Влияние факторов космического полета на организм человека. Космические полёты. Иное атмосферное давление

К факторам, оказывающим наиболее су­щественное влияние на состояние организма че­ловека в космических полетах, относятся: 1) ускорения и вызываемые ими перегрузки на активных участках полета (при взлете косми­ческого корабля и во время спуска); 2) невесо­мость; 3) стрессорные воздействия, в частности эмоциональные.

Кроме того, на состояние космонавтов оказы­вают влияние изменения ритма суточной перио­дики, в различной степени выраженная сенсор­ная изоляция, замкнутая среда обитания с осо­бенностями микроклимата, периодически неко­торая запыленность искусственной атмосферы космического корабля, шум, вибрация и т.д. Воздействие ионизирующей радиации учитыва­ется при обеспечении космических кораблей радиационной защитой, при планировании вы­ходов человека в открытый космос.

Ускорения, перегрузки. Ускорения выра­жены в начале полета при взлете космического корабля и в конце полета при спуске корабля с орбиты (вхождение в плотные слои атмосферы и приземление).

Ускорение - векторная величина, харак­теризующая быстроту изменений скорости дви­жения или направления движения. Величина ускорения выражается в метрах в секунду в квад­рате (м/с 2). При движении с ускорением в про­тивоположном направлении действует сила инер­ции. Для ее обозначения применяется термин «перегрузка». Величины перегрузок, как и ве­личины ускорений, выражаются в относитель­ных единицах, обозначающих во сколько раз при данном ускорении возрастает вес тела по срав­нению с весом в условиях обычной земной гра­витации (в условиях статического покоя или равномерного прямолинейного движения). Вели­чины ускорений и перегрузок обозначают бук­вой G - начальная буква слова «гравитация» (при­тяжение, тяготение). Величина земной гравита­ции принимается за относительную единицу. При

свободном падении тела в безвоздушном про­странстве она вызывает ускорение 9,8 м/с 2 . При этом в условиях земного притяжения сила, с которой тело давит на опору и испытывает про­тиводействие со стороны ее, обозначается как вес. В авиационной и космической медицине пе­регрузки различают по ряду показателей, в том числе по величине и длительности (длительные

Более 1 с, ударные - менее 1 с), скорости и характеру нарастания (равномерные, пикообраз-ные и т. д.). По соотношению вектора перегруз­ки к продольной оси тела человека различают продольные положительные (в направлении от головы к ногам), продольные отрицательные (от ног к голове), поперечные положительные (грудь

- спина), поперечные отрицательные (спина -грудь), боковые положительные (справа налево) и боковые отрицательные (слева направо).

Значительные по величине перегрузки обус­ловливают перераспределение массы крови в сосудистом русле, нарушение оттока лимфы, смещение органов и мягких тканей, что в пер­вую очередь отражается на кровообращении, дыхании, состоянии центральной нервной сис­темы. Перемещение значительной массы крови сопровождается переполнением сосудов одних ре­гионов организма и обескровливанием других. Соответственно изменяются возврат крови к сер­дцу и величина сердечного выброса, реализуют­ся рефлексы с барорецепторных зон, принимаю­щих участие в регуляции работы сердца и тону­са сосудов. Здоровый человек наиболее легко переносит поперечные положительные перегруз­ки (в направлении грудь-спина). Большинство здоровых лиц свободно переносят в течение од­ной минуты равномерные перегрузки в этом на­правлении величиной до 6-8 единиц. При крат­ковременных пиковых перегрузках их перено­симость значительно возрастает.

При поперечных перегрузках, превышающих предел индивидуальной переносимости, наруша­ется функция внешнего дыхания, изменяется кровообращение в сосудах легких, резко учаща­ются сокращения сердца. При возрастании ве­личины поперечных перегрузок возможно меха­ническое сжатие отдельных участков легких, нарушение кровообращения в малом круге, сни­жение оксигенации крови. При этом в связи с углублением гипоксии учащение сокращений сердца сменяется замедлением.

Более тяжело по сравнению с поперечными

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

переносятся продольные перегрузки. При поло­жительных продольных перегрузках (в направ­лении от головы к ногам) затрудняется возврат крови к сердцу, уменьшается кровенаполнение полостей сердца и, соответственно, сердечный выброс, снижается кровенаполнение сосудов кра­ниальных отделов тела и головного мозга. На снижение артериального давления в сонных ар­териях реагирует рецепторный аппарат синока-ротидных зон. В результате возникает тахикар­дия, в ряде случаев появляются нарушения рит­ма сердца. При превышении предела индивиду­альной устойчивости наблюдаются выраженные аритмии сердца, нарушения зрения в виде пеле­ны, нарушения дыхания, появляются боли в эпигастральной области. Переносимость продоль­ных положительных перегрузок в большинстве случаев находится в пределах 4-5 единиц. Одна­ко уже при перегрузке в 3 единицы в некоторых случаях возникают выраженные аритмии серд­ца.

Еще более тяжело переносятся продольные отрицательные перегрузки (в направлении ноги - голова). В этих случаях происходит пере­полнение кровью сосудов головы. Повышение ар­териального давления в области рефлексогенных зон сонных артерий вызывает рефлекторное за­медление сокращений сердца. При этом виде перегрузок аритмии сердца в некоторых случа­ях отмечены уже при ускорениях величиной 2 единицы, а продолжительная асистолия- при ус­корении величиной 3 единицы. При превыше­нии пределов индивидуальной устойчивости воз­никают, головная боль, расстройства зрения в виде пелены перед глазами, аритмии сердца, на­рушается дыхание, возникает предобморочное со­стояние, а затем происходит потеря сознания.

Переносимость перегрузок зависит от многих условий, включая величину, направление и дли­тельность ускорений, характер их нарастания, положение тела человека и его фиксацию, тре­нированность, индивидуальную реактивность и т. д. Условия полетов современных космических кораблей, оптимальное положение космонавта по отношению к вектору ускорений позволяют из­бегать неблагоприятных влияний перегрузок, однако их воздействие возрастает в аварийных ситуациях и при так называемых внештатных условиях посадки.

Невесомость. Исследование влияния неве­сомости на организм человека - одно из наибо-

лее интенсивно развивающихся за последние два десятилетия направлений современной гравита­ционной биологии (науки о влиянии земного притяжения на развитие жизни, формирование структур и функций организма, влиянии изме­ненной гравитации на течение адаптационных процессов в норме и в экстремальных услови­ях).

Состояние невесомости возникает в опре­деленных условиях. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстоя­ния между ними:

т 1 т г
F = G -------------- .

Основоположник современной науки о кос­мических полетах К. Э. Циолковский определял невесомость как состояние, в котором силы зем­ного притяжения «совсем не действуют на на­блюдаемые тела или действуют на них весьма слабо...». Состояние невесомости может возник­нуть в различных ситуациях, в частности, когда в космическом пространстве в связи с большой удаленностью от Земли тело практически не ис­пытывает земного притяжения или когда сила земного притяжения уравновешивается притя­жением других небесных тел (статическая неве­сомость). В других случаях невесомость возни­кает в условиях, когда действие силы земного притяжения (снижение в связи с удаленностью от Земли) уравновешивается противоположно направленными центробежными силами (дина­мическая невесомость).

