автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Физиолого-гигиеническая оценка спальных мешков как вида снаряжения специального защитно-спасательного назначения

На правах рукописи

ГАЙВОРОНСКАЯ Виктория Витальевна

ФИЗИОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СПАЛЬНЫХ МЕШКОВ КАК ВИДА СНАРЯЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО ЗАЩИТНО-СПАСАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

05.26.02 - безопасность в чрезвычайных ситуациях

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Санкт-Петербург 2005 г.

Работа выполнена в Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова и в Федеральном государственном учреждении здравоохранения «Всероссийский Центр экстренной и радиационной медицины» МЧС России

Научный руководитель:

доктор медицинских наук профессор член-корресповдент РАМН НИКИФОРОВ Алексей Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук профессор МЕДВЕДЕВ Леонид Григорьевич

доктор медицинских наук профессор ГОРАНЧУК Валерий Владимирович

Ведущая организация: 40-й Государственный научно-исследовательский институт аварийно-спасательного дела, водолазных и глубоководных работ.

ЙО

«Р^2*- » декабря 2005 г. в « >

Защита диссертации состоится » декабря 2005 г. в «'"" » часов на заседании диссертационного совета Д 2005.001.01 при Федеральном государственном учреждении здравоохранения «Всероссийский Центр

экстренной и радиационной медицины» МЧС России (194044, Санкт-Петербург, ул. Лебедева, 4/2)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного учреждения здравоохранения «Всероссийский Центр

экстренной и радиационной медицины» МЧС России (194044, Санкт-Петербург, ул. Лебедева, 4/2)

Автореферат разослан«*^» ^^ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат медицинских наук ' Алексанин С.С.

12&М9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время в составе индивидуальной экипировки военнослужащих Российской армии (СВ, ВДВ), МЧС и частей специального назначения предусмотрено использование штатных спальных мешков (СПМ) в качестве элемента экипировки.

Существующая экипировка (вещевое имущество) отечественного производства не полностью соответствует требованиям, отражающим современные взгляды на выполнение боевых и специальных задач. Необходимость исследований в области разработки эффективных мер профилактики холодовых поражений определяется высокой летальностью при общем глубоком переохлаждении (до 55 %), резким снижением или потерей работоспособности, развитием ряда заболеваний (Чудаков А.Ю. и соавт., 1999). Однако на сегодняшний день не до конца исследованными и систематизированными остаются вопросы адекватного соответствия тактико-технических, физиолого-гигиепических и конструктивных характеристик спальных мешков (масса СПМ, рациональная конструкция, выбор материала для утеплителя, материалов для наружной поверхности мешка, количество слоев утеплителя и его распределение в спальном мешке) их фактическим теплоизоляционным свойствам и температурным диапазонам применения. Несмотря на большой интерес, проявляемый в последнее время к изучению способов профилактики воздействия экстремальных факторов, вопрос защиты личного состава от холода остается окончательно не решенным (Нечаев Э.А., Фаршатов М.Н., 1994; Чудаков А.Ю. 2000)

Поэтому одной из главных задач Федеральной целевой программы на период до 2015 года является разработка и внедрение перспективных образцов экипировки и специального снаряжения для военнослужащих силовых структур России, обеспечивающих максимальную эффективность выполнения поставленных задач в широком диапазоне климато-географических условий. Это требование является исключительно важным для сохранения национальной безопасности России и обеспечения оптимального технического уровня отечественной экипировки (Шойгу С.К. и соавт., 1997).

Несмотря на то что приведенный литературный обзор показал изучение рядом авторов вопросов применения теплой одежды и профессиональной экипировки с теплозащитными свойствами в условиях возможного переохлаждения, слабо раскрыто влияние конкретно спальных мешков на тепловое состояние организма. Нам не удалось найти систематизированный перечень видов и типов спальных мешков. Недостаточно раскрыты и теплоизолирующие свойства СПМ в зависимости от теплозащитных свойств утеплителей, его массы и конструкции мешка. Мало внимания уделено вопросам повышения эффективности теплозащитных свойств спальных мешков за счет исследования новых материалов. Исследованию этих вопросов посвящена наша работа.

Таким образом, в доступной нам литературе, имеется недостаточно информации о применении профессиональной экипировки (СПМ) с теплозащитными свойствами в условиях повышенной теплоотдачи, слабо изучено влияние отечественных штатных СПМ на тепловое состояние организма.

Поэтому фязволого-гягиеннческие исследования спальных мешков как вида защитно-спасательного снаряжения для научного обоснования их использования являются важной и актуальной задачей для повышения безопасности человека в чрезвычайных ситуациях.

Цель исследования - ' разработка методики комплексной физиолого-гигиенической оценки спальных мешков как вида снаряжения и сравнительная оценка теплозащитных свойств существующих образцов спальных мешков.

Задачи исследования:

- разработать и апробировать методику комплр!Ш5й—финиши« гщцецической оценки спальных мешков как вида снаряжения; НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА

(Ул/•

99 ШРшшУОЬ

- провести сравнительную оценку теплозащитных свойств существующих отечественных образцов спальных мешков, оценив влияние на эти свойства конструкции (раскроя), материала и массы утеплителя, а также свойств штатной экипировки личного состава СВ ВС РФ и МЧС;

- исследовать динамику функционального состояния человека во время сна в спальных мешках при минимально-допустимых .температурах;

- разработать оптимальные и минимально допустимые нормативы температурного режима для сна военнослужащих СВ ВС РФ в течение 6-8 ч в спальных мешках в зависимости от комбинации с различным табельным обмундированием;

- на основе проведенной работы обосновать ведущие критерии для практического выбора оптимальных моделей спальных мешков.

Научная новизна и теоретическая значимость работы.

Впервые обоснованы с использованием многокритериальной оценки и иерархического анализа требования к характеристикам качества испытываемых образцов спальных мешков. Выявлены закономерности теплоотдачи в исследованных образцах изделий. Разработана иерархическая модель характеристик качества образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения для оценки и выбора снаряжения, обеспечивающего поддержание теплового баланса человека в экстремальных условиях.

Впервые определено, что наибольшей эффективной теплоизоляцией обладают СПМ с утеплителями, изготовленными из теплина, синтепона, шерстяного ватина, нетканого полотна, пенополипропилена. Наименьшей эффективностью теплоизоляции обладают СПМ, в которых теплоизолирующий слой изготовлен из ваты, хлопчато-бумажного ватина, верблюжьей шерсти.

Предложена система элементов качества образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения, включающая группы показателей теплозащитных, эксплута-ционных, эргономических, функциональных и экономических свойств снаряжения.

Разработана основанная на принципах построения множества неденоминируемых альтернатив методика определения совокупности эффективных образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения. Выявлена основанная на иерархическом структурировании системы показателей качества образцов снаряжения методика многокритериального оценивания и выбора эффективных образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения (СПМ).

Практическая значимость работы.

1. Обоснованы режимы использования СПМ с учетом температуры окружающей среды и комплекта обмундирования. Так, зоны оптимальных и минимально допустимых температур в спальных мешках массой от 2,6 кг до 3,3 кг с утеплителем их нетканого волокна в комбинации с ЛФО и ЗФО табельного обмундирования в зависимости от скорости движения воздуха (0-0,1-0,5 м/с) составили соответственно:

- в летней форме одевды (теплоизоляция которой 0,11-0,13 С«м2/Вт) - от +2,8 °С до -2,8 °С и от -5 °С до -11,7 °С;

- в зимней форме одежды (шинель + теплое белье + ЛФО с общей теплоизоляцией 0,22-0,25 С-м2/Вт) - от -4 "С до -9 °С и от -13,2 °С до -19,9 °С ;

- в зимней форме одежды нового образца «Бармица» (бушлат и брюки ватные + теплое белье + ЛФО с общей теплоизоляцией 0,43 °С«м /Вт) - от -12,4 °С до 17,8 "С и от -23,6 "С до -30,6 °С.

2. Полученные результаты, позволяют прогнозировать, какие комплекты одежды необходимо использовать в зависимости от метеорологических условий при ночлеге в СПМ на открытой местности.

Установлено, что оптимальные температуры воздуха для четырехчасового сна в спальных рассматриваемых мешках составили от -1,4±0,1 °С до -7,6±0,1 °С, минимально допустимые от -8,7±0,1 °С до -16,3±0,1 °С.

3. Разработанная и апробированная в работе комплексная методика физиолого-гигиенической оценки спальных мешков как вида снаряжения может быть рекомендована для оптимизации практической работы профильных учреждений, занимающихся разработкой и оценкой эффективности СПМ.

Положения, выносимые на защиту.

1 Разработанный метод комплексной физиолого-гигиенической оценки спальных мешков как вида снаряжения с последующим иерархическим структурированием системы показателей качества образцов снаряжения и многокритериальной оценкой и выбором наиболее эффективных образцов позволяет не только объективно оценивать свойства СПМ и снаряжения, но и определять оптимальные режимы их использования.

2. Выбор оптимальных моделей СПМ и снаряжения может быть осуществлен только по результатам комплексного анализа теплозащитных, конструктивных, эргономических, эксплуатационно-функциональных и экономических свойств изделия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всеармейской научно-практической конференции 25-26 октября 2001 г., на V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности» (2002 г.), на научных совещаниях кафедры судебной медицины и НИЛ-7 ВМедА. Результаты исследований использованы в рамках комплексной программы создания базовых комплектов экипировки для военнослужащих СВ, ВДВ и частей специального назначения при выполнении НИР «Пермячка» и «Бармица» (инв.№ 1014, 347; 1999). По теме работы опубликовано 14 печатных работ.

Структура работы. Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 15 таблиц и 35 рисунков. Состоит из введения, пяти глав (обзора литературы, описание методик исследования, результаты исследований и их обсуждение, заключение), выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 110 источников (из них 81 отечественный и 39 иностранных) и приложения (2 таблицы).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ЕЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Материалы и методы исследования

Для решения поставленной цели и задач исследования вся работа была организована в следующую структурно-логическую схему.

1. Физиоло1 о-гигиенические исследования теплового обмена организма при использовании СПМ.

2. Определение наиболее значимых признаков нарушения теплового гомеостаза при использовании СПМ.

3. Обоснование наиболее эффективных путей оптимизации теплового обмена у испытуемых в данных условиях.

4. Поиск способов оптимизации теплового обмена у испытателей при использовании стандартных СПМ.

5. Исследование эффективности предлагаемых способов оптимизации теплового обмена при использовании различных СПМ.

6. Разработка алгоритма и качественно-количественных критериев оценки и выбора оптимальной модели СПМ для конкретных условий среды и условий трудовой деятельности.

Раскрытие цели и задач согласно вышеуказанной структурно-логической схемы было организовано в пять серий экспериментов. Общая характеристика магериала представлена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика материала исследований

№ серии иссл Направление исследований КОЛИЧ. вариантов СПМ Колич. обследуемых людей в серии Число подгрупп исследований в серии Общее колич. человеке -исслед.

I ФГ оценка СПМ в зависимости от массы и теплозащитных свойств утеплителя 7 7 1 64

II ФГ оценка СПМ в зависимости от материала и количества слоев утеплителя 6 6 1 (ЛФО) 38

2 (ЗФО)

III ФГ оценка СПМ в зависимости от комбинаций с различным табельным обмундированием 4 6 1 (ЛФО) 39

2 (ЗФО)

IV ФГ оценка СПМ в зависимости от конструкции 4 5 I -30 град. 20

2 -20 град.

