LETECKÁ MEDICÍNA - Smrtící přetížení

G – gravitační přetížení

Gravitačním přetížením v podstatě rozumíme sílu, která na člověka působí v důsledku zrychlení neboli akcelerace. U této síly je důležitá jednak intenzita jejího působení a také směr neboli vektor jejího působení.  Tuto sílu označujeme písmenkem G. Pilot, který váží např. 70 kg je při gravitačním zrychlení 3G, stlačován do sedadla silou, která se rovná trojnásobku jeho hmotnosti, tedy 210 kg.

Vektorem působení tedy rozumíme směr působení síly na lidské tělo. Ten je označován malým písmenem a je rozlišován na pozitivní a negativní. Pokud na pilota působí přetížení +3Gz, rozumíme tím, že na něj působí síla, rovná trojnásobku jeho hmotnosti, a to směrem od hlavy k nohám.

Vektory přetížení

• Gz (hlava-nohy)
• Gx (hrudník-záda)
• Gy (ramena)
• Push-Pull Efekt (střídavé přetížení)

Typ přetížení, které označujeme Gz, patří mezi nejčastější, se kterými se piloti (nejen) proudových letadel setkávají. Při určitém typu prudkého výkrutu, začne na tělo pilota působit odstředivá síla, která žene krev v cévách směrem od hlavy k nohám.

Na to lidský organismus reflexně reaguje tak, že se zvýší tepová frekvence a zúží průsvit periferních cév, čímž se zlepší návrat krve k srdci a posléze i do mozku. Ačkoliv je tento mechanismus velice účinný, tato kompenzační odpověď nějakou dobu trvá. Jde většinou o dobu mezi šesti až devíti sekundami, než stačí lidské tělo vykompenzovat sílu, vytlačující krev z mozkových cév.

To je však problém. Stačí totiž velmi krátká doba, něco mezi čtyřmi až šesti vteřinami k tomu, aby v důsledku porušení oběhu krve mozkem začalo docházet ke ztrátám některých mozkových funkcí a nakonec ke ztrátě vědomí.

Jak se tělo snaží s touto náročnou a nezvyklou situací vyrovnat, tepová frekvence stoupne až na 170 tepů za minutu. Jenomže zvýšený nitrohrudní tlak, vyvolaný drtivou silou přetížení způsobuje reflexní odpověď organismu v podobě snahy o snížení tepu. To nakonec vede k tomu, že v určitém okamžiku dochází u pilotů k prudkému poklesu pulzu a to až na 50 tepů za minutu. U některých jedinců lze dokonce pozorovat až chvilkovou zástavu srdce. Je jasné, že za takovéto situace nemůže člověk normálně fungovat, natož pak pilotovat letadlo.

Foto: Tréning pilotů na centrifuze je důležitý proto, aby se na sobě naučili rozeznávat fyziologické účinky přetížení a mohli tak včas zabránit katastrofě. / USAF

Zajímavým příznakem je tzv. tunelové vidění. V důsledku gravitačního přetížení stoupá nitrooční tlak, který je v určitých okamžicích vyšší, než je krevní tlak, v cévách sítnice. To vede k postupnému zatmívání a zužování zorného pole.

Jedná se o důležitý varovný signál. V těchto okamžicích je pilot stále při vědomí, jeho sluchové funkce nejsou postiženy, a je tedy schopen manévr vyrovnat tak, aby snížil působení přetížení.  Tak předejde rozvoji bezvědomí, které by mohlo mít fatální následky. K obnově normálního vidění dochází rychle po snížení gravitačního přetížení.

Pokud však Gz nadále stoupá, začnou se projevovat výpadky mozkových “kognitivních” funkcí, a schopnost pilotovat letadlo rychle klesá. Na tváři pilota lze pozorovat prázdný výraz obličeje, trpí poruchami paměti, začne mít záškuby končetin, nebo dokonce jejich ochrnutí a má potíže s mluvením.

To vše nakonec vede k bezvědomí, při kterém dojde k úplnému povolení svalového tonu, a asi u 70 % lidí pozorujeme záškuby celého těla. Není bez zajímavosti, že někteří piloti, i pokusné osoby na centrifugách uvádějí, že během tohoto bezvědomí měli tzv. “dreamlets”, jakési vidiny, podobné snům ve spánku, které jsou jen krátkého trvání.

Foto: Při konstrukci každého letadla je třeba počítat nejen s fyzikálními zákony, ale I s fyziologickými možnostmi člověka. / USAF

Při testování na centrifugách se ukázalo, že doba od začátku působení zátěže, až po úplnou ztrátu vědomí se dá rozdělit na dva časové úseky. Je to období relativní pracovní schopnosti a období úplné ztráty vědomí.  Avšak někdy může dojít ke ztrátě kontroly nad letadlem i bez těchto varovných příznaků.

Před několika lety došlo k případu, kdy kanadský letoun CF-18 Hornet, během bojového cvičení udělal manévr, při kterém na pilota působilo přetížení o hodnotě +6,4Gz. Pouhé 4 vteřiny, po které ztratil pilot nad letadlem kontrolu, stačily k tomu, aby se stroj zřítil střemhlav k zemi. Následné vyšetřování ukázalo, že pilot se s účinkem přetížení snažil bojovat plných 18 sekund.