В орбитальном космическом полете тела дви­жутся в основном под влиянием инерционной силы (за исключением непродолжительных пе­риодов времени работы реактивных двигателей для коррекции траектории полета). В орбиталь­ном полете инерционная сила уравновешивает­ся силой притяжения Земли. Это определяет со­стояние невесомости космического корабля и всех движущихся с ним объектов. Невесомость обозначают также как состояние «нулевой гра­витации». В невесомости организм, освободив­шись от действия гравитации, должен приспо­собиться к новым необычным условиям, что оп­ределяет сложный многозвеньевой адаптацион-

ный процесс. В связи с нулевой гравитацией в невесомости сразу исчезает механическое напря­жение и сдавливание структур тела в той мере, в которой это было обусловлено его весом, и соответственно изменяется нагрузка на опорно-двигательный аппарат: исчезает вес крови и, следовательно, гидростатическое давление жид­кости в кровеносных сосудах; возникают усло­вия для существенного перераспределения кро­ви в сосудистом русле и жидкости в организме; исчезает ощущение опоры; меняются условия функционирования реагирующих на направле­ние силы тяжести анализаторных систем; про­исходит рассогласование деятельности различ­ных отделов вестибулярного анализатора. Эти­ми изменениями определяются многие взаимо­связанные отклонения в состоянии функциональ­ных систем, сопровождающиеся развитием адап­тационных процессов, которые протекают на различных уровнях целостного организма со сменой причинно-следственных отношений.

Изменения кровообращения в невесомости обусловлены несколькими факторами. В усло­виях земной гравитации транспорт жидкости через стенки капилляров согласно уравнению Стерлинга определяется соотношениями гидро­статического и коллоидно-осмотического давле­ния в капиллярах и окружающих их тканях. При этом во многих регионах организма, по мере того как гидростатическое давление снижается по направлению от артериального конца капил­ляра к венозному, фильтрация жидкости из со­судов в ткани сменяется ее реабсорбцией из тка­ней в сосуды. Соответственно изменяются филь-трационно-реабсорбционные соотношения на микроциркуляторном уровне. Это проявляется в возрастании абсорбции жидкости на уровне капилляров и венул и является одним из факто­ров, вызывающих в начале полета возрастание объема циркулирующей крови и обезвоживание тканей определенных регионов организма (пре­имущественно ног). Высота столба жидкости перестает оказывать влияние на давление и в мелких и в крупных кровеносных сосудах. В условиях невесомости оно зависит от нагнета­тельной и присасывающей функций сердца, уп-руговязких свойств стенок сосудов и давления окружающих тканей.

В невесомости различия венозного давления в сосудах предплечий и голеней сглаживаются. Предположение о повышении центрального ве­нозного давления в полетах не подтвердилось.

Более того, оказалось, что в условиях невесомо­сти оно снижается. Исчезновение веса крови об­легчает ее движение из вен нижней половины тела к сердцу. Наоборот, отток крови из вен голо­вы, ранее в наземных условиях облегчавшийся действием гравитации, в условиях невесомости оказывается существенно затрудненным. Это вызывает увеличение объема крови в сосудах головы, отечность мягких тканей лица, а также ощущение распирания головы, в некоторых слу­чаях головную боль в первые дни полета (так называемый период острой адаптации). В ответ на эти нарушения возникают рефлексы, изме­няющие тонус сосудов головного мозга.

Перераспределение крови в сосудистом рус­ле, изменение венозного возврата, исчезновение такого существенного фактора, как гидростати­ческое давление, снижение общих энергозатрат организма - все это влияет на работу сердца. В условиях невесомости изменяется соотношение нагрузки на левые и правые отделы сердца. Это находит отражение в ряде объективных показа­телей изменений фазовой структуры сердечного цикла, биоэлектрической активности миокарда, диастолическом кровенаполнении полостей сер­дца, а также в переносимости функциональных проб. В связи с перераспределением крови в со­судистом русле центр тяжести тела смещается в краниальном направлении. В раннем периоде пребывания в невесомости существенное пе­рераспределение крови в сосудистом русле и из­менение кровенаполнения полостей сердца вос­принимаются афферентными системами организ­ма как информация об увеличении объема цир­кулирующей крови и вызывают рефлексы, на­правленные на сброс жидкости.

Изменения водно-электролитного обмена в раннем периоде пребывания в невесомости объяс­няются преимущественно уменьшением секре­ции АДГ и ренина, а затем и альдостерона, а также увеличением почечного кровотока, возра­станием клубочковой фильтрации и снижением канальцевой реабсорбции.

В опытах на животных отмечено, что в усло­виях, моделирующих невесомость, уменьшают­ся величина так называемой тощей безжировой массы тела и содержание воды в организме, в мышцах возрастает содержание натрия и умень­шается содержание калия, что, возможно, явля­ется следствием изменений микроциркуляции.

В невесомости исчезает нагрузка на поз­воночник, прекращается давление на межпоз-

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

воночные хрящи, становятся ненужными ста­тические усилия антигравитационных мышц, противодействующие силам земного притяжения и позволяющие на Земле удерживать положе­ние тела в пространстве, снижается общий то­нус скелетной мускулатуры, уменьшаются уси­лия на перемещение как собственного тела, так и утративших вес предметов, изменяется коор­динация движений, характер многих стереотип­ных в наземных условиях двигательных актов. Космонавт успешно адаптируется к новым усло­виям мышечной деятельности в невесомости. У него формируются новые двигательные навыки. Во время космических полетов осуществляются тщательно разработанные профилактические тренировки с использованием велоэргометров, упражнений на бегущей дорожке и т. д. В отсут­ствие этих профилактических мероприятий дли­тельное пребывание в невесомости может выз­вать изменения структуры и функции костно-мышечной системы.

Как известно, костная ткань отличается вы­сокой пластичностью и чувствительностью к ре-руляторным влияниям и изменениям нагрузок. Одним из факторов, влияющих на структуру костей, является механическая нагрузка. При сжатии и напряжении кости в ее структуре воз­никает отрицательный электрический потенци­ал, стимулирующий процесс костеобразования. При снижении нагрузки на кости генез возни­кающих нарушений связан не только с местны­ми изменениями, но и зависит от генерализо­ванных нарушений обменных и регуляторных процессов. При отсутствии нагрузки на кости скелета отмечаются снижение минеральной на­сыщенности костной ткани, выход кальция из костей, генерализованные изменения белкового, фосфорного и кальциевого обмена и т. д. С изме­нением состояния костной ткани и снижением ее минеральной насыщенности в условиях неве­сомости и гипокинезии связывают общие поте­рн кальция. Длительное снижение нагрузки на скелетную мускулатуру (в случае недостаточно­сти профилактических мер) вызывает атрофи-ческие процессы, а также отражается на энер­гообмене, общем уровне метаболических про­цессов и состоянии регуляторных систем, в том числе на тонусе высших вегетативных центров головного мозга. Известно, что релаксация мышц сопровождается снижением тонуса вегетативных ацсшров гипоталамуса. Под влиянием невесомо­сти снижается потребление кислорода тканями,

в мышцах уменьшается активность ферментов цикла Кребса и сопряженность процессов окислительного фосфорилирования, возрастает содержание продуктов гликолиза.