3 -10 град

4 -2 град

V ФГ оценка СПМ в зависимости от страны производителя 2 10 1 США 8

2 Россия

ИТОГО: 23 34 11 169

Методическая база работы прежде всего опиралась на экспериментальную ее часть, которая была проведена в климатической камере фирмы «Табай» (Япония), площадью 10 м2 и общим объемом 18 м3, в которой автоматически поддерживались заданные параметры микроклимата и газового состава воздуха.

Физиологические показатели (температура тела и поверхности кожи, состояние сердечно-сосудистой системы, органов дыхания) регистрировались автоматически и дистанционно. Телевизионная и переговорная системы позволяли вести наблюдения за состоянием и поведением испытателей в климатической камере, проводить опрос о самочувствии и управлять исследованиями с пульта экспериментатора

Исследования проводили на практически здоровых испытуемых-добровольцах в возраст 18-20 лет. В зависимости от серии исследований испытуемые одевались либо в табельное летнее армейское обмундирование (х/б нижнее белье, х/б гимнастерка и шаровары, шерстяные носки), либо в комплект (ЛФО) летний полевой формы одежды («Бармица») нового образца (куртка и брюки, белье нательное х/б, кепка, носки х/б), либо в комплект (ЗФО) зимний полевой (надетый поверх комплекта летнего полевого) формы одежды нового образца (бушлат и брюки х/б утепленные, белье нательное теплое трикотажное, шапка-ушанка, носки шерстяные, рукавицы двупалые).

Перед исследованиями на теле испытуемых укреплялись комплекты датчиков для дистанционной регистрации температуры тела, кожи, теплообмена, дыхания и пульса.

Испытуемые одевались в указанное обмундирование и укладывались в один из исследуемых спальных мешков на деревянном настиле на полу климатической камеры, в которой к началу эксперимента устанавливался заданный микроклимат. Исследование прово-

дилось в ночное время. Продолжительность пребывания испытуемых в СПМ в каждом исследовании составляла в среднем от 4 до 6-8 ч.

Показатели микроклимата в камере «Табай» определялись значениями температуры воздуха по сухому и влажному термометрам аспирационного психрометра Ассмана, шарового термометра Вернона, подвижности воздуха по показателям термоанемометра. Перечисленные показатели использовались при расчете абсолютной и относительной влажности воздуха и средней радиационной температуры ( Методы оценки обитаемости ... , 1977; Новожилов Г.Н., Ломов О.П., 1987).

Тепловое состояние организма определялось по следующим показателям состояния терморегуляции: теплоощущеиие (общее), температура тела (ректальная, подъязычная, ак-силярная, аурикулярная), температура кожи в репрезентативных точках (Загрядский В П , 1968). Рассчитывались средневзвешенная температура кожи (Тсвк) и средневзвешенная плотность теплового потока (Нсв[„). Ощущение теплового дискомфорта возникают в основном за счет стимулирования тепловых рецепторов кожи, хотя степень дискомфорта зависит от температуры тела (Allnutt М F , Allan J R, 1973). Теплоощущение является адекватной субъективной оценкой уровня тепловой нагрузки на организм (Сапов И.А., 1976). Общее теплоощущение оценивалось по следующей шкале: -3 балла - «очень холодно»; -2 балла -«холодно»; -1 балл - «прохладно»; 0 баллов - «комфорт»; +1 балл - тепло; +2 балла - жарко; +3 балла - очень жарко. Знак «-» означает степень охлаждения организма

Температура тела является объективным показателем теплового состояния организма, при этом наиболее точно отражает температуру «сердцевины» тела ректальная температура (Тр). Температура «ядра» тела человека в климатической камере «Табай» измерялась в прямой кишке специальным дистанционным ректальным электротермометром фирмы «Эл-лаб» (Дания). Погрешность измерения составляла +0,05 "С. Датчик погружался в прямую кишку на 15 см и находился в ней на протяжении всего эксперимента (Методы оценки обитаемости ..., 1977).

Температура кожи на избранных участках тела (Тк) измерялась с помощью пятиточечного термисторною электротермометра КЭТ-68 (Щедрин А.К., 1970). Чувствительным элементом датчика элекгротермометра служит микротермистор типа МТ-54 М, фиксированный без защитного стеклянного покрытия в центре гибкой плексигласовой пластинки 20X10 мм Отходящие от микротермистора провода припаиваются к отводящим проводам, идущим к разъему и вместе с ним фиксирующимся на плексшласовой пластинке тонкой медной проволокой.

Температура поверхности кожи измеряемого участка по соответствующей величине электрического сопротивления датчика определялась по тарировочным таблицам.

В наших исследованиях температура кожи измерялась на лбу, груди, бедре, голени, стопе и кисти. Средневзвешенная температура кожи (ТСВк) рассчитывалась по формуле:

Тсвк = 0,07ГЛ + 0,5 Гф + 0,187б + 0,13ГГ + 0,05 Г„ + 0,07ГСТ,

где Гл - температура кожи лба (°С); Тг - температура кожи голени (°С);

Г,р - температура кожи груди (°С); Гк - температура кожи кисти (°С);

Т6 - температура кожи бедра (°С); Т„ температура кожи стопы (°С);

Теплопродукция определялась методом газообмена с помощью газоанализатора ПГА-КМ.

На основе полученных данных проводился расчет средневзвешенной температуры тела (Тал) и изменение теплосодержания организма (AQ).

Средневзвешенная температура тела (Тсап) рассчитывалась по формуле:

Тскгт- а Гр + р (°С),

где Tsт - средневзвешенная температура тела, "С; Tf - ректальная температура, "С; Тцт - средневзвешенная температура кожи, °С; а, |3 - коэффициенты взвешивания (долевое участие оболочки и сердцевины тела в теплообмене и поддержании теплового баланса).

Изменение теплосодержания (AQ) рассчитывалось по формуле:

AQ = 0,83 Р Д Гсет1„ ккал/(м2»час)

где ДQ - изменение теплосодержания, ккал/м2*час; Р - масса тела человека, кг; ДТ^ - изменение средней температуры тела за эксперимент,°С; 0,83 - коэффициент теплоемкости тканей человека, ккал/кг«°С.

Плотность теплового потока (Я-m) измерялась биотепломером БТ-3 конструкции С.М. Заржевского, усовершенствованным А.К. Щедриным (1970). Датчики биотепломера размещались на теле в 11 стандартных точках: на лбу, груди, лопатке, животе, пояснице, ягодице, бедре, голени, стопе, плече и кисти.

Средневзвешенная плотность теплового потока (ЯСВТТ1), оптимальные зоны температур (Гонт), минимально допустимая температура воздуха (Гит), теплоизоляция СПМ (J„) в том числе и эффективная теплоизоляция, рассчитывались по специальным формулам.

Измерение метеорологических факторов окружающей среды проводилось всегда в зоне исследований. На площадке устанавливалась металлическая стойка-крестовина, на которой подвешивались на высоте 1,5 м от поверхности пола или почвы приборы для измерения 1емпературы и влажности воздуха, радиационной температуры и скорости движения воздуха (Методы оценки обитаемости ... , 1977). Измерение метеорологических факторов проводилось в начале, по окончании и через каждые 30 мин в ходе экспериментальных работ. Оценивались температура и влажность воздуха, скорость движения воздуха в тепловых камерах. Все перечисленные измерения микроклиматических факторов окружающей среды проводились синхронно с измерениями термофизиологических показателей. Для характеристики общего теплового эффекта совместного действия на организм микроклиматических факторов рассчитывался индекс WBGT ( Методы оценки обитаемости ..., 1977).

Состояние сердечно-сосудистой системы и органов дыхания регистрировали автоматически и дистанционно. В отдельных случаях частота сердечных сокращений (ЧСС) у испытателей измерялась, пальпаторно на лучевой артерии в течение 30 сек, с последующим перерасчетом за одну минуту ЧСС измерялась перед началом эксперимента, в динамике через каждые 20 мин исследований, а также по завершению эксперимента.

Все исследования спальных мешков проводились в соответствии с «Методическими указаниями по организации и проведению войсковых медицинских испытаний образцов военной одежды» (1990).

Общий объем исследований с участием испытателей-добровольцев составил 169 человеко-наблюдений.

Для определения физиолого-гигиенических, теплозащитных, эксплуатационных и эргономических характеристик специального снаряжения использовались физиологические и другие методики проанализированные математико-статистическими методиками описательной статистики (Ван дер Варден Б.Л., 1960; Афифи А., Эйзен С., 1982.).

Получаемые данные обрабатывались в среде Microsoft Excel 97, а также с помощью специализированного пакета для статистически о анализа данных Statistica for Windows 5.0. Применение статистических методов сопровождалось анализом статистической значимости получаемых результатов в соответствии со стандартными процедурами статистики.

Для определения требований к специальному снаряжению и для выбора конкретных образцов были последовательно применены иаретовский анализ альтернатив (Емельянов C.B., Ларичев О.И., 1985; Кини Р.Л., Райфа X., 1981), позволивший исключить из дальнейшего рассмотрения заведомо малоэффективные образцы снаряжения, и метод иерархического анализа альтернатив (Саати Т., Керне К., 1991), обеспечивший обоснованный выбор компромиссных вариантов снаряжения.

Паретовский анализ альтернатив основан на понятии доминирования, имеющем простой содержательный смысл. Окончательный выбор осуществлялся из множества недоминируемых альтернатив, которое также называется множеством Парето или множеством компромисса.

Паретовский анализ образцов спальных мешков был осуществлен с учетом наиболее важных показателей качества, характеризующих теплозащитные и эксплуатационные свойства образцов.

Для выбора из множества компромиссных вариантов снаряжения оптимального образца был применен метод многокритериального оценивания на основе анализа иерархий (Саати Т., Керне К., 1991). Этот метод успешно используется для решения многих практических задач, особенно в тех случаях, когда аналитические методы оказываются мало эффективными.

Результаты исследования.

I. Экспериментально-теоретическое изучение теплоизолирующих свойств спальных мешков

Результаты фиэиолого-гигиенической оценки опытных и серийных образцов

спальных мешков в зависимости от их массы и теплоизолирующих свойств

Результаты определения тепловой изоляции спальных мешков первой серии исследований показали, что исследуемые образцы спальных мешков по теплоизолирующей способности существенно отличаются друг от друга. В порядке увеличения их теплоизоляции они располагаются в следующем ряду:

1) СПМ № б (с утеплителем из шерстяного ватина) - масса 3,3±0,1 кг - 568±3 мил-ливест = 0,568±0,01 °С «м^ч/ккал;

2) СПМ № 5 (с утеплителем из синтепона) - масса 2,8±0,1 кг - 617±3 милливест = 0,617±0,01 °С'м2»ч/ккал;

3) СПМ № 1 (ватный мешок) - масса 6,2±0,1 кг - 791±3 милливест = 0,791*0,01 °С,м2,ч/ккал;

4) СПМ № 7 (с утеплителем из х/б ватина) - масса 5,55±0,1 кг - 800±3 милливест = 0,8±0,01 С*м2 «ч/ккал;

5) СПМ № 4 (с утеплителем из синтепона - опытный) - масса 4,35±0,1 кг - 803±3 милливест = 0,803±00,1 °С-м2 «ч/ккал;

6) СПМ № 2 (с утеплителем из верблюжьей шерсти) - масса 7,06±0,1 кг - 849±3 милливест = 0,849±0,01 °С-м2 »ч/ккал;

7) СПМ № 3 (с утеплителем из синтепона - серийный) - масса 4,75±0,1 кг - 954±3 милливест = 0,954±0,01 °С«м2 «ч/ккал.

