Проблеми на космическата медицина. Биологични изследвания в космоса Характеристики на биологичните процеси в космоса

Мощни сили заговорничат срещу вас - по-специално гравитацията. Ако обект над повърхността на Земята иска да лети свободно, той трябва буквално да се изстреля нагоре със скорост над 43 000 км в час. Това води до големи финансови разходи.

Например, бяха необходими почти 200 милиона долара, за да се изстреля марсоходът Curiosity до Марс. И ако говорим за мисия с членове на екипажа, сумата ще се увеличи значително.

Използването на летящи кораби за многократна употреба ще помогне да се спестят пари. Ракетите, например, са проектирани да бъдат многократно използвани и както знаем, вече има опити за успешно кацане.

2. Полет

Летенето през космоса е лесно. В крайна сметка това е вакуум; нищо не те забавя. Но когато една ракета се изстреля, възникват трудности. Колкото по-голяма е масата на един обект, толкова повече сила е необходима, за да го преместите, а ракетите имат огромна маса.

Химическото ракетно гориво е страхотно за първоначалния тласък, но ценният керосин изгаря за минути. Ускоряването на импулса ще направи възможно достигането на Юпитер след 5-7 години. Това е адски много филми по време на полет. Имаме нужда от радикално нов метод за развиване на въздушна скорост.

честито! Успешно сте изстреляли ракета в орбита. Но преди да излезете в космоса, от нищото се появява парче от стар сателит и се блъска в резервоара ви за гориво. Това е, ракетата я няма.

Това е проблем с космическите отпадъци и е много реален. Американската мрежа за космическо наблюдение е открила 17 000 обекта - всеки с размер на топка - препускащи около Земята със скорости над 28 000 км в час; и още почти 500 000 парчета, по-малки от 10 см. Адаптери за задействане, капачки за обективи, дори петно ​​от боя може да разруши критичните системи.

Щитовете Whipple - слоеве от метал и кевлар - могат да предпазят от малки части, но нищо не може да ви спаси от цял ​​сателит. В околоземната орбита има около 4000 от тях, повечето от които са загинали във въздуха. Контролът на полета ви помага да избягвате опасни пътеки, но не е идеален.

Не е реалистично да ги изтласкате от орбита - ще отнеме цяла мисия, за да се отървете само от един мъртъв сателит. Така че сега всички сателити ще паднат от орбита сами. Те ще изхвърлят допълнително гориво и след това ще използват ракетни ускорители или слънчево платно, за да летят надолу към Земята и да изгорят в атмосферата.

4. Навигация

„Отворената космическа мрежа“, антени в Калифорния, Австралия и Испания, са единственият инструмент за навигация в космоса. Всичко, което се изстрелва в космоса, от сателити за студентски проекти до сондата New Horizons, която се скита през Copyre Belt, зависи от тях.

Но с повече мисии мрежата става претъпкана. Превключвателят често е зает. Така че в близко бъдеще НАСА работи за облекчаване на товара. Атомните часовници на самите кораби биха намалили времето за предаване наполовина, позволявайки разстоянията да се изчисляват с едно предаване на информация от космоса. А увеличената честотна лента на лазерите ще обработва по-големи пакети данни, като снимки или видео съобщения.

Но колкото повече се отдалечават ракетите от Земята, толкова по-малко надежден става този метод. Разбира се, радиовълните се разпространяват със скоростта на светлината, но предаването в дълбокия космос продължава няколко часа. И звездите могат да ви покажат посоката, но са твърде далече, за да ви покажат къде се намирате.

Експертът по навигация в дълбокия космос Джоузеф Гин иска да проектира автономна система за бъдещи мисии, която да събира изображения на цели и близки обекти и да използва техните относителни местоположения, за да триангулира координатите на космическите кораби, без да изисква никакъв наземен контрол.

Ще бъде като GPS на Земята. Инсталирате GPS приемник на колата си и проблемът е решен.

5. Радиация

Извън безопасния пашкул на земната атмосфера и магнитно поле ви очаква космическа радиация и то смъртоносна. Освен рак, той може да причини и катаракта и вероятно болестта на Алцхаймер.

Когато субатомните частици ударят алуминиевите атоми, които изграждат тялото на космическия кораб, техните ядра експлодират, освобождавайки повече свръхбързи частици, наречени вторична радиация.

Решение на проблема? Една дума: пластмаса. Той е лек и силен и е пълен с водородни атоми, чиито малки ядра не произвеждат много вторична радиация. НАСА тества пластмаса, която може да смекчи радиацията в космически кораби или космически костюми.

Или какво ще кажете за тази дума: магнити. Учените по проекта за космическа радиация „Superconductivity Shield“ работят върху магнезиев диборид – свръхпроводник, който би отклонил заредените частици далеч от кораба.

6. Храна и вода

Миналия август астронавтите на МКС за първи път ядоха малко маруля, която отгледаха в космоса. Но мащабното озеленяване при нулева гравитация е трудно. Водата плува наоколо в мехурчета, вместо да се просмуква през почвата, така че инженерите изобретиха керамични тръби, за да насочват водата надолу към корените на растенията.

Някои зеленчуци вече са доста ефективни от пространството, но учените работят върху генетично модифицирана слива джудже, която е по-малка от метър височина. Протеините, мазнините и въглехидратите могат да бъдат възстановени чрез консумация на по-разнообразни култури - като картофи и фъстъци.

Но всичко ще бъде напразно, ако ви свърши водата. (Системата за рециклиране на урина и вода на МКС изисква периодични ремонти и междупланетните екипажи няма да могат да разчитат на попълване на нови части.) ГМО могат да помогнат и тук. Майкъл Флин, инженер от изследователския център на НАСА, работи върху воден филтър, направен от генетично модифицирани бактерии. Той го сравни с начина, по който тънките черва обработват това, което пиете. По същество вие сте система за рециклиране на вода с полезен живот от 75 или 80 години.

7. Мускули и кости

Безтегловността сее хаос върху тялото: определени имунни клетки не са в състояние да вършат работата си и червените кръвни клетки експлодират. Той насърчава образуването на камъни в бъбреците и прави сърцето ви мързеливо.

Астронавтите на МКС тренират, за да се борят с мускулна атрофия и загуба на костна маса, но те все още губят костна маса в космоса и тези цикли на въртене на нулева гравитация не помагат на други проблеми. Изкуствената гравитация би поправила всичко това.

В своята лаборатория в Масачузетския технологичен институт бившият астронавт Лорънс Йънг провежда тестове на центрофуга: субектите лежат настрани върху платформа и въртят педалите с краката си върху неподвижно колело, докато цялата конструкция постепенно се върти около оста си. Получената сила действа върху краката на астронавтите, смътно напомняйки гравитационно влияние.

Симулаторът на Янг е твърде ограничен, може да се използва повече от час или два на ден, за постоянна гравитация целият космически кораб трябва да се превърне в центрофуга.

8. Психично здраве

Когато човек получи инсулт или инфаркт, лекарите понякога понижават температурата на пациента, забавяйки метаболизма му, за да намалят щетите от липсата на кислород. Това е трик, който може да работи и за астронавтите. Междупланетно пътуване за една година (поне), живот в тесен космически кораб с лоша храна и нулево уединение е рецепта за космическа лудост.

Ето защо Джон Брадфорд казва, че трябва да спим по време на пътуване в космоса. Президент на инженерната фирма SpaceWorks и съавтор на доклад за НАСА за дълги мисии, Брадфорд вярва, че криогенното замразяване на екипажите ще намали храната, водата и ще предотврати психическия срив на екипажа.

