Введение к работе
Актуальность работы. По мнению Всемирной Организации Здравоохранения (WHO, 1997; 2008), шум достоверно влияет на качество жизни и несет реальную угрозу для здоровья человечества. Особую опасность, в силу специфического действия, шум представляет для органа слуха человека. Если человек подвергается воздействию очень громких звуков или шум действует в течение длительного времени, то не исключена угроза повреждения чувствительных сенсорных структур внутреннего уха и развития сенсоневральной потери слуха, связанной с воздействием шума. Возрастные изменения слуха и потеря слуха, связанная с воздействием шума, являются ведущими причинами сенсоневральной тугоухости у значительной части населения в развитых индустриальных странах мира (В.Е. Остапкович, А.В. Брофман, 1982; American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, 2007; Cotanche, 2008; Ohlemiller, 2008).
Технический прогресс сопровождается возникновением новых, ранее неизвестных источников шума, представляющих потенциальную угрозу для слуха человека. Так, освоение человеком космического пространства стимулировало новый аспект исследования влияния шума на слух человека, связанный с использованием автономных систем жизнеобеспечения (СЖО) на орбитальных космических станциях. Продолжительный космический полет на орбитальной станции сопряжен с непрерывным многомесячным воздействием на космонавта шума, генерируемого вентиляторами СЖО и другим бортовым оборудованием, что может оказывать неблагоприятный эффект на слуховую систему космонавта (Е.М. Юганов и соавт., 1966, 1971; Ю.В.Крылов, 1967, 1991; Э.В.Лапаев и соавт., 1983; В.А. Пономаренко, П.В. Васильев, 1994; Р.И. Богатова и соавт., 1998, 2001, 2009; Э.И.Мацнев, 2000, 2001; Э.И.Мацнев, И.Я. Яковлева, Krupina, Matsnev et al., 1969; Homick, 1973; von Gierke et al., 1975; Proehl et al., 1981, 1990; Nefedova, 1990; Matsnev, 1981, 2001; Whilright et al, 1996; Buckey et al., 2001). При этом фактор непрерывности воздействия шума, характерный для космического полета, играет весьма важную роль, поскольку известно, что подобный шум, в силу кумулятивного эффекта, может иметь большие негативные последствия для органа слуха, чем прерывистый шум (Dobie, 1995; Fraenkel et al., 2001; Cotanche, 2008).
В последнее десятилетие наметился значительный прогресс в понимании молекулярно-биологических механизмов, лежащих в основе гибели волосковых клеток улитки при воздействии шума. По современным представлениям, ведущая роль в механизмах развития потери слуха, связанной с шумом, принадлежит молекулярным и биохимическим процессам запуска программируемой клеточной гибели в клетках Кортиева органа (Lim and Melnick, 1971; Yamane et al., 1995; Olhemiller et al., 1999a, 1999b, 2000; McFadden et al., 2001; La Prell et al., 2007; Olhemiller, 2008).
Известно, что чувствительность к повреждающим эффектам шума подвержена значительной индивидуальной вариабельности, поэтому профилактика и защита органа слуха у лиц, с индивидуальной повышенной чувствительностью к воздействию шума, имеет критическую важность (Hotz et al., 1993; Ohlemiller, 2008; Cotanche, 2008).
Внедрение в медицинскую практику новых нейрофизиологических методов исследования слуховой системы: регистрация коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП), различных классов отоакустической эмиссии (ОАЭ), электрокохлеографии (ЭКоГ), позволяет рассчитывать на более эффективное выявление лиц, чувствительных к повреждающему действию шума, по сравнению с традиционной тональной аудиометрией (Г.А. Таварткиладзе, А.В. Круглов, 1995; Le Prell, 2007; Cotanche, 2008).
Настоящая работа посвящена изучению особенностей функционального состояния органа слуха космонавтов после продолжительного воздействия шума в космических полетах, осуществленных на орбитальных станциях (ОС) «Салют -6, 7», «Мир» и МКС, а также ретроспективному анализу непрерывного (в течение 1 года) воздействия шума, генерируемого экспериментальными СЖО в наземных условиях, на слуховую систему человека. Проведена экспериментальная оценка некоторых перспективных средств шумовой отопротекции для возможного использования их в реадаптационном периоде у космонавтов после продолжительных космических полетов, в целях предотвращения перехода временного (обратимого) сдвига порогов слуха в постоянный (необратимый).