На теплоизоляцию СПМ влияют их масса и материал утеплителей. Результаты экспериментальной сравнительной оценки спальных мешков по массе и теплоизолирующим свойствам представлены на рис. 1

1200--;--г--

• В I

i I ¡ N»3

S —3000-и---

j r ^ №1 №7 ♦ №4 i 800 - *----»-- - ♦

1 -600 -----

■

I —400----

8 x

в —200----------

Б

a t-

-0---

8 7 6 6 4 3 2 1

Масса СМП, кг

Рис. 1 Результаты экспериментальной физиолого-гигиенической оценки опытных и серийных спальных мешков по массе и теплоизолирующим свойствам р<0.001

На рисунке представлен обратный порядок значений массы спальных мешков по оси абсцисс (от 8 кг до 1 кг). Такой прием значительно упрощает процедуру выбора парето-оптимальных образцов одновременно по двум критериям: как можно меньшая масса и как можно большая теплоизоляция.

Наименьшей теплоизоляцией обладают образцы облегченных спальных мешков СПМ № б с утеплителем из шерстяного ватина массой 3,3±0,1 кг и СПМ № 5 с утеплителем из синтепона массой 2,8±0,1 кг. Наибольшей теплоизоляцией обладает серийный СПМ № 3 с утеплителем из синтепона массой 4,75±0,1 кг.

Оптимальными по двум избранным критериям (масса и теплоизоляция) помимо СПМ № 3 являются также образцы спальных мешков № 4 и № 5. Образцы № 3 и № 4 характеризуются достаточно близкими значениями массы и теплоизоляции, поэтому выбор наиболее предпочтительного варианта из этих двух должен осуществляться с использованием дополнительных критериев.

Спальный мешок № 5 с утеплителем из однослойного синтепона является самым легким из всех образцов. При этом его теплоизоляционпые характеристики выше, чем. например, у СПМ № 6 с близким значением массы. Поэтому вариант СПМ № 5 может рассматриваться как возможный вариант облегченного снаряжения для соответствующих погодных условий.

Еше одной характеристикой специального снаряжения является его эффективная теплоизоляция. Под эффективной теплоизоляцией специального снаряжения (в данном случае - СПМ) понимают отношение величины его теплоизоляции к массе. Данные измерения эффективной теплоизоляции спальных мешков представлены в табл. 2.

Видно, что исследуемые спальные мешки существенно различаются между собой также и по эффективности теплоизоляции. Наименьшей эффективностью теплоизоляции обладают мешки из верблюжьей шерсти, ваты и х/б ватина - 120±3,128±3 и 144±3 чилли-вест/кг соответственно (0,120, 0,128 и 0,144 °С-м2-час/ккал).

Наибольшей эффективной теплоизоляцией - 172±3 милливест/кг - обладает спальный мешок с утеплителем из шерстяного ватина и наибольшей эффективной теплоизоляцией обладают мешки с утеплителем из синтепона - 185±3, 200±3 и 220±3 милливест/кг (0,185; 0,200 и 0,220 °С*м2«час/ккал).

N>6 — ♦

N>5

Таблица 2

Показатели эффективности теплоизоляции спальных мешков

Наименование СПМ №Г СПМ №2 СПМ №7 СПМ №6 СПМ №4 СПМ №3 СПМ №5

Эффективность теплоизоляции, мвест/кг 128 120 144 172 185 200 220

Эффективность теплоизоляции, % к эффективности теплоизоляции ватного мешка 100 94 112 134 144 156 172

На рис. 2 представлена сравнительная характеристика исследуемых образцов снаряжения спасателей с учетом следующих основных характеристик: массы образца, диапазона оптимальных и минимально допустимой дня использования спального мешка температур воздуха.

Площади столбцов на диаграмме пропорциональны массе спальных мешков, значение массы указано в верхней части столбца. Диапазон оптимальных температур обозначен вертикальным отрезком.

Минимально допустимая температура воздуха отмечена треугольником.

Рис 2. Результаты экспериментальной физиолого-гигиенической оценки опытных и серийных спальных мешков по массе (столбцы на диаграмме) и диапазону оптимальных и экстремальных температур воздуха (/К0.001).

Для установления влияния минимально допустимых для эксплуатации СПМ температур воздуха на физиологические показатели состояния организма человека испытуемые помещались на семь часов в климатическую камеру при температурах, рассчитанных по специальной формуле.

Анализ приведенных данных позволяет установить, что холодовая термическая нагрузка на организм, т.е. разность между оптимальной и редуцированной плотностью теплового потока колебалась в пределах от - 5 до - 13,5±0,1 ккал/(м2«ч), составляя в среднем -8±0,1 ккал/(м2«час). При этом установлено, что холодовая термическая нагрузка в большинстве случаев не выходила за пределы допустимого уровня 12+0,1 ккал/(м2*ч).

Снижение теплосодержания в организме связано с суточной периодикой, а не с переохлаждением организма. В среднем оно составляло 56 ккал, колебалось в пределах от 35±1 до 74±1 ккал. Пульс за время исследований в основном урежался. Урежение ЧП составляло в среднем за опыт - 8±1 уд/мин (был и прирост +6±1 уд/мин и урежение до -22±1 уд/мин колебаемостъ была в пределах от +4±1 до - -22±1 уд/мин. Дыхание в абсолютном большинстве случаев мало изменялось, кроме СПМ № 1, где ЧД снизилась на 8 дых/мин.

Таким образом, изменение физиологических показателей функционального состояния организма за семичасовое нахождение испытуемых при минимально допустимых температурах во всех изучаемых спальных мешках не выходили за допустимые нормативные пределы.

Следующая серия исследований была посвящена сравнительной физиолого-гигиенической оценке спальных мешков в зависимости от вида материала верха и утеплителя. и количества слоев утеплителя.

В этом случае сначала проводились исследования с целью определения теплоизоляции одежды (летний и зимний варианты). В результате получена величина теплоизоляции для летнего варианта одежды равная 0,13±0,01 °С*м2/Вт и для зимнего варианта - 0,22-ЬО,01 °С«м2/Вт.

Далее проводились исследования для определения теплоизоляции опытных образцов спальных мешков. Полученные данные показывают, что исследуемые образцы СПМ по теплоизоляции различаются незначительно.

По уменьшению теплоизоляции они располагаются в следующем порядке:

1. СПМ № 2 - 0,48±0,01 °С-м2/Вт; 4. СПМ № 5 - 0,31±0,01 °С«м2/Вт;

2. СПМ № 6 - 0,39±0,01 °С'м2/Вт; 5. СПМ № 1 - 0,28±0,01 °С-м2/Вт;

3. СПМ № 3 - 0,34±0,01 °С«м2/Вт; 6. СПМ № 4 _ 0,25±0,01 °С-м2/Вт.

Таким образом, наибольшей теплоизоляцией обладает СПМ № 2 - 0,48±0,01 °С-м2/Вт. Однако из всех оцениваемых образцов СПМ №2 имеет самую большую массу. И на па последнем этапе в этой серии проводились исследования для оценки теплового состояния испытателей при оптимальных и минимально-допустимых температурах. Показатели микроклиматических условий и теплового состояния приведены в табл. 3.

Первые две серии исследований убедительно показали, что на теплоизоляционные свойства спальных мешков влияют материал утеплителя, толщина слоя утеплителя, т е конструкция спального мешка (размещение утеплителя) и его масса (чем больше масса утеплителя при равномерном распределении, тем выше теплоизоляция и больше продолжительность пребывания человека в спальном мешке в условиях низких температур воздуха

Таблица 3

Оптимальные и минимально допустимые температуры воздуха для пребывания и сна в исследуемых образцах спальных мешков

№ спального мешка Летняя форма одежды Зимняя форма одежды

Оптимальная температура, °С Минимально допустимая температура, °С Оптимальная температура, °С Минимально допустимая температура, °С

2 -2,8±0,1 -10,5±0,1 -7±0,1 -15,6±0,1

6 1,4±0,1 -5,3±0,1 -2,8±0,1 -10,5±0,1

3 3,8±0,1 -2,5±0,1 -0,5±0,1 -7,6±0,1

5 5,2±0,1 -0,8±0,1 1,0±0,1 -5,7±0,1

1 6,6±0,1 0,9±0,1 2,4±0,1 -4,2±0,1

4 8,0±0,1 2,6±0,1 3,8±0,1 -2.5±0,1

На рис. 3 и 4 представлена сравнительная характеристика исследуемых образцов спальных мешков с учетом следующих основных характеристик' массы мешка, диапазона оптимальных (рис. 3) и минимально допустимых (рис. 4) температур воздуха для использования спального мешка в комплекте с летней и зимней формой одежды. Площадь столбцов на диаграмме пропорциональна массе спальных мешков, значение массы указано в верхней части столбца. Диапазон температур обозначен вертикальным отрезком. Результаты исследований показали, что лучшей теплоизоляцией обладают СПМ № 2 и № 6 с утеплителями, расположенными равномерно в два слоя по сравнению с мешками с однослойными утепли-

телами. СПМ № 2 (масса 2,9±0,1 кг) имеет преимущество по теплоизоляции перед СПМ № 6 (масса 1,83±0,1 кг) за счет большей массы и толщины утеплителя. СПМ № 1 (масса 1,65±0,1 кг) и СПМ № 5 (масса 1,75±0,1 кг) с однослойным утеплителем при практически одинаковой массе СПМ № 6 (масса 1,83±0,1 кг) с двухслойным расположением утеплителя значительно уступают ему по теплозащитным свойствам. При сравнении СПМ обладающих практически одинаковой массой и толщиной, но с разными утеплителями СПМ № 3 (масса 1,83±0,1 кг, утеплитель пенополипропилен толщиной 7 мм) и СПМ № 5 (масса 1,75±0,1 кг, утеплитель полотно нетканое в один слой толщиной 10 мм) - установлены лучшие теплоизоляционные свойства и более низкие показатели диапазона оптимальных и минимальных температур у спальных мешков с утеплителем из пенополипропилена.

f 6,6 1 2,9

1 fZ> 1

¿2,4

1

1,65 ¿4),5

1 Т-2.» I 1,83

1 I 1-7

I8

I I

X з,а

3 4

Номер СПМ

.2

I I

¡—и- -ГЫ-

1,75 I

¿-2,8

1,83

5 6

Л »

-«5 2 2 =

^ -2Е о

-6= (О

Рис 3. Результаты экспериментальной физиолого-гигиенической оценки образцов опытных спальных мешков из различных материалов: диапазон оптимальных температур воздуха для использования в комплекте с летней (о) и зимней (0) формой одежды (р<0.001).

■о, в ф

I

.5,7:

-5,3 ф

1,75 I I

■ 0,5 ♦

1,83

1

2

я 0 3

1«!

г

я X

■20 и

Рис 4. Результаты экспериментальной физиолого-гигиенической оценки образцов опытных спальных мешков из различных материалов: диапазон минимально допустимых температур воздуха для использования в комплекте с летней (о) и зимней (0) формой одежды (/?<0.001)

Следующими этапами исследования являлась сравнительная физиолого-гигиеническая оценка спальных мешков в зависимости от комбинаций с различным табельным обмундированием. Цель исследования состояла в определении температуры наружного воздуха, при которой личный состав, одетый в летнее и зимнее обмундирование, может находиться в спальном мешке в течение 6 часов в состоянии теплового комфорта и допустимого уровня охлаждения (градиент температур кожи грудь-стопа 6±0,1 °С) Масса мешка зависела от массы утеплителя и массы ткани верха.

