Проблемы космической медицины

Многочисленные  нервные воспринимающие приборы (рецепторы), находящиеся в мышцах, связках, внутренних органах, сосудах и т.д., посылают импульсы в центральную нервную систему, сигнализируя о положении тела. Такие же сигналы поступают из вестибулярного аппарата, расположенного во внутреннем ухе, где кристаллики углекислых солей (столиты), смещая нервные окончания под влиянием своего веса, сигнализируют о перемещении тела.

Однако при  длительном полете и непременном  его атрибуте — невесомости —  вес тела и отдельных его частей отсутствует. Рецепторы мышц, внутренних органов, связок, сосудов при нахождении в невесомости работают как бы «в другом ключе». Сведения о положении тела поступают главным образом из зрительного анализатора, и нарушается выработанное на протяжении всего развития человеческого организма взаимодействие анализаторов пространства (зрения, вестибулярного аппарата, мышечного чувства и др.). Мышечный, тонус и нагрузка на мышечную систему в целом уменьшаются, поскольку отсутствует необходимость противостоять им силе веса.

В результате в  невесомости уменьшается общий объем импульсации с воспринимающих элементов (рецепторов), идущий в центральную нервную систему. Это приводит к снижению активности центральной нервной системы, что, в свою очередь, влияет на регуляцию внутренних органов и других функций человеческого организма. Однако организм человека — структура чрезвычайно пластичная, и через некоторое время пребывания человека в состоянии невесомости отмечается приспособление его организма к этим условиям, причем работа внутренних органов уже происходит на новом, ином (по сравнению с Землей) функциональном уровне взаимодействия между системами.

Важным моментом, обусловливающим ряд изменений: в человеческом организме, также  является отсутствие веса крови. В обычных  земных условиях, особенно когда человек  находится в вертикальном положении, кровь, благодаря ее весу стремится в нижележащие части тела (ноги, нижняя часть живота). В связи с этим организм космонавта вырабатывает систему механизмов, препятствующих такому перемещению. В невесомости ведь нет силы, кроме энергии сердечного толчка, которая бы способствовала перемещению крови к нижним участкам тела. В результате наблюдается прилив крови к голове и органам грудной клетки.

В начальном  периоде пребывания космонавта в  состоянии невесомости отмечается большое поступление жидкости из тканей в кровяное русло, приводящее к увеличению объема циркулирующей крови и растяжению центральных вен и предсердий. Это является поводом к сигналу в центральную нервную систему о включении механизмов, способствующих уменьшению избытка жидкости в крови. В результате возникает ряд рефлекторных реакций, приводящих к увеличению выведения жидкости, а вместе с ней и солей из организма. В конечном итоге может снизиться вес тела и измениться содержание некоторых электролитов, в частности калия, а также измениться состояние сердечно-сосудистой системы.

Перераспределение крови играет, по-видимому, определенную роль в развитии вестибулярных нарушений (космическая форма укачивания) в  начальном периоде пребывания в  невесомости. Однако ведущая роль здесь все же принадлежит, вероятно, нарушению слаженной работы органов чувств в условиях невесомости, осуществляющих пространственную ориентировку.

Отсутствие весовой  нагрузки на костно-мышечную систему  вызывает включение ряда механизмов, приводящих к снижению синтетических процессов в мышцах человека, обеспечивающих функцию их сокращения. Это приводит к соответствующему изменению в так называемых антигравитационных мышцах, снижению их тонуса, атрофии. Снижение тонуса и силы мышц, в свою очередь, способствует ухудшению регуляции вертикальной позы и нарушению походки у космонавта в послеполетном периоде. Вместе с тем причиной этих явлений может быть и перестройка двигательного стереотипа в процессе.

Приведенные представления  о механизме изменения некоторых функций человеческого организма в условиях невесомости, естественно, довольно схематичны, еще не во всех своих звеньях подтверждены экспериментально. Мы провели эти рассуждения лишь с целью показать взаимосвязанность всех функций организма космонавта, когда изменения в одном звене вызывают целую гамму реакций различных систем. С другой стороны, важно подчеркнуть обратимость изменений, широкие возможности приспособления человеческого организма к действию самых необычных факторов внешней среды.