Цель исследования: изучить особенности функционального состояния слуховой системы человека при длительном воздействии шума в модельных экспериментах и после продолжительных космических полетов; провести экспериментальную оценку перспективных средств отопротекции, для их использования в реабилитационном периоде у космонавтов и в клинической ЛОР-практике.
Задачи исследования:
-
Провести ретроспективный анализ и изучить отдаленные эффекты непрерывного воздействия шума, генерируемого экспериментальными СЖО в годовом медико-техническом эксперименте на слуховую систему добровольцев.
-
Оценить влияние однократных и многократных продолжительных космических полетов на ОС «Салют-6, 7» и «Мир» на слуховую систему космонавтов после полета и в отдаленном периоде.
-
Исследовать влияние продолжительных пилотируемых полетов на слуховую систему космонавтов МКС.
-
Выполнить экспериментальные исследования по оценке эффективности перспективных средств шумовой отопротекции и подготовить рекомендации по их использованию в реабилитационном послеполетном периоде и в клинической практике.
Научная новизна и теоретическая значимость.
Исследования функционального состояния слуховой системы космонавтов после воздействия шума в длительном космическом полете и разработка эффективных средств шумовой отопротекции открывают новое научное направление, имеющее важное теоретическое и практическое значение для проблемы медицинского обеспечения пилотируемых космических полетов и для клинической практики.
Впервые показано, что непрерывная (в течение 1 года) экспозиция шума, генерируемого экспериментальными СЖО, оказывает неблагоприятное воздействие на орган слуха здоровых добровольцев с повышенной чувствительностью к воздействию шума, что проявляется формированием постоянного (необратимого) сдвига порогов слуха после завершения эксперимента и развитием сенсоневральной тугоухости с нарушением разборчивости речи в отдаленном периоде наблюдения, на фоне возрастных изменений слуха. Возможность динамической оценки функционального состояния слуховой системы добровольцев при годовой экспозиции шума позволила изучить механизмы формирования изменений в слуховой системе отдельно у каждого обследуемого после завершения эксперимента и в отдаленном периоде наблюдения. Исследования показали фундаментальную важность индивидуальной повышенной чувствительности слуховой системы человека к воздействию шума как ведущего фактора, предрасполагающего к поражению улитки.
Впервые показано, что из 30 космонавтов, совершивших продолжительные полеты на ОС «Салют-6, 7» и «МИР», у 23, 3% был выявлен постоянный (необратимый) сдвиг порогов слуха в послеполетном периоде, свидетельствующий о возможных морфофункциональных изменениях в улитке, обусловливающих развитие сенсоневральной потери слуха в отдаленном периоде (через 6 - 27 лет после последнего полета). У 13,3% космонавтов отмечена высокая резистентность к воздействию шума, даже в полетах рекордной продолжительности, с сохранением функции слуха в отдаленном периоде наблюдения.
Впервые показано, что из 25 космонавтов, совершивших длительные полеты на МКС, у 76% был отмечен временный высокочастотный сдвиг порогов слуха. Постоянный (необратимый) сдвиг слуховых порогов отмечен у 8 из 11 космонавтов, прошедших повторное обследование на 14 сутки послеполетного периода. У 24% космонавтов послеполетные пороги слуха соответствовали дополетным.
Впервые установлено, что космонавты с исходными (дополетными) изменениями слуха имеют более высокий риск дальнейшего увеличения порогов слуха в высокочастотном диапазоне, после совершения длительного космического полета.
Впервые показано, что развитие постоянного (необратимого) сдвига порогов слуха у космонавта после длительного космического полета, является неблагоприятным прогностическим признаком возможного развития в отдаленном периоде наблюдения сенсоневральной потери слуха различной степени выраженности.
