Fisiologia no Voo de Helicóptero

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A FISIOLOGIA NO VÔO DE HELICÓPTERO

CONTEÚDO

Introdução Características Físicas das Vibrações Fontes de Vibração no Meio Aeronáutico Efeitos da Vibração Sobre o Corpo Humano Efeitos Fisiológicos e Fisiopatológicos da Vibração Prevenção dos Efeitos da Vibração Proteção Contra os Efeitos da Vibração Conclusão

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I - INTRODUÇÃO Durante qualquer atividade aérea, a fisiologia humana sofre agressões maiores ou menores, de acordo com o tipo de vôo, altitude alcançada e duração. É certo também que o organismo fisiologicamente compensará, até onde for possível, essas alterações. Quando extrapolar a capacidade orgânica de compensar, o organismo apresentará deficiências funcionais que prejudicarão o desempenho do homem. Cumpre à medicina aeroespacial, através da identificação desses limites de compensação, instruir os aeronavegantes a identificarem esses processos compensatórios e reconhecerem seus próprios limites a fim de que não os ultrapassem, para não apresentarem disfunções fisiológicas durante a atividade aérea.

O helicóptero apresenta particularidades operacionais que o avião não possui, no mesmo nível de agressão. Podemos citar como o principal deles o problema da vibração que interfere e causa disfunções fisiológicas em vários órgãos, podendo chegar até a prejuízos funcionais que repercutirão gravemente na segurança operacional.

A desorientação espacial é por si só um acontecimento extremamente importante e no vôo de helicóptero a sua gênese está associada a um fator causal que acompanha o piloto durante todo o vôo, que é a vibração, sendo que as de baixa freqüência são as que mais propiciam a desorientação espacial.

Pelo que foi dito e pelo que a desorientação espacial representa para a segurança de vôo durante a pilotagem de helicóptero, a sua gênese será vista com especial enfoque dentro desta abordagem da fisiologia no vôo de helicóptero.

II - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS VIBRAÇÕES Fazendo uma rememorização sobre as características das vibrações, podemos dizer que ela é definida como uma série de oscilações de velocidade, que envolvem necessariamente deslocamentos e acelerações. Uma definição mais abrangente define vibração como sendo uma forma de energia sustentada, de origem estrutural, que imprime a um corpo um movimento de transação (deslocamento) que pode ser percebido por outros sentidos, além da audição, que percebe vibrações entre 20 e 20.000 Hz. Em relação ao homem, as vibrações são estudadas levando-se em consideração os seguintes aspectos físicos, freqüência, intensidade, direção e tempo de exposição.

A unidade física da freqüência dos movimentos periódicos é o Hertz, que tem a seguinte correspondência: 1 Hz = 1 ciclo por segundo.

Nas atividades aéreas, as vibrações são habitualmente não-periódicas e aleatórias, chamadas randômicas ou irregulares. Lembramos que a vibração periódica entre 20 e 20.000 Hz é percebida pelo homem principalmente como som. A onda vibratória, portanto, possuí amplitude que é o tamanho da onda vibratória, comprimento que é a extensão da onda e freqüência (Hz) que é o número de ondas vibratórias na unidade de tempo.

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A intensidade de uma vibração é medida pelo deslocamento máximo causado a um corpo em relação à posição de repouso. É medida pela amplitude da onda vibratória. A "pressão" de uma onda vibratória será tanto maior quanto for a sua Intensidade ou amplitude. Portanto duas vibrações podem ter a mesma freqüência e intensidades diferentes.

Especificamente vibração é uma série de oscilações que possuem velocidade, ação que necessariamente envolve deslocamento e aceleração. Em medicina aeroespacial a aceleração de uma vibração é a expressa em múltiplos da aceleração da gravidade (g = 9,81 m/s²). É também importante para o estudo dos seus efeitos sobre o homem a intensidade, a freqüência e a direção com que a onda vibratória penetra no corpo humano. Neste caso a direção é estudada em relação aos três principais eixos espaciais sobre o corpo: eixo Z (pé-cabeça), eixo X (ânteroposterior) e eixo Y (látero-lateral).

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Ainda interessa, sob o aspecto fisiológico, a duração do estímulo vibratório agindo sobre o corpo humano: se o estímulo agir por tempo superior a uma hora, a vibração será considerada de longa duração, se agir por um período entre um minuto e uma hora, será de curta duração e, se menos de um minuto, será considerada transitória.