В данной серии испытаний исследования проводились на шести практически здоровых испытателях-добровольцах в возрасте 18-20 лет, которые были одеты в два варианта армейского обмундирования:

- комплект летний полевой формы одежды нового образца (куртка и брюки х/б, белье нательное х/б, кепка, носки х/б);

- комплект зимний полевой (надетый поверх комплекта летнего полевого) формы одежды нового образца (бушлат и брюки х/б утепленные, белье нательное теплое трикотажное, шапка-ушанка, носки шерстяные, рукавицы двупалые).

Перед началом исследований на теле испытателей стандартно укреплялись комплекты датчиков, предназначенных для дистанционной регистрации температуры тела, кожи и теплового потока. Испытатели одевались в указанные комплекты обмундирования и укладывались в спальные мешки на полу (пол камеры выстлан деревянной решеткой, на которой уложены подстилки из пенополиэтилепа толщиной 5 мм в два слоя) К началу исследований в клима! ической камере устанавливался заданный температурно-влажностный режим.

Продолжи1ельность пребывания испытателей-добровольцев в спальных метках в каждом конкретном исследовании определялось временем, необходимым для исследования величины теплоизоляции СПМ, зоны оптимальных и минимально допустимых температур для нормального сна в течение 6 часов. Всего проведено четыре серии исследований (39 человеко-исследований).

Здесь сначала также проводилась оценка теплоизоляции одежды (летний и зимний варианты). В результате получены величины теплоизоляции: для летнего варианта формы одежды - 0,11 °С*м2/Вт и д ля зимнего варианта формы одежды - 0,25 °С«м2/Вт.

Далее проводилась оценка теплоизоляции опытных образцов спальных мешков. Полученные данные показывают, что исследуемые образцы спальных мешков по теплоизоляции различаются незначительно. По уменьшению их теплоизоляции они располагаются в следующем порядке:

1. СПМ № 1 - 0,50±0,01 °С«м2/Вт;

2. СПМ № 2 - 0,49±0,01 °С«м2/Вт;

3. СПМ № 3 - 0,47±0,01 "С-м^/Вт;

4. СПМ № 4 - 0,46±0,01 °С-м2/Вт.

Таким образом, наибольшей фактической теплоизоляцией обладает СПМ X» 1 (массой 3,25+0,1 кг), а эффективной теплоизоляцией - СПМ № 2 (массой 2,55±0,1 кг).

На завершающем этапе данной серии исследований проводилась оценка теплового состояния испытателей при оптимальных и минимально допустимых температурах.

По результатам измерений теплоизоляции одежды и мешков, для каждого мешка были рассчитаны оптимальные и минимально допустимые температуры в случаях спокойного воздуха (в палатке) и при ветре 0,5 м/с.

В результате проведенных исследований данной серии установлено следующее:

1. Исследуемые образцы спальных мешков по теплоизоляции различаются незначительно (0,46 - 0,50 "Сч^/Вт).

2. Наибольшей теплоизоляцией обладает спальный мешок СПМ №1 - 0,50±0,01 °С*м2/Вт, наибольшей эффективной теплоизоляцией (фактической теплоизоляцией на I кг массы спального мешка) — мешок СПМ № 2 (0,204±0,01 °С-м2/Вт/кг).

3. Зоны оптим&льных и минимально допустимых температур наружного воздуха для сна в течение 6 часов в спальных мешках в зависимости от скорости движения воздуха (00,1 и 0,5 м/с) составляют соответственно:

- в летнем армейском обмундировании - от +2,8±0,1 °С до -2,8±0,1 "С и от -5±0,1 °С до -11,7±0,1 °С;

- в зимнем армейском обмундировании (шинель) - от -4Ю.1 °С до -9,4±0,1 °С и от -13,2±0,1 °С до -19,9±0,1 вС;

- в зимнем армейском обмундировании (бушлат и брюки ватные х/б) - от -12,4±0,1 °С до -17,8±0,1 °С и от -23,6±0,1 °С до -30,6±0,1 °С;

4. Все показатели теплового состояния испытуемых в процессе исследований находились в физиологически оптимальных пределах. Теплосодержание изменялось на 1-2 % в час. За 6 ч при минимальной температуре теплосодержание снижалось на 6-10 %. Снижение теплосодержания до 10 % считается умеренным охлаждением, при котором температура тела понижается до 36±0,1 °С, средневзвешенная температура кожи понижается до 31+0,1 °С, а преобладающим теплоощущением испытателей - «холодно» (-2 балла).

5. Результаты исследований позволяют прогнозировать какие комплекты табельного обмундирования необходимо использовать в зависимости От метеорологических условий при длительных боевых действиях (спасательных операциях) и вынужденном ночлеге в спальных мешках на открытой местности.

При физиолого-гигиенической оценке опытных образцов спальных мешков в зависимости от их конструкции и раскроя были получены следующие результаты:

1. Наиболее высокими теплоизоляционными свойствами (по показателю фактической теплоизоляции) обладает спальный мешок «Кокон» № 3, несколько меньше - «Кокон» № 1. Далее в порядке снижения теплоизоляционных свойств располагаются СПМ «Кокон» № 2 и СПМ «Одеяло».

2. Наилучший показатель эффективности теплоизоляции (показатель, учитывающий полное использование массы) у спального мешка «Кокон» № 3, остальные спальные мешки по этому показателю находятся примерно на одном уровне.

Из данных табл. 4. следует, что представленные на испытания спальные мешки отличались по своей массе и теплоизоляционными свойствами.

Таблица 4

Характеристика теплоизоляционных свойств спальных мешков

Тип СПМ Температура воздуха, °С Теплоизоляция °С-м2 ч/ккал Эффективная

его масса, кг Всего комплекта (СПМ+одежда) Воздуха Одежды факт ческая СПМ фактическая теплоизоляция СПМ, °С*мгч/ккал/кг

«Кокон» -30 0,824 0,176 0,357 0,291 0,121

СПМ№ 1 -20 0,858 0,174 0,427 0,257 0,107

2,4 -10 0,841 0,168 0,358 0,315 0,131

-1,9 0,986 0,054 0,358 0,574 0,239

средняя 0,877 0,143 0,375 0,359 0,149

«Кокон» -30 0,777 0,176 0,369 0,232 0,134

СПМ №2 -20 0,970 0,174 0,427 0,369 0,214

1,72; -10 0,879 0,168 0,419 0,292 0,170

1,89 -1,9 0,717 0,054 0,419 0,244 0,142

средняя 0,836 0,143 0,409 0,284 0,165

«Кокон» -30 1,093 1,176 0,470 0,447 0,251

СПМХоЗ -20 0,949 0,174 0,427 0,348 0,196

1,78 -10 1,095 0,168 0,419 0,508 0,285

-1,9 0,930 0,054 0,419 0,457 0,257

средняя 1,017 0,143 0,434 0,440 0,247

Тип СПМ Температура воздуха, °С Теплоизоляция °С-м2 ч/юсал Эффективная

его масса, кг Всего комплекта (СПМ+одежда) Воздуха Одежды факта ческая СПМ фактическая теплоизоляция СПМ, °Ом2ч/ккал/кг

«Одеяло» 2,03 -30 -20 -10 -1,9 средняя 1,077 0,985 0,849 0,176 0,174 0,168 0,501 0,508 0,419 0,400 0,303 0,262 0,197 0,149 0,129

0,970 0,173 0,476 0,322 0,159

Установлено, что изделие - спальный мешок «Кокон» № 3 обладает лучшими теплоизоляционными свойствами и в сочетании с зимним комплектом одежды обеспечивает возможность четырех часового сна при температуре воздуха не ниже -16,2±0,1 °С. Оптимальной температурой для сна в этом мешке является температура -7,6±0,1 °С. Остальные СПМ обеспечивают возможности четырехчасового сна при более высоких температурах окружающего воздуха.

По результатам испытаний по приведенным выше формулам были рассчитаны оптимальные и допустимые температуры воздуха (при скорости движения 0,1 м/с) при которых спальные мешки могут быть использованы для четырехчасового сна. Результаты данных расчетов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Оптимальные и минимальные температуры воздуха для четырехчасового сна в спальных

мешках четвертой серии

Тип СПМ Значение теплоизоляции, "С'м^/Вт Температура воздуха, "С

Воздуха Одежды, средняя фактичес кая СПМ Суммар ное Оптималь ная Минимальная

«Кокон» № 1 0,123 0,365 0,309 0,797 -4,3 -13,5

«Кокон» JVs 2 0,123 0,365 0,247 0,735 -1,4 -8,7

«Кокон» № 3 0,123 0,365 0,379 0,867 -7.6 -16,2

«Одеяло» 0,123 0,365 0,378 0,792 -4,1 -12,0

Таким образом, при незначительной разнице спальных мешков по их массе теплоизолирующего слоя и одинаковом материале утеплителя (синтепон) большое значение для повышения теплоизоляции имеет рациональная конструкция спального мешка.

Последним экспериментальным этапом было физиолого-гигиеяическое сравнение опытного образца спального мешка для сухопутных войск Вооруженных Сил РФ и спасателей МЧС и спального мешка ВМС США при температуре воздуха минус 20 "С.

Были исследованы опытный спальный мешок отечественного производства («Сон» и «Сон»-К) и спальный мешок пуховой ВМС США (типа HIGH PEAK, BASK, FERRINO или RED FOX). Опытный спальный мешок отечественного производства предназначен для защиты военнослужащего (спасателя) от переохлаждения при отдыхе и для транспортировки раненых.

Конструктивно опытный спальный мешок двухотсечный 190 см X 75 см (200 см + 40 см X 80 см), состоит из верхнего чехла (капрон дышащий), имеющего овальную форму в головной части, и прямоугольного основного отсека в месте расположения туловища и конечностей. СПМ сшит из непромокаемой прочной ткани высокопрочной лавсановой ни-

тью, нагруженные места усилены г-образными швами. Все швы - теплые (не сквозные, герметичные). Овальная часть имеет пристегивающийся головной клапан и капюшон (на капюшон пристегивается антимоскитная сетка). Застежка - разъемная усиленная молния -«трактор» Головная и основная часть содержат утеплитель трехслойный «Теплин» - улучшенный теплоизоляционный материал сотовой структуры, состоящий из микропор-ячеек, выполняющих функцию внутренней «воздушной прокладки».

Для сравнения опытного СПМ проведены испытания спального мешка ВМС США (ЫЭК 8463-01-049-0888), предназначенного для использования при температурах воздуха минус 12 °С и ниже В указанном спальном мешке использовано сочетание пуха водоплавающих птиц (серый гусь, белолобая казарка, гагара) и полиэстерового ватина.

В результате исследований установлено, что за 4 часа пребывания в спальных мешках обоих типов ректальная температура снизилась на 0,4±0,1-0,7±0,1 °С, средневзвешенная температура кожи (Гс>к) - на 0,4±0,1-0,8±0,1 °С и средневзвешенная температура тела (Тсвт) - на 0,4±0,1-0,9±0,1 °С. Наибольшее снижение температуры отмечено на тыльной поверхности кисти. В опытном спальном мешке оно составило в среднем 9,73±0,1 °С, в мешке США-9Д7±0,1 °С.

Для получения сравнимых результатов исследований отечественного и зарубежного изделий использовались одинаковые комплекты формы-одежды. Испытуемые были одеты в зимнее полевое обмундирование «Бармица», которое включало в себя 2 пары нательного белья, брюки и куртку х/б летние, брюки и бушлат х/б зимние, 2 пары портянок, сапоги, шапку-ушанку, перчатки двупалые.