Впервые, у отдельных космонавтов МКС, с временным послеполетным сдвигом порогов слуха, был использован комплекс лекарственных препаратов, позволивший предотвратить переход временного сдвига порогов слуха в постоянный (необратимый) сдвиг порогов.
Впервые экспериментально подтверждена отопротективная эффективность методов дыхания кислородно-азотно-аргоновой газовой смесью (КААрГС) и приема гистаминергического препарата бетагистина дигидрохлорида при воздействии шума.
Впервые экспериментально обосновано использование метода дыхания КААрГС для эффективного лечения больных с болезнью Меньера (БМ).
Практическая значимость работы.
Обоснована необходимость совершенствования методов оценки слуховой функции космонавтов в целях выявления индивидуальной повышенной чувствительности (или резистентности) органа слуха к воздействию шума на этапах отбора и подготовки к полету. Получение этих данных имеет практическую важность для прогнозирования неблагоприятных изменений слуха в длительных космических экспедициях.
Показана практическая важность использования современных нейрофизиологических технологий исследования слуховой системы (различных классов ОАЭ, КСВП) на этапе отбора и подготовки космонавтов к полету.
Выявление постоянного сдвига порогов слуха после первого длительного полета на ОС является прогностически неблагоприятным фактором, что диктует необходимость индивидуального подхода к допуску космонавтов к повторным полетам, с учетом возможного прогрессирования потери слуха.
Индивидуального подхода при допуске в длительный космический полет требуют лица, у которых при первичном медицинском отборе выявляется высокочастотная потеря слуха. Продолжительный полет у таких космонавтов не исключает возможности нарастающего прогрессирования потери слуха после полета и в отдаленном периоде наблюдения.
Проведение лечебных мероприятий у лиц с временным сдвигом порогов слуха необходимо начинать с первых дней периода послеполетной реабилитации, т.к. время между переходом временного (обратимого) сдвига порогов слуха в постоянный (необратимый) составляет от 2 до 7 суток.
Экспериментально подтвержден достоверный отопротективный эффект дыхания КААрГС и приема гистаминергического препарата бетагистина дигидрохлорида при экспозиции шума, что позволило рекомендовать их применение в общем комплексе послеполетных лечебно-профилактических мероприятий и в клинической практике.
Использование метода дыхания КААрГС для лечения больных с БМ обеспечило достоверный терапевтический эффект у 25 больных с БМ. При наблюдении, сроком до 12 месяцев, после проведенного курсового лечения отмечено уменьшение (или прекращение) приступов головокружения, достоверное улучшение функционального состояния слуховой
системы и нормализация внутрилабиринтного давления (по данным ЭКоГ), что открывает перспективу использования этой новой терапевтической стратегии в лечении больных с БМ.
Внедрение результатов работы.
На основе собственных экспериментальных данных и современных представлений о молекулярно-биологических механизмах потери слуха, вызванной шумом, разработаны практические рекомендации по использованию лечебно-профилактических средств для предотвращения перехода временного сдвига порогов слуха в постоянный после экспозиции шума у космонавтов в послеполетном периоде. Рекомендации реализованы в практике послеполетной реабилитации космонавтов на базе ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина (Акт о внедрении от 17.06.2010г.).
На способ отопротекции при воздействии шума было получено два патента на изобретение:
Патент на изобретение № 2390358 «Способ проведения спасательных мероприятий». Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 мая 2010 г.
Патент на изобретение №2376041 «Способ отопротекции при воздействии шума на организм человека». Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20 декабря 2009 г.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Длительная экспозиция шума на борту орбитальной станции оказывает неблагоприятное влияние на орган слуха космонавтов с индивидуальной повышенной чувствительностью к воздействию шума в виде временного (обратимого) или постоянного (необратимого) повышения порогов слуха (преимущественно в высокочастотном диапазоне аудиограммы) в послеполетном периоде. У космонавтов с наличием изменений слуха после первого космического полета, участие в повторных полетах может приводить к дальнейшему повышению порогов, с развитием сенсоневральной потери слуха в отдаленном периоде наблюдения. Выявление космонавтов, обладающих индивидуальной повышенной чувствительностью (или резистентностью) к воздействию шума, имеет критическую важность при отборе кандидатов в продолжительные космические экспедиции.