III - FONTES DE VIBRAÇÃO NO MEIO AERONÁUTICO As fontes primárias de vibração no meio aeronáutico são os sistemas de propulsão, os fatores aerodinâmicos, os sistemas energizados dentro das aeronaves e as condições atmosféricas e de pilotagem que também podem gerar vibrações.

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O funcionamento pleno do sistema de propulsão das aeronaves gera vibrações de grande energia que são transmitidas por toda a estrutura da aeronave e, conseqüentemente, ao piloto.

As vibrações atingem seu auge durante decolagens e períodos de ascensão. Elas diminuem quando é atingida a altitude de vôo, com ar mais rarefeito e velocidade de cruzeiro. Nos vôos de helicóptero que, quase sempre voa a baixa altitude, a diminuição da fonte de vibração devida a condições atmosféricas não diminui sensivelmente, permanecendo por todo o vôo. No vôo de helicóptero também não diminui a fonte de vibração de origem moto-propulsora, pois o regime de funcionamento é praticamente o mesmo durante todo o vôo.

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Os fatores aerodinâmicos como fontes de vibração dependem do perfil aerodinâmico e do tipo de vôo que se executa vôos acrobáticos em aeronaves de asa fixa e vôos de helicóptero a baixa altura e em manobras de ataque e recuperação.

As condições atmosféricas contribuem bastante por se sobreporem e se somarem às fontes moto-propulsoras como geradoras de vibrações. Normalmente as vibrações oriundas das condições atmosféricas são de grande intensidade e baixa freqüência (menos de 10 Hz), são aperiódicas, portanto, de distribuição randômica sobre a estrutura da aeronave.

No helicóptero o piloto recebe energia vibratória através do assento de pilotagem, do assoalho da aeronave, dos comandos manuais e dos pedais.

IV - EFEITOS DA VIBRAÇÃO SOBRE O CORPO HUMANO Antes de analisarmos os efeitos propriamente ditos é mister que se defina impedância e ressonância: quando uma onda vibratória atinge um meio, esse tem a capacidade de refleti-Ia ou de absorvê-la; impedância, neste caso é a relação entre a energia vibratória recebida por um corpo e a velocidade de deslocamento da anda vibratória neste corpo com a energia (força) inicial.

Quando a transmissão dessa energia atinge seu ponto máximo, ou seja, a impedância é máxima, ela é chamada de ressonância. Portanto a ressonância é a capacidade que um corpo possui de vibrar igualmente ou multiplicar em si a energia vibratória recebida.

O corpo humano não é homogêneo constituitivamente e nem suas estruturas internas formam um sistema linear. As faixas principais de ressonância do corpo humano estão entre 1 - 50 Hz, existindo três faixas de maior importância: 1 - 8 Hz, 11 - 15 Hz e 17 - 25 Hz. As principais faixas de ressonância do corpo humano são: • de 4 a 8 Hz: região torácica interna e abdômen interno (vísceras).

• de 11 a 15 Hz: coluna vertebral com a massa muscular adjacente e articulações de todo o corpo. Se houver carga +G poderá haver injúria da coluna vertebral.

• de 17 a 25 Hz: caixa craniana • de 25 a 40 Hz: globo ocular, com prejuízos para a função visual, conseqüentemente diminuindo a acuidade visual.

• de 40 a 60 Hz: caixa torácica (costelas e músculos intercostais).

Alguns fatores intrínsecos e extrínsecos influenciam na ressonância do corpo humano como: • Fatores intrínsecos - direção, área e local da aplicação da vibração e interação entre o corpo e a estrutura do assento, • Fatores extrínsecos - constituição física, peso corporal e tensão muscular.

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Ainda temos um fator muito importante na pilotagem de helicóptero, devido à postura de pilotagem. O sistema de controle único do helicóptero exige a adoção de uma posição sentada anormal, por parte do piloto. A fim de controlar o coletivo, o piloto é obrigado a inclinar-se para a esquerda. A mão esquerda que aciona o coletivo está meio dobrada. O braço direito que aciona o cíclico é dobrado até o nível do cotovelo, formando quase um ângulo reto. Geralmente o manuseio é alto demais para que o antebraço descanse sobre a coxa. Por essa razão, o piloto mantém sua mão tão baixa quanto possível para compensar o cansaço decorrente da posição viciosa. Em conseqüência, também, o piloto curva-se sobre o cíclico para compensar o desconforto do antebraço e aproximá-lo da coxa, tendo como resultado a posição da coluna vertebral torácica e parte da lombar afastada do assento e fletida para frente, não mais ficando apoiada no encosto do assento. A fim de manter seu campo visual acima do painel de instrumentos, o piloto mantém sua cabeça levemente inclinada para cima, inclinando a coluna cervical para trás.