Описанные изменения функций организма космонавта в состоянии невесомости могут рассматриваться как отражение приспособительных реакций человека к новым условиям существования — к отсутствию силы веса. Естественно, что эти изменения во многом определяют соответствующие реакции со стороны человеческого организма, которые имеют место при возвращении космонавта на Землю и при последующем приспособлении его организма к условиям Земли, или, как говорят врачи, при реадаптации.

Выявленные после  кратковременных полетов в космос сдвиги в ряде функций организма космонавта, прогрессирующие с увеличением продолжительности полетов, поставили вопрос о разработке средств профилактики неблагоприятного влияния невесомости. Теоретически можно было предположить, что применение искусственной силы тяжести (ИСТ) явится наиболее радикальным средством защиты от невесомости. Однако создание ИСТ порождает ряд физиологических проблем, связанных с пребыванием во вращающейся системе, а также технических проблем, которые должны обеспечить создание ИСТ в космическом полете.

В связи с  чем исследователи еще задолго  до начала космических полетов начали поиски других путей для профилактики неблагоприятных изменений в  человеческом организме в условиях космического полета. В ходе этих исследований испытывались многочисленные методы для профилактики неблагоприятного влияния невесомости, не связанные с применением ИСТ. К ним относятся, например, физические методы, направленные на уменьшение перераспределения крови в организме космонавта во время или после окончания полета, а также на стимуляцию нервно-рефлекторных механизмов, регулирующих кровообращение в вертикальном положении тела. Для этого используются приложение отрицательного давления к нижней части тела, накладываемые на руки и ноги надувные манжеты, костюмы для создания перепада положительного давления, вращение на центрифуге малого радиуса, инерционно-ударные воздействия, электростимуляция мышц нижних конечностей, эластичные и противоперегрузочные костюмы и т.д.

Среди других методов  подобной профилактики отметим физические нагрузки, направленные на поддержание тренированности организма и стимуляцию некоторых групп рецепторов (физические тренировки, нагрузочные костюмы, нагрузка на скелет); воздействия, связанные с регуляцией питания (добавление солей, белков и витаминов в пищу, нормирование питания и водопотребления); целенаправленное воздействие с помощью так называемых медикаментозных средств и измененной газовой среды.

Профилактические  средства против каких-либо неблагоприятных  сдвигов в организме космонавта могут быть эффективны лишь в том случае, если они назначаются с учетом механизма этих нарушений. Применительно к невесомости профилактические средства должны быть направлены в первую очередь на восполнение дефицита мышечной активности, а также на воспроизведение эффектов, которые в условиях Земли обусловливаются весом крови и тканевой жидкости.

Группа советских  ученых обосновала и внедрила комплекс профилактических средств для использования  во время полетов на орбитальных  станциях «Салют». Этот комплекс включает в себя: 1) ежесуточное выполнение физических упражнений на беговой дорожке и велоэргометре, а также силовых упражнений с эспандерами; 2) создание постоянной нагрузки на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру космонавта (ежесуточное пребывание в течение 10—16 ч в нагрузочных костюмах); 3) тренировки с приложением отрицательного давления к нижней части тела, проводимые в конце полета; 4) применение водно-солевых добавок в день окончания полета; 5) применение послеполетного противоперегрузочного костюма.

Для проведения физических тренировок на борту орбитальных  станций «Салют» установлен тренажер «бегущая дорожка», позволяющий воспроизводить в невесомости движения, характерные  для ходьбы, прыжков, приседаний. С  помощью специальных костюмов и системы резиновых амортизаторов при выполнении «космической зарядки» создавалась нагрузка величиной 50 кг в направлении продольной оси тела, а также статическая нагрузка на основные группы антигравитационных мышц.

Физические тренировки проводились также и на велоэргометре — аппарате, аналогичном велосипеду, но стоящем на месте. На нем космонавты педалировали ногами или руками, создавая тем самым соответствующую нагрузку на соответствующие мышечные группы.

Нагрузочные костюмы  воспроизводили постоянную статическую нагрузку на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру космонавта, что в определенной степени компенсирует отсутствие земной силы тяжести. Конструктивно костюмы выполнены как полуприлегающие комбинезоны, включающие в себя эластичные элементы типа резиновых амортизаторов.