9. Кацане

Здравей планета! Вие сте били в космоса много месеци или дори няколко години. Далечният свят най-накрая се вижда през вашия илюминатор. Всичко, което трябва да направите, е да кацнете. Но вие се носите през пространството без триене с 200 000 мили в час. О, да, а има и гравитацията на планетата.

Проблемът с кацането все още е един от най-належащите, които инженерите трябва да решат. Спомнете си неуспешния до Марс.

10. Ресурси

Когато космическите кораби тръгнат на дълго пътуване, те ще вземат със себе си провизии от Земята. Но не можете да вземете всичко със себе си. Семена, генератори на кислород, може би няколко машини за изграждане на инфраструктура. Но заселниците ще трябва сами да свършат останалото.

За щастие пространството не е напълно безплодно. „Всяка планета има всички химични елементи, въпреки че концентрациите са различни“, казва Иън Крауфорд, планетарен учен в Birkbeck, Лондонски университет. Луната има много алуминий. Марс има кварц и железен оксид. Близките астероиди са голям източник на въглеродни и платинени руди - и вода, след като пионерите измислят как да експлодират материята в космоса. Ако предпазителите и сондажите са твърде тежки за носене на кораба, те ще трябва да извлекат вкаменелостите чрез други методи: топене, магнити или микроби, разграждащи метала. И НАСА проучва процес на 3D печат, за да отпечата цели сгради - и няма да има нужда от внос на специално оборудване.

11. Изследване

Кучетата помогнаха на хората да колонизират Земята, но те не биха оцелели на Земята. За да се разпространим в новия свят, ще ни трябва нов най-добър приятел: робот.

Колонизирането на планета изисква много упорита работа и роботите могат да копаят цял ​​ден, без да се налага да ядат или дишат. Текущите прототипи са големи и обемисти и трудно се движат по земята. Така че роботите трябва да са различни от нас; това може да е лек, управляем бот с нокти във формата на багер, проектиран от НАСА да копае лед на Марс.

Ако обаче работата изисква сръчност и прецизност, то човешките пръсти са незаменими. Днешният космически костюм е проектиран за безтегловност, а не за ходене по екзопланета. Прототипът Z-2 на НАСА има гъвкави стави и шлем, който дава ясна представа за всякакви нужди от фино окабеляване.

12. Пространството е огромно

Най-бързото нещо, което хората някога са създавали, е сонда, наречена Хелиос 2. Тя вече не работи, но ако имаше звук в космоса, бихте я чули да крещи, тъй като все още обикаля около слънцето със скорост над 257 000 мили в час. Това е почти 100 пъти по-бързо от куршум, но дори и при тази скорост ще отнеме приблизително 19 000 години, за да достигне до най-близката ни звезда, Алфа Кентавър. По време на такъв дълъг полет биха се сменили хиляди поколения. И едва ли някой мечтае да умре от старост в космически кораб.

За да победим времето, имаме нужда от енергия - много енергия. Може би бихте могли да получите достатъчно хелий 3 на Юпитер за термоядрен синтез (разбира се, след като изобретим термоядрени двигатели). Теоретично скорости, близки до светлината, могат да бъдат постигнати с помощта на енергията на анихилация на материя и антиматерия, но правенето на това на Земята е опасно.

„Никога не бихте искали да направите това на Земята“, казва Лес Джонсън, техник от НАСА, който работи върху луди идеи за Starship. „Ако го направите в открития космос и нещо се обърка, вие не унищожавате континента.“ Твърде много? Какво ще кажете за слънчевата енергия? Всичко, от което се нуждаете, е платно с размерите на Тексас.

Много по-елегантно решение за кракване на изходния код на вселената е използването на физика. Теоретичният двигател на Мигел Алкубиер ще компресира пространство-времето пред вашия кораб и ще го разшири зад него, така че да можете да пътувате по-бързо от скоростта на светлината.

Човечеството ще се нуждае от още няколко Айнщайни, работещи на места като Големия адронен колайдер, за да разплете всички теоретични възли. Напълно възможно е да направим някакво откритие, което да промени всичко, но този пробив едва ли ще спаси сегашната ситуация. Ако искате повече открития, трябва да инвестирате повече пари в тях.

13. Има само една Земя

Преди няколко десетилетия авторът на научна фантастика Ким Стенли Робинсън скицира бъдеща утопия на Марс, построена от учени от пренаселена, прекомерно разширена Земя. Неговата „Марсианска трилогия“ направи мощен тласък за колонизация. Но всъщност, освен науката, защо се стремим към космоса?

Нуждата да изследваме е заложена в гените ни, това е единственият аргумент – пионерският дух и желанието да разберем целта си. „Преди няколко години мечтите за завладяване на космоса занимаваха нашето въображение“, спомня си астрономът от НАСА Хайди Хумел. - Говорихме на езика на смелите космически изследователи, но всичко се промени след станцията New Horizons през юли 2015 г. Цялото многообразие от светове в Слънчевата система се отвори пред нас.

Ами съдбата и целта на човечеството? Историците знаят по-добре. Експанзията на Запад беше заграбване на земя и великите изследователи бяха в нея главно за ресурси или съкровища. Човешката страст към странстването се изразява само в услуга на политическо или икономическо желание.

Разбира се, предстоящото унищожение на Земята може да бъде стимул. Изчерпете ресурсите на планетата, променете климата и космосът ще стане единствената надежда за оцеляване.

Но това е опасна линия на мислене. Това създава морален риск. Хората смятат, че ако го направим, можем да започнем от нулата някъде на Марс. Това е грешна преценка.

Доколкото знаем, Земята е единственото обитаемо място в известната вселена. И ако ще напуснем тази планета, то това трябва да е нашето желание, а не резултат от безнадеждна ситуация.

Западно медицинско изследване и наблюдение на 12 астронавти показаха, че при продължително излагане на микрогравитация човешкото сърце става с 9,4 процента по-сферично, което от своя страна може да причини различни проблеми с функционирането му. Този проблем може да стане особено актуален по време на дълги космически пътувания, например до Марс.

„Сърцето в космоса работи много по-различно от това в земната гравитация, което от своя страна може да доведе до загуба на мускулна маса“, казва д-р Джеймс Томас от НАСА.

„Всичко това ще има сериозни последствия, след като се върнем на Земята, така че в момента търсим възможни начини да избегнем или поне да намалим тази загуба на мускулна маса.“

Специалистите отбелязват, че след завръщането си на Земята сърцето възвръща първоначалната си форма, но никой не знае как ще се държи един от най-важните органи на тялото ни след дълги полети. Лекарите вече знаят за случаи, при които завръщащи се астронавти са изпитвали замайване и дезориентация. В някои случаи има рязка промяна в кръвното налягане (настъпва рязко понижение), особено когато човек се опитва да се изправи на крака. Освен това някои астронавти изпитват аритмия (неправилен сърдечен ритъм) по време на мисии.

Изследователите отбелязват необходимостта от разработване на методи и правила, които ще позволят на пътуващите в дълбокия космос да избегнат този тип проблеми. Както беше отбелязано, подобни методи и правила могат да бъдат полезни не само за астронавтите, но и за обикновените хора на Земята - тези, които изпитват сърдечни проблеми, както и тези, на които е предписан режим на легло.

Сега започна петгодишна изследователска програма за определяне на нивото на излагане на космоса за ускоряване на развитието на атеросклероза (заболяване на кръвоносните съдове) при астронавтите.