Стрессорные воздействия. В условиях кос­мического полета человек подвергается стрессам (см. разд. 3.2.1), в основе которых лежит комби­нация ряда воздействий, в частности резкие из­менения влияния гравитационных сил, а имен­но: переходы от земной гравитации к гипергра­витации в начальном периоде космического по­лета в связи с ускорениями при взлете корабля, переход от гипергравитации к нулевой гравита­ции во время орбитального полета и возвраще­ние снова через гипергравитацию к земной гра­витации при завершении полета. Стрессы, выз­ванные резкими изменениями влияния грави­тации (в основном пребывание в условиях нуле­вой гравитации), комбинируются со стрессами, вызванными эмоциональным напряжением, на­пряжением внимания, интенсивными на­грузками и т. д.

К числу стрессорных воздействий относят так­же факторы, вызывающие космическую болезнь движения. Космическая форма болезни дви­жения, имеющая определенное сходство с морс­кой болезнью, проявляется у части космонавтов на протяжении первых дней полета. В условиях невесомости при быстрых движениях головой наблюдаются симптомы дискомфорта, головокружение, бледность кожных покровов, слюнотечение, выделение холодного пота, изменение частоты сокращений сердца, подташ-нивание, рвота, изменение состояния цент­ральной нервной системы. Из многих причин, вызывающих болезнь движения, первое место отводится изменениям гемодинамики, в том чис­ле микроциркуляции в сосудах головного моз­га.

Согласно современным данным, в генезе кос­мической формы болезни движения су­щественную роль играют частичное выпадение и рассогласование информации, поступающей от различных анализаторных систем, обеспечива­ющих пространственную ориентацию, в том чис­ле рассогласование информации от различных структур вестибулярного аппарата (в условиях невесомости сохраняется функция полукружных каналов, реагирующих на угловые ускорения при быстрых движениях головы, и выпадает функ­ция отолитов) и несоответствие текущей (нео­бычной в условиях невесомости) информации

Глава 2 / БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

стереотипам, хранящимся в долговременной па­мяти центральной нервной системы на уровне коры и подкорковых структур головного мозга.

В большинстве случаев космонавты срав­нительно быстро адаптируются к факторам, вы­зывающим болезнь движения, и ее проявления исчезают по прошествии первых трех суток по­лета. В ранние сроки полета изменения состоя­ния сенсорных систем могут сопровождаться нарушениями пространственной ориентации, иллюзорными ощущениями перевернутого поло­жения тела, трудностями координации движе­ния.

Начиная с раннего детского возраста в фор­мировании и реализации программ произ­вольных локомоторных актов участвуют многие структуры центральной нервной системы, в том числе кора головного мозга, лимбическая и стри-арная системы, ретикулярная формация среднего мозга, мозжечок и др. Долговременная память обеспечивает хранение в структурах головного мозга, в том числе в лимбической системе, про­грамм координированных движений. В период острой адаптации к невесомости во время дви­гательных актов имеет место рассогласование измененной афферентации с программами, хра­нящимися в долговременной памяти. Это созда­ет конфликтные ситуации, а необходимость эк­стренной перестройки программ требует напря­жения компенсаторных механизмов и является одним из звеньев процесса адаптации к невесо­мости.

В целом период острой адаптации к неве­сомости может быть охарактеризован как стрес-сорная реакция на комбинированный комплекс специфических (нулевая гравитация) и неспе­цифических (эмоциональное напряжение в ус­ловиях высокой мотивации, интенсивные нагруз­ки, измененные суточные ритмы) факторов, усу­губляющаяся изменениями регионарного крово­обращения, особенно в сосудах головы.

После космических полетов отмечается сни­жение эритроцитарной массы. Восстановление гематологических показателей происходит в те­чение 1,5 мес после завершения полета. Эти сдви­ги объясняются компенсаторным уменьшением объема циркулирующей крови в полетах и зна­чительно более быстрым восстановлением объе­ма плазмы крови, чем массы эритроцитов после полетов. Кроме того, эти изменения в невесомо­сти предположительно связывают с уменьшением мышечной массы тела и компенсаторной реак-

цией, направленной на увеличение кислородно­го запроса тканей.

Факторы космического полета оказывают вли­яние на иммунологическую реактивность орга­низма. После космических полетов, пре­вышающих 30 сут, как правило, отмечается сни­жение функциональной активности клеточных популяций, относящихся к Т-системе иммуни­тета, и в некоторых случаях появляются при­знаки сенсибилизации к аллергенам микробной и химической природы. Эти изменения, по-ви­димому, могут рассматриваться как следствие перестройки системы иммунитета в процессе адаптации к комплексу факторов полета, вклю­чающих невесомость, дополнительные стрессы, пребывание в гермообъеме с искусственным кли­матом. Данные изменения повышают степень риска возникновения инфекционных и аллер­гических заболеваний. Таким образом, пре­бывание в условиях невесомости вызывает пере­стройку функционального состояния организма на различных уровнях его организации.

Течение процессов адаптации четко про­слеживается и в наземных исследованиях, мо­делирующих влияние факторов космического полета на организм. В условиях строгого постель­ного режима (гипокинезии) в антиортостатичес-ком положении, при котором головной конец кровати спущен под углом - 4°к горизонтальной плоскости, наблюдаются изменения, имеющие сходство с возникающими в невесомости. Более того, эти изменения в условиях наземного моде­лирования в случае отсутствия профилак­тических мероприятий могут быть даже более выражены, чем в космических полетах. Они про­являются в виде: 1) изменений системной гемо­динамики, снижения нагрузки на миокард, дет-ренированности сердечно-сосудистой системы, в частности веномоторных рефлексов, ухудшении переносимости ортостатических проб; 2) изме­нений регионарного кровообращения, особенно в бассейнах сонных и вертебральных артерий, в связи с затруднениями венозного оттока из со­судов головы и соответствующими преимуще­ственно компенсаторными изменениями регуля­ции сосудистого тонуса; 3) изменения объема циркулирующей крови и уменьшения эритроци­тарной массы; 4) изменений водно-электролит­ного обмена, выражающихся, в частности, в яв­лениях потери калия; 5) изменений состояния центральной нервной системы и вегетативно-со­судистых сдвигов, явлений вегетативной дисфун-

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

кции и астенизации; 6) частичной атрофии мышц я нервно-мышечных нарушений, выражающих­ся в уменьшении упругости мышц, снижении ах электровозбудимости и показателей работос­пособности; 7) разбалансированности регулятор­ных систем.

В условиях антиортостатической гипокинезии прослеживается стадийность адаптационных процессов. На примере кровообращения видно, что адаптация наиболее быстро и совершенно осуществляется на уровне системной гемодина­мики, менее активна она на уровне регионарно­го кровообращения, в частности в бассейне сон­ных артерий, и еще более заторможена на уров­не микроциркуляции.

В условиях антиортостатической гипокинезии изменяется микроциркуляция. Например, в со­судах бульбоконъюнктивы глаза снижается ко­личество перфузируемых капилляров, изменя­ется соотношение диаметра артериол и венул; в сосудах глазного дна наблюдаются застойные явления. В отличие от системной гемодинамики компенсаторные изменения в системе микро-аиркуляции начинают прослеживаться в срав­нительно поздние сроки гипокинезии.

