medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2020-99-1-51-55medlit-230Research ArticleГИГИЕНА ТРУДАOCCUPATIONAL HYGIENEГазовый состав альвеолярного воздуха и переносимость средств индивидуальной защиты органов дыханияGas composition of alveolar air and tolerability of personal respiratory protection equipmenthttps://orcid.org/0000-0002-6769-8277БяловскийЮрий ЮльевичByalovskyYury Yu.

Доктор мед. наук, заведующий кафедрой патофизиологии ФГБОУ ВО РязГМУ Минздрава России, 390026, Рязань.

e-mail: b_uu@mail.ru

MD, Ph.D., DSCi., Head of the Department of Pathophysiology of the Ryazan State Medical University, Ryazan, 390026, Russian Federation.

e-mail: b_uu@mail.ru

b_uu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1258-9807КирюшинВ. А.KiryushinV. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4510-2890ПрохоровН. И.ProkhorovN. I.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9406-1765РакитинаИ. С.RakitinaI. S.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2441-9522ЧудининН. В.ChudininN. V.noemail@neicon.ruФГБОУ ВО РязГМУ Минздрава РоссииRyazan State Medical UniversityФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава РоссииI.M. Sechenov First Moscow State Medical University2020300120209915155Copyright © Бяловский Ю.Ю., Кирюшин В.А., Прохоров Н.И., Ракитина И.С., Чудинин Н.В., 20202020Бяловский Ю.Ю., Кирюшин В.А., Прохоров Н.И., Ракитина И.С., Чудинин Н.В.Byalovsky Y.Y., Kiryushin V.A., Prokhorov N.I., Rakitina I.S., Chudinin N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/230Введение

Введение. При использовании средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) изолирующего типа в случае истощении регенеративного патрона возникают гипоксически-гиперкапнические изменения газового состава выдыхаемого воздуха, которые оказывают негативное влияние на переносимость СИЗОД. Сочетание дополнительного респираторного сопротивления (ДРС) с гипоксией и гиперкапнией ещё больше ухудшает переносимость СИЗОД.

Цель исследования – изучение переносимости средств индивидуальной защиты органов дыхания при изменении газового состава альвеолярного воздуха.

Материал и методы

Материал и методы. Исследование проводилось на практически здоровых испытуемых обоего пола (78 человек), в возрасте от 20 до 36 лет. Для моделирования условий применения средств индивидуальной защиты органов дыхания использовались инспираторные резистивные дыхательные нагрузки величиной 20% от максимального внутриротового давления при пробе Мюллера. Переносимость СИЗОД оценивалась с помощью шкалы визуального аналога одышки по Боргу, которая отражала уровень субъективного дискомфорта, возникающего при включении ДРС. Методика изменения газового состава альвеолярного воздуха у испытуемых состояла в использовании системы, позволявшей добавлять в закрытый контур спирографа кислород из магистрали, а также включать и отключать адсорбер углекислого газа.

Результаты

Результаты. Переносимость средств индивидуальной защиты органов дыхания связана с характером газового состава альвеолярного воздуха: минимум субъективного дискомфорта наблюдался при наличии гипероксически-гипокапнического состава лёгочного воздуха; напротив, рост субъективного дискомфорта по шкале Борга наблюдался при пониженном содержании кислорода и увеличенной концентрации углекислого газа. Использование средств индивидуальной защиты органов дыхания на фоне гипоксии-гиперкапнии изменяло функциональное состояние организма: наблюдался рост физиологических трат со стороны ведущих эффекторов. Нормализация газового состава организма в условиях применения средств индивидуальной защиты органов дыхания не приводила к полной оптимизации функционального состояния испытуемых.

Заключение

Заключение. Гипоксия и гиперкапния, возникающие при истощении регенеративных патронов СИЗОД изолирующего типа, приводят к существенному ухудшению переносимости ДРС. Предполагаемым механизмом данного явления следует считать повышение утомления дыхательных мышц.