Несмотря на конструктивные различия спальных мешков, изменение теплосодержания в сравниваемых группах добровольцев было практически одинаковым.

Установлено, что по своим теплоизоляционным свойствам опытный спальный мешок отечественного производства не уступает изделию США аналогичного класса, применяемому при температурах минус 12±0,1 °С и ниже. По результатам испытаний можно сделать вывод, что опытные СПМ позволяют военнослужащим отдыхать в них достаточно комфортно; они обеспечивают также возможность транспортировки раненых, как переносом, так и волоком за боковые ручки-лямки.

Результаты исследования приведены в табл. 6.

Таблица 6

Тип СПМ Масса СПМ, кг Теплоизоляция, °С»м2/ккал Оптимальная температура °С

Суммарная одежды и СПМ Возфхапри данной сксросга ветра Обмундирования фактическая СПМ фактическая

Опыт СПМ 4,650 1,29 0,176 0,711 0,402 -20,8

СПМ США 4,379 1,30 0,178 0,711 0,405 -18,8

Таким образом, в проведенных исследованиях установлено, что опытные СПМ для СВ ВС РФ и спасателей МЧС соответствуют современным требованиям и обеспечивают нормальный отдых военнослужащего (спасателя) при темперагуре до минус 20±0,1°С в течение 6 часов (но при условии, что человек размещен в обычной не утепленной палатке без обогрева на коврике из вспененного полиэтилена и в штатном зимнем обмундировании),

П.Научное обоснование критериев выбора спальных мешков для оптимального выполнения практических задач

Основными показателями, характеризующими степень соответствия СПМ целевому назначению является его вес и минимальная температура окружающего воздуха, при которой возможна его безопасная для здоровья эксплуатация. Для сравнения альтернативных

вариантов специального снаряжения и выявления, малоэффективных образцов был использовав паретовский анализ. Результаты приведены на рис. 5 и б.

Определение эффективности образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения

Рис. 5. Определение эффективных образцов спальных мешков по показателям масса - минимально допустимая температура эксплуатации (время пребывания в спальном мешке 6-7 часов) (р<0.001).

Для каждого из рассматриваемых показателей были введены так называемые интервалы безразличия. Полагали, что разница между спальными мешками по массе в пределах 0,45±0,1 кг и по минимально допустимой температуре в пределах 2,5±0,1 °С является несущественной для отдания предпочтения тому или иному образцу. Все данные экспериментов с различными образцами спальных мешков были разделены на две группы по времени пребывания испытуемых в спальном мешке: 6-7 часов и 4 часа. Для каждой из групп были проанализированы значения веса образца и минимально допустимой температуры воздуха.

о

о

а

I

X

-¡»,0-

М-2 О

4,6

3»

IV о V -аффективные I

АМ

Л,

IV-2

26

Масса СПМ, кг

Рис. б. Определение эффективных образцов спальных мешков по показателям масса - минимально допустимая температура эксплуатации (время пребывания в спальном мешке 4 часа) (/><0.001).

Для большей наглядности и легкости в определении эффективных образцов использован обратный порядок значений по координатным осям, то есть направления координатных осей соответствуют улучшению значений показателей.

Каждая точка на диаграммах соответствует конкретному образцу и характеризуется массой СПМ, отложенной по оси абсцисс, и минимально допустимой температурой эксплуатации, отложенной по оси ординат. Римскими цифрами обозначены серии экспериментов, арабскими цифрами - номера образцов в серии. Точки, соответствующие эффективным образцам (парето-оптимальным с учетом интервалов безразличия), соединены линией. Выбор между ними определяется дополнительными условиями. Остальные образцы являются неэффективными (доминируемыми с точки зрения анализируемых показателей), то есть для каждого такого образца может быть найден более предпочтительный

Предлагаемая формальная методика выбора оптимального образца специального снаряжения на следующем шаге предполагает решение задачи многокритериального выбора из некоторого множества альтернатив, которое осуществляется с использованием метода анализа иерархий. Принципиально новый методический подход к оцениванию образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения заключается в использовании методов многокритериального оценивания на основе иерархического анализа требований к характеристикам качества испытываемых образцов.

Цель использования метода анализа иерархий разработка иерархической модели характеристик качества образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения для оценки и выбора снаряжения, обеспечивающего поддержание теплового баланса человека в экстремальных условиях.

Для достижения указанной цели, было выделено пять групп показателей качества образцов снаряжения: теплозащитные, эксплуатационные, эргономические, функциональные, экономические. Общие характеристики выявленных эффективных образцов приведены в табл. 7.

Таблица 7

Основные теплоизоляционные и эксплуатационные характеристики эффективных образцов

спальных мешков

№ сер Номер тип СПМ Утеплитель Колич слоев утепли теля Тол щина утепли теля, мм Масса СПМ, кг Гепло изоляция СМП, °Om2-/Bi Длитель ность сна, ч. Опти мальная темпера тура, "С Мини мальная темпера тура, °С

I 1_3 серийный Синтепон 2 40 4.75 0.822 7 -5.5 -16

II П 1 Полотно нетканое 1 10 1.65 0.280 6 6.6 0.9

II II 2 Полотно нетканое 2 20 2.9 0 480 6 -2.8 -10.5

П nJ Пенополипропи-лен 1 7 1.83 0.340 6 38 -2 5

II П 4 Полотно нетканое 1 10 1.2 0.250 6 8.0 26

II II 5 То же 1 10 1.75 0.310 6 5.2 -0.8

П II 6 Тоже 2 20 1.83 0.390 6 1.4 -5.3

III III 2 Тоже 1 10 2.55 0 490 6 -2.3 -11.0

Ш Ш 3 Тоже 1 10 2.75 0.470 6 -1.4 -10.0

Ш III 4 Тоже 1 10 2 55 0.460 6 -0 8 -9 4

IV IV3 «Кокон-3» Синтетический пух НоИоЛЬг 1 1.78 0.379 4 2.8 -19.5

V VJ опытный Теплин 3 4.65 0.347 4 4.4 -20.8

К теплозащитным показателям отнесены теплоизоляция снаряжения и температурный режим оптимальной (комфортной) и допустимой эксплуатации, выражаемый показате-

лями оптимальной и минимально допустимой температуры воздуха для пребывания в спальном мешке в течение определенного периода времени.

Эксплуатационные показатели - это удобство в эксплуатации, масса спального мешка, его компактность, определяемая толщиной и сжимаемостью материала утеплителя, водонепроницаемость чехла, гидрофобность утеплителя и прочность изделия, то есть его устойчивость к возможным повреждающим воздействиям в период эксплуатации по целевому назначению в экстремальных условиях.

К группе эргономических характеристик отнесены имеющиеся в новых опытных образцах приспособления, существенно повышающие комфортность при его использовании, такие как дополнительные клапаны, антимоскитная сетка, шнуры и ручки, упрощающие упаковку и распаковку спального мешка и т.д., а также дополнительные комплектации (коврик-гамак, надувная подушка, упаковочный чехол и т.д.).

Под функциональными показателями понимаются показатели, отражающие наличие дополнительных приспособлений, позволяющих использовать спальные мешки в чрезвычайных ситуациях для спасения раненых и пострадавших.

К экономическим показателям отнесена цена одного изделия, которая для рассматриваемых образцов колеблется в пределах ±15% от средней цены, и возможность производства из отечественных материалов.

Применение методики многокритериального выбора снаряжения специального за-щитно-сиасагельного назначения позволило в дальнейшем выйти на научно-обоснованные рекомендации в использовании СПМ.

С помощью этой методики на каждом уровне иерархии определялись веса элементов уровней с помощью процедуры попарного сравнения. Для сравнения элементов уровня использовалась шкала относительной важности (относительной предпочтительности) Шкала апробирована во многих экономических и медицинских исследованиях, ее правомочность доказана теоретически при сравнении со многими другими шкалами (Вачнадзе Р.Г и соавт., 1988; Саати Т., 1993; Наркевич И.А. и соавт., 1996; Сбойчаков В.Б. и соавт., 1997; Усов В.М. и соавт. 1997; Хвещук П.Ф. и соавт. 1998).

В результате из группы матриц парных сравнений формировался набор локальных приоритетов, которые выражают относительное влияние множества элементов на элемент примыкающего сверху уровня. Для определения результирующих весов альтернативных образцов использовался принцип синтеза. Приоритеты синтезируются, начиная со второго уровня вниз. Частные приоритеты умножаются на приоритет соответствующего критерия на вышестоящем уровне и суммируются по каждому элементу в соответствии с критериями, на которые воздействует этот элемент. Это дает составной, или глобальный, приоритет того элемента, который затем используется для взвешивания локальных приоритетов элементов, сравниваемых по отношению к нему как к критерию и расположенных уровнем ниже. Процедура продолжается до самого нижнего уровня. Для реализации вычислений использован алгоритм, предложенный в работе (Саати 1., Керне К., 1991). Полученные числовые результаты - итоговые значения приоритетов получают на последнем уровне иерархии.

Согласно нашим результатам такого анализа максимальными числовыми значениями приоритетов обладали следующие СПМ:

- опытный образец в пятой серии исследований (СПМ «СОН» и «СОН-К») - 0.14;

- СПМ № 6 во второй серии исследований - 0.10;

- СПМ «Кокон - 3», в четвертой серии исследований - 0.09;

Все полученные результаты обосновывают оптимальный выбор и эффективное применение снаряжения специального защитно-спасательного назначения в условиях низких температур окружающей среды

Наименьшей эффективной теплоизоляцией обладают СПМ, в которых теплоизолирующий слой изготовлен из ваты, х/б ватина, верблюжьей шерсти. Теплоизолирующие свойства СПМ возрастают с увеличением массы утеплителя и толщины слоев, содержащих инертный воздух. Зоны оптимальных и минимально допустимых температур для сна в те-

чение б ч в спальных мешках в значительной степени зависят от комбинаций с ЛФО и ЗФО табельного обмундирования.

Установлено, что зоны оптимальных и минимально допустимых температур в спальных мешках массой от 2,5 кг до 3,3 кг с утеплителем их нетканого волокна в комбинации с ЛФО и ЗФО табельного обмундирования в зависимости от скорости движения воздуха (0-0,1-0,5 м/с) составили соответственно:

- в летней форме одежды (теплоизоляция которой 0,11-0,13 "С. м^/Вт) - от +2,8 "С до -2,8 °С и от -5 °С до -11,7 °С;

- в зимней форме одежды (шинель + теплое белье + ЛФО с общей теплоизоляцией 0,22-0,25 °С -м2/Вт) - от -4 °С до -9 °С и от -13,2 °С до -19,9 °С;

- в зимней форме одежды нового образца «Бармица» (бушлат и брюки ватные + теплое белье + ЛФО с общей теплоизоляцией 0,43 °Ом /Вт) - от -12,4 °С до -17,8 °С и от 23,6 °С до-30,6 °С.

Полученные результаты, позволяют прогнозировать какие комплекты одежды необходимо использовать в зависимости от метеорологических условий при ночлеге в СПМ на открытой местности.

Установлено, что оптимальные температуры воздуха для четырехчасового сна в спальных мешках составили от -1,4±0,1 "С до -7,6±0,1 °С, минимально допустимые от -8,7+0,1 °С до -16,3±0,1 °С.

Определено, что лучшими теплоизоляционными свойствами обладал СПМ массой 1,78±0,1 кг из одного отсека с прорезью в головной части, наихудшими - спальный мешок массой 1,72±0,1-1,89±0,1 кг с двумя отсеками: головным и основным (для туловища и конечностей).

