкционными элементами так же в меньшей степени экранируется плечевой сустав.
Указанное изделие, как уже отмечалось в главе 2 и предназначено для защиты военнослужащих от пуль и осколков при решении задач в затруднённых условиях эксплуатации.
Фактически в конструкции изделия разработчики пошли на уменьшение площади и уровня защиты от пуль и осколков в интересах улучшения медико-технических характеристик и повышения мобильности военнослужащих. Исходя из анализа конструкции следует предположить, что по сравнению с БЖ 6Б45, боевой нагрудник в меньшей степени окажет влияние на возможность совершения двигательных действий пользователя.
При проведении настоящих исследований максимально возможная амплитуда движений в суставах оценивалась при ношении БНЗ, содержащего нагрудник в сочетании со спинной секцией и тканевой защитной структурой (по всей площади) от 7,62-мм пуль пистолета ТТ при обстреле с дальности 5 метров.
В продолжение исследований по созданию новых образцов СИБ ООО «НПФ «Техинком» (г. Санкт-Петербург) разработало защитно-транспортную модульную систему (детальное описание приведено в главе 2). Внешний вид ЗТМС (рисунок 2.6) напоминает боевой нагрудник защитный 6Б46 (рисунок 2.5). В отличие от него в конструкции ЗТМС бронежилет имеет меньший вертикальный размер, а для сохранения необходимой площади защиты введен новый элемент — боевой пояс. Боевой пояс кроме защитной обладает и транспортной функцией, позволяя размещать на нём отдельные элементы экипировки, снижая тем самым нагрузку на плечи пользователя.
Открытая воротниковая зона изделия, незначительное перекрытие области плечевых суставов должно обеспечить свободу движений в суставах верхних конечностей. В свою очередь, разделение защитной структуры на два элемента (бронежилет и боевой пояс) предназначено для уменьшения сопротивления при наклонах туловища, как в сагиттальной, так и фронтальной плоскостях.
В связи с тем, что на амплитуду движений оказывают влияние не только средства индивидуальной бронезащиты, но и само обмундирование, на первом этапе проведена также оценка биомеханических свойств штатной одежды (зимней и летней) военнослужащих.
Результаты статистического анализа данных биомеханической характеристики (амплитуды) движений в крупных суставах верхних и нижних конечностей, а также туловища, при использовании современных средств индивидуальной бронезащиты, приведены в таблицах 3.2-3.4.
Оценка влияния средств индивидуальной бронезащиты на прямые показатели физической работоспособности при преодолении полосы препятствий
Преодоление полосы препятствий выполнялось при следующих параметрах окружающей среды: температура воздуха 6-13С, скорость приземного слоя атмосферы 1-3 м/с, атмосферное давление 745-753 мм рт. ст.
Статистический анализ полученных данных позволил установить, что с увеличением массы средств индивидуальной бронезащиты военнослужащих мотострелковых подразделений увеличивалось время преодоления полосы препятствий (таблица 4.3).
При этом исследования показали, что время преодоления полосы препятствий возрастало с увеличения массы СИБ по прямой линейной зависимости (рисунок 4.5).
Аналогичные результаты получены при анализе данных исследований, в парашютно-десантных подразделениях (таблица 4.4, рисунок 4.6). Однако время преодоления полосы препятствий в группах было на 10-15% меньше, чем у мотострелков.
Как и в ситуации с выполнением марш-броска, не только масса СИБ оказывала влияние на время выполнения упражнения, но и немаловажным фактором являлась её доля от массы самого военнослужащего (рисунок 4.7).
На основе статистической обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения линейной регрессии, позволяющие прогнозировать среднее значение времени преодоления полосы препятствий военнослужащими мотострелковых и парашютно-десантных подразделений как в зависимости от массы СИБ, так и от её удельного значения
С учётом достаточно высоких значений коэффициента корреляции, прогнозирование времени преодоления полосы препятствий в зависимости от удельной массы СИБ является более достоверным.
Анализ полученных данных показывает, что военнослужащие парашютно-десантных подразделений преодолевали полосу препятствий с более высоким темпом. Следовательно, применительно к условиям применения СИБ, показатели военно-профессиональной работоспособности и функциональных возможностей организма десантников были более оптимальными для обеспечения «активной» безопасности при решении специальных задач.