Пиене и психични разстройства

Въпреки факта, че анонимно проучване, проведено от НАСА, премахна подозренията за често пиене на алкохолни напитки от астронавтите, през 2007 г. имаше два случая, в които действително пияни астронавти на НАСА бяха допуснати да летят в руския космически кораб Союз. В същото време на хората беше разрешено да летят, дори след като лекарите, подготвили тези астронавти за полета, както и други участници в мисията, казаха на началниците си за много горещото състояние на колегите си.

Според политиката за безопасност по това време НАСА говори за официална забрана на астронавтите да пият алкохол 12 часа преди тренировъчни полети. Мълчаливо се приема, че това правило се прилага и по време на космически полети. Въпреки това, след гореописания инцидент, НАСА беше възмутена от небрежността на астронавтите, че агенцията реши да направи официално това правило по отношение на космическите полети.

Бившият астронавт Майк Мълейн веднъж каза, че астронавтите пият алкохол преди полет, за да дехидратират тялото (алкохолът дехидратира), за да могат в крайна сметка да намалят натоварването на пикочния си мехур и изведнъж да не искат да отидат до тоалетната при излитане.

Психологическият аспект също имаше своето място сред опасностите на космическите мисии. По време на космическата мисия Skylab 4 астронавтите бяха толкова „уморени“ от комуникация с контрола на космическите полети, че изключиха радиокомуникациите за почти един ден и игнорираха съобщенията, идващи от НАСА. След инцидента учените се опитват да идентифицират и адресират потенциалните негативни психологически ефекти, които биха могли да възникнат по време на по-стресиращи и по-дълги мисии до Марс.

Липса на сън и употреба на сънотворни

Десетгодишно проучване установи, че астронавтите са значително лишени от сън в седмиците преди и по време на старта на космическите мисии. Сред анкетираните трима от всеки четири признават, че използват лекарства, за да им помогнат да заспят, въпреки че употребата на такива лекарства може да бъде опасна, докато летят с космически кораб или работят с друго оборудване. Най-опасната ситуация в този случай може да бъде, когато астронавтите приемат едно и също лекарство по едно и също време. В този случай, когато възникне извънредна ситуация, която изисква спешно решение, те биха могли просто да я преспят.

Въпреки че НАСА изисква всеки астронавт да спи поне осем часа и половина на ден, повечето получават само около шест часа почивка всеки ден, докато са на мисии. Сериозността на този стрес върху тялото се влошава допълнително от факта, че през последните три месеца на обучение преди полета хората са спали по-малко от шест часа и половина дневно.

„Бъдещите мисии до Луната, Марс и отвъд тях ще изискват разработването на по-ефективни мерки за справяне с лишаването от сън и оптимизиране на човешкото представяне по време на космически полет“, каза старши изследовател по темата д-р Чарлз Кзейлер.

„Тези мерки могат да включват промени в графика на работа, който ще се извършва, като се вземе предвид излагането на хора на определени светлинни вълни, както и промени в поведенческата стратегия на екипажа за по-удобно влизане в състояние на сън, което е от съществено значение за възстановяването здраве, сила и добро настроение на следващия ден"

Загуба на слуха

показаха, че от времето на мисиите на космическите совалки някои астронавти са имали случаи на временна значителна или по-малко значителна загуба на слуха. Те се забелязват най-често, когато хората са били изложени на високи звукови честоти. Членовете на екипажа на съветската космическа станция Салют 7 и руския Мир също са имали лека до много значителна загуба на слуха след завръщането си на Земята. Отново във всички тези случаи причината за частична или пълна временна загуба на слуха е излагане на високи звукови честоти.

Екипажът на Международната космическа станция е задължен да носи тапи за уши всеки ден. За намаляване на шума на борда на МКС, наред с други мерки, беше предложено да се използват специални звукоизолиращи подложки вътре в стените на станцията, както и да се инсталират по-тихи вентилатори.

Въпреки това, в допълнение към шумния фон, други фактори могат да повлияят на загубата на слуха: например състоянието на атмосферата в станцията, повишеното вътречерепно налягане, както и повишените нива на въглероден диоксид в станцията.

През 2015 г. НАСА планира да започне да изучава възможните начини за избягване на ефектите от загубата на слуха по време на едногодишни мисии с помощта на екипажа на МКС. Учените искат да видят колко дълго тези ефекти могат да бъдат избегнати и да определят приемливия риск, свързан със загуба на слуха. Ключова цел на експеримента ще бъде да се определи как да се сведе до минимум загубата на слуха изцяло, а не само по време на конкретна космическа мисия.

Камъни в бъбреците

Всеки десети човек на Земята рано или късно развива проблема с камъни в бъбреците. Този въпрос обаче става много по-остър, когато става въпрос за астронавти, тъй като в космически условия костите на тялото започват да губят хранителни вещества дори по-бързо, отколкото на Земята. Вътре в тялото се отделят соли (калциев фосфат), които проникват през кръвта и се натрупват в бъбреците. Тези соли могат да се уплътнят и да приемат формата на скали. Освен това размерът на тези камъни може да варира от микроскопични до доста сериозни - до големината на орех. Проблемът е, че тези камъни могат да блокират кръвоносните съдове и други потоци, които захранват органа или премахват отпадъците от бъбреците.

За астронавтите рискът от развитие на камъни в бъбреците е по-опасен, тъй като условията на микрогравитация могат да намалят обема на кръвта в тялото. В допълнение, много астронавти не пият 2 литра течности на ден, което от своя страна би могло да осигури пълно хидратиране на тялото им и да предотврати застояването на камъни в бъбреците, отделяйки частиците си заедно с урината.

Отбелязва се, че най-малко 14 американски астронавти са развили проблем с камъни в бъбреците почти веднага след завършване на космическите си мисии. През 1982 г. е регистриран случай на остра болка в член на екипажа на съветската станция Салют 7. Астронавтът страдал от силни болки в продължение на два дни, докато неговият другар нямал друг избор, освен безпомощно да наблюдава страданията на своя колега. Първоначално всички помислиха, че това е остър апендицит, но след известно време астронавтът отдели малък бъбречен камък заедно с урината си.

Учените работят дълго време, за да разработят специален ултразвуков апарат с размерите на настолен компютър, който може да открива камъни в бъбреците и да ги премахва с помощта на импулси от звукови вълни. Изглежда, че на борда на кораб, който се отправя към Марс, такова нещо определено може да бъде полезно.

Белодробни заболявания

Въпреки че все още не знаем със сигурност какви отрицателни ефекти върху здравето може да причини прахът от други планети или астероиди, учените знаят някои много неприятни ефекти, които могат да възникнат в резултат на излагане на лунен прах.

Най-сериозният ефект от вдишването на прах е най-вероятно върху белите дробове. Въпреки това, невероятно остри частици лунен прах могат да причинят сериозни щети не само на белите дробове, но и на сърцето, като в същото време причиняват цял ​​куп различни заболявания, вариращи от тежки възпаления на органи до рак. Азбестът например може да причини подобни ефекти.

Острите прахови частици могат да навредят не само на вътрешните органи, но и да причинят възпаление и ожулвания по кожата. За защита е необходимо използването на специални многослойни кевлароподобни материали. Лунният прах може лесно да увреди роговицата на очите, което от своя страна може да бъде най-сериозната авария за хората в космоса.

