Проблемы космической медицины

Вторая половина XX в. ознаменовалась не только проведением  теоретических исследований по изысканию  путей освоения космического пространства, но и практическим созданием и  запуском автоматических аппаратов  на околоземные орбиты и на другие планеты, первым полетом человека в космос и длительными полетами на орбитальных станциях, высадкой человека на поверхность Луны. Теоретические исследования в области космической техники и конструирования управляемых летательных аппаратов резко стимулировали развитие многих наук, в том числе новой отрасли знаний — космической медицины.

Основными задачами космической медицины являются следующие:

обеспечение жизнедеятельности  и безопасности космонавта на всех этапах космического полета, сохранение состояния его здоровья и высокой работоспособности;

исследование  влияний условий космического полета на организм человека, включая изучение феноменологии и механизмов возникновения  сдвигов физиологических показателей  в космическом полете;

разработка способов профилактики и оказания лечебной помощи космонавту при возникновении неблагоприятных явлений, связанных с воздействием условий полета на организм человека;

разработка методов  отбора и подготовки космонавтов;

разработка рекомендаций по поддержанию высокой работоспособности  космонавта при выполнении космического полета, при выходе в открытое космическое пространство и на поверхность других планет.

Космическая медицина в своем историческом развитии прошла путь от моделирования факторов космического полета в лабораторных условиях и при полетах животных на ракетах и спутниках до исследований, связанных с длительными полетами орбитальных станций и полетами международных экипажей.

В становлении  и развитии космической биологии и медицины в СССР важное значение имели труды основоположников космонавтики К.Э. Циолковского, Ф.А. Цандера и других, сформулировавших ряд биологических проблем, разрешение которых должно было явиться необходимой предпосылкой для освоения человеком космического пространства. Теоретические аспекты космической биологии и медицины зиждется на классических положениях таких основоположников естествознания, как И.М. Сеченов, К.А. Тимирязев, И.П. Павлов, В.В. Докучаев, Л.А. Орбели и других, в трудах которых красной нитью отражено учение о взаимодействии организма и внешней среды, разработаны принципиальные вопросы приспособления организма к изменяющимся условиям внешней среды.

Большую роль для  формирования ряда положений и разделов космической медицины сыграли работы, выполненные в области авиационной  медицины, а также исследования, проведенные на биофизических ракетах и космических кораблях в 50—60-х годах.

Практическое  освоение космического пространства с  помощью пилотируемых полетов началось с исторического полета Ю.А. Гагарина, первого в мире космонавта, совершенного 12 апреля 1961 г. на корабле «Восток». Все мы помним его простую человеческую фразу. «Поехали», произнесенную во время старта космического корабля «Восток», В этой фразе лаконично и в то же время достаточно емко охарактеризовалось величайшее достижение человечества. Помимо всего прочего, полет Ю.А. Гагарина был экзаменом на зрелость как космонавтики в целом, так и космической медицины в частности.

Медико-биологические  исследования, проведенные до этого  полета, и разработанная на их основе система жизнеобеспечения обеспечили нормальные условия обитания в кабине космического корабля, необходимые космонавту для выполнения полета. Созданная к этому времени система отбора и подготовки космонавтов, система биотелеметрического контроля за состоянием и работоспособностью человека в полете и гигиеническими параметрами кабины определили возможность и безопасность полета.

Однако вся  предшествующая работа, все многочисленные полеты животных на космических кораблях не могли ответить на некоторые вопросы, связанные с полетом человека. Так, например, до полета Ю.А. Гагарина не было известно, как условия невесомости влияют на чисто человеческие функции: мышление, память, координацию движений, восприятие окружающего мира и другое. Только полет первого человека в космос показал, что эти функции не претерпевают существенных изменений в невесомости. Вот почему Ю.А. Гагарина во всем мире называют первооткрывателем «звездных дорог», человеком, проложившим путь всем последующим пилотируемым полетам.

За 20 лет, прошедших  с полета Ю.А. Гагарина, человечество неуклонно и всесторонне продолжало осваивать космическое пространство. И в связи с этим славным юбилеем представляется удобный случай не только проанализировать сегодняшние достижения космической медицины, но и сделать исторический экскурс в прошедшее и предшествующее ему десятилетия.