Необходимо отметить, что не только время преодоления полосы препятствий характеризует работоспособность военнослужащих. Не менее важным показателем является способность преодолеть препятствия.
Научный анализ данных показал, что с увеличением массы СИБ наблюдалось уменьшение числа преодолённых препятствий (N, %) (r=-0,41, p 0,05), которое может быть определено по следующей зависимости (рисунок 4.8):
Согласно уравнению регрессии (4.9), военнослужащий с грузом массой в 1 кг сможет преодолеть 96 % препятствий. При массе средств индивидуальной бронезащиты 14,0 кг количество преодолённых препятствий уменьшается до 66 %.
При исследовании зависимости числа преодолённых препятствий от соотношения массы СИБ к массе военнослужащего (r=-0,39, p 0,05) получено следующее уравнение регрессии
Анализ результатов исследований (таблица 4.5) свидетельствует о том, что физические и антропометрические данные военнослужащих парашютно десантных подразделений позволяют более успешно преодолевать препятствия по сравнению с военнослужащими мотострелковых подразделений. Однако даже физически подготовленные военнослужащие не смогли преодолеть ров 2,5 м практически в 8 % случаев. Опрос военнослужащих позволил установить, что причиной невыполнения этого упражнения являлась эмоциональная нагрузка, связанная с возможностью падения в ров из-за чрезмерной массы СИБ. Это обстоятельство диктует необходимость проведения инструктажей по проблеме применения СИБ и корректировке психологического состояния военнослужащих.
Наиболее сложными препятствиями для военнослужащих мотострелковых подразделений были третья ступенька лестницы и двухметровый забор. Для военнослужащих парашютно-десантных подразделений таким препятствием преимущественно являлась только третья ступенька разрушенной лестницы.
Таким образом, следует предположить, что при ведении боя на урбанизированной территории, чрезмерная масса СИБ в определённой степени отразится на времени, качестве и результате выполнения учебно-боевой задачи.
Нами проведён дисперсионный анализ с целью определения средних значений массы средств индивидуальной бронезащиты, при которой реализуется возможность эффективного выполнения упражнения (таблица 4.6).
Данные таблицы 4.6 позволили установить, что масса СИБ (в соответствии со средними значениями), обеспечивает эффективное преодоление препятствий военнослужащими при снижении массы бронезащиты всего на 2-3 кг.
При этом физически подготовленные военнослужащие парашютно-десантных подразделений показали способность преодолевать препятствия с большей массой СИБ.
В результате исследований подтверждено, что увеличение массы средств индивидуальной бронезащиты оказывает существенное влияние на прямые показатели работоспособности при моделировании элементов учебного боя на урбанизированных территориях. Установлено, что с увеличением массы СИБ снижается качество и возможность преодоления препятствий, являющихся характерными для решения учебно-боевых и специальных задач.
Данные однофакторного регрессионного анализа позволяют осуществить объективный прогноз в отношении прямых показателей военно профессиональной работоспособности (время преодоления полосы препятствий) с учётом массогабаритных особенностей СИБ.
Оценка функционального состояния организма и физической работоспособности военнослужащих в условиях субмаксимальных физических нагрузок
Исследование влияния применения СИБ на функциональное состояние организма и работоспособность испытателей-добровольцев проводилось в лабораторных условиях с применением пробы «до отказа».
Её особенностью является то, что испытателю-добровольцу не предоставляется возможность самостоятельно регулировать темп своего движения. Скорость движения задаётся принудительно «бегущей дорожкой» и ступенчато нарастает через каждые 2 минуты.
Исследование проведено при температуре воздуха 18,0-20.1С и его скорости 0.3-0.5 м/с. Бег производился по горизонтально расположенной дорожке (без моделирования подъёма на высоту). Детальное описание методики приведено в подразделе 2 главы настоящего исследования.
Результаты исследований позволили установить, что при ступенчатом увеличении удельной мощности нагрузки до 10,6 Вт/кг (скорости движения до 11 км/ч) все добровольцы выполнили задание вне зависимости от варианта применяемой формы одежды и наличия СИБ (рисунок 5.1).