Isto acontece principalmente com pilotos de estatura baixa. Os pés se apóiam sobre os pedais do rotor, com as pernas e as coxas levemente flexionadas. O joelho fica sob tensão e a manutenção desta postura por longos períodos leva a fadiga. Esta posição é ruim porque é rígida e assimétrica e o piloto é obrigado a mantê-la enquanto durar o vôo. E é este constante estado de tensão assimétrica da musculatura e das articulações, que sob vibração, resulta na dor costal do piloto de helicóptero.

Esta posição leva, com o tempo, a compressões assimétricas que desviarão os corpos vertebrais para frente e forçando os discos inter-vertebrais par trás.

Com o tempo esse sobresforço causará a hérnia de disco com síndrome dolorosa intensa.

Como vimos anteriormente, existem faixas de vibração atuando predominantemente sobre estruturas diferentes do corpo humano. Mas a principal faixa de vibração se situa entre 1 e 20 Hz, faixa esta que, gerando ressonância no corpo, pode causar lesão nas estruturas corporais.

Mais precisamente a faixa entre 6 a 10 Hz pode gerar acelerações internas da ordem de três

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vezes a energia recebida pelo corpo, o que trará lesões se durarem cerca de uma hora. Vibrações abaixo de 1 Hz causarão estímulos excessivos nos canais semicirculares, no ouvido interno, que provocarão desorientação espacial, náusea e vômitos.

V - E F E I T O S F I S I O L Ó G I C O S E F I S IO PATOLÓGICOS DA VIBRAÇÃO Vejamos as principais conseqüências das diversas faixas de vibração de baixa freqüência sobre o corpo humano. Na faixa de 1 a 10 Hz poderá ser observado: 1 - Alterações Respiratórias

Principalmente sob acelerações de 1 a 2 G+, no eixo Z, que causam aumento da freqüência e do volume respiratório que levarão à hiperventilação e prejuízos momentâneos ao sistema nervoso central.

2 - Alterações Cardiovasculares

Tais como aumento do débito cardíaco, da pressão sistólita, aumento do consumo de O2 pelo músculo cardíaco e alterações eletrocardiográficos aparecem. No sistema vascular periférico há vasodilatação principalmente muscular, podendo causar congestão sangüínea na massa muscular.

3 - Alterações Labirínticas

Devido a correntes hidráulicas nos canais semicirculares, geradas pela ampliação das forças vibratórias recebidas pelo fenômeno da ressonância. Essas alterações se traduzem pela desorientação espacial que é extremamente perigosa, uma vez que é um fenômeno de natureza psicosensorial, ou seja, o piloto desorientado pelo seu sistema sensorial mais importante que é o labirinto, interpreta psiquicamente como se fosse sensação real e reage conforme este sentimento hipoteticamente consciente, gerando manobras e correções de atitude, induzidas por motivos irreais. Esse conflito com a realidade desequilibra totalmente a aeronave (reação instintiva e errônea) em situações que podem levar ao acidente. Esse conflito entre a realidade e o instintivo, que pode ser gerado pelas acelerações vibratórias, muito comum no vôo de helicóptero, deve-se à grande sensibilidade dos canais semicirculares que formam o sistema vestibular ou labirinto.

O sistema vestibular ou labirinto é composto de três canais semicirculares em cada ouvido interno, que se dispõem nos três eixos espaciais, para perceberem quaisquer movimentos angulares que a cabeça esteja submetida.

