Влияние на организм факторов космического полета. Как полет в космос влияет на тело человека? Изучение состава крови

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.

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.

К первой относятся факторы, связанные с динамикой полета космического корабля: перегрузки, вибрации, шумы, невесомость. Изучение воздействия их на живые организмы -- важная задача космической биологии.

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.

Иммунитет при космическом полёте

После длительных полётов у космонавтов происходит снижение общей иммунологической реактивности организма, что проявляется: - уменьшением содержания в крови и реактивности Т-лимфоцитов;

Снижением функциональной активности Т-хелперов и натуральных киллеров; - ослаблением синтеза важнейших биорегуляторов: ИЛ-2, а- и р-интерферона и др.; - увеличением микробной обсеменённости кожных покровов и слизистых оболочек; - развитием дисбактериальных сдвигов; - повышением устойчивости ряда микроорганизмов к антибиотикам, появлением и усилением признаков их патогенности.

Значение выявленных изменений иммунологической реактивности и аутомикрофлоры организма космонавта, находящегося как в космическом полете, так и после него состоит в том, что эти изменения могут способствовать повышению вероятности развития аутоиммунных заболеваний, а также заболеваний бактериальной, вирусной и аллергической природы. Все это необходимо учитывать при планировании и медицинском обеспечении длительных космических полётов.

На динамическом участке полета, т. е. на старте и при приземлении космического корабля, человек подвергается действию перегрузок, вибрации, пума, высокой температуры. В орбитальном полете необычным состоянием являются невесомость и гипокинезия.

В аварийной ситуации возможна разгерметизация корабля (декомпрессия), нарушение обеспечения кислородом, облучение. Увеличение длительности полетов, необходимость выхода за пределы корабля для работы вне его и многие другие задачи космических исследований связаны с различными вредностями.

Перегрузка - сила, действующая на организм во время движения с ускорением. Ведущим в механизме действия перегрузок является смещение органов и жидких сред в направлении, обратном движению. В космических полетах тело космонавта ориентировано по отношению к движению таким образом, чтобы действие перегрузок не совпадало с продольной осью тела, а было бы направлено поперечно. Поперечные перегрузки легче переносятся, чем продольные. Патологические изменений касаются главным образом легких и заключаются в нарушении внешнего дыхания, легочного кровообращения и газообмена.

Не менее важным является смещение внутренних органов, раздражение интерорецепторов и чрезмерная афферентная импульсация. Степень описанных изменений зависит от величины перегрузки, времени действия, тренированности космонавта.

Что касается невесомости, то в настоящее время накоплен достаточный опыт длительных космических полетов, доказавший возможность надежного приспособления человека к этому состоянию.

Адаптация к невесомости заключается в активной перестройке ряда систем на новый уровень функционирования. Значительные изменения отмечаются в системе кровообращения. В результате выпадения гидростатического компонента артериального давления происходит перераспределение крови с увеличением кровенаполнения сосудов верхней половины туловища. Раздражение волюморецепторов, торможение выделения вазопрессина и альдостерона приводит к перестройке водно-электролитного обмена (усиленному выделению натрия и воды через почки). Объем циркулирующей крови уменьшается, нагрузка на сердце снижается. Такая перестройка кровообращения оценивается как разгрузочная. Ей способствует снижение энергозатрат в организме, так как исключаются мышечные усилия на преодоление силы земного притяжения.

В невесомости наблюдается усиленное выделение из организма не только натрия, но и калия, хлора, железа. Отрицательный азотистый баланс и потеря воды объясняют снижение массы тела, которое обычно наблюдается у космонавтов".

Большого внимания заслуживают изменения в опорно-двигательном аппарате. Выводятся кальций и фосфор, изменяется структура костей, возникает остеопороз. Отмечается уменьшение массы скелетной мышечной ткани, снижается сила сокращений, появляются признаки атрофии. Изменения в мышцах и костях большинство исследователей рассматривают как результат гипокинезии, снижения гравитационной нагрузки на опорнодвигательный аппарат, снижения механической компрессии костей. Для профилактики рекомендуют физические упражнения, электростимуляцию мышц и вибромассаж.

В патогенезе изменений, наблюдаемых в мышечной и костной тканях, имеет значение нарушение нервной трофики. Адекватная афферентация является необходимым звеном трофического рефлекса, а в невесомости опорно-двигательный аппарат находится в состоянии функциональной деафферентации. Возникающие при этом изменения в мышцах являются, по-видимому, не только атрофией от бездействия, но и нейрогенной дистрофией, а профилактические мероприятия имеют целью не только поддержание и имитацию локомоторной функции, но и поддержание афферентного звена трофического рефлекса.

Оценивая влияние невесомости на организм, следует отметить, что новый уровень функционирования системы кровообращения и опорнодвигательного аппарата, а также энергетического и водно-электролитного обмена для условий невесомости, по-видимому, более адекватен, но для условий земной жизни, к которой космонавту предстоит вернуться, неблагоприятен. При возвращении на Землю отмечается снижение функциональных возможностей систем, противодействующих силе тяжести.