Для создания отрицательного давления на нижнюю часть тела применялся вакуумный комплект в виде брюк, представляющих собой герметический  мешок на каркасе, в котором можно  создавать разрежение. При уменьшении давления создаются условия оттока крови к ногам, что способствует такому ее распределению, которое характерно для человека, находящегося в вертикальной позе в условиях Земли.

Водно-солевые  добавки предназначались для  задержки воды в организме и увеличения объема плазмы крови. Послеполетный профилактический костюм, надеваемый под скафандр перед спуском, был предназначен для создания избыточного давления на ноги, что препятствует на Земле скоплению крови в нижних конечностях при вертикальном положении тела и благоприятствует сохранению нормального кровообращения при переходе из горизонтального положения в вертикальное.  

Изменение основных функций человеческого организма  в невесомости  

Главным итогом изучения космического пространства (с  медицинской точки зрения) стало доказательство возможности не только длительного пребывания человека в условиях космического полета, но и разносторонней его деятельности там. Это дает теперь право рассматривать космическое пространство как среду будущего обитания человека, а космический аппарат и сам полет в космос — как наиболее эффективный, непосредственный способ изучения реакций человеческого организма в этих условиях. К настоящему времени накопилась достаточно большая информация о реакциях различных физиологических систем организма космонавта в разные фазы полета и в послеполетном периоде.

Симптомокомплекс, внешне сходный с болезнью укачивания (снижение аппетита, головокружение, усиление слюноотделения, тошнота, а иногда и  рвота, пространственные иллюзии), в  той или иной степени выраженности наблюдается примерно у каждого третьего космонавта и проявляется в первые 3—6 сут полета. Важно отметить, что в настоящее время пока еще невозможно достоверно предсказывать степень выраженности этих явлений у космонавтов в полете. У некоторых космонавтов признаки укачивания проявлялись также и в первые сутки после возвращения на Землю. Развитие симптомокомплекса укачивания в полете в настоящее время объясняется изменением функционального состояния вестибулярного аппарата космонавта и нарушением взаимодействия его сенсорных систем, а также особенностями гемодинамики (перераспределением крови) в условиях невесомости.

Симптомокомплекс  перераспределения крови в верхнюю  часть тела имеет место почти  у всех космонавтов в полете, возникает  в первые сутки и затем в различные сроки, в среднем в течение недели, постепенно сглаживается (но не всегда полностью исчезает). Этот симптомокомплекс проявляется ощущением прилива крови и тяжести в голове, заложенностью носа, сглаженностью морщин и одутловатостью лица, увеличением кровенаполнения и давления в венах шеи и показателей кровенаполнения головы. Объем голени уменьшается. Описанные явления связаны с перераспределением крови вследствие отсутствия ее веса в невесомости, что приводит к уменьшению скопления крови в нижних конечностях и увеличению притока в верхнюю часть тела.

Изменения двигательной функции в полете характеризуются  выработкой в течение первых трех суток пребывания в невесомости  нового стереотипа движений. В первые сутки полета обычно возрастает время выполнения некоторых рабочих операций и затрудняется оценка мышечных усилий, необходимых для выполнения ряда движений. Однако уже в течение нескольких первых суток полета эти движения вновь обретают необходимую точность, уменьшаются необходимые усилия для их выполнения и эффективность двигательной работоспособности возрастает. При возвращении на Землю субъективно увеличивается вес предметов и собственного тела, изменяется регуляция вертикальной позы. При послеполетном исследовании двигательной сферы у космонавтов выявляется уменьшение объема нижних конечностей, некоторая потеря мышечной массы и субатрофия антигравитационной мускулатуры, главным образом длинных и широких мышц спины.

Изменения функций  сердечно-сосудистой системы в длительных космических полетах проявляются как тенденция к небольшому снижению некоторых показателей артериального давления, повышение венозного давления в области вен шеи и снижение его в области голени. Выброс крови при сокращении сердца (ударный объем) первоначально увеличивается, а минутный объем кровообращения имеет на протяжении полета тенденцию к превышению предполетных величин. Показатели кровенаполнения головы обычно увеличивались, нормализация их происходила на 3—4 месяцах полета, а в области голени уменьшались.