Под влиянием гипокинезии существенно воз­растают предрасположенность к возникновению эмоциональных стрессов и выраженность их ве­гетативных (сердечных и сосудистых) проявле­ний с аритмиями сердца и гипертензивными реакциями. В космических полетах возникно­вение этих изменений удается предупредить с помощью системы профилактических меропри­ятий. Вместе с тем при снижении требований к здоровью космонавтов или внимания к осуще­ствлению профилактических мероприятий отчет­ливо возрастает фактор риска.

Реадаптация. При завершении полета пере­ход от нулевой гравитации к перегрузкам во время спуска и возвращение к земной гравита­ции с момента приземления сочетаются со зна­чительным эмоциональным напряжением и яв­ляются, по существу, комбинированным стрес­сом, протекающим в условиях напряженных адаптационных реакций. При этом изменения состояния организма отражают динамику адап­тационных и стрессорных реакций.

В период реадаптации прекращается действие факторов, вызывавших в невесомости дегидра­тацию, перераспределение крови в сосудистом русле и т. д. Одновременно возникает необходи­мость экстренной мобилизации адаптационных

"лава 2 / БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ С

механизмов, обеспечивающих нормальное фун­кционирование организма в условиях земной гравитации. В ближайшее время после заверше­ния полета проявляются некоторая детрениро-ванность сердечно-сосудистой системы, остаточ­ные нарушения микроциркуляции в сосудах го­ловы, изменения реактивности организма и сос­тояния его регуляторных систем. Кровооб­ращение быстро адаптируется к земной грави­тации. В частности, после многомесячных поле­тов застойные явления в области глазного дна и признаки перипапиллярного отека сетчатки гла­за исчезают в течение первой недели после окон­чания полета.

После космических полетов продолжи­тельностью до 14 сут отмечено возрастание ак­тивности гипоталамо-гипофизарной и симпато-адреналовой систем. После полетов, продолжав­шихся от 2 до 7 мес, обнаружено повышение активности симпатоадреналовой системы при отсутствии признаков повышения активности гипоталамо-гипофизарной системы. Так, после многомесячных полетов характерно возрастание секреции адреналина (максимально в первые сут­ки) и норадреналина (максимально на 4-5-е сут после приземления) при неизменной концентра­ции АКТГ, ТТГ, СТГ, циклических нуклеотидов в крови и сниженной концентрации простаглан-динов прессорной группы и активности ренина плазмы в эти сроки. Соотношения гормонально­го и медиаторного обмена являются одним из показателей некоторой разбалансированности регуляторных систем организма.

В связи со снижением ортостатической устой­чивости и измененным стереотипом двигатель­ных актов космонавтам в первые часы после приземления трудно находиться в вертикальном положении и передвигаться без посторонней по­мощи. В результате адаптационной перестрой­ки быстро восстанавливается стереотип двига­тельных актов, нормализуются обменные про­цессы, состояние регуляторных и исполнитель­ных систем организма.

Проблемы, разрабатываемые современной космической медициной, охватывают широкий круг вопросов, включающих выяснение механиз­мов адаптации человека к действию факторов полета в невесомости, механизмов реадаптации при возвращении к условиям земной гравита­ции, совершенствование эффективности управ­ления этими процессами.

При полете в космическое пространство живые организмы сталкиваются с целым рядом условий и факторов, резко отличных по своим свойствам от условий и факторов биосферы Земли. Факторы космического полета, которые способны оказать влияние на живые организмы, делят на три группы.

Космические путешественницы - собаки Уголек и Ветерок.

К первой относятся факторы, связанные с динамикой полета космического корабля: перегрузки, вибрации, шумы, невесомость. Изучение воздействия их на живые организмы - важная задача космической биологии. Особенно велика биологическая значимость невесомости. Вся эволюция земной жизни, биологических процессов проходила в условиях постоянного воздействия гравитационного поля нашей планеты на ее обитателей. В этих условиях протекает она и сейчас. Еще нет ясного ответа на вопрос, каким образом при длительном действии невесомости будут протекать эти биологические процессы, начиная с элементарных - синтеза белка, деления клеток, действия ферментов и т. п. - и кончая сложнейшими физиологическими реакциями. Полет А. Г. Николаева и В. И. Севастьянова в течение 18 суток на корабле «Союз» и беспримерный по длительности полет Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева на первой в мире орбитальной станции «Салют» свидетельствуют о способности человеческого организма достаточно долго сохранять высокую работоспособность в условиях невесомости.

Не менее сложна проблема обратной приспособляемости (реадаптации) организма к земному тяготению после длительного пребывания в состоянии невесомости. Пока еще совершенно неясно, не окажет ли очень длительное пребывание в состоянии невесомости (допустим, при полете вокруг Марса или Венеры) настолько вредное действие на организм, что возвращение этого организма в условия нормального (земного) гравитационного поля будет для него чрезмерной нагрузкой. От решения этого вопроса зависит конструкция будущих космических кораблей. Может быть, на них придется создавать искусственно силу тяжести.

Ко второй группе относятся факторы космического пространства. Космическое пространство характеризуется многими особенностями и свойствами, которые не совместимы с требованиями земных организмов к условиям окружающей среды. Это прежде всего почти полное отсутствие газов, входящих в состав атмосферы, в том числе молекулярного кислорода, высокая интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучения, ослепляющая яркость видимого света Солнца, губительные дозы ионизирующих (проникающих) излучений (космические лучи и гамма-кванты, рентгеновское излучение и др.), своеобразие теплового режима в условиях космоса и т. д. Космическая биология изучает влияние всех этих факторов, их комплексное воздействие на живые организмы и способы защиты от них. К третьей группе относятся факторы, связанные с изоляцией организмов в искусственных условиях космического корабля. Полет в космическое пространство неизбежно связан с более или менее длительной изоляцией организмов в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических кораблей. Ограниченность пространства и свободы движения, монотонность и однообразие обстановки, отсутствие многих привычных для жизни на Земле раздражителей создают совершенно особые условия. Поэтому необходимы специальные исследования физиологии высшей нервной деятельности, устойчивости высокоорганизованных существ, в том числе и человека, к длительной изоляции, сохранения в этих условиях работоспособности.

NASA поделилось предварительными результатами опыта по влиянию полётов в космос на человеческий организм . Исследование интересно тем, что в нём приняли участие два астронавта — близнецы Келли . Учёные собирали данные о состоянии братьев до, во время и после миссии на МКС. В то время как Скотт почти год находился на орбите, Марк оставался на Земле, и его показатели принимали за основу.

О том, что озадачило исследователей больше всего, и эффективна ли прививка от гриппа на орбите Земли, — в материале RT.

Скотт и Марк Келли globallookpress.com Mark Sowa/ZUMAPRESS.com

Сравнивая состояние организма летавшего и не летавшего в космос близнецов, исследователи использовали чуть ли не все доступные методы — от анализа крови и слюны до секвенирования ДНК. В ней-то и нашлись основные отличия.

Во-первых, у братьев Келли обнаружилась разница в модификациях ДНК. Такие небольшие изменения химического толка (метилирование) — нормальны и происходят под влиянием окружающей среды и стресса.