Увеличение удельной мощности нагрузки до 11,4 Вт/кг (скорости движения 12,5 км/ч) привело к отказу от продолжения тестирования 40% добровольцев в каждой группе. Значимо меньшая доля добровольцев (20%) в бронежилетах, смогла преодолеть нагрузку мощностью 12,6 Вт/кг (скорость 14 км/ч), а нагрузку мощностью 14,1 Вт/кг (скорость 15,5 км/ч) выдержали лишь 30% добровольцев, одетых в спортивную форму одежды.
Основные результаты исследования представлены в таблице 5.2
Установлено, что к моменту завершения тестовой нагрузки у всех испытателей-добровольцев напряжение сердечно-сосудистой и дыхательной системы достигло предельных значений. Частота сердечных сокращений была практически одинаковой и составила189 ± 3 уд/мин. При этом время достижения предельных значений ЧСС сокращалось как в летней форме одежды, та и при наличии бронежилета (рисунок 5.2). Отмечено и существенное увеличение частоты дыхания, особенно при наличии бронежилета в составе экипировки.
В связи с этим, сокращение времени выполнения ступенчато нарастающей физической нагрузки в повседневной одежде и одежде с бронежилетом по сравнению с контролем (в спортивной форме одежды) значимо (р 0,01) повлияло на выполнение удельной работы. Соответствующие средние значения в спортивной, полевой одежде и одежде с БЖ получены равными 184,2±7,2; 159,1±6,5 и 136,6±7,1 Дж/кг (рисунок 5.3).
Анализ зарегистрированных значений концентрации лактата в капиллярной крови, представленных в таблице 5.3, не показал статистически значимых различий в группах наблюдения, как до нагрузки, так и после её окончания (через 3 и 8 мин).
Величина данного показателя до нагрузки у добровольцев в группах подвергавшихся тестированию в спортивной, полевой одежде и одежде с БЖ, составила: 3,2 ± 0,6, 3,7 ± 0,6 и 2,8 ± 0,4 ммоль/л, соответственно. Через 3 мин после выполненной работы отмечено увеличение концентрации лактата по сравнению с исходной до 11,0-11,8 ммоль/л, а через 8 минут его содержание снизилось до 6,3±1,0 - 7,9±1,3 ммоль/л (рисунок 5.4).
Отсутствие статистически значимых различий показателей между группами характеризует идентичный уровень утомления испытателей-добровольцев. При этом, концентрация лактата в крови, как один из маркеров утомления, может быть использована при моделировании дозированной физической нагрузки.
Динамика энерготрат в зависимости от скорости передвижения испытателей-добровольцев представлена в таблице 5.4 и на рисунке 5.5. Установлено, что влияние повседневной одежды на уровень энерготрат по сравнению с контролем (в спортивной форме одежды) практически отсутствовало.
Наиболее значимый прирост энерготрат зафиксирован в условиях использования БЖ при скорости передвижения 11 км/ч. Энерготраты составили 33,0±1,3 ккал/2 мин (p0,05) и были на 11 % выше, чем в одежде без бронежилета.
Таким образом, наличие бронежилета в составе экипировки снижает способность военнослужащего совершать интенсивную и продолжительную мышечную работу, что в условиях ступенчато нарастающей скорости бега приводит к отказу от продолжения исследования.
Таким образом, быстрый бег в бронежилете даже без подъёма на высоту становится невозможным, что связанно с увеличением нагрузки на сердечнососудистую систему и повышением уровня энерготрат. Не подлежит сомнению, что передвижение военнослужащих в бронежилете по пересечённой местности и, особенно в горных условиях, приведет к ещё большему возрастанию физической нагрузки. Во избежание отказа от применения средств индивидуальной бронезащиты необходимо улучшение их эргономических характеристик, снижение массы за счёт использования новых защитных материалов в конструкции изделий, а также повышение физической тренированности и выносливости личного состава. В иных условиях, применение средств индивидуальной бронезащиты, в частности бронежилетов, вследствие ухудшения показателей физической работоспособности ожидаемого эффекта не окажет.