Boj s gravitačním přetížením

A jak se tedy účinkům tohoto typu přetížení bránit? Metod je celá řada. Tou nejznámější je použití tzv. anti G kalhot, které se v okamžiku působení přetížení nafukují, čímž stlačí cévy na dolních končetinách a zlepší tak návrat krve k srdci, potažmo mozku. Ale existují i jiné metody.

Úhrnem lze říci, že se jedná o jakési fyzické manévry, jejichž účelem je zvýšení nitrohrudního tlaku a rovněž tedy zlepšení návratu krve k srdci a mozku. Jde například o tzv. Valsalvův manévr, Óm manévr, tzv. manévr M-1 a pomoci může také přetlakové dýchání. Všechna tato opatření mají však omezenou účinnost.

Video: Trénink na centrifuze, na Randolph AFB v Texasu / YouTube

Jaká je vlastně odolnost člověka proti gravitačnímu přetížení? Odolnost jedince proti +Gz přetížení se u cvičených lidí pohybuje kolem +9Gz. Člověk je pak schopen přežít, bez poškození organismu, hodnoty okolo +12Gz.

Trochu jiný šálek kávy je přetížení typu -Gz, tedy ve směru nohy-hlava. Krev z celého těla se pod tlakem valí do hlavy, což je doprovázeno velice nepříjemnými pocity. Silný pocit plnosti a tlaku v hlavě, na krku a za očima, se stupňuje až v nesnesitelnou bolest a to už při hodnotách kolem -3Gz.

Jak přetížení stoupá, objevují se příznaky, jako krvácení do spojivek, nebo z nosu. Při -4Gz se začne u člověka objevovat zmatenost a při hodnotě kolem -6Gz upadáme do bezvědomí. Pokud se negativní přetížení i nadále zvyšuje, přijde rychlá smrt. Příčinou smrti v tomto případě bývá zástava srdce. Na vysoký tlak v mozkových cévách totiž organismus ve snaze tento tlak snížit, reflexně reaguje zpomalováním srdeční frekvence.

Ochrana proti tomuto typu přetížení neexistuje. Snad jen snažit se mu při leteckých manévrech vyhnout.

Ostatní druhy gravitačního přetížení

Přetížení příčné, předozadní, označované +Gx, tedy směrem od hrudníku k zádům, to je další důležitá položka v našem výčtu rozmanitých účinků akcelerace na lidský organismus. Každý, kdo v silném autě zkoušel testovat čas zrychlení z 0 na 100 km/h ví, o čem je řeč. Jenomže stále to není nic proti tomu, posadíte-li se do kokpitu bojového letadla na letadlové lodi a zažijete start, kdy vás speciální elektromagnetický prak během několika vteřin vymrští z paluby lodě třísetkilometrovou rychlostí.

Pokud jde o několik vteřin, dokáže se člověk s tímto typem přetížení poměrně dobře vypořádat. Horší je situace, trvá-li to déle. Síla, která působí na hrudník člověka má za následek potíže s dýcháním a ke každému nádechu je třeba zvýšené úsilí. Vitální kapacita plic se v těch okamžicích snižuje o 55 až 80 % a při vyšších hodnotách přetížení (+6Gx) může dojít až k poškození plic.

Foto: Při konstrukci každého letadla je třeba počítat nejen s fyzikálními zákony, ale I s fyziologickými možnostmi člověka. / Youtube

Při opačném vektoru zátěže, označovaném -Gx se pro změnu setkáváme s potížemi v podobě zhoršené koordinace hlavy a končetin, které jsou vymrštěny směrem od těla.

Co se přetížení od ramene k ramenu týče, tzv. bočního Gy přetížení, tak to snáší člověk nejlépe. Snad s výjimkou nárazu z boku, což je předmětem výzkumu spíše v oblasti dopravních nehod a bezpečnosti motorových vozidel.

Naproti tomu vůbec nejhorší účinky přetížení na lidské tělo, působí na člověka v okamžiku tzv. Push-Pull efektu, tedy rychlého střídání vektorů účinku síly (např. při prudkých rotacích…). Jak jsme si již řekli, kompenzační odpověď krevního oběhu trvá kolem 8-10 sekund, ale mozek udrží pilota v kokpitu v činnosti pouhých 4-10 vteřin. Je jasné, že při rychlém střídání směru přetížení, nedokáže lidské tělo účinně reagovat.

V konstrukčních kancelářích leteckých výrobců vznikají stále výkonnější a dokonalejší typy bojových letadel se skvělými manévrovacími schopnostmi a dech beroucí údernou silou. Kromě neměnných fyzikálních zákonů, kterým jsou tyto stroje dokonale uzpůsobeny, je tu však ještě jeden faktor, který se příliš nemění. Tím faktorem je člověk. A právě s fyziologickými limity, jaké má lidský organismus, je třeba při konstrukci každého letadla počítat.