Как заметили исследователи, процесс метилирования замедлился у Скотта Келли, проведшего без малого год на МКС в компании российского космонавта Михаила Корниенко (экипаж вернулся на Землю 2 марта 2016 года), а вот у Марка Келли, наоборот, ускорился. После возвращения Скотта на Землю интенсивность метилирования ДНК вернулась к норме, и, что любопытно, у обоих.

Вторым и самым интригующим результатом при изучении геномов стало удлинение теломер. Теломеры — это области, расположенные на концах хромосом. Их часто связывают с процессом старения. Считается вероятным, что чем длиннее теломеры, тем больше у человека потенциала для долголетия.

Благодаря особому белку, теломеразе, теломеры могут удлиняться — что и случилось с находившимся в космосе Скоттом. У Марка этот процесс обнаружен не был. Впрочем, по возвращении Скотта на Землю теломеры у него снова начали укорачиваться.

По словам специалиста по радиационной биологии Сьюзан Бейли из Университета Колорадо, причины роста теломер в космосе пока не ясны, однако, предположительно, это связано с увеличенной нагрузкой и пониженным приёмом калорий в течение миссии.

Что касается выясненных физиологических изменений из-за пребывания в невесомости, то они были более-менее предсказуемыми. Как сообщил изучающий влияние полёта на МКС на когнитивные функции профессор психиатрии Матиас Баснер из Пенсильванского университета, после миссии у Скотта снизилась точность и скорость реакции. К счастью, отличие оказалось незначительным по сравнению с наблюдавшимися ранее аналогичными изменениями в течение полугодовых миссий.

Кроме того, за вторую часть миссии у Скотта Келли отметилось замедление процесса восстановления костного вещества и выработки гормона, который участвует в эндокринной регуляции и отвечает за рост тканей. У Марка подобных изменений отмечено не было.

Скотт Келли на МКС NASA

К предсказуемым результатам можно отнести и оценку эффективности вакцины от гриппа. В космосе и на Земле отличий не обнаружили. Прививка, судя по анализам, одинаково эффективна.

Говорить же об итоговых выводах из исследования пока рано: учёные поделились только предварительными данными. Теперь им предстоит долгий анализ и поиск причин отмеченных изменений. Одной из непростых задач для них будет определить, какие именно отличия появились под влиянием непривычной для организма среды.

Вполне возможно, что значительная часть результатов будет связана со стрессовой ситуацией во время миссии. Ранее NASA сообщало, что отчёт о финальных результатах может быть опубликован ближе к концу 2017 или 2018 году. О самых заметных открытиях, возможно, станет известно раньше.

Эксперимент примечателен тем, что поскольку идентичные близнецы очень близки генетически, разница в результатах анализов в меньшей степени будет связана с особенностями организма, чем между случайными людьми или другими родственниками. Кроме того, братья выбрали один и тот же род деятельности и вели сходный образ жизни. Марк Келли провёл в космосе 54 дня. Опыт Скотта более основателен — в общей сложности 520 дней в космосе.

Влияние длительного космического полета на человеческий организм - страница №1/1

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА НА ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ

(Некоторые результаты медико-биологических исследований в связи с полетом космического корабля «Союз-9»)

Член-корреспондент АН СССР

О. Г. ГАЗЕНКО,

кандидат медицинских наук

Б. С. АЛЯКРИНСКИЙ

Практически освоение космоса в настоящее время - это прежде всего удлинение как орбитальных, так и межпланетных полетов, а следова­тельно, неизбежное увеличение сроков пребывания человека в необычных условиях существования. Совершенно очевидно, что от длительности этих сроков будет непосредственно зависеть результат воздействия на челове­ческий организм всех факторов космического полета, и прежде всего наиболее значимых - таких, как невесомость, повышенный уровень ра­диации, измененная по составу и количеству афферентация, во многом отличная от «земной» система датчиков времени (раздражителей, регу­лирующих суточные ритмы всех функций организма). Однако о конкрет­ных особенностях такой зависимости известно еще очень мало. Наука располагает в этом отношении крайне скудными данными. Между тем вопрос о том, как долго человек без ущерба для здоровья и работоспособ­ности может пробыть в космосе, является одним из самых актуальных в современной космонавтике. Поэтому-то столь большое внимание привле­кает к себе полет советского космического корабля «Союз-9» с двумя космонавтами на борту, которые находились в космосе 18 суток, т. е. на 4 суток больше американских космонавтов Ф. Бормана и Д. Ловелла, прежних обладателей мирового рекорда длительности орбитального по­лета.

Уже в период планирования и практической подготовки полета «Союза-9» предусматривалась возможность получить в результате меди­ко-биологических наблюдений и исследований данные, отличные от тех, которые были доставлены предыдущими полетами как советских, так и американских космонавтов. Действительность не обманула этих ожида­ний, чему во многом способствовали большая полнота и систематичность медицинского обследования космонавтов до, во время и после полета, а главное - длительность пребывания А. Г. Николаева и В. И. Севастьянова на орбите.

Полет космического корабля «Союз-9» проходил точно по программе. Параметры микроклимата в его жилых отсеках колебались в предусмот­ренных пределах: общее давление - 732-890 мм рт. ст., парциальное давление кислорода-157-285, углекислоты 1,3-10,7 мм рт. ст., отно­сительная влажность - 50-75%, температура воздуха - от 17 до 28° С. Космонавты питались консервами из натуральных продуктов 4 раза в сутки, калорийность суточного рациона в среднем составляла 2700 ккал. Питьевой режим предусматривал потребление каждым космонавтом око­ло 2 л жидкости в сутки (включая метаболическую воду). Дважды в течение дня космонавтами выполнялся комплекс специально разрабо­танных для полета физических упражнений.

В связи с прецессией орбиты и необходимостью произвести посадку корабля в дневные часы распорядок сна и бодрствования космонавтов значительно отличался от обычного. На первом этапе полета они ложи-

41

лись спать в / час. утра по московскому времени, а затем начало сна постепенно перемещалось на более ранние часы, приближаясь к полуно­чи. Таким образом, на борту корабля «Союз-9» был использован вариант так называемых мигрирующих суток с первоначальным 9-часовым сдви­гом фазы.

В процессе полета с помощью специальной бортовой аппаратуры ме­дицинского контроля на Землю систематически передавались данные ре­гистрации электрокардиограммы, сейсмокардиограммы и пневмограммы космонавтов как в покое, так и при выполнении функциональных проб, рабочих операций. В порядке взаимоконтроля космонавты измеряли друг у друга кровяное давление. С помощью установки «Вертикаль» исследо­валась способность к пространственной ориентировке. По заранее состав­ленной программе космонавты сообщали о своем самочувствии. Радио­переговоры и данные телевизионного наблюдения дополняли эти сооб­щения.

Полет корабля проходил в благоприятной радиационной обстановке.

Предстартовый период и период полета. Приближение времени старта сопровождалось у обоих космонавтов естественным для такой ситуации учащением сердечных сокращений и дыхания. Если накануне старта максимальная частота пульса у А. Г. Николаева равнялась 90, а у В. И. Севастьянова 84 уд/мин, то в период часовой готовности она до­стигала соответственно 114 и 96 уд/мин. Аналогичная реакция отмеча­лась и в отношении дыхания: накануне старта максимальная частота дыхания у А. Г. Николаева равнялась 15, у В. И. Севастьянова - 18, а в период часовой готовности она повысилась у обоих до 24 в минуту.