Учените съжаляват, че не са в състояние да моделират лунната почва и да проведат пълния набор от тестове, необходими за определяне на ефектите на лунния прах върху тялото. Една от трудностите при решаването на този проблем е, че на Земята праховите частици не са във вакуум и не са постоянно изложени на радиация. Само допълнителни изследвания на прах директно върху повърхността на самата Луна, а не в лаборатория, ще предоставят на учените необходимите данни за разработване на ефективни методи за защита срещу тези малки токсични убийци.

Срив на имунната система

Нашата имунна система се променя и реагира на всякакви, дори и най-малките промени в тялото ни. Липсата на сън, неадекватният хранителен прием или дори обикновеният стрес могат да отслабят имунната ни система. Но това е на Земята. Промяна в имунната система в космоса може в крайна сметка да доведе до обикновена настинка или да носи потенциал за развитие на много по-сериозни заболявания.
В космоса разпределението на имунните клетки в тялото не се променя много. Промените във функционирането на тези клетки могат да представляват много по-голяма заплаха за здравето. Когато функционирането на клетките намалее, вече потиснатите вируси в човешкото тяло могат да се събудят отново. И правете това практически скрито, без да показвате симптоми на болестта. Когато активността на имунните клетки се увеличи, имунната система реагира прекомерно на стимули, причинявайки алергични реакции и други странични ефекти като кожни обриви.

„Неща като радиация, микроби, стрес, микрогравитация, нарушения на съня и дори изолация могат да променят имунната система на членовете на екипажа“, казва имунологът на НАСА Браян Крушин.

„Дългите космически мисии ще увеличат риска астронавтите да развият инфекции, свръхчувствителност и автоимунни проблеми.“

За да реши проблемите с имунната система, НАСА планира да използва нови методи за защита от радиация, нов подход към балансирана диета и лекарства.

Радиационни заплахи

Настоящото много необичайно и много дълго отсъствие на слънчева активност може да допринесе за опасни промени в нивата на радиация в космоса. Нищо подобно не се е случвало през последните почти 100 години.

„Въпреки че подобни събития не са непременно възпиращ фактор за дългите мисии до Луната, астероидите или дори Марс, самата галактическа космическа радиация е фактор, който може да ограничи планираното време на тези мисии“, казва Нейтън Швадрон от земния, океански институт и изследване на космоса.

Последствията от този тип облъчване могат да бъдат много различни, вариращи от лъчева болест до развитие на рак или увреждане на вътрешните органи. Освен това опасните нива на фонова радиация намаляват ефективността на радиационното екраниране на космическия кораб с около 20 процента.

Само при една мисия до Марс астронавт може да бъде изложен на 2/3 от безопасната доза радиация, на която човек би бил изложен в най-лошия сценарий през целия си живот. Тази радиация може да причини промени в ДНК и да увеличи риска от рак.

„По отношение на кумулативната доза, това е същото като да правите компютърна томография на цялото тяло на всеки 5-6 дни“, казва ученият Кери Зейтлин.

Когнитивни проблеми

Когато симулираха състоянието на пребиваване в космоса, учените установиха, че излагането на силно заредени частици, дори в малки дози, кара лабораторните плъхове да реагират много по-бавно на околната среда и в същото време гризачите стават по-раздразнителни. Мониторингът на плъховете също показва промени в протеиновия състав на техните мозъци.

Учените обаче бързо отбелязват, че не всички плъхове са показали същите ефекти. Ако това правило е вярно за астронавтите, изследователите смятат, че могат да идентифицират биологичен маркер, който показва и прогнозира появата на тези ефекти при астронавтите. Може би този маркер дори би могъл да направи възможно намирането на начин за намаляване на негативните последици от излагането на радиация.

По-сериозен проблем е болестта на Алцхаймер.

„Излагането на нива на радиация, еквивалентни на това, което човек би изпитал на мисия до Марс, може да допринесе за развитието на когнитивни проблеми и да ускори промените в мозъчната функция, които най-често се свързват с болестта на Алцхаймер“, казва неврологът Кери О'Баниън.

„Колкото по-дълго сте в космоса, толкова по-голям е рискът от развитие на болестта.“

Един утешителен факт е, че учените вече са изследвали един от най-лошите сценарии за излагане на радиация. Те изложиха лабораторни мишки наведнъж на нива на радиация, които биха били типични за цялата мисия до Марс. От своя страна, когато летят до Марс, хората ще бъдат изложени на дозирана радиация в продължение на три години полет. Учените смятат, че човешкото тяло може да се адаптира към такива малки дози.

Освен това се отбелязва, че пластмасата и леките материали могат да осигурят на хората по-ефективна радиационна защита от използвания в момента алуминий.

Загуба на зрение

Някои астронавти развиват сериозни проблеми със зрението, след като са прекарали време в космоса. Колкото по-дълго продължава една космическа мисия, толкова по-голяма е вероятността от такива ужасни последици.

Сред най-малко 300 американски астронавти, преминали медицински преглед от 1989 г. насам, проблеми със зрението са наблюдавани при 29 процента от хората в космоса по време на двуседмични космически мисии и при 60 процента от хората, които са работили няколко месеца на борда на Международната космическа станция.

Лекари от Тексаския университет направиха сканиране на мозъка на 27 астронавти, прекарали повече от месец в космоса. При 25 процента от тях се наблюдава намаляване на обема на предно-задната ос на една или две очни ябълки. Тази промяна води до далекогледство. Отново беше отбелязано, че колкото по-дълго човек е в космоса, толкова по-вероятно е тази промяна.

Учените смятат, че този негативен ефект може да се обясни с издигането на течност към главата в условията на мигрогравитация. В този случай цереброспиналната течност започва да се натрупва в черепа и вътречерепното налягане се повишава. Течността не може да проникне през костта, така че започва да създава натиск върху вътрешната страна на очите. Изследователите все още не са сигурни дали този ефект ще намалее при астронавтите, които остават в космоса повече от шест месеца. Съвсем очевидно е обаче, че това ще трябва да се изясни преди изпращането на хора на Марс.

Ако проблемът е причинен единствено от вътречерепно налягане, тогава едно от възможните решения би било да се създадат условия на изкуствена гравитация всеки ден в продължение на осем часа, докато астронавтите спят. Въпреки това е твърде рано да се каже дали този метод ще помогне или не.

„Този ​​проблем трябва да бъде решен, защото в противен случай може да е основната причина, поради която дългосрочното космическо пътуване е невъзможно“, казва ученият Марк Шелхамер.

Космическата биология и медицина, както и космонавтиката като цяло, можеха да се появят едва когато научният и икономическият потенциал на страната достигна световните върхове.

Един от водещите специалисти по космическа биология и медицина е академик Олег Георгиевич Газенко. През 1956 г. той е включен в група от учени, натоварени да осигурят медицинска помощ за бъдещи космически полети. От 1969 г. Олег Георгиевич ръководи Института по медико-биологични проблеми на Министерството на здравеопазването на СССР.

О. Газенко говори за развитието на космическата биология и космическата медицина, за проблемите, които решават нейните специалисти.

Космическа медицина

Понякога питат: откъде са започнали космическата биология и космическата медицина? И в отговор понякога можете да чуете и прочетете, че е започнало със страхове, с въпроси като: ще може ли човек да диша, да яде, да спи и т.н. при нулева гравитация?

Разбира се, възникнаха тези въпроси. Но все пак нещата бяха различни, отколкото, да речем, през епохата на великите географски открития, когато моряци и пътешественици тръгваха на пътешествие без ни най-малка представа какво ги очаква. По принцип знаехме какво очаква човека в космоса и това знание беше доста добре обосновано.