Introduction

Introduction. When using personal protective equipment for respiratory organs of an insulating type in case of depletion of a regenerative cartridge, hypoxic-hypercapnic changes in the gas composition of the body occur, which have a negative effect on the tolerance of personal protective equipment for respiratory organs. The combination of additional respiratory resistance with hypoxia and hypercapnia further worsens the tolerance of respiratory protective equipment. The purpose of this study was to study the tolerance of personal respiratory protection when changing the gas composition of the alveolar air.

Material and methods

Material and methods. The study was conducted on healthy subjects of both sexes (78 people), aged 20 to 36 years. To simulate the conditions for the use of personal respiratory protective equipment, inspiratory resistive respiratory loads of 20% of the maximum intraoral pressure were used during the Mueller test. The tolerance of respiratory protective equipment was evaluated using the Borg visual analog scale of dyspnea, which reflected the level of subjective discomfort occurring due to additional respiratory resistance is turned on. The methodology for changing the gas composition of the alveolar air in the subjects consisted of using a system that allowed adding oxygen from the line to the closed spirograph circuit and turning the carbon dioxide adsorber on and off.

Results

Results. The tolerance of personal respiratory protection is associated with the nature of the gas composition of the alveolar air. A minimum of subjective discomfort was observed in the presence of hyperoxic-hypocapnic composition of the pulmonary air; on the contrary, an increase in subjective discomfort on the Borg scale was observed with a reduced oxygen content and an increased concentration of carbon dioxide. The use of personal respiratory protective equipment against the background of hypoxia-hypercapnia negatively changes the functional state of the body: there was observed an increase in physiological expenditures by leading effectors. Normalization of the gas composition of the body under the use of personal respiratory protection did not lead to complete optimization of the functional state of the subjects.

Conclusion

Conclusion. Hypoxia and hypercapnia arising from the depletion of regenerative cartridges of the respiratory protective equipment of an insulating type leads to a significant deterioration in the tolerance to additional respiratory resistance. The alleged mechanism of this phenomenon should be considered as an increase in fatigue of the respiratory muscles.