На активном участке полета частота пульса и дыхания у космонавтов находилась на уровне предстартового периода.

После выхода корабля на орбиту на 6-м витке полета частота сердеч­ных сокращений приблизилась к зарегистрированной за месяц до старта и принятой в качестве фоновой. В дальнейшем частота пульса продолжа­ла падать. К 3-м суткам полета она снизилась по отношению к фону у А. Г. Николаева на 8-10, у В. И. Севастьянова на 13 уд/мин и удер­живалась на этом уровне около 10 суток, после чего стала постепенно повышаться и в последней трети полета статистически значимо не от­личалась от фоновых показателей. При закрутке корабля, коррекции его орбиты, ориентации, а также при выполнении космонавтами физиче­ских упражнений и проведении некоторых экспериментов отмечалось вы­раженное увеличение частоты сердечных сокращений у обоих членов экипажа. Так, на 33-м витке, когда бортинженер В. И. Севастьянов, вы­полняя эксперимент по астроориентации, взял на себя управление ко­раблем, частота его пульса возросла до 110 уд/мин.

Частота дыхания на протяжении всего полета статистически значимо не отличалась от зарегистрированной в фоновых исследованиях (А. Д. Егоров и др.).

С выходом корабля на орбиту у обоих членов экипажа возникло ощу­щение прилива крови к голове, сопровождавшееся появлением одутлова­тости и покраснением кожи лица. Это ощущение на 2-е сутки полета значительно уменьшилось, но в дальнейшем обострялось при фиксации па нем внимания. Острота ощущения заметно снижалась при закрутке корабля, когда космонавты располагались по вектору центростремитель­ной силы головой к центру вращения.

Сенсорно-моторная координация у космонавтов была несколько на­рушена в течение 3-4 суток полета, что находило свое выражение в некоторой несоразмерности, неточности движений. На 4-е сутки движе­ния начали приобретать свойственную им четкость.

42 О. Г. ГАЗЕНКО, Б. С. АЛЯКРИНСКИЙ

Процесс ориентирования в пространстве был затруднен в течение всего периода невесомости как у А. Г. Николаева, так и у В. И. Сева­стьянова. Это выражалось в том, что при свободном плавании с закрыты­ми глазами они быстро утрачивали представление о положении своего тела по отношению к координатам кабины. Определяя вертикальное на­правление с открытыми и закрытыми глазами при помощи установки «Вертикаль», космонавты в каждом исследовании допускали ошибки, более значительные, чем до полета.

Анализ суточной мочи, собранной в 1-е, 2-е и 18-е сутки полета, по­казал нарастание экскреции калия, кальция, серы, фосфора и азота. Ко­личество оксикортикостероидов в первых двух порциях мочи было пони­жено, в третьей - приближалось к фоновому уровню (Г. И. Козыревская и др.).

Данные радиопереговоров, сообщений, передаваемых с борта корабля, и телевизионного наблюдения свидетельствуют о том, что на всем про­тяжении полета поведение космонавтов полностью соответствовало их индивидуально-психологическим особенностям и конкретным ситуа­циям.

Начиная с 12-13-х суток полета появилась усталость после выполне­ния сложных экспериментов и насыщенного трудового дня.

По сообщениям космонавтов, аппетит у них в полете был нормаль­ным, чувство жажды несколько снижено, сон в основном глубокий, ос­вежающий, продолжительностью 7-9 часов.

Послеполетный период. При первичном врачебном осмотре после по­лета космонавты выглядели усталыми, лица у них были одутловаты, кожные покровы бледны. Сохранение вертикальной позы требовало из­вестных усилий, поэтому они предпочитали лежачее положение. Веду­щим ощущением у них в это время было кажущееся увеличение веса го­ловы, всего тела. Это ощущение по интенсивности было примерно равным тому, которое возникает при перегрузке в 2,0-2,5 единицы. Предметы, с которыми им приходилось манипулировать, представлялись исключи­тельно тяжелыми. Эта своеобразная иллюзия увеличения веса, постепен­но ослабевая, сохранялась около 3 суток.

Проведенную в это время укороченную (5-минутную) ортостатическую пробу космонавты перенесли с выраженным напряжением.

Вес у А. Г. Николаева оказался сниженным на 2,7 кг, а у В. И. Се­вастьянова - на 4,0 кг.

На 2-е сутки после полета при стабилографическом обследовании было отмечено значительное увеличение амплитуды колебаний общего центра тяжести тела у обоих космонавтов. Тонус мышц нижних конечно­стей был понижен, коленный рефлекс резко усилился. Становая сила у А. Г. Николаева снизилась на 40 кг, у В. И. Севастьянова - на 65 кг. Периметры голени и бедра у обоих уменьшились.

Восстановление ортостатической устойчивости продолжалось около 10 дней послеполетного периода.

Определение с помощью рентгенофотометрических и ультразвуковых методов плотности некоторых участков скелета космонавтов показало, что она уменьшилась, особенно значительно в нижних конечностях. Это уменьшение на 2-е сутки после полета достигало в пяточных костях 8,5 - 9,6%, а в основных фалангах пальцев кисти - всего 4,26-5,56% (Е. Н. Бирюков, И. Г. Красных).

На 22-е сутки послеполетного периода оптическая плотность костей еще не достигла исходного уровня.

При исследовании аутомикрофлоры кожных покровов и слизистой но­са был отмечен выраженный дисбактериоз. Дисбактериотические сдвиги

ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА НА ОРГАНИЗМ

в основном сводились к появлению на гладкой коже и слизистой носа кос­монавтов большого количества грамм-положительных неспороносных пало­чек, которые до полета не обнаруживались, что, по-видимому, дает основа­ния отнести их к представителям «заносной флоры» (В. Н. Залогуев).

Материалы медицинского наблюдения, полученные во время полета ко­рабля «Союз-9» и в послеполетный период, свидетельствуют о принципи­альной возможности существования человека в космосе в течение 18 суток с сохранением достаточной психической и физической работоспособности. Вместе с тем этот материал приводит к выводу, что в целом цикл «адап­тация-реадаптация» в условиях космос - Земля требует длительного напряжения приспособительных механизмов организма и что реадаптация к привычным условиям жизни является более трудным процессом.

Разработка средств и способов, облегчающих этот процесс, является важной задачей космической медицины. Для ее успешного решения необ­ходимо с достаточной полнотой выяснить удельное значение каждого фак­тора космического полета в том влиянии, которое их комплекс оказывает на организм человека. Не меньшее значение имеет также изучение меха­низмов ответных реакций организма на каждый из этих факторов. Прогресс в этом направлении может быть обеспечен только путем накопления боль­шого фактического материала.

Значение 18-суточного полета советских космонавтов с этой точки зре­ния едва ли может быть преувеличено. Он является, несомненно, крупным шагом в решении вопроса о дифференциальном значении условий косми­ческого полета, о доле их участия в изменении физиологических функций у космонавтов на орбите и после возвращения на Землю.