Космические полеты на всем своем развитии можно условно  разделить на несколько этапов. Первый этап — это подготовка полета человека в космическое пространство, он охватывал  значительный период времени. Его сопровождали такие исследования, как: 1) обобщение данных физиологии и авиационной медицины, изучавших влияние неблагоприятных факторов внешней среды на организм животных и человека; 2) проведение многочисленных лабораторных исследований, в которых имитировались некоторые факторы космического полета и исследовалось их влияние на человеческий организм; 3) специально подготовленные эксперименты на животных при полетах на ракетах в верхние слои атмосферы, а также во время орбитальных полетов на искусственных спутниках Земли.

Основные тогда  задачи были направлены на изучение вопроса  о принципиальной возможности полета человека в космос и решение проблемы создания систем, обеспечивающих пребывание человека в кабине космического корабля  во время орбитального полета. Дело в том, что в то время существовало определенное мнение ряда достаточно авторитетных ученых о несовместимости жизни человека с условиями длительной невесомости, так как при этом могли якобы возникать значительные нарушения функции дыхания и кровообращения. Кроме того, опасались, что человек мог бы не выдержать психологическую напряженность полета.

В нашей стране с начала 50-х годов была осуществлена серия исследований с животными  при вертикальном запуске ракет  на высоты 100, 200 и 450 км. Всего на ракетах в Советском Союзе было запущено 52 собаки, причем продолжительность невесомости в зависимости от высоты полета составляла от 4 до 10 мин. Анализ результатов этих исследований показал, что при полете на ракетах наблюдались лишь умеренные изменения физиологических показателей, проявлявшиеся в учащении пульса и увеличении артериального давления при воздействии ускорений во время взлета и посадки ракеты (с тенденцией к нормализации или даже снижению этих показателей во время пребывания в невесомости).

В целом воздействие  факторов полета на ракетах не вызывало существенных нарушений физиологических  функций животных. Биологические  эксперименты при вертикальных запусках ракет показали, что собаки удовлетворительно  переносят достаточно большие перегрузки и кратковременную невесомость.

В 1957 г. в СССР был осуществлен запуск второго  искусственного спутника Земли с  собакой Лайкой. Это событие имело  принципиальное значение для космической  медицины, поскольку впервые позволяло  высокоорганизованному животному достаточно длительное время находиться в условиях невесомости. В результате была установлена удовлетворительная переносимость животным условий космического полета. Последующие эксперименты с шестью собаками во время полетов второго, третьего, четвертого и пятого советских кораблей-спутников, возвращаемых на Землю, позволили получить большой материал о реакциях основных физиологических систем организма высокоорганизованных животных (как в полете, так и на Земле, включая послеполетный период).

В кабинах этих же кораблей-спутников размещались различные по сложности организации биологические объекты: микроорганизмы, семена различных растений, культуры эпителиальных опухолевых клеток человека, небольшие консервированные участки кожи кролика и человека, насекомые, черные и белые лабораторные мыши и крысы, морские свинки. Все исследования, проведенные с помощью кораблей-спутников, дали обширный экспериментальный материал, твердо убедивший ученых в безопасности полета человека (с точки зрения здоровья) в космос.

К аналогичным  выводам пришли и американские ученые, несколько позже осуществившие  исследования на обезьянах, во время  суборбитального и орбитального (два витка) полетов космических  аппаратов (1961 г.).

В тот же период были решены и задачи по созданию систем жизнеобеспечения космонавтов — системы подачи кислорода в кабину, удаления углекислого газа и вредных примесей, а также питания, водообеспечения, врачебного контроля и утилизации продуктов жизнедеятельности человека. В этих работах принимали самое непосредственное участие специалисты космической медицины.

Второй этап, совпавший с первым десятилетием пилотируемых полетов (1961—1970 гг.), характеризовался кратковременными космическими полетами человека (от одного витка за 108 мин  до 18 сут). Он начинается с исторического полета Ю.А. Гагарина.

Результаты медико-биологических  исследований, выполненных за это  время, надежно доказали не только возможность  пребывания человека в условиях космического полета, но и сохранение у него достаточной  работоспособности при выполнении различных заданий в ограниченной по объему кабине космического корабля и при работе в безопорном пространстве вне космического корабля. Однако при этом был выявлен ряд изменений со стороны двигательной сферы, сердечно-сосудистой системы, системы крови и других систем человеческого организма.