Установлено, что при незначительной разнице СПМ по их массе теплоизолятора и одинаковом материале утеплителя (синтепон) большое значение имеет рациональная конструкция (раскрой) спального мешка.

Таким образом, в работе подтверждена большая возможность теплозащитного действия спальных мешков, показана эффективность этих изделий как вида снаряжения специального защитно-спасательного назначения, показана высокая эффективность СПМ в сохранении температуры тела человека в условиях пониженных температур окружающей среды.

Полученные результаты могут использоваться для разработки новых образцов СПМ

Определено, что при одинаковой массе СПМ с утеплителем из синтепона лучшими теплоизолирующими свойствами обладали спальные мешки, конструктивно изготовленные в виде одного отсека с прорезью для входа в головной части, перекрываемой внутренним клапаном. У СПМ, состоящих из двух отсеков - головного и основного (для туловища и конечностей) теплоизолирующие свойства выражены хуже.

Исследованы технические и конструктивные особенности спальных мешков (раскрой, набор тканей по пакету, виды утеплителей, их масса и толщина, распределение по мешку), что позволяет повысить эффективность эксплуатации спальных мешков (комбинацию СПМ с видами формы одежды) в процессе учебно-боевой деятельности личного состава в условиях пониженных температур окружающей среды.

Результаты исследования позволяют решать задачи по созданию современной военной и спасательной экипировки и оценивать их эффективность в супраоптимальных климатических условиях.

Развитие исследований по этой проблеме, по нашему мнению, должно быть направлено на создание базовых требований по созданию универсальных модулей и материалов, позволяющих оптимизировать тепловое состояние организма военнослужащих (спасателей) с окружающей средой.

Все проведенные серии экспериментов и исследований позволяют однозначно заключить, что в качестве ведущих критериев выбора оптимальных моделей СПМ могут быть рекомендованы следующие:

1). теплозащитные критерии- теплоизоляция, оптимальная температура, минимальная температура, возможная длительность пребывания в СПМ; 2). конструктивные критерии: рекомендованы односекционные модели; 3). эргономические критерии: комфортность пребывания в СПМ, наличие дополнительных приспособлений в СПМ; 4) эксплуатационно-функциональные критерии- масса мешка, его компактность, водонепроницаемость чехла, гидрофобное» утеплителя, прочность материала, возможность переноски и транспортировки раненых; 5). экономические критерии: цена СПМ и возможность его производства из отечественных материалов.

Полученные нами данные позволяют также рекомендовать разработанный метод многокритериальной оценки табельных и опытных образцов СПМ, как наиболее оптимальный способ оперативной и прогностической оценки СПМ.

ВЫВОДЫ

1. Теплоизоляционные свойства спальных мешков определяются набором тканей по пакету, материалом теплоизоляционного слоя, его массой, объемом инертною воздуха в слоях утеплителя, количеством слоев утеплителя при многослойном распределении, толщиной слоев утеплителя и рациональной конструкцией (раскроем) СПМ. Наилучшей теплоизоляцией обладают спальные мешки с утеплителем из синтепона, шерстяного ватина, нетканого полотна, пенополипропилена. При одинаковой массе СПМ с утеплителем из синтепона лучшими теплоизоляционными свойствами обладают спальные мешки, конструктивно изготовленные в виде одного отсека, а не с двумя отдельными отсеками (головным и основным). При использованга СПМ первого типа чувство дискомфорта наступает позже на 2 часа, чем в СПМ, конструктивно устроенных их двух отсеков

2. При использовании штатных и опытных спальных мешков различных типов отечественного производства при минимально допустимых температурах (-20±0,1 °С) более семи часов для испытуемых наступают дискомфортные условия.

3. Опытный отечественный спальный мешок с утеплителем «Теплин» из объемного полотна для спасателей МЧС по своим теплоизоляционным свойствам ничем не уступает лучшим зарубежным образцам СПМ аналогичного класса (1,29 °С»м2/ккал и 1,30 °С'м2/ккал соответственно). Согласно методу многокритериального оценивания на основе иерархического структурирования и анализа требований к характеристикам качества СПМ, для данного вида СПМ установлено итоговое значение приоритетов на последнем уровне иерархии равное I = 0.140 условных единиц. Максимально приближаются к нему по этому многоуровневому показателю из всех оцененных отечественных 23 СПМ только два образца - СПМ № 6 второй серии исследований (односекционный СПМ с клапаном и застежкой-липучкой, перекрывающей весь вход, массой 1.83 кг и утеплителем из нетканого полотна, расположенного равномерно по 20 мм сверху и снизу) (I = 0.10) и СПМ «Кокон-3» (I = 0.09).

4. Изменения физиологических показателей функционального состояния организма добровольцев при семичасовом нахождении (сне) во всех изученных СПМ при минимально допустимых температурах воздуха не выходили за допустимые нормативные пределы. Термическая нагрузка по изменению теплосодержания в большинстве случаев не выходила за пределы допустимых нормативных уровней 12±0,1 ккал/(м2,час) и составляла от -5±0,1 до -13,5±0,1 ккал/(м2*час). Средневзвешенная температура кожи к концу исследования находилась в пределах оптимальной физиологической нормы - 33,2±0,1 °С и колебалась в пределах от 32,7±0,1 °С до 33,7±0,1 °С.

Температура кожи стопы в большинстве случаев к концу исследований была не ниже 28±0,1 °С и в среднем составляла 29,8±0,1 °С. Ректальная температура снижалась на 0,7±0,1-0,9±0,1 °С. Снижение теплосодержания в организме в среднем составляло 56+0,1 ккал с колебаниями от 33±0,1 до 74±0,1 исал. Изменение частоты пульса в среднем составляло -8±1 уд/мин (от +4±1 до -22±1 уд/мин).

5. Исследованные спальные мешки не обеспечивают отдых (сон) в течение 8 ч при температуре воздуха минус 20±0,1 °С. Максимальная продолжительность такого отдыха в

опытном спальном мешке для СВ ВС РФ и спасателей МЧС с теплонзолятором «Теплин» и изделия аналогичного класса для ВМС США составляет 4 ч.

6. Установлено, что в число системы ведущих путей и способов оптимизации теплового обмена при разработке СПМ как минимум должна входить опенка пяти групп свойств: теплозащитных, конструктивных, эргономических, эксплуатационно-функциональных и экономических. Разработанный метод многокритериальной оценки табельных и опытных образцов СПМ рекомендуется как оптимальный способ оперативной и прогностической оценки СПМ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Необходимо ввести на снабжение в войска спальные мешки (изделия новых образцов), отвечающие современным требованиям, в которых будет снижена масса мешка за счет создания многослойных утеплителей с высокими теплоизолирующими свойствами. В настоящее время могут быть рекомендованы СПМ с утеплителями, изготовленными из мелкоячеистой ткани «Теплин», группы «ТЫпвиЫе» (С, Св, СОБ), приближающимися но теплоизолирующим свойствам к пуху водоплавающих птиц; утеплитель из синтетического пуха аналог НОЬЬОИВК, теплее, легче и компактней синтепона. Верх (чехол) СПМ необходимо изготавливать из влаго-ветрозащитных непромокаемых тканей, устойчивых к ультрафиолету (ткань - таслан, нейлон и т.п.), сшитых высокопрочной лавсановой нитью, нагружаемые места усилить 7-образными швами. Все швы должны быть «теплыми», т.е. не сквозными. Застежка - «молния» усиленная-«трактор». Дополнительные застежки - «липучки» (Велкро), чтобы молния не расстегивалась. Раздельные затяжки горловины и капюшона. Под дном должны нашиваться ремни для фиксации коврика или к низу СПМ необходимо крепить ограничительные лямки-направляютие (крепление «липучка») для предотвращения соскальзывания мешка с коврика-гамака во время сна. Чехол-мешок из непромокаемой ткани (чтоб сохранить СПМ сухим). На чехле и мешке нашить противопоставленные ручки-лямки для извлечения мешка. Лямки-стяжки для сжатия мешка в 2-3 раза.

2. Необходимо продолжить разработку табельного обмундирования военнослужащих СВ, ВДВ, частей специального назначения и спасателей МЧС, сочетающегося в виде модулей со спальными мешками и позволяющего отдыхать (спать) в этом обмундировании не менее четырех часов в зонах минимально допустимых температур окружающей среды.

3. При действии автономных специальных групп в горах или спасателей в зонах сильных разрушений в комплект экипировки (горной, спасательной, ВДВ) должно быть включено дополнительное снаряжение - палатка купольная двухслойная (высотная, альпинистская) для защиты от ветра с москитной сеткой при входе; надувная подушка-подголовник и коврик-гамак (складной, рулонный) 190 х 50 см толщиной 10 - 15 мм из вспененного полиуретана (полипропилена) с оболочкой из непромокаемой ткани со стяжками.

4. Для практической работы профильных учреждений, занимающихся разработкой и оценкой эффективности СПМ как вида снаряжения рекомендуется апробированная в работе комплексная методика сравнительной физиолого-1 игиенической оценки СПМ Методика с одной стороны учитывает оптимальное сочетание объективно необходимого уровня безопасного пребывания спасателей в СИМ для сна и отдыха и с другой стороны учитывает оптимальный перечень требований к эксплуатационно-производственьым характеристикам СПМ.

5. Дальнейшие перспективы применения СПМ как вида снаряжения должны быть связаны как с поиском новых теплоизоляционных материалов, особенно для наружного покрытия СПМ, так и с оптимизацией физиолого-гигиенических соотно-дений в системе «человек - СПМ - среда», нацеленных на защиту здоровья спасателей.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Венцлав C.B., Чудаков А.Ю., Щукина H.A. Учет влияния факторов обитаемости на военно-профессиональную работоспособность военнослужащих // Материалы всеармейской научно-практической конференции (25-26 октября 2001 г.). - СПб, 2001. - С. 308.

2. Катрушенко А.Г., Чудаков А.Ю. К вопросу оценки уровня здоровья военнослужащих и прогнозирования боеспособности воинских контингентов Н Там же. — СПб, 2001. -С.367.

3. Власов A.A., Катрушенко А.Г., Щедрин А.К. К вопросу о рациональной оценке функционального состояния военнослужащего в зависимости от ситуационных условий его профессиональной деятельности // Там же - СПб, 2001. - С. 326

4. Чудаков А.Ю. Роль специальных средств защиты в сохранении здоровья военнослужащих // Тезисы докладов на юбилейной научной конференции «Организационные аспекты современной системы лечебно-эвакуационных мероприятий в условиях проводимой военной реформы», Военно-Медицинская Академия (30.11.2001). - СПб,2001.- С. 8687.

5. Романовский Д.Ю., Чудаков А.Ю. Динамика биохимических и иммунологических показателей при острой общей гипотермии. Биохимия - медицине // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции, посвященной 110-летаю кафедры клинической биохимии и лабораторной диагностики ВМедА и 100-летию со дня рождения акад. АМН СССР Г.Е. Владимирова. - СПб, 2002. - С.100-101.

6. Романовский Д.Ю., Чудаков А.Ю. К вопросу о биохимических механизмах развития острой общей гипотермии. Биохимия - медицине // Там же - СПб, 2002. - С. 101.

7. Зун A.B., Романовский Д.Ю., Солдатенко Т.В., Чудаков А.Ю. Активность алами-намино-трансферазы сыворотки крови у специалистов, работающих с несимметричным диметил-гидрозином // Там же. - СПб, 2002. - С. 18.