Космическата биология и космическата медицина не са започнали от нищото. Те израснаха от общата биология и усвоиха опита на екологията, климатологията и други дисциплини, включително технически. Теоретичният анализ, предшестващ полета на Юрий Гагарин, се основава на данни от авиационната, морската и подводната медицина. Имаше и експериментални данни.

Още през 1934 г., първо тук и малко по-късно в САЩ, бяха направени опити да се изследва влиянието на горните слоеве на атмосферата върху живите организми, по-специално върху механизма на наследственост на плодовите мушици. Първите полети на животни - мишки, зайци, кучета - с геофизични ракети датират от 1949 г. В тези експерименти е изследвано влиянието върху живия организъм не само на условията на горната атмосфера, но и на самия полет на ракетата.

Раждането на науката

Винаги е трудно да се определи датата на раждане на всяка наука: вчера, казват, тя все още не е съществувала, но днес се появи. Но в същото време в историята на всеки клон на знанието има събитие, което бележи неговото формиране.

И както, да речем, работата на Галилей може да се счита за начало на експерименталната физика, така и орбиталните полети на животни бележат раждането на космическата биология - всички вероятно си спомнят кучето Лайка, изпратено в космоса на втория съветски изкуствен спътник на Земята през г. 1957 г.

След това беше организирана друга серия от биологични тестове на сателитни кораби, които позволиха да се изследва реакцията на животните към условията на космически полет, да се наблюдават след полета и да се изследват дългосрочните генетични последствия.

И така, до пролетта на 1961 г. знаехме, че човек ще може да извърши космически полет - предварителният анализ показа, че всичко трябва да е наред. И все пак, тъй като ставаше дума за човек, всеки искаше да има определени гаранции в случай на непредвидени обстоятелства.

Следователно първите полети бяха подготвени с предпазни мрежи и дори, ако искате, с презастраховане. И тук е просто невъзможно да не си спомним Сергей Павлович Королев. Можете да си представите колко много работа и грижи е имал главният конструктор, докато е подготвял първия полет на човек в космоса.

И въпреки това той се задълбочи във всички детайли на медико-биологичната летателна услуга, като се погрижи за нейната максимална надеждност. Така Юрий Алексеевич Гагарин, чийто полет трябваше да продължи час и половина и който като цяло можеше да се справи без храна и вода, получи храна и други необходими провизии за няколко дни. И постъпиха правилно.

Причината тук е, че тогава просто нямахме достатъчно информация. Знаеха например, че при нулева гравитация могат да възникнат нарушения на вестибуларния апарат, но не беше ясно дали ще бъдат такива, каквито си ги представяме.

Друг пример е космическата радиация. Те знаеха, че съществува, но колко опасно е в началото беше трудно да се определи. В този начален период изучаването на самото космическо пространство и неговото изследване от човека протичат паралелно: не всички свойства на космоса все още са изучени, но полетите вече са започнали.

Поради това радиационната защита на корабите беше по-мощна, отколкото се изискваше в реалните условия. Тук бих искал да подчертая, че научната работа в космическата биология от самото начало беше поставена на солидна, академична основа; подходът към разработването на тези привидно приложни проблеми беше много фундаментален.

Развитие на космическата биология

Академик V.A. Engelhardt, който по това време беше академик-секретар на Отделението по обща биология на Академията на науките на СССР, посвети много усилия и внимание, за да даде добър старт на космическата биология и космическата медицина.

Академик Н. М. Сисакян помогна много за разширяването на изследванията и създаването на нови екипи и лаборатории: по негова инициатива още в началото на 60-те години в областта на космическата биология и космическата медицина работят 14 лаборатории на различни академични институти и са концентрирани силни научни кадри в тях.

Академик В. Н. Черниговски има голям принос за развитието на космическата биология и космическата медицина. Като вицепрезидент на Академията на медицинските науки на СССР той привлича много учени от своята академия в разработването на тези проблеми.

Непосредствените ръководители на първите експерименти в космическата биология бяха академик В. В. Парин, който специално изучаваше проблемите на космическата физиология, и професор В. И. Яздовски. Необходимо е да си припомним първия директор на Института по медико-биологични проблеми, професор А.В.Лебедински.

От самото начало работата се ръководи от видни учени и това гарантира добра организация на изследванията и, като следствие, дълбочината и точността на теоретичното предвиждане, което беше напълно потвърдено от практиката на космическите полети.

Три от тях заслужават специално внимание.

— Това е биологичен експеримент върху втория изкуствен спътник, който показа, че живо същество в космически кораб може да бъде в открития космос без да навреди на себе си.

— Това е полетът на Юрий Гагарин, който показа, че космосът не оказва негативно влияние върху емоционалната и умствената сфера на човека (и имаше такива опасения), че човек, както на Земята, може да мисли и работи в космоса полет.

„И накрая, това е космическата разходка на Алексей Леонов: човек в специален скафандър беше и работеше извън кораба и - основното, което интересуваше учените - беше уверено ориентиран в космоса.

Към тази категория трябва да се причисли и кацането на американски астронавти на повърхността на Луната. Програмата Аполо също потвърди някои от концепциите, теоретично разработени на Земята.

Така например беше потвърдено естеството на човешките движения на Луната, където силата на гравитацията е много по-малка, отколкото на Земята. Практиката потвърди и теоретичното заключение, че бързото прелитане през радиационните пояси около Земята не е опасно за хората.

Под „практика“ нямам предвид само летене на хора. Те бяха предшествани от полети на наши автоматични станции като „Луна” и „Зонд” и американските „Сървейърс”, които щателно разузнаха обстановката както по маршрута, така и на самата Луна.

Между другото, живи същества обиколиха Луната на сондите и се върнаха безопасно на Земята. Така че полетът на хора към нашата нощна звезда беше подготвен много фундаментално.

Както се вижда от дадените примери, най-характерната черта на първия период на космическата биология е търсенето на отговори на фундаментални въпроси. Днес, когато тези отговори, и то доста подробни, в повечето случаи са получени, търсенето е задълбочено.

Цената на космическия полет

Съвременният етап се характеризира с по-задълбочено и фино изследване на дълбоките, фундаментални биологични, биофизични, биохимични процеси, протичащи в живия организъм в условията на космически полет. И не само да учи, но и да се опитва да управлява тези процеси.

Как можем да си обясним това?

Полетът на човек в космоса на ракета не е безразличен към състоянието на тялото. Разбира се, неговите адаптивни възможности са необичайно големи и гъвкави, но не неограничени.

Освен това винаги трябва да платите нещо за всяко устройство. Да кажем, че вашето здраве ще се стабилизира по време на полета, но работоспособността ви ще намалее.

Ще се адаптирате към „изключителната лекота” в безтегловност, но ще загубите силата на мускулите и здравината на костите... Тези примери са на повърхността. Но очевидно дълбоките жизнени процеси също се подчиняват на този закон (и има доказателства за това). Тяхната адаптация не е толкова забележима, при краткосрочни полети може изобщо да не се появи, но полетите стават все по-дълги.

Каква е таксата за такова устройство? Мога ли да се съглася с него или е нежелателно? Известно е например, че в кръвта на астронавтите по време на полет намалява броят на еритроцитите - червените кръвни клетки, пренасящи кислород. Намалението е незначително, не е опасно, но това е кратък полет. Как ще протече този процес при дълъг полет?

Всичко това трябва да се знае, за да се изгради превантивна защитна система и по този начин да се разшири способността на човек да живее и работи в космоса. И не само за космонавти – специално подбрани и обучени хора, но и за учени, инженери, работници, а може би и хора на изкуството.