Какие же условия на борту «Союза-9» были ответственны за эти из­менения?

Из числа этих условий сразу же можно исключить радиацию. В самом деле, общая доза облучения, полученная каждым космонавтом, была зна­чительно ниже допустимого уровня.

Роль нервно-эмоционального напряжения в общей ответной реакции космонавтов на полет также, по-видимому, была сравнительно невелика. Во всяком случае содержание оксикортикостероидов в моче у них оказа­лось сниженным по отношению к условной норме, хотя известно, что вся­кое нервно-эмоциональное напряжение сопровождается повышением ко­личества этих веществ в крови и моче. Так, у лиц (непилотов), совершив­ших 50-минутный полет в зоне аэродрома, уровень стероидных гормонов повышался на 40-50% по сравнению с предполетными показателями (X. Хэйл, 1959). У профессиональных летчиков после кратковременных, но весьма сложных полетов на хорошо освоенных ими реактивных само­летах количество 17-ОН-кортикостероидов в моче на протяжении первых двух-трех часов после полета повышается на 50-60% (И. В. Федоров, 1963).

Эти и многие другие данные позволяют полагать, что нервно-эмоцио­нальное напряжение членов экипажа «Союз-9» не было сколько-нибудь значительным, по крайней мере в 1-е, 2-е и 18-е сутки. А поскольку как раз в эти дни следовало ожидать наиболее интенсивной эмоциональной реакции у космонавтов, естественной на старте и финише, эмоциогенные факторы нельзя считать существенной причиной отмеченных у них изменений физиологических функций.

По всей вероятности, острота переживаний А. Г. Николаева и В. И. Се­вастьянова была снижена в связи с успешным, ничем не осложнявшимся

44

О. Г. ГАЗЕНКО, Б. С. АЛЯКРИНСКИЙ

выполнением программы полета, благоприятной радиационной обстанов­кой, бесперебойной радио- и телесвязью в часы запланированных сеансов, хорошей предварительной подготовкой обоих членов экипажа, а также тем, что один из космонавтов уже летал и его уверенность в успешном выполнении полета передавалась партнеру.

Значение нарушения «афферентной обеспеченности» организма космо­навтов в полете «Союз-9» оценить с достаточной полнотой и достоверно­стью довольно трудно, если вообще возможно. Однако некоторые сообра­жения в этом отношении заслуживают внимания.

В опытах по изучению так называемой сенсорной недостаточности, про­веденных в наземных условиях, было показано, что обеднение общего аф­ферентного потока не проходит для человека бесследно. Первый и главный его результат - различные нарушения в психической сфере, которые бы­вают наиболее выраженными в случаях максимально полного исключения зрительных, слуховых, тактильных, кинестезических и других ощущений. В таких экспериментах у испытуемых были зарегистрированы различные изменения сознания, вплоть до галлюцинаций. Главным отличием этих эк­спериментов от условий космических полетов является невозможность ис­ключить на Земле афферентацию, идущую с гравирецепторов, в то время как в космосе она ослабевает и, по-видимому, видоизменяется.

В течение всего полета ни у А. Г. Николаева, ни у В. И. Севастьянова не было ни одного случая нарушений психической деятельности. Их по­ведение в самом широком смысле этого слова, качество выполнения рабо­чих и исследовательских операций, их речь и содержание передаваемой ин­формации, записи в бортжурнале и т. д. свидетельствуют о том, что космо­навты не переживали состояния сенсорной депривации, во всяком случае в той форме, которая характерна для наземных экспериментов. Влияние измененной по составу и количеству афферентации (прежде всего, про-приоцептивной и тактильной, а также в какой-то мере вестибулярной, зри­тельной и слуховой) на психику космонавтов было либо весьма незначи­тельным, либо хорошо купировалось.

Таким образом, ни радиация, ни нервно-эмоциональное напряжение, ни сенсорная недостаточность не могут рассматриваться в качестве значи­мых причин изменений физиологических функций. Есть все основания от­нести к числу наиболее важных причин этих сдвигов невесомость, а также необычный ритм сна и бодрствования членов экипажа корабля «Союз-9».

Проблема невесомости продолжает оставаться ареной ожесточенных дискуссий между представителями различных точек зрения. В то время как одни исследователи не придают невесомости сколько-нибудь серьезно­го значения (Л. Маллон, 1956; И. Уолрат, 1959), другие полагают, что она является грозным повреждающим фактором и что существование земных организмов в условиях невесомости невозможно. Более того, есть мнение, что даже длительное изменение направления силы тяжести при низмен­ной величине веса может оказаться роковым для организма (В. Я. Бровар, 1960).

На основании данных сравнительной физиологии формулируется даже такой вывод: эволюция животных по существу представляет собой эволю­цию приспособлений, направленных на преодоление сил гравитации, что было связано с усиленными тратами энергии, для высвобождения которой необходимо значительное количество кислорода, а следовательно, и гемо­глобина. С этой точки зрения в невесомости эритропоэтическая функция будет постепенно снижаться, вследствие чего начнется прогрессирующая атрофия костного мозга (П. А. Коржуев, 1968).

В многочисленных работах отечественных и зарубежных авторов под­черкивается негативное влияние невесомости не только на функцию кост-

ВЛИЯНИЕ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА НА ОРГАНИЗМ

ного мозга, но фактически на все системы организма, на организм в це­лом. Особенно отмечается «ранимость» в условиях невесомости сердечно­сосудистой и опорно-мышечной систем.

Эксперименты, проведенные в бассейнах и лифтах, во время полета специально оборудованных самолетов по баллистической кривой, данные, полученные в орбитальных полетах, и теоретические разработки позволя­ют с большой долей вероятности отнести к результатам воздействия на организм человека невесомости следующие явления: различные нарушения пространственной ориентировки, некоторые виды так называемых вестибу­лярных иллюзий, в частности окулогиральную, изменение временно-пространственно-силовой структуры двигательных навыков, гемодинамические сдвиги (одним из симптомов которых является гиперемия и одутловатость лица, связанные с увеличенным притоком крови к голове), снижение фи­зической силы и атрофические явления в мышечной ткани и декальцина­ция скелета.

При возвращении в гравитационное поле Земли последействие невесо­мости выражается в повышенной лабильности сердечно-сосудистой систе­мы, одним из проявлений которой является ортостатическая неустойчи­вость, в нарушении функциональных двигательных структур, ответствен­ных за поддержание позы и локомоцию, в появлении иллюзии увеличения веса собственного тела и знакомых по весу предметов.

При сопоставлении этого сложного, многокомпонентного ответа орга­низма только на невесомость с теми реакциями на полет в целом, которые были зарегистрированы у А. Г. Николаева и В. И. Севастьянова, нельзя не прийти к выводу, что в космосе, по-видимому, ведущим фактором являет­ся невесомость.