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Quando se está submetido a um único movimento o indivíduo tende a perceber corretamente o sentido deste movimento, mas quando há composição de movimentos angulares, as múltiplas informações sensoriais chegadas ao centro do equilíbrio no cérebro geram respostas conflitantes porque o cérebro não está acostumado a interpretar múltiplos movimentos angulares simultâneos, o que ocorre quando o piloto está submetido a vibrações de baixa freqüência e ao mesmo tempo voando, talvez em manobras curvilíneas. Nessas condições o piloto "entenderá" e “enxergará” situações irreais induzidas que o levarão a reações instintivas e errôneas. Isto pode perfeitamente provocar o acidente aeronáutico. Isto também ocorre mais freqüentemente nos vôos de helicópteros a baixa altura, baixa velocidade e pairados, nos quais o piloto mobilize excessivamente a cabeça. Se for vôo noturno, conseqüentemente vôo IFR na maioria das vezes, as chances de acidente por essa razão aumentam muito. Vôos sobre superfície aquática também se incluem na situação anterior. Igualmente freqüente, este acontecimento, pelos mesmos motivos, nas aproximações e decolagens noturnas de navio aeródromo. Outro fator que predispõe ao aparecimento da desorientação espacial é o piloto movimentar a cabeça em demasia a procura de referenciais. Estes movimentos de cabeça fazem com que diferentes canais semicirculares sejam estimulados e conflitem o cérebro ao interpretar diferentes estímulos sensoriais simultâneos. É recomendável, portanto que, em vôo de helicóptero, o piloto movimente muito mais os olhos do que a cabeça, se oriente mais pelos instrumentos do painel como forma de autochecar-se a todo momento, acreditando nas informações dos instrumentos, principalmente nos momentos críticos do vôo como aproximações e decolagens.

4 - Diminuição da Concentração e da Atenção

Ocorre devido à interferência da ressonância no sistema neurosensorial central.

5 - Dificuldade de Movimentos "Finos"

Ocorre devido à ação da ressonância sobre o neuro-sensório periférico, impedindo a correta ação muscular "delicada".

Os movimentos de translação (ressonantes) no eixo Y, neste caso, são os mais prejudiciais.

6 - Estresse Psicológico

Que dependerá da duração da ressonância sobre o piloto e que resultará em aumento dos erros de julgamento a) Na Faixa de 8 a 15 Hz: • dependendo da duração da vibração aparecerá dor de cabeça; • dependendo da freqüência e da duração do vôo, haverá fadiga da musculatura das costas e tensão na coluna vertebral e pelos motivos posturais já citados, o piloto apresentará dor nas costas que poderá permanecer mesmo após o vôo; • dependendo da freqüência e da duração do vôo há fadiga muscular generalizada, principalmente na musculatura das pernas e braços;

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10/13 • dores articulares nos pés e punhos, por estarem sob tensão postural e em ressonância nessa faixa; • podem sobrevir dores musculares da parede abdominal e dores viscerais, por serem as vísceras quase que flutuantes na cavidade abdominal, principalmente cólicas intestinais.

Pelos mesmos motivos, principalmente sob vibrações em torno de 8 Hz, pode aparecer dor nos testículos que se agravam também pela posição postural viciosa. Ainda, em relação às vísceras abdominais, poderá haver até deslocamento renal e aparecimento de urina sanguinolenta (8 Hz). A ressonância das vísceras abdominais se reflete na parede abdominal, na região peri-umbelical; • continua presente nesta faixa de vibração os riscos de hérnia de disco, lesões articulares intervertebrais e das articulações mais solicitadas: punho, joelho e articulações próprias dos pés; • na diminuição da acuidade auditiva por deficiência funcional da fisiologia da audição, enquanto sujeita à vibração. Isto se deve pelo fato da cadeia ossicular do ouvido médio entrar em ressonância. Com a cronicidade repetitiva deste fator, haverá risco de otoesclerose com diminuição da acuidade auditiva definitivamente; e • há aumento do estresse.

b) Na Faixa de 15 a 30 Hz Os maiores prejuízos da acuidade visual se darão em torno de 15 Hz, apesar de efeitos em torno de 6 - 8 Hz também serem observados, mas compensados pelo reflexo óculo-vestibular.

Tudo dependerá se o objeto a ser visualizado se encontra fora ou dentro da cabine. Se o piloto vibra e o objeto não, pode-se supor que a visão será pouco prejudicada, mas se o objeto a ser visualizado também está vibrando (instrumento do painel) o prejuízo será grande. Nesse caso aconselha-se que os instrumentos sejam do tipo ponteiros e não alfanuméricos, para melhor interpretação. O prejuízo é diretamente proporcional à energia da vibração. Se a vibração do objeto for mais ampla da que afeta a piloto, a acuidade diminuirá mais ainda.