Самото понятие „космическа медицина и биология“ се задълбочава. По план това е приложна наука, която на базата на данни от общата биология разработва своите препоръки, методи и техники за поведението на човека в космоса. Отначало беше така. Но сега стана ясно, че космическата биология и космическата медицина не са производни на общата биология, а цялата биология като цяло, изучаваща само организми в специални условия на съществуване.

Взаимни интереси на науката

В края на краищата всичко, което човек прави на Земята, той започва да прави в космоса: яде, спи, работи, почива, на много далечни полети хората ще се раждат и умират - с една дума, човек започва да живее в космоса в пълният биологичен смисъл. И затова сега вероятно няма да намерим нито един раздел от биологичните и медицинските знания, който да е безразличен към нас.

В резултат на това мащабът на изследванията се увеличи: ако буквално дузина учени участваха в първите стъпки на космическата биология и космическата медицина, сега стотици институции и хиляди специалисти от най-разнообразни и понякога неочаквани, на пръв поглед, профили са навлезли в орбитата му.

Ето един пример: Институтът по трансплантация на органи и тъкани, който се ръководи от известния хирург професор В. И. Шумаков. Изглежда какво общо може да има между изследването на здрав организъм при специални условия на космически полет и такава крайна мярка за спасяване на безнадеждни пациенти като трансплантация на органи? Но има нещо общо.

Областта на взаимен интерес е свързана с проблемите на имунитета - естествената защита на организма срещу въздействието на бактерии, микроби и други чужди тела. Установено е, че по време на космически полет имунологичната защита на организма отслабва. Има редица причини за това, една от тях е следната.

В обикновения живот винаги и навсякъде се сблъскваме с микроби. В затвореното пространство на космическия кораб атмосферата е почти стерилна, а микрофлората е много по-бедна. Имунната система на практика става „безработна“ и „губи форма“, така както я губи спортистът, ако не тренира дълго време.

Но дори по време на трансплантация на органи, за да не ги отхвърли тялото, е необходимо изкуствено да се намали нивото на имунитета. Тук възникват нашите общи въпроси: как се държи тялото при тези условия, как да го предпазим от инфекциозни заболявания?..

Има и друга област на взаимен интерес. Вярваме, че с течение на времето хората ще летят и ще живеят в космоса много дълго време. Това означава, че те могат да се разболеят. Затова трябва, първо, да си представим какви болести могат да бъдат, и второ, да осигурим на хората в полет апаратура за диагностика и, разбира се, лечение.

Това може да е лекарство, но може да бъде и изкуствен бъбрек - не можем да изключим възможността такива средства да са необходими при експедиции на дълги разстояния. Така че ние мислим, заедно със специалисти от Института по трансплантация на органи и тъкани, как да снабдим участниците в бъдещи космически експедиции с „резервни части“ и каква да бъде „технологията за ремонт“.

Операция в космоса обаче е, разбира се, краен случай. Основната роля ще играе превенцията и профилактиката на заболяванията. И тук храненето може да играе важна роля като средство за управление на метаболизма и неговите промени, ако възникнат, както и като средство за намаляване на нервно-емоционалния стрес.

Приготвената по определен начин диета с включване на подходящи лекарства в храната ще свърши своята работа незабелязано от човека, процедурата няма да има характер на приемане на лекарства. В продължение на няколко години ние провеждаме съответните изследвания с Института по хранене на Академията на медицинските науки на СССР под ръководството на академика на Академията на медицинските науки на СССР А. А. Покровски.

Друг пример: Централният институт по травматология и ортопедия на името на Н. Н. Приоров (ЦИТО), който се ръководи от академика на Академията на медицинските науки на СССР М. В. Волков. Областта на интерес на института е скелетната система на човека. Освен това се изучават не само методи за лечение на фрактури и натъртвания, методи за протезиране, но и всички видове промени в костната тъкан.

Последното също ни интересува, защото определени промени в костната тъкан също се случват в космоса. Методите за въздействие върху тези процеси, използвани както в космоса, така и в клиниката, са принципно много сходни.

Хипокинезията, която е често срещана в наше време - ниска подвижност - е още по-силно изразена в космоса. Състоянието на човек, който става от леглото след двумесечно боледуване, е сравнимо със състоянието на астронавт, който се връща от полет: и двамата трябва да се научат отново да ходят по земята.

Факт е, че при нулева гравитация част от кръвта се движи от долната част на тялото към горната част, течейки към главата. В допълнение, мускулите, които не получават обичайното натоварване, отслабват. Приблизително същото се случва, когато лежите в леглото дълго време. Когато човек се върне на Земята (или стане след дълго боледуване), се случва обратният процес - кръвта бързо тече отгоре надолу, което е придружено от световъртеж и дори може да причини припадък.

За да избегнат подобни явления, по време на полет астронавтите натоварват мускулите си на специален симулатор и използват така наречената вакуумна система, която помага за преместването на част от кръвта в долната половина на тялото. След като се върнаха от полета, те носят известно време след полета профилактични костюми, които, напротив, предотвратяват бързото изтичане на кръв от горната половина на тялото.

Сега подобни продукти се използват в лечебни заведения. В CITO симулаторите от космически тип позволяват на пациентите да „ходят“, без да стават от леглото. А следлетните костюми бяха успешно тествани в Института по хирургия на А. В. Вишневски - с тяхна помощ пациентите буквално се изправят на крака по-бързо.

Преразпределението на кръвта в тялото не е просто механичен процес, то засяга и физиологичните функции и следователно представлява значителен интерес както за космическата биология и медицина, така и за клиничната кардиология. Освен това въпросите за регулиране на кръвообращението при промяна на пространственото положение на тялото все още не са достатъчно проучени при здрави хора.

И в съвместни изследвания с Института по кардиология „А. Л. Мясников“ и Института по трансплантация на органи и тъкани получихме първите интересни данни за това, например как се променя налягането в различни съдове и кухини на сърцето, когато позицията на тялото в пространството промени. За това как и с какви темпове се променя биохимичният състав на кръвта, изтичаща от мозъка, или от черния дроб, или от мускулите по време на физическа активност, тоест поотделно от всеки орган.

Това дава възможност да се прецени по-задълбочено работата и състоянието му. Въпросното изследване необичайно обогатява нашите знания за човешката физиология и биохимия; това е пример за фундаментално изследване на биологичната същност на човека. И това не е единственият пример.

Вече споменах, че в космоса броят на червените кръвни клетки на човек намалява и че е важно да разберем причините за това явление. Специални изследвания, по-специално на спътника Космос-782, показаха, че в космоса стабилността (устойчивостта) на тези клетки намалява и поради това те се унищожават по-често, отколкото при нормални земни условия, средната им продължителност на живота намалява.

Сега, естествено, ще трябва да разберем как да поддържаме стабилността на червените кръвни клетки. Това е важно за космоса, но може да бъде полезно и в борбата с анемията и други заболявания на кръвта.

Фактът, че космическата биология участва във фундаменталните изследвания на човешкото тяло, ясно характеризира настоящия етап от нейното развитие, което поставя основата за по-нататъшното развитие на практическите дейности. В нашия случай се полагат основите за по-нататъшното придвижване на човека в космоса.

Кой ще лети в космоса

Вече нуждите на изследването на космоса карат учените да мислят за разширяване на броя на специалистите, летящи в космоса.

През следващите години можем да очакваме появата в орбита на учени - изследователи на космоса, инженери - организатори на извънземно производство на различни материали, които не могат да бъдат получени на Земята, работници за сглобяване на космически обекти и обслужване на производствени мощности и др.