Однако есть основания связать некоторые реакции космонавтов, отме­ченные у них на орбите, не только с невесомостью, но и со своеобразием режима их труда и отдыха. Как уже было отмечено, космонавты жили по схеме так называемых мигрирующих суток с первоначальным сдвигом фа­зы около 9 часов. Сейчас уже очень многочисленные данные специальных исследований говорят о том, что режим труда и отдыха человека оказыва­ется тем более близким к оптимальному, чем ближе распорядок сна и от­дыха в этом режиме совпадает с присущими организму человека суточны­ми ритмами его психо-физиологических функций. Многочисленные факты свидетельствуют о непосредственной зависггмости благополучия организма от этих ритмов. Так, К. Питтендрай (1964) указывает, что циркадные ритмы являются неотъемлемым свойством живых систем, составляют осно­ву их организации и что любое отклонение от нормального хода ритма приводит к нарушениям в работе всего организма. Нормальный ход ритма поддерживается циклически изменяющимися факторами внешнего мира, которые в биоритмологии получили название синхронизаторов или датчи­ков времени. Большинство из них является результатом вращения Земли вокруг собственной оси. Во всех случаях рассогласования циклов датчи­ков времени и ритмов организма последний переживает состояние так на­зываемого десинхроноза, который по отношению к человеку принимает форму выраженного утомления, переутомления или даже различных реак­ций невротического типа.

Десинхроноз может возникнуть во всех случаях нарушения привычной системы датчиков времени: при быстром пересечении нескольких времен­ных поясов (трансмеридиональные перелеты), при работе в ночное время, в условиях Арктики и Антарктики, в космических полетах. Одной из при­чин десинхроноза является также миграция суток, т. е. постоянная или периодическая смена начала сна, а отсюда и бодрствования, в суточном. режиме труда и отдыха.

4$ О. Г. ГАЗЕНКО, Б. С. АЛЯКРИНСКИЙ

Мигрирующие сутки, принятые на борту корабля «Союз-9», могут быть одной из причин утомления космонавтов, отмеченного ими впервые на 12- 13-е сутки полета. Есть основания полагать, что негативное влияние неве­сомости усиливалось периодическими изменениями ритма сна и бодрство­вания (Б. С. Алякринский).

Ранжирование экстремальных факторов применительно к условиям полета корабля «Союз-9» может быть полезным для конкретизации профи­лактических мероприятий, направленных на снижение негативного влия­ния этих факторов. Поскольку удельное значение невесомости представля­ется наибольшим, идея искусственной гравитации (т. е. использование принципа центрифугирования) получает дополнительный аргумент в свою пользу.

Мышечная атрофия, которая наметилась у космонавтов только по от­ношению к нижним конечностям, по-видимому, может быть успешно пред­отвращена специально подобранными физическими упражнениями.

Совершенно ясно, что самое серьезное внимание следует уделять под­держанию присущих организму суточных ритмов его функций в длитель­ных космических полетах. Трудности приспособления к необычным суточ­ным ритмам нужно иметь в виду уже при постановке системы отбора космонавтов. Экспериментально было показано, что люди по-разному реа­гируют на экстренную смену режима труда и отдыха. Для некоторых эта смена исключительно легка, для других, наоборот, она представляет труд­ную задачу. Надежной профилактикой десинхроноза на борту космическо­го корабля является строгое соблюдение космонавтами рациональных ре­жимов труда и отдыха, разработанных на основе данных биоритмологии.

Исследование проблемы длительного существования человека в космосе только начинается. Эта проблема может быть разрешена лишь путем на­копления все новых и новых фактов в длительных космических полетах, со специально разработанной программой медицинских наблюдений. К числу таких полетов относится и полет космического корабля «Союз-9».

Человек впервые полетел в космос в 1961 году, но даже полвека спустя нет точных ответов на вопросы о том, как именно космический полет и продолжительное пребывание в условиях минимальной гравитации или невесомости влияет на человеческое тело.

В новом исследовании ученые решили изучить изменения в теле космонавтов чуть глубже, практически на молекулярном уровне.

Необратимые изменения

Изучение состояния здоровья космонавтов после продолжительного пребывания в космосе показало, что есть ряд изменений, которые сильно влияют на их здоровье как во время полета, так и после. Многие космонавты после определенного периода времени, проведенного в невесомости, не могут вернуть свои прежние показатели физической подготовки.

Все потому, что условия микрогравитации напрягают человеческий организм и приводят к его ослаблению. Например, ослабевает сердце из-за потери массы, так как в невесомости кровь распределяется по-другому и сердце бьется медленнее.

Кроме того, снижается плотность костной массы, из-за того что на тело не влияет земная гравитация. Изменения костной массы наблюдаются уже в первые две недели в невесомости, а после длительного пребывания в космосе восстановить прежнее состояние ткани практически невозможно.

Особенно сильны изменения в иммунной системе организма и в процессе метаболизма.

Иммунная система

Иммунитет страдает от того, что невесомость — крайне новое для человека состояние в плане эволюционного развития. На протяжении сотен тысяч лет люди не сталкивались с условиями микрогравитации и оказались крайне генетически неподготовленными к ним.

Из-за этого иммунная система воспринимает невесомость как угрозу всему организму в целом и старается задействовать все возможные защитные механизмы сразу.

Кроме того, в условиях изоляции от привычных условий человеческий организм сталкивается с минимальным количеством бактерий, вирусов и микробов, что тоже негативно сказывается на иммунитете.

Метаболизм

Изменение метаболизма происходит по ряду причин. Во-первых, снижается выносливость организма и теряется мышечная масса из-за отсутствия физических нагрузок, к которым организм привык в условиях гравитации.

Во-вторых, из-за снижения выносливости и аэробных нагрузок организм потребляет меньше кислорода и расщепляет меньше жиров.

В-третьих, из-за изменений в кардиоваскулярной системе меньше кислорода поступает в мышцы через кровь.

Все это говорит о том, что человеческое тело проходит сложный период адаптации к условиям длительного пребывания в космосе. Однако как именно и из-за чего происходят изменения в организме?

Изучение состава крови

Изучение состояния космонавтов до, во время и после космических миссий показало, что происходят изменения в иммунной системе, мышечном тонусе, процессах обмена веществ и регулирования температуры тела, однако ученым до сих пор непонятны механизмы, стимулирующие эти изменения.

Оказывается, полет в космос снижает содержание различных белковых групп в человеческом организме. Некоторые из них быстро приходят в норму, а вот другим прийти к предполетному состоянию оказывается гораздо сложнее.

Ход исследования

Чтобы изучить эффект, оказываемый длительным пребыванием на орбите в условиях микрогравитации, на содержание белков в крови, ученые изучили плазму крови 18 российских космонавтов, побывавших в долговременных миссиях на Международной космической станции.

Первый образец плазмы был собран за месяц до полета, второй образец — сразу после приземления, а заключительный образец — через неделю после завершения миссии.

В определенных случаях космонавты сами брали и изучали образцы будучи на МКС, чтобы предоставить более точные показатели того, как изменяется содержание определенных белков в их крови.

Результаты

Всего 24 % из проанализированных белковых групп были найдены в более низком содержании сразу после приземления на Землю и по прошествии семи дней.

Выводы

Изучение разницы в сожержании белков в крови является одним из способов, с помощью которых можно объяснить некоторые изменения, происходящие в организме космонавта, пребывающего в невесомости долгое время.

Например, авторы исследования пришли к выводу, что практически все 24 % белков, концентрация которых изменилась во время пребывания в космосе, были связаны всего с несколькими процессами работы организма, такими как жировой обмен, свертывание крови и иммунитет.