8. Романовский Д.Ю., Чудаков А.Ю. Компенсаторно-приспособительные процессы при остром общем переохлаждении человека. Биохимия - медицине. // Там же - СПб, 2002.-С.101 - 102.

9. Романовский Д.Ю., Чудаков А.Ю. Водпо-элекгролитный баланс организма в условиях холода. Биохимия - медицине // Там же - СПб, 2002. - С. 102.

10. Власов A.A., Лучникова О.В., Кудрин А.И, Чудаков А.Ю, Щедрин А.К Влияние конструкции на физиолого-гигиеническую характеристику спальных мешков. // Тезисы докладов 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы зашиты и безопасности». НПО Специальных материалов - СПб, 2002. - С. 362.

11. Власов A.A., Лучникова О.В., Кудрин А.И, Чудаков А.Ю, Щедрин А.К. Влияние массы и теплоизолирующих свойств утеплителей на физиолого-гигиеническую характеристику спальных мешков. // Там же - СПб, 2002. - С. 362.

12. Власов A.A., Лучникова О.В., Кудрин А.И, Чудаков А.Ю, Щедрин А.К. Влияние материала и количества слоев утеплителя на физиолого-гигиеническую характеристику спальных мешков. // Там же - СПб, 2002. - С. 362.

13. Влияние экипировки на тепловое состояние и боеспособность военнослужащих в условиях низких температур. // Жизнь и безопасность. - 2002. - №3 - С. 118-119.

14. Физиолого-гигиеническое обоснование оптимальных характеристик спальных мешков как вида снаряжения // Тезисы докладов на Седьмой Всероссийской медико-биологической конференции молодых ученых «Человек и его здоровье». - СПб, 2004. -С. 71.

Р2А146

РНБ Русский фонд

2006-4 27458

Список принятых сокращений.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса (обзор литературы).

1.1. Отдача тепла организмом при воздействии пониженных температур.

1.2. Современные представления о действии низких температур на организм человека.

1.3. Характеристика физиолого-гигиенических и теплозащитных свойств снаряжения и материалов одежды.

1.4. Современное состояние, проблемы и перспективы развития боевой индивидуальной экипировки.

1.5. Влияние экипировки на тепловое состояние и боеспособность военнослужащих в условиях низких температур.

Глава 2. Материалы и методика исследования.

2.1.Организация и объем исследований

2.2.Исследования с участием добровольцев испытателей.

2.3.Методика оценки функционального состояния.

2.4. Способ фиксации датчиков на поверхности тела человека.

2.5. Исследование функционального состояния сердечнососудистой системы.

2.6. Методика оценки микроклиматических факторов.

2.7. Методики анализа полученных результатов.

Глава 3 Экспериментально-теоретическое изучение теплоизолирующих свойств спальных мешков.80.

3.1. Результаты физиолого-гигиенической оценки опытных и серийных образцов спальных мешков в зависимости от их массы и теплоизолирующих свойств.

3.2. Сравнительная физиолого-гигиеническая оценка спальных мешков в зависимости от вида материала верха и утеплителя, и количества слоев утеплителя.

3.3. Сравнительная физиолого-гигиеническая оценка спальных мешков в зависимости от комбинаций с различным табельным ? обмундированием.

3.4. Результаты физиолого-гигиенических исследований опытных образцов спальных мешков в зависимости от их конструкции (раскроя).

3.5. Результаты физиолого-гигиенических исследований опытного образца спального мешка для сухопутных войск Вооруженных Сил РФ и спасателей МЧС и спального мешка ВМС

США при температуре воздуха минус 20° С.

Глава 4. Научное обоснование критериев выбора спальных мешков для оптимального выполнения практических задач.

4.1. Определение эффективности образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения.

4.2. Многокритериальная оценка образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения.

4.3. Обоснование по выбору и эффективному применению снаряжения специального защитно-спасательного назначения в условиях низких температур окружающей среды.

Актуальность темы. В последние десятилетия наблюдается увеличение числа и масштаба аварий, катастроф, социальных и .военных конфликтов с человеческими жертвами и огромным материальным ущербом. В период с 1993 по 1997 годы на территории России произошло более тысячи крупных чрезвычайных ситуаций (ЧС), в результате которых погибло 12240 и пострадало 210 тысяч человек. ЧС становятся частыми и масштабными. Они способны поставить под угрозу безопасное проживание людей на огромных территориях, вызвать социально-политическую нестабильность. Общество становится зависимым от техносферы - ее разрушение равносильно катастрофе, а бесконтрольный неограниченный рост ЧС может привести к деградации окружающей среды. Поэтому сегодня защита населения от ЧС - это четко выраженная социальная функция государства (Шойгу С.К. с соавт., 1997). Эта функция реализуется в комплексе мер, среди которых важную роль играет медицина катастроф.

Одним из приоритетных направлений медицины катастроф является защита организма человека от низкотемпературного воздействия окружающей среды в экстремальных условиях жизнедеятельности, исследование влияния низких температур на организм человека (Нечаев ЭЛ., Фаршатов М.Н., 1994). Это связано с тем, что значительная часть территории России находится за полярным кругом и здесь сосредоточены существенные производственные и людские ресурсы. Продолжительность холодного времени года достигает в этих районах 10 месяцев, В этих регионах температура воздуха в ряде мест достигает минус 40-50°С, а скорость ветра - 20-30 м/с. Суровые климатические условия предъявляют повышенные требования к защите организма от холода, к поддержанию его теплового состояния.

Тепловое состояние человека зависит от ряда причин, но в большей степени от теплоизолирующих свойств одежды и защитного снаряжения. При использовании одежды и снаряжения с низкими теплозащитными свойствами развивается состояние гипотермии (Бобров Н.И. с соавт., 1979). Поэтому северные народы наряду с теплой одеждой традиционно применяют различные средства с высокими теплоизолирующими свойствами, например, спальные мешки из оленьего, собачьего пли волчьего меха для сна и отдыха в условиях сурового климата (Ав-цын А.П. с соавт., 1985).

Учитывая, что спасательные и другие неотложные работы в условиях завалов, разрушения зданий и сооружений и боевые действия проводятся непрерывно днем и ночью, в любую погоду, личный состав для эффективного отдыха должен быть обеспечен штатным снаряжением специального защитно-спасательного назначения (спальными мешками). Спальные мешки (СПМ) рассматриваются сейчас как обязательное снаряжение военнослужащих Основное назначение табельных СПМ - это обеспечение нормального сна и комфортного отдыха человека в условиях низких температур окружающей среды (Лопатин С.А. с соавт., 1995).

Во время Великой Отечественной войны ватные СПМ сыграли положительную роль при эвакуации зимой раненых и больных на неотапливаемых видах транспорта (Нечаев Э.А., Фаршатов М.Н., 1994).

Во время войны в Афганистане в холодные периоды года необходимо было обеспечивать весь личный состав штатными СПМ, но реально ими обеспечивалось лишь около 50 % военнослужащих. Тяжелые (масса 6,9-12,4 кг) и громоздкие ватные спальные мешки, выдаваемые личному составу, было трудно переносить, размещая на спине поверх вещевого мешка. По этой причине их приходилось держать в руках, что затрудняло маневренность личного состава (Лопатин С.А. с соавт., 1995).

В настоящее время в составе индивидуальной экипировки военнослужащих Российской армии (СВ, ВДВ), МЧС и частей специального назначения предусмотрено использование штатных СПМ в качестве элемента экипировки.

Существующая экипировка (вещевое имущество) отечественного производства не полностью соответствует современным требованиям, отражающим взгляды на выполнение боевых и специальных задач. Необходимость исследований в области разработки эффективных мер профилактики холодовых поражений определяется высокой летальностью при общем глубоком переохлаждении (до 55 %), резким снижением или потерей работоспособности, развитием ряда заболеваний (Чудаков А.Ю. с соавт., 1999). Однако на сегодняшний день не до конца исследованными и систематизированными остаются вопросы адекватного соответствия тактико-технических, физиолого-гигиенических и конструктивных характеристик спальных мешков (масса СПМ, рациональная конструкция, выбор материала для утеплителя, материалов для наружной поверхности мешка, количество слоев утеплителя и его распределение в спальном мешке) их фактическим теплоизоляционным свойствам и температурным диапазонам применения. Несмотря на большой интерес, проявляемый в последнее время к изучению способов, профилактики воздействия экстремальных факторов, вопрос защиты личного состава от холода остается окончательно не решенным (Нечаев Э.А., Фаршатов М.Н., 1994; Чудаков А.Ю. 2000)

Поэтому одной из главных задач Федеральной целевой программы на период до 2015 года является разработка и внедрение перспективных образцов экипировки и специального снаряжения для силовых структур России, обеспечивающих максимальную эффективность выполнения поставленных задач в широком диапазоне климато-географических условий. Это требование является исключительно важным для сохранения национальной безопасности России и обеспечения превосходства технического уровня отечественной экипировки над зарубежными аналогами (Шойгу С.К. с соавт., 1997).

Отечественные силовые структуры испытывают трудности в обеспечении военнослужащих необходимым имуществом. Многие подразделения нуждаются в специальных элементах экипировки, как-то: современные бронежилеты, разгрузочные жилеты, плащ-палатки, рейдовые рюкзаки и спальные мешки. Поэтому физиолого-гигиенические исследования спальных мешков как вида защитно-спасательного снаряжения для научного обоснования их использования является важной и актуальной задачей для повышения безопасности ) человека в чрезвычайных ситуациях.

Целью работы является разработка методики комплексной физиолого-гигиенической оценки спальных мешков как вида снаряжения и сравнительная оценка теплозащитных свойств существующих образцов спальных мешков.

Для достижения цели были поставлены следующие конкретные задачи.

1. Разработать и апробировать методику комплексной физиолого-гигиенической оценки спальных мешков как вида снаряжения.

2. Провести сравнительную оценку теплозащитных свойств существующих отечественных образцов спальных мешков, оценив влияние на эти свойства конструкции (раскроя), материала и массы утеплителя, а также свойств штатной экипировки личного состава СВ ВС РФ и МЧС.

3. Исследовать динамику функционального состояния человека во время сна в спальных мешках при минимально-допустимых температурах.

4. Разработать оптимальные и минимально допустимые нормативы температурного режима для сна военнослужащих СВ ВС РФ в течение 68 ч в спальных мешках в зависимости от комбинации с различным табельным обмундированием.

5. На основе проведенной работы обосновать ведущие критерии для практического выбора оптимальных моделей спальных мешков.

Научная новизна работы. Впервые обоснованы с использованием многокритериальной оценки и иерархического анализа требования к характеристикам качества испытываемых образцов спальных мешков. Выявлены закономерности теплоотдачи в исследованных образцах изделий. Разработана иерархическая модель характеристик качества образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения для оценки и выбора снаряжения, обеспечивающего поддержание теплового баланса человека в экстремальных условиях.

Предложена система элементов качества образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения, включающая группы показателей теплозащитных, эксплутационных, эргономических, функциональных и экономических свойств снаряжения.

Разработана методика определения совокупности эффективных образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения, основанная на принципах построения множества неденоминируемых альтернатив. Выявлена основанная на иерархическом структурировании системы показателей качества образцов снаряжения методика многокритериального оценивания и выбора эффективных образцов снаряжения специального защитно-спасательного назначения.