Nessa faixa haverá concorrência também da própria ressonância do globo ocular, que implementará distúrbios funcionais na própria neuro-fisiologia sensorial da retina e conseqüentemente prejuízos na acuidade visual. Ilusões visuais poderão advir nesta faixa devido ao reflexo óculo-vestibular que induzirá o piloto às ilusões, principalmente à noite.

• também, nessa faixa, há prejuízos da atenção e do raciocínio e aumento do estresse.

c) Na Faixa de 50 - 60 Hz Essa é a faixa de ressonância da faixa torácica, produzindo dificuldades de fonação e falhas na comunicação

VI - PREVENÇÃO DOS EFEITOS DA VIBRAÇÃO A fim de prevenir os efeitos sobre a coluna vertebral e as articulações comprometidas é recomendado que:

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11/13 • a correção da postura da coluna, retificando-a ao máximo e até acentuando-a, para frente, através de uma almofada com cerca de oito cm de espessura;

• manter a articulação do pé com a perna (tibio-társica) próxima de 90°, o que causará menos dor e menos tensão muscular na área; • da mesma forma, em relação ao punho, mantê-lo no sentido do prolongamento do ant ebraço a fim de manter a musculatura da região o menos tensa possível; • Realizar exercícios físicos com a finalidade de fortalecer as musculaturas cervical, dorsal, lombar e abdominal, predominantemente aeróbicos para conferir resistência muscular à fadiga; • Manter o controle ponderal para diminuir a massa influenciada pela vibração, diminuindo também o efeito de movimento gerado pela ressonância; • Manter um controle médico periódico e efetivo a fim de identificar os distúrbios orgânicos resultantes da vibração, que possam se tornar irreversíveis; e • Submeter os candidatos a uma adequada seleção física para evitar que indivíduos anatomicamente ou constitucionalmente mais sensíveis aos efeitos ressonantes sejam submetidos às vibrações.

VII - PROTEÇÃO CONTRA OS EFEITOS DA VIBRAÇÃO Como é peculiar à máquina produzir vibração, deve-se pensar em fatores de proteção que diminuam a transmissão da vibração à cabine e, principalmente, ao piloto.

Com relação à diminuição das fontes de vibração, destacam-se os seguintes fatores:

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12/13 • sistemas amortecedores que freiem a transmissão das vibrações; • melhor equilíbrio moto-propulsor; • melhor aerodinâmica; • condições de vôo que menos acrescentem vibrações; e • limitar o tempo de exposição às vibrações, em média, a cinco horas diárias e cinqüenta horas por mês.

Com relação à proteção individual destacam-se os seguintes fatores: • acolchoamento da cadeira de pilotagem, objetivando o amortecimento máximo do assento, encosto e braço; • colocação de anteparo a nível da coluna lombar que a projete para adiante; e • colocação de luvas que amorteçam a transmissão de vibração pelos comandos manuais.

VIII - CONCLUSÃO O estudo dos efeitos da vibração sobre o piloto, objetiva primordialmente a segurança de vôo, como vimos os efeitos maléficos, são praticamente sobre todo o organismo, traduzindo-se em conseqüências imediatas, a curto e a longo prazo e diminuindo a operacionalidade do piloto, podendo prejudicá-lo temporariamente, ou mesmo, incapacitá-lo definitivamente. É possível controlar estes efeitos, atenuá-los e, atribuindo-lhes a real importância, aumentar substancialmente a operacionalidade e a segurança do vôo na operação de asa rotativa.

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ÍNDICE

CONTEÚDO I - INTRODUÇÃO II - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS VIBRAÇÕES III - FONTES DE VIBRAÇÃO NO MEIO AERONÁUTICO IV - EFEITOS DA VIBRAÇÃO SOBRE O CORPO HUMANO V - EFEITOS FISIOLÓGICOS E FISIOPATOLÓGICOS DA VIBRAÇÃO 1 - Alterações Respiratórias 2 - Alterações Cardiovasculares 3 - Alterações Labirínticas 4 - Diminuição da Concentração e da Atenção 5 - Dificuldade de Movimentos Finos 6 - Estresse Psicológico VI - PREVENÇÃO DOS EFEITOS DA VIBRAÇÃO VIl - PROTEÇÃO CONTRA OS EFEITOS DA VIBRAÇÃO VIlI - CONCLUSÃO