За тези специалисти очевидно ще е необходимо да се разшири сега доста тясната „порта“ на медицинския подбор, тоест да се намалят формалните изисквания за здравен статус и да се намали обемът на подготвителното обучение.

При това, разбира се, трябва да се гарантира пълна безопасност и, бих казал, безвредност на полета за тези хора.

При орбитален полет това е сравнително лесно да се направи: не само може да се установи постоянен мониторинг на състоянието на екипажа, но в екстремни случаи винаги има възможност за връщане на човек на Земята след няколко часа. Междупланетните полети са друг въпрос; те ще бъдат много по-автономни.

Една експедиция до Марс да речем ще отнеме 2,5-3 години. Това означава, че подходът към организирането на такива експедиции трябва да бъде различен от този при полети в орбита. Тук очевидно не може да се намаляват здравните изисквания при подбор на кандидати.

Освен това ми се струва, че кандидатите трябва да имат не само отлично здраве, но и някои специфични свойства - да речем, способността лесно да се адаптират към променящите се условия на околната среда или определен характер на реакция към екстремни влияния.

Способността на тялото да се адаптира към промените в биологичните ритми е много важна. Факт е, че характерните за нас ритми имат чисто земен произход. Например, най-важният от тях - дневният - е пряко свързан със смяната на деня и нощта. Но земният ден съществува само на Земята; на другите планети денят е естествено различен и вие ще трябва да се адаптирате към тях.

Какво да правим по време на полет

Въпросите, свързани с моралния климат, който ще се създаде на борда, стават много важни. И въпросът тук е не само в личните качества на хората, но и в организацията на тяхната работа, ежедневието - живота като цяло, като се вземат предвид нуждите, включително естетическите, на всеки член на екипажа. Този набор от проблеми е може би най-сложният.

Например проблемът със свободното време. Смята се, че по време на полета до Марс натоварването на всеки член на екипажа ще бъде не повече от 4 часа на ден. Да отделим 8 часа за сън, 12 ще останат с тях? В ограниченото пространство на космически кораб, с постоянен състав на екипажа, това не е толкова лесно да се направи. Книги? музика? филми? Да, но не какъв да е. Музиката, дори любимата, може да предизвика прекомерна емоционална възбуда и да засили чувството за раздяла с дома.

Книгите и филмите с драматичен или трагичен характер също могат да предизвикат негативни реакции, но жанрът на приключението, фентъзито, книгите на пътешественици, полярни изследователи, спелеолози, в които има материал за сравнение и съпричастност, несъмнено ще се приемат добре. Можете да решавате кръстословици и пъзели, но играта на шах или дама едва ли е препоръчителна, защото в такива игри има елемент на състезание, който е нежелан в подобна ситуация.

Всички тези съображения произтичат от вече проведени изследвания. Те, по мое мнение, силно стимулират внимателното изучаване на човешката психология и мисля, че с течение на времето, когато посочените проблеми бъдат достатъчно развити, те ще донесат голяма полза на земната практика - в организирането на работата и свободното време на хората.

Животоподдържане на експедиции

Специално място в развитието на междупланетните полети заема животоподдържането на експедициите. Сега астронавтите просто вземат всичко необходимо по време на полет от Земята (атмосферата е само частично регенерирана; в някои полети е извършена експериментална регенерация на водата).

Но не можете да вземете със себе си доставки за три години. На междупланетния кораб е необходимо да се създаде затворена екологична система, подобна на земната, но в миниатюра, която да доставя на екипажа храна, вода, чист въздух и да изхвърля отпадъците.

Задачата е невероятно трудна! По същество говорим за конкуренция с природата: това, което природата е създавала в продължение на много милиони години на цялата планета, хората се опитват да възпроизведат в лабораторията и след това да го прехвърлят на космически кораб.

Такава работа се извършва в продължение на много години в нашия институт, в Красноярския институт по физика на името на Л.В. Някои неща вече са направени, но тук все още не можем да говорим за големи успехи. Много експерти като цяло смятат, че реален практически успех може да се постигне едва след 15-20 години. Може би, разбира се, по-рано, но не много.

Генетика

И накрая, проблемите на генетиката и репродукцията. Нашият институт, заедно с Московския държавен университет и Института по биология на развитието на Академията на науките на СССР, провеждат изследвания за определяне на ефекта на безтегловността върху ембриогенезата и морфогенезата.

Експериментите, по-специално на спътника Космос-782, показаха, че безтегловността не пречи на насекомите (дрозофили) да произвеждат нормално потомство, а в по-сложни организми - риби, жаби - в редица случаи са открити нарушения и отклонения от нормата . Това предполага, че за нормалното развитие в първите етапи от живота на ембриона те се нуждаят от силата на гравитацията и следователно тази сила трябва да бъде създадена изкуствено.

Проблеми на дългосрочните космически полети

И така, проблемът с дългосрочните космически полети е най-важният в нашата работа днес. И тук въпросът е легитимен: колко дълго може да бъде престоят на човек в космоса? Точно сега е невъзможно да се отговори със сигурност. По време на полет в тялото протичат редица процеси, които все още не могат да бъдат контролирани. Те не са напълно проучени, все пак човек не е летял повече от три месеца и не знаем как ще протичат тези процеси при по-дълги периоди на полет.

Необходима е обективна експериментална проверка и трябва да се реши въпросът за възможността за, да речем, тригодишен престой на човек в космоса в ниска околоземна орбита. Само тогава ще имаме гаранция, че такава експедиция ще мине безопасно.

Но мисля, че човек няма да срещне непреодолими препятствия по този път. Това заключение може да се направи въз основа на съвременните познания. В крайна сметка космическата ера на човечеството току-що започна и, образно казано, сега тепърва се подготвяме за дългото пътуване, което предстои на човечеството в космоса.

Втората половина на 20 век бе белязан не само от теоретични изследвания за намиране на начини за изследване на космоса, но и от практическото създаване и изстрелване на автоматични превозни средства в околоземни орбити и до други планети, първия полет на човек в космоса и дългосрочни полети на орбитални станции , и кацането на човек на повърхността на Луната. Теоретичните изследвания в областта на космическите технологии и проектирането на контролирани летателни апарати драматично стимулират развитието на много науки, включително нов клон на знанието - космическата медицина.

Основните цели на космическата медицина са следните:

изследване на влиянието на условията на космически полет върху човешкото тяло, включително изследване на феноменологията и механизмите на възникване на промени във физиологичните параметри при космически полет;

разработване на методи за подбор и обучение на космонавти;

Космическата медицина в своето историческо развитие премина от моделиране на факторите на космическите полети в лабораторни условия и по време на полети на животни на ракети и сателити до изследвания, свързани с дългосрочни полети на орбитални станции и полети на международни екипажи.

Във формирането и развитието на космическата биология и медицина в СССР, работите на основоположниците на космонавтиката К. Е. Циолковски, Ф. А. Цандер и други, които формулират редица биологични проблеми, разрешаването на които трябва да бъде необходима предпоставка за изследване на човека на космическото пространство, бяха от голямо значение. Теоретичните аспекти на космическата биология и медицина се основават на класическите принципи на такива основоположници на естествознанието като И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев, И. П. Павлов, В. В. Докучаев, Л. А. Орбели и други, в чиито трудове Червената нишка отразява учението за взаимодействието на тялото и външната среда са разработени фундаментални въпроси за адаптирането на тялото към променящите се условия на околната среда.