2. В целях предотвращения перехода временного повышения порогов слуха в постоянный (необратимый) сдвиг порогов, лечебно-реабилитационные мероприятия у космонавтов необходимо проводить с первых дней послеполетного периода.
3. Разработан новый метод отопротекции основанный на использовании дыхания КААрГС, обладающей антигипоксическим, антиоксидантным и нейропротективным действием, что открывает перспективу новой терапевтической стратегии в клинической практике и в шумовой профпатологии. Экспериментально подтвержден отопротективный эффект приема гистаминергического препарата (бетагистина дигидрохлорида), способного защитить внутреннее ухо от негативных эффектов шума. Предложенные методы отопротекции рекомендованы для использования в общем комплексе лечебно-профилактических мероприятий у космонавтов в послеполетным периоде и в клинической ЛОР-практике.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: III международном симпозиуме «Современные проблемы физиологии и патологии слуха» (Москва,1998); Научно-практической конференции «Современные методы дифференциальной и топической диагностики и нарушений слуха» (Суздаль, 1999;2001); 21st Annual International Gravitational Physiology Meeting (Nagoya, Japan, 2000); 52nd International Astronautic Congress (Toulouse, France, 2001); Междисциплинарном интерактивном семинаре “Solvay Pharma” «Избранные вопросы отоневрологии» (Москва, 2001); Всероссийской научно-практической конференции и Пленуме Правления Российского общества оториноларингологов (Самара, 2003); Конференции «Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям» (Москва, 2003); I Национальном конгрессе аудиологов и 5 Международном симпозиуме «Современные проблемы физиологии и патологии слуха» (Суздаль, 2004); XIII научной конференции «Космическая биология и авиакосмическая медицина» (Москва, 2006); XXXV - XLIV Научных чтениях «Развитие идей К.Э. Циолковского: исследование научного наследия» (Калуга, 2000 – 2009гг.); Семинаре неврологов и отоневрологов г. Москвы «Отолитовые дисфункции в отоневрологической практике ( Москва, 2006); 7th Symposium on the Role of the Vestibular Organs in Space Exploration, European Space Research and Technology Centre (ESTEC), Noordwijk, The Netherlands, 2006; 2 Национальном конгрессе аудиологов и 6-ом Международном симпозиуме «Современные проблемы физиологии и патологии слуха» (Суздаль, 2007); VI научно-практической конференции «Фармакологические и физические методы лечения в оториноларингологии» (Москва, 2008); 2-ом Международном Симпозиуме Политцеровского общества (Biarritz, Франция,2008); Международной конференции «Системы жизнеобеспечения, как средство освоения человеком дальнего космоса» (Москва, 2008); VII Российской ежегодной конференции оториноларингологов «Наука и практика в оториноларингологии» (Москва, 2008); 5-ой Всероссийской конференции-школе по физиологии слуха и речи, (Санкт-Петербург, 2008); 3 Национальном конгрессе аудиологов и 7-ом Международном симпозиуме «Современные проблемы физиологии и патологии слуха» (Суздаль, 2009); 17th International Astronautic Association (IAA) “Humans in Space Symposium”, (Moscow, 2009); Симпозиуме «Человеческий фактор в авиации и вопросы медико-психологического обеспечения безопасности полетов СНГ» (в рамках Международного авиакосмического салона, Москва, 2009).
Апробация диссертационной работы проведена на секции «Космическая медицина» Ученого совета ГНЦ РФ-ИМБП РАН, протокол N 2 от 25.05. 2010 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 36 печатные работы, из них – 11 в изданиях, рецензируемых ВАК России.
Структура и объем диссертации.
Работа изложена на 246 страницах компьютерного текста, содержит 17 таблиц и 80 рисунков, состоит из введения, обзора литературы, главы с изложением общей структуры и методов исследований, результатов собственных исследований и обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, приложения, указателя использованной литературы, включающего 260 источник (отечественных – 56, иностранных - 204).