Практическая значимость работы. Обоснованы режимы использования СПМ с учетом температуры окружающей среды и комплекта обмундирования. Так, зоны оптимальных и минимально допустимых температур в спальных мешках массой от 2,6 кг до 3,3 кг с утеплителем их нетканого волокна в комбинации с ЛФО и ЗФО табельного обмундирования в зависимости' от скорости движения воздуха (0-0,1-0,5 м/с) составили соответственно:

- в летней форме одежды (теплоизоляция которой 0,11-0,13°С. м2/Вт) - от +2,8 С до -2,8 С и от -5°С до -11,7°С;

- в зимней форме одежды (шинель + теплое белье + ЛФО с общей теплоизоляцией 0,22-0,25 С. м2/Вт) - от -4 С до -9 С и от -13,2 С до -19,9 С;

- в зимней форме одежды нового образца "Бармица" (бушлат и брюки ватные + теплое белье + ЛФО с общей теплоизоляцией 0,43°С. м2/Вт) - от -12,4°С до 17,8°С и от -23,6°С до -30,б°С.

Полученные результаты, позволяют прогнозировать какие комплекты одежды необходимо использовать в зависимости от метеорологических условий при ночлеге в СПМ на открытой местности.

Установлено, что оптимальные температуры воздуха для четырехчасового сна в спальных рассматриваемых мешках составили от -1,4±0,1°С до -7,6±0,1°С, минимально допустимые от -8,7±0,1°С до -16,3±0,1°С.

Разработанная и апробированная в работе комплексная методика физиолого-гигиенической оценки спальных мешков как вида снаряжения может быть рекомендована для оптимизации практической работы профильных учреждений, занимающихся разработкой и оценкой эффективности СПМ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы в рамках комплексной программы создания базовых комплектов экипировки для военнослужащих СВ, ВДВ и частей специального назначения при выполнении НИР "Пермячка" и "Бармица"(инв.№ 1014, 347; 1999).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанный метод комплексной физиолого-гигиеническ'ой оценки спальных мешков как вида снаряжения с последующим иерархическим структурированием системы показателей качества образцов снаряжения и многокритериальным оцениванием и выбором наиболее эффективных образцов позволяет не только объективно оценивать свойства СПМ и снаряжения, но и определять оптимальные режимы их использования.

2. Выбор оптимальных моделей СПМ и снаряжения может быть осуществлен только по результатам комплексного анализа теплозащитных, конструктивных, эргономических, эксплуатационно-функциональных и экономических свойств изделия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всеармейской научно-практической конференции 25-26 октября 2001 г., на V Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы защиты и безопасности" (2002г.), на научных совещаниях кафедры судебной медицины и НИЛ-7 ВМедА.

Публикации. По теме работы опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 161 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 35 рисунков. Состоит из введения, пяти глав (обзора литературы, описание методик исследования, результаты исследований и их обсуждение, заключение), выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 119 источников (из них 81 отечественных и 39 иностранных) и приложения (2 таблицы).

ВЫВОДЫ

1. Теплоизоляционные свойства спальных мешков определяются набором тканей по пакету, материалом теплоизоляционного слоя, его массой, объемом инертного воздуха в слоях утеплителя, количеством слоев утеплителя при многослойном распределении, толщиной слоев утеплителя и рациональной конструкцией (раскроем) СПМ. Наилучшей теплоизоляцией обладают спальные мешки с утеплителем из синтепона, шерстяного ватина, нетканого полотна, пенополипропилена. При одинаковой массе СПМ с утеплителем из синтепона лучшими теплоизоляционными свойствами обладают спальные мешки, конструктивно изготовленные в виде одного отсека, а не с двумя отсеками (головным и основным). При использовании СПМ первого типа чувство дискомфорта наступает позже на 2 часа, чем в СПМ, конструктивно устроенных из двух отсеков.

2. При использовании штатных и опытных спальных мешков различных типов отечественного производства при минимально допустимых температурах (-20±0,1°С ) более семи часов для испытуемых наступают дискомфортные условия.

3. Опытный отечественный спальный мешок с утеплителем "Теплин" из объемного полотна для спасателей МЧС по своим теплоизоляционным свойствам ничем не уступает лучшим зарубежным образцам СПМ аналогичного класса (1,29°С*м /ккал и 1,30°С*м /ккал соответственно). Согласно методу многокритериального оценивания на основе иерархического структурирования и анализа требований к характеристикам качества СПМ, для данного вида СПМ установлено итоговое значение приоритетов на последнем уровне иерархии равное 1=0,140 условных единиц. Максимально приближаются к нему по этому многоуровневому показателю из всех оцененных отечественных 23 СПМ только два образца - СПМ №6 второй серии исследований (односекционный СПМ с клапаном и застежкой - липучкой перекрывающей весь вход, весом 1.83 кг и утеплителем из нетканного полотна, расположенного равномерно по 20 мм. сверху и снизу) (1=0,10) и СПМ «Кокон 3» (1=0,09).

4. Изменения физиологических показателей функционального состояния организма добровольцев при семичасовом нахождении (сне) во всех изученных СПМ при минимально допустимых температурах воздуха не выходили за допустимые нормативные пределы. Термическая нагрузка по изменению теплосодержания в большинстве I случаев не выходила за пределы допустимых нормативных уровней

2 9

12±0,1 ккал/(м *час) и составляла от -5±0,1 до -13,5±0,1 ккал/(м *час). Средневзвешенная температура кожи к концу исследования находилась в пределах оптимальной физиологической нормы - 33,2±0,1°С и колебалась в пределах от 32,7±0,1°С до 33,7±0,1°С.

Температура кожи стопы в большинстве случаев к концу исследований была не ниже 28±0,1°С и в среднем составляла 29,8±0,1°С. Ректальная температура снижалась на 0,7±0,1-0,9±0,1°С. Снижение тепло содержания в организме в среднем составляло 56±0,1 ккал, с колебаниями от 33±0,1 до 74±0Д ккал. Изменение частоты пульса в среднем составляло - 8±1 уд/мин (от +4±1 до -22±1 уд/мин).

5. Исследованные спальные мешки не обеспечивают отдых (сон) в течение 8 ч при температуре воздуха минус 20±0,1°С. Максимальная продолжительность такого отдыха в опытном спальном мешке для СВ ВС РФ и спасателей МЧС с теплоизолятором "Теплин" и изделия аналогичного класса для ВМС США составляет 4 ч.

6. Установлено, что в число системы ведущих путей и способов • оптимизации теплового обмена при разработке СПМ как минимум должна входить оценка пяти групп свойств: теплозащитных, конструктивных, эргономических, эксплуатационно-функциональных и экономических. Разработанный метод многокритериальной оценки табельных и опытных образцов СПМ рекомендуется как оптимальный способ оперативной и прогностической оценки СПМ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Необходимо ввести на снабжение в войска спальные мешки (изделия новых образцов), отвечающие современным требованиям, в которых будет снижена масса мешка за счет создания многослойных утеплителей с высокими теплоизолирующими свойствами. В настоящее время могут быть рекомендованы СПМ с утеплителями, изготовленными из мелкоячеистой ткани "Теплин", группы "Thinsulate " (С, CS, CDS), приближающимися по теплоизолирующим свойствам к пуху водоплавающих птиц; утеплитель из синтетического пуха аналог HOLLOFIBR, теплее, легче и компактней синтепона. Верх (чехол) СПМ необходимо изготавливать из влаго-ветрозащитных непромокаемых тканей, устойчивых к ультрафиолету (ткань - таслан, нейлон и т.п.), сшитых высокопрочной лавсановой нитью, нагружаемые места усилить Z-образными швами. Все швы должны быть "теплыми", т.е. не сквозными. Застежка - "молния" усиленная - "трактор". Дополнительные застежки - "липучки (Велкро), чтобы молния не расстегивалась. Раздельные затяжки горловины и капюшона. Под дном должны нашиваться ремни для фиксации коврика или к низу СПМ необходимо крепить ограничительные лямки-направляющие (крепление "липучка") для предотвращения соскальзывания мешка с коврика-гамака во время сна. Чехол-мешок из непромокаемой ткани (чтоб сохранить СПМ сухим). На чехле и мешке нашить противопоставленные ручки-лямки для извлечения мешка. Лямки-стяжки для сжатия мешка в 2-3 раза.

2. Необходимо продолжить разработку табельного обмундирования военнослужащих СВ, ВДВ, частей специального назначения и спасателей МЧС, сочетающегося в виде модулей со спальными мешками и позволяющего отдыхать (спать) в этом обмундировании не менее четырех часов в зонах минимально допустимых температур окружающей среды.

3. При действии автономных специальных групп в горах или спасателей в зонах сильных разрушений в комплект экипировки (горной, спасательной, ВДВ) должно быть включено дополнительное снаряжение - палатка купольная двухслойная (высотная, альпинистская) для защиты от ветра с москитной сеткой при входе; надувная подушка-подголовник и коврик-гамак (складной, рулонный) 190 х 50 см толщиной 10-15 мм из вспененного полиуретана (полипропилена) с оболочкой из непромокаемой ткани со стяжками.

4. Для практической работы профильных учреждений, занимающихся разработкой и оценкой эффективности СПМ как вида снаряжения рекомендуется апробированная в работе комплексная методика сравнительной физиолого-гигиенической оценки СПМ. Методика с одной стороны учитывает оптимальное сочетание объективно необходимого уровня безопасного пребывания спасателей в СПМ для сна и отдыха и с другой стороны учитывает оптимальный перечень требований к эксплуатационно-производственным характеристикам СПМ.

5. Дальнейшие перспективы применения СПМ как вида снаряжения должны быть связаны как с поиском новых теплоизоляционных материалов, особенно для наружного покрытия СПМ, так и с оптимизацией физиолого-гигиенических соотношений в системе «человек- СПМ - среда» нацеленных на защиту здоровья спасателей.

1. Авцын А.П., Жаворонков A.A., Марачев А.Г. А.П. Патология человека на Севере. М.: Медицина, 1985. И-16 с. ¡

2. Ажаев А.Н. Физиолого-гигиеничеекие аспекты действия ¡ высоких и низких температур. М.: Наука, 1979.- 261 с. 1 1 |

3. Айдаралиев A.A. Температурные взаимоотношения различных органов и тканей в условиях высокогорья // Адаптация водных животных. Адаптация к условиям гор и гипоксии.

4. Новосибирск, 1970. С. 19-20. ji

5. Акимов Г.А., Алишев В.Н., Бернштейн В.А.', Буков В.А. Общее охлаждение организма. JL, 1977. - 184 с. \ 1

6. Алюхин Ю.С. Механика и энергетика ¡сердца при| прогрессирующей гипотермии // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. Т.,78. № 12. 1992.-С. 132- 140. ! ' 'i

7. Алюхин Ю.С. Дыхание и кровообращение в терминальныхстадиях глубокой гипотермии // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. Т. 80,№5.-1994.-С. 46-53. ,

8. Антонов В.Ф. Термодинамика биологических систем // Биофизика / Под ред. Б.Н.Тарусова и О.Р.Кольса. М.: Высшая школа,1968.-С. 13-48. ! ■i

9. Аптэр Б.А. Холод и организм. JL, 1964. - 81 с.

10. Арокина Н.К., Дымникова Л.П. Возникновение холодовой'iдрожи при локальном нагревании гипоталамуса крысы в условиях1 иммерсионной гипотермии // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. Т. 82,10/11,- 1996.-С. 108-114. Ii

11. Арьев Т.Я. Отморожения. Л., 1963. - 54 с. |

12. Арьев Т.Я. Холодовая травма // Патологическая физиология экстремальных состояний. М.: Медицина, 1973. - С. 224-237.i