Работата, извършена в областта на авиационната медицина, както и изследванията, проведени върху биофизични ракети и космически кораби през 50-60-те години, изиграха важна роля при формирането на редица разпоредби и раздели на космическата медицина.

Практическото изследване на космоса с помощта на пилотирани полети започва с историческия полет на първия космонавт в света Ю. А. Гагарин на 12 април 1961 г. на космическия кораб "Восток". Всички помним простата му човешка фраза. „Да тръгваме“, произнесено по време на изстрелването на космическия кораб „Восток“, тази фраза лаконично и в същото време доста лаконично характеризира най-голямото постижение на човечеството. Освен всичко друго, полетът на Ю. Гагарин беше проверка на зрелостта както на космонавтиката като цяло, така и на космическата медицина в частност.

Медико-биологичните изследвания, проведени преди този полет, и разработената на негова основа система за поддържане на живота осигуриха нормални условия на живот в кабината на космическия кораб, необходими на астронавта за завършване на полета. Създадената по това време система за подбор и обучение на космонавти, системата за биотелеметричен мониторинг на състоянието и ефективността на човек по време на полет и хигиенните параметри на кабината определят възможността и безопасността на полета.

Въпреки това цялата предишна работа, всички многобройни полети на животни на космически кораби не можаха да отговорят на някои въпроси, свързани с човешкия полет. Например, преди полета на Ю. А. Гагарин не беше известно как условията на безтегловност влияят на чисто човешките функции: мислене, памет, координация на движенията, възприятие на околния свят и др. Само полетът на първия човек в космоса показа, че тези функции не претърпяват значителни промени в безтегловност. Ето защо Ю. А. Гагарин е наричан в целия свят откривател на „звездните пътища“, човекът, който проправи пътя за всички последващи пилотирани полети.

През изминалите 20 години от полета на Ю. Гагарин човечеството неотклонно и всестранно продължава да изследва космоса. И във връзка с тази славна годишнина изглежда има възможност не само да се анализират днешните постижения в космическата медицина, но и да се направи историческа екскурзия в миналото и предшестващите го десетилетия.

През цялото си развитие космическите полети могат да бъдат разделени на няколко етапа. Първият етап беше подготовката на човешки полет в открития космос; Той беше придружен от такива изследвания като: 1) обобщаване на данни от физиологията и авиационната медицина, които изучават влиянието на неблагоприятните фактори на околната среда върху тялото на животните и хората; 2) провеждане на множество лабораторни изследвания, при които са симулирани някои фактори на космическия полет и е изследван ефектът им върху човешкото тяло; 3) специално подготвени експерименти върху животни по време на ракетни полети в горните слоеве на атмосферата, както и по време на орбитални полети на изкуствени спътници на Земята.

Основните задачи по това време бяха насочени към изучаване на въпроса за фундаменталната възможност за човешки полет в космоса и решаване на проблема за създаване на системи, които гарантират, че човек остава в кабината на космически кораб по време на орбитален полет. Факт е, че по това време имаше категорично мнение на редица доста авторитетни учени за несъвместимостта на човешкия живот с условията на продължителна безтегловност, тъй като това би могло да причини значителни нарушения на функцията на дишането и кръвообращението. Освен това те се страхуваха, че човек може да не издържи на психологическия стрес от полета.

Освен това продължителността на безтегловността, в зависимост от височината на полета, варира от 4 до 10 минути. Анализът на резултатите от тези изследвания показа, че по време на полет на ракетата има само умерени промени във физиологичните показатели, изразяващи се в повишен сърдечен ритъм и повишено кръвно налягане при излагане на ускорения по време на излитане и кацане на ракетата (с тенденция за тези показатели за нормализиране или дори намаляване по време на престой в безтегловност).

Като цяло излагането на фактори на полета на ракета не е причинило значителни смущения във физиологичните функции на животните. Биологичните експерименти по време на вертикално изстрелване на ракети показват, че кучетата могат задоволително да издържат на доста големи претоварвания и краткотрайна безтегловност.

През 1957 г. СССР изстрелва втория изкуствен спътник на Земята с кучето Лайка. Това събитие беше от фундаментално значение за космическата медицина, тъй като за първи път позволи на високо организирано животно да остане в условия на безтегловност за достатъчно дълго време. В резултат на това е установена задоволителна поносимост от животните към условията на космически полет. Последвалите експерименти с шест кучета по време на полетите на втория, третия, четвъртия и петия съветски спътник, завръщащи се на Земята, позволиха да се получи голямо количество материал за реакциите на основните физиологични системи на тялото на високоорганизирани животни (както в полет и на Земята, включително периода след полета) .

малки запазени участъци от заешка и човешка кожа, насекоми, черно-бели лабораторни мишки и плъхове, морски свинчета. Всички изследвания, проведени с помощта на сателити, предоставиха обширен експериментален материал, който твърдо убеди учените в безопасността на човешкия полет (от здравна гледна точка) в космоса.

През същия период бяха решени и задачите за създаване на системи за поддържане на живота на астронавтите - система за подаване на кислород в кабината, отстраняване на въглероден диоксид и вредни примеси, както и хранене, водоснабдяване, медицинско наблюдение и обезвреждане на човешките отпадъци . Специалистите по космическа медицина взеха пряко участие в тази работа.

Вторият етап, който съвпадна с първото десетилетие на пилотираните полети (1961-1970 г.), се характеризира с краткосрочни космически полети на хора (от една орбита за 108 минути до 18 дни). Започва с историческия полет на Ю. Гагарин.

Резултатите от медицински и биологични изследвания, проведени през това време, надеждно доказаха не само възможността човек да бъде в космически полет, но и да поддържа достатъчна производителност при изпълнение на различни задачи в кабината на космически кораб с ограничен обем и при работа в неподдържана пространство извън космическия кораб. Въпреки това бяха установени редица промени в двигателната сфера, сърдечно-съдовата система, кръвоносната система и други системи на човешкото тяло.

Установено е също, че адаптацията на астронавтите към обичайните условия на земното съществуване след космически полети с продължителност от 18 дни протича с определени трудности и е придружена от по-изразено напрежение в регулаторните механизми, отколкото адаптацията на астронавта към безтегловност. По този начин, с по-нататъшно увеличаване на времето за полет, беше необходимо да се създадат системи за подходящи превантивни мерки, да се подобрят системите за медицинско наблюдение и да се разработят методи за прогнозиране на състоянието на членовете на екипажа по време на полета и след неговото завършване.

По време на пилотираните полети по тези програми наред с медицинските изследвания на екипажите са провеждани и биологични експерименти. Така на борда на корабите "Восток-3", "Восток-6", "Восход", "Восход-2", "Союз" имаше такива биологични обекти като лизогенни бактерии, хлорела, традесканция, хела клетки; нормални и ракови човешки клетки, сухи растителни семена, костенурки.

Третият етап на пилотираните космически полети е свързан с дългосрочни полети на астронавти на борда на орбитални станции, съвпада с последното десетилетие (1971 -1980 г.). Отличителна черта на пилотираните полети на този етап, в допълнение към значителната продължителност на престоя на човек в полет, е увеличаването на свободното пространство в жилищните помещения - от кабината на космическия кораб до обширните жилищни площи вътре в орбиталната станция. Последното обстоятелство имаше двойно значение за космическата медицина: от една страна стана възможно на борда на станцията да се постави разнообразно оборудване за медицински и биологични изследвания и средства за предотвратяване на неблагоприятните ефекти от безтегловността, а от друга страна, значително намаляване на въздействието върху човешкото тяло от фактори