В условиях полета патогенные факторы обычно действуют не изолированно, а в различной комбинации и последовательности. При этом надо учитывать, что результирующий эффект может быть отличным от ожидаемого. В частности, показано, что при перегрузках изменяется реактивность организма, и на этом фоне - течение других патологических процессов (гипоксии, перегревания, интоксикации, охлаждения). Известно также, что организм, перенесший перегрузки, иначе реагирует на лекарственные препараты, вводимые с лечебной целью (Симеонова Н. К.). Длительное пребывание в состоянии невесомости тоже резко изменяет реактивность организма и создает неблагоприятный фон для действия других патогенных факторов полета.

4) Низкая влажность воздуха в салоне самолета

При заболеваниях глаз могут возникнуть осложнения из-за низкой влажности воздуха в самолете. Ее уровень обычно составляет примерно 20%, а иногда и меньше, тогда как комфортное для человека значение – 30%. При более низкой влажности начинают высыхать слизистые оболочки глаз и носа, что мы и ощущаем при авиаперелетах во всей полноте. Немало неприятных моментов это доставляет прежде всего тем, кто носит контактные линзы. Врачи-офтальмологи рекомендуют брать в полет капли «искусственная слеза», чтобы периодически орошать слизистую. Это особенно важно в рейсах, длящихся более 4 часов. Альтернативный вариант – отправляться в полет не в линзах, а в очках. Снимать линзы непосредственно в самолете не стоит, так как обстановка в любом транспорте недостаточно гигиенична. Прекрасному полу врачи советуют минимально пользоваться косметикой при длительных перелетах, так как чувствительность глаз повышается, и тушь или тени могут вызвать раздражение.

Чтобы восполнить недостаток влаги, в полете рекомендуется пить больше соков или простой негазированной воды. А вот чай, кофе и алкоголь водный баланс организма не восстанавливают. Напротив, они выводят влагу из организма.

Космические полёты

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.

К первой относятся факторы, связанные с динамикой полета космического корабля: перегрузки, вибрации, шумы, невесомость. Изучение воздействия их на живые организмы - важная задача космической биологии.

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.

Иммунитет при космическом полёте

После длительных полётов у космонавтов происходит снижение общей иммунологической реактивности организма, что проявляется: - уменьшением содержания в крови и реактивности Т-лимфоцитов;

Снижением функциональной активности Т-хелперов и натуральных киллеров; - ослаблением синтеза важнейших биорегуляторов: ИЛ-2, а- и р-интерферона и др.; - увеличением микробной обсеменённости кожных покровов и слизистых оболочек; - развитием дисбактериальных сдвигов; - повышением устойчивости ряда микроорганизмов к антибиотикам, появлением и усилением признаков их патогенности.

Значение выявленных изменений иммунологической реактивности и аутомикрофлоры организма космонавта, находящегося как в космическом полете, так и после него состоит в том, что эти изменения могут способствовать повышению вероятности развития аутоиммунных заболеваний, а также заболеваний бактериальной, вирусной и аллергической природы. Все это необходимо учитывать при планировании и медицинском обеспечении длительных космических полётов.

Влияние невесомости

Состояние невесомости возникает, когда к телу, находящемуся в пространстве, не приложены никакие внешние силы, кроме силы притяжения. Если космический аппарат находится в центральном поле тяготения и не вращается вокруг своего центра масс, он испытывает невесомость, характерным признаком которой является то, что ускорения всех элементов конструкции, деталей приборов и частиц человеческого тела равны ускорению силы тяжести.

Положительное свойство невесомости - возможность применения в космосе ажурных, тонких и очень легких конструкций (в том числе надувных) при создании крупномасштабных сооружений на орбите (например, гигантских антенн радиотелескопов, панелей солнечных батарей орбитальных электростанций и т. п.).

Полет в невесомости требует закрепления на своих местах аппаратуры и оборудования, а также оснащения обитаемого космического аппарата средствами фиксации космонавтов, предметов их труда и быта.

Первичными эффектами невесомости являются снятие гидростатического давления крови и тканевой жидкости, весовой нагрузки на костно-мышечный аппарат, а также отсутствие гравитационных стимулов специфических гравирецепторов афферентных систем. Реакции организма, обусловленные длительным пребыванием в невесомости, выражают, по существу, его приспособление к новым условиям внешней среды и протекают по типу «неупотребления» или «атрофии от бездействия».

Состояние невесомости в начальный период часто вызывает нарушения пространственной ориентации, иллюзорные ощущения и симптомы болезни движения (головокружение, дискомфорт в желудке, тошнота и рвота), что связывают главным образом с реакциями вестибулярного аппарата и приливом крови к голове. Наблюдаются также изменения субъективного восприятия нагрузок и некоторые другие изменения, вызываемые реакциями чувствительных органов, которые настроены на земную силу тяжести. В течение первых десяти дней пребывания в невесомости в зависимости от индивидуальной чувствительности человека, как правило, происходит адаптация к указанным проявлениям невесомости и самочувствие восстанавливается.

В условиях невесомости происходит перестройка координации движений, развивается детренированность сердечно-сосудистой системы.

Невесомость влияет на баланс жидкости в организме, обмен белков, жиров, углеводов, минеральный обмен, а также на некоторые эндокринные функции. Наблюдаются потери воды, электролитов (в частности, калия, натрия), хлоридов и другие изменения в обмене веществ.

Ослабление действия внешних сил на структуры, несущие весовую нагрузку, приводит к потере кальция и других веществ, важных для поддержания прочности костей. После длительного воздействия невесомости возможны явления легкой мышечной атрофии, некоторая слабость мускулатуры конечностей и т. д.

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.