Было также  установлено, что приспособление космонавтов  к обычным условиям земного существования  после космических полетов длительностью, начиная с 18 сут, протекает с известными трудностями и сопровождается более выраженным напряжением регуляторных механизмов, чем приспособление космонавта к невесомости. Таким образом, при дальнейшем увеличении времени полета требовалось создать системы соответствующих профилактических средств, усовершенствовать системы медицинского контроля и разработать методики прогноза состояния членов экипажей в полете и после его завершения.

Во время пилотируемых полетов по указанным программам, наряду с медицинскими исследованиями экипажей, проводились также и  биологические эксперименты. Так, на борту кораблей «Восток-3», «Восток-6», «Восход», «Восход-2», «Союз» находились такие биологические объекты, как лизогенные бактерии, хлорелла, традесканция, клетки хелла; нормальные и раковые клетки человека, сухие семена растений, черепахи.

Третий этап пилотируемых космических полетов  связан с длительными полетами космонавтов  на борту орбитальных станций, он совпадает с истекшим десятилетием (1971 —1980 гг.). Отличительной особенностью пилотируемых полетов на данном этапе, кроме значительной продолжительности пребывания человека в полете, является увеличение объема свободного пространства жилых помещений — от кабины космического корабля до обширных зон обитания внутри орбитальной станции. Последнее обстоятельство имело двоякое значение для космической медицины: с одной стороны, стало возможным размещать на борту станции разнообразную аппаратуру для медико-биологических исследований и средства профилактики неблагоприятного воздействия невесомости, а с другой — значительно снизить влияние на человеческий организм со стороны факторов ограничения двигательной активности — гипокинезии (т.е. связанной с малыми размерами свободного пространства).

Следует сказать, что на орбитальных станциях могут  быть созданы и более комфортные условия быта, личной гигиены и т.д. А применение комплекса профилактических средств может в значительной степени сгладить неблагоприятные реакции организма на невесомость, что имеет большой положительный эффект. Однако, с другой стороны, этим самым в определенной степени сглаживаются реакции человеческого организма на невесомость, что затрудняет анализ возникающих сдвигов для различных систем организма человека, характерных для условий невесомости.

Впервые долговременная орбитальная станция («Салют») была запущена в СССР в 1971 г. В последующие годы осуществлялись пилотируемые полеты на борту орбитальных станций «Салют-3, -4, -5, -6» (причем четвертая основная экспедиция станции «Салют-6» находилась в космосе 185 сут). Многочисленные медико-биологические исследования, выполненные во время полета орбитальных станций, показали, что с увеличением продолжительности пребывания человека в космосе прогрессирования выраженности реакций организма на условия полета в целом не наблюдалось.

Применявшиеся комплексы профилактических средств обеспечили поддержание хорошего состояния здоровья и работоспособности космонавтов в таких полетах, а также способствовали сглаживанию реакций и облегчали приспособление к земным условиям в послеполетном периоде. Важно отметить, что проведенные медицинские исследования не выявили каких-либо сдвигов в организме космонавтов, препятствующих планомерному увеличению продолжительности полетов. Вместе с тем со стороны, некоторых систем организма были обнаружены функциональные изменения, которые являются предметом дальнейшего рассмотрения.

К настоящему времени  космические полеты совершили уже 99 человек различных стран на борту 78 космических кораблей и 6 долговременных орбитальных станций2 . Суммарное  время путешествий составило  около 8 человеко-лет. В СССР на 1 января 1981 г. осуществлено 46 пилотируемых космических полетов, в которых участвовало 49 советских космонавтов и 7 космонавтов из социалистических стран. Таким образом, на протяжении двух десятилетий пилотируемых космических полетов темп и масштабы проникновения человека в космическое пространство стремительно возрастали.

Далее мы рассмотрим основные результаты исследований по космической медицине, выполненных  за это время. Во время космических  полетов человеческий организм может  подвергаться действию различных неблагоприятных факторов, которые условно можно разделить на следующие группы: 1) характеризующие космическое пространство как своеобразную физическую среду (крайне низкое барометрическое давление, отсутствие кислорода, ионизирующее излучение и т.д.); 2) обусловленные динамикой летательного аппарата (ускорение, вибрация, невесомость); 3) связанные с пребыванием космонавтов в герметической кабине космического корабля (искусственная атмосфера, особенности питания; гипокинезия и т.д.); 4) психологические особенности космического полета (эмоциональная напряженность, изоляция и т.д.).