дополнительное респираторное сопротивлениегазовый состав альвеолярного воздухасредства индивидуальной защиты органов дыханияadditional respiratory resistancegas composition of alveolar airpersonal respiratory protectionReferencesЧащин В.П., Никанов А.Н., Анфалова Г.Л. Анализ эффективности средств индивидуальной защиты органов дыхания от пыли на предприятиях по переработке слюды. Экология человека. 2006; 4: 55-8.Chashchin V.P., Nikanov A.N., Anfalova G.L. Analysis of the effectiveness of personal respiratory protection from dust in mica processing plants. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2006; 4: 55–8. (in Russian)Капцов В.А., Чиркин А.В. Об эффективности средств индивидуальной защиты органов дыхания как средства профилактики заболеваний (обзор). Токсикологический вестник. 2018; 2: 2-4.Kaptsov V.A., Chirkin A.V. On the effectiveness of respiratory protective equipment as a means of preventing disease (review). Toksikologicheskiy vestnik [Toxicological Bulletin]. 2018; 2: 2–4. (in Russian)Чудинин Н.В., Кирюшин В.А., Ракитина И.С. Оценка профессионального риска как метод прогнозирования состояния здоровья работников, занятых во вредных условиях труда. Наука молодых - Eruditio Juvenium. 2013; 1: 5-7.Chudinin N.V., Kiryushin V.A., Rakitina I.S. Assessment of occupational risk as a method for predicting the health status of workers employed in hazardous working conditions. Nauka molodykh – Eruditio Juvenium [Science of the Young – Eruditio Juvenium]. 2013; 1: 5–7. (in Russian)Малашенко А.В. Многофакторный генез профессиональной лёгочной патологии у горнорабочих урановых шахт. Медицинская радиология. 2010; 2: 5-8.Malashenko A.V. The multifactorial genesis of occupational pulmonary pathology in miners of uranium mines. Meditsinskaya radiologiya [Medical Radiology]. 2010; 2: 5–8. (in Russian)Голiнько В.I., Наумов М.М., Чеберячко С.I., Радчук Д.I. Дослідження захисної ефективності вітчизняних одноразових протипилових респіраторів за європейськими стандартами. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2011; 5: 118-21.Golinko V.I., Naumov M.M., Cheberyachko S.I., Radchuk D.I. Up to date one-time effectiveness of one-time disposable prototypical respirators for European standards. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost’ [Metallurgical and Mining Industry]. 2011; 5: 118–21. (in Russian)Сорокин Ю.Г. Новое в средствах индивидуальной защиты. Безопасность жизнедеятельности. 2006; 1: 11-7.Sorokin Yu.G. New in personal protective equipment. Bezopasnost’ zhiznedeyatel’nosti [Life Safety]. 2006; 1: 11–7. (in Russian)Романов В.В., Рубцов В.И., Клочков В.Н., Суровцев Н.А., Тимошенко А.И. Государственный санитарно-эпидемиологический надзор за средствами индивидуальной защиты органов дыхания на радиационно опасных объектах. Гигиена и санитария. 2006; 4: 78-81.Romanov V.V., Rubtsov V.I., Klochkov V.N., Surovtsev N.A., Timoshenko A.I. State sanitary and epidemiological surveillance of personal protective equipment for respiratory organs at radiation hazardous facilities. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2006; 4: 78–81. (in Russian)Петрянов И.В., Кощеев В.С., Басманов П.И. и соавт. Лёгкие респираторы. 2-е изд. М.: Наука; 2015.Petryanov I.V., Koscheev V.S., Basmanov P.I. et al. Light respirators. 2nd ed [Logkiye respiratory. 2 izd.]. Moscow: Science; 2015. (in Russian)Бяловский Ю.Ю., Булатецкий С.В., Кирюшин В.А., Прохоров Н.И. Иммунологические показатели человека в условиях применения индивидуальных средств защиты органов дыхания. Гигиена и санитария. 2017; 96 (8): 717-20.Byalovsky Yu.Yu., Bulatetskiy S.V., Kiryushin V.A., Prokhorov N.I. Human immunological parameters in the conditions of application of individual respiratory protective equipment. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. н2017; 96 (8): 717–20. (in Russian)Кириллов В.Ф. и соавт. О средствах индивидуальной защиты органов дыхания работающих. Медицина труда и промышленная экология. 2013; 4: 25-6.Kirillov V.F. et al. On personal protective equipment for respiratory organs of workers. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology]. 2013; 4: 25–6. (in Russian)Александрова Н.П. Механизмы компенсаторных реакций дыхательной системы на инспираторные резистивные нагрузки. Автореф. дис. … д-ра биол. наук. СПб.; 2003.Alexandrova N.P. The mechanisms of compensatory reactions of the respiratory system to inspiratory resistive loads. Autoabstract of Diss. St. Petersburg; 2003. (in Russian)Бяловский Ю.Ю., Абросимов В.Н. Пневматический дозатор внешнего сопротивления дыханию. Описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2071790; 1997.Byalovsky Yu.Yu., Abrosimov V.N. Pneumatic dispenser for external breathing resistance. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2071790; 1997. (in Russian)Шаталов Э.В., Щербаков М.Г., Балдыч А.А., Дроздов С.Н. Медико-технические аспекты эксплуатации средств индивидуальной защиты военнослужащего. Военная мысль. 2008; 4: 40-5.Shatalov E.V., Shcherbakov M.G., Baldych A.A., Drozdov S.N. Medical and technical aspects of the operation of personal protective equipment of a military man. Voyennaya mysl’ [Military thought]. 2008; 4: 40–5. (in Russian)Миронов Л.А. Применение средств индивидуальной защиты. Н. Новгород: Биота-плюс; 2009.Mironov L.A. The use of personal protective equipment [Primeneniye sredstv individual›noy zashchity]. Nizhniy Novgorod: Biota-plus; 2009. (in Russian)Borg G. Psychophysical bases of perceived exertion. Med Sci Sports Exerc. 1982; 14 (5): 377-5Borg G. Psychophysical bases of perceived exertion. Med Sci Sports Exerc. 1982; 14 (5): 377–5.Бяловский Ю.Ю., Булатецкий С.В. Физиологические механизмы резистивного дыхания человека. Воронеж: РИТМ; 2018.Byalovsky Yu.Yu., Bulatetskiy S.V. Physiological mechanisms person’s resistive breathing [Fiziologicheskiye mekhanizmy rezistivnogo dykhaniya cheloveka]. Voronezh: RITM Publishing House; 2018. (in Russian)Бяловский Ю.Ю. Реципрокные реакции организма на разные величины увеличенного сопротивления дыханию. Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2016; 1: 19-25.Byalovsky Yu.Yu. Reciprocal reactions of the body to different values of increased respiratory resistance. Rossiyskiy mediko-biologicheskiy vestnik imeni akademika I.P. Pavlova [Russian Medical and Biological Bulletin of Academician I.P. Pavlov]. 2016; 1: 19–25. (in Russian)Fahey P.J., Hyde R.W. Detection of depressed ventilatory drive in patients with obstructive pulmonary diseases. Chest. 1983; 84 (1): 19-26Fahey P.J., Hyde R.W. Detection of depressed ventilatory drive in patients with obstructive pulmonary diseases. Chest. 1983; 84 (1): 19–26.Белов А.Ф., Бяловский Ю.Ю., Лапкин М.М. Информационно-диагностическая система для психофизиологических исследований человека. Рязань; 1990.Belov A.F., Byalovsky Yu.Yu., Lapkin M.M. Information and diagnostic system for psychophysiological studies of man. Ryazan; 1990. (in Russian)Суслина И.В. Повышение функционального состояния дыхательной мускулатуры спортсменов в результате тренировки с дополнительным неэластическим сопротивлением дыханию. Физическое воспитание и спортивная тренировка. 2016; 2 (16): 63-5.Suslina I.V. Improving the functional state of the respiratory muscles of athletes as a result of training with additional inelastic resistance to breathing. Fizicheskoye vospitaniye i sportivnaya trenirovka [Physical Education and Sports Training]. 2016; 2 (16): 63–5. (in Russian)Горбанёва Е.П., Камчатников А.Г., Солопов И.Н., Сегизбаева М.О., Александрова Н.П. Оптимизация функции дыхания посредством тренировки с дополнительным резистивным сопротивлением. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2011; 97 (1): 83-8.Gorbanyova E.P., Kamchatnikov A.G., Solopov I.N., Segizbaeva M.O., Alexandrova N.P. Optimization of respiratory function through training with additional resistive resistance. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova [Russian physiological journal of I.M. Sechenov]. 2011; 97 (1): 83–8. (in Russian)Europäische Norm DIN EN 529: 2006 Atemschutzgeräte - Empfehlungen für Auswahl, Einsatz, Pflege und Instandhaltung - Leitfaden. Brüssel: CEN; 2006Europäische Norm DIN EN 529: 2006 Atemschutzgeräte – Empfehlungen für Auswahl, Einsatz, Pflege und Instandhaltung – Leitfaden. Brüssel: CEN; 2006.Капцов В.А., Чиркин А.В. Об оценке эффективности средств индивидуальной защиты органов дыхания. Безопасность в техносфере. 2015; 4 (5): 7-8.Kaptsov V.A., Chirkin A.V. On the assessment of the effectiveness of personal respiratory protection. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in Technosphere]. 2015; 4: 5: 7–8. (in Russian)Ведясова O.A., Еськов М.В., Филатова O.E. Системный компартментно-кластерный анализ механизмов устойчивости дыхательной ритмики млекопитающих. Самара: Офорт; 2005.Vedyasova O.A., Eskov M.V., Filatova O.E. Systematic compartmental-cluster analysis of the mechanisms of resistance of the respiratory rhythm of mammals [Sistemnyy kompartmentno-klasternyy analiz mekhanizmov ustoychivosti dykhatel›noy ritmiki mlekopitayushchikh]. Samara: Ofort; 2005. (in Russian)Меркулова H.A., Инюшкин А.Н., Беляков В.И. Дыхательный центр и регуляция его деятельности супрабульбарными структурами. Самара: Самарский университет; 2007.Merkulova N.A., Inyushkin A.N., Belyakov V.I. The respiratory center and the regulation of its activity suprabulbar structures [Dykhatel›nyy tsentr i regulyatsiya yego deyatel›nosti suprabul›barnymi strukturami]. Samara: Samara University Press; 2007. (in Russian)Сафонов В.А., Тарасова H.A. Структурно-функциональная организация дыхательного центра. Физиология человека. 2006; 1: 118-31.Safonov V.A., Tarasova H.A. Structural and functional organization of the respiratory center. Fiziologiya cheloveka [Human physiology]. 2006; 1: 118–31. (in Russian)Сафонов В.А., Миняев В.И., Полунин И.Н. Дыхание. М.; 2000.Safonov V.A., Minyaev V.I., Polunin I.N. Breath [Dykhaniye]. Moscow; 2000. (in Russian)Сегизбаева М.О., Александрова Н.П. Применение индекса «напряжение - время» для оценки функционального состояния инспираторных мышц. Ульяновский медико-биологический журнал. 2014; 2: 78-84.Segizbaeva M.O., Alexandrova N.P. The use of the stress-time index to assess the functional state of inspiratory muscles. Ul’yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal [Ulyanovsk Medical Biological Journal]. 2014; 2: 78–7. (in Russian)Черешнев В.А., Бяловский Ю.Ю., Булатецкий С.В., Давыдов В.В. Иммунологические показатели человека в условиях действия увеличенного сопротивления дыханию. Вестник Уральской медицинской академической науки. 2018; 15 (4): 555-8.Chereshnev V.A., Byalovsky Y.Yu., Bulatetskiy S.V., Davydov V.V. Immunological indicators of a person under conditions of increased resistance to breathing. Vestnik Ural’skoy meditsinskoy akademicheskoy nauki [Bulletin of the Ural Medical Academic Science]. 2018; 15 (4): 555–8. (in Russian)Сегизбаева М.О., Александрова Н.П. Оценка устойчивости разных групп инспираторных мышц к утомлению при физической нагрузке на фоне моделируемой обструкции дыхательных путей. Физиология человека. 2014; 40 (6): 114-22.Segizbaeva M.O., Alexandrova N.P. Assessment of the resistance of different groups of inspiratory muscles to fatigue during physical exertion against the background of a simulated airway obstruction. Fiziologiya cheloveka [Human Physiology]. 2014; 40 (6): 114–22. (in Russian)Fehrenbach H., Wagner C., Wegmann M. Airway remodeling in asthma: what really matters. Cell Tissue Res. 2017; 367: 551-69.Fehrenbach H., Wagner C., Wegmann M. Airway remodeling in asthma: what really matters. Cell Tissue Res. 2017; 367: 551–69.Israel E., Reddel H.K. Severe and Difficult-to-Treat Asthma in Adults. N Engl J Med. 2017; 377: 965-76.Israel E., Reddel H.K. Severe and Difficult-to-Treat Asthma in Adults. N Engl J Med. 2017; 377: 965–76.Shrine N., Portelli M.A., John C. Moderate-to-severe asthma in individuals of European ancestry: a genome-wide association study. Lancet Respir Med. 2019; 7: 20-34.Shrine N., Portelli M.A., John C. Moderate-to-severe asthma in individuals of European ancestry: a genome-wide association study. Lancet Respir Med. 2019; 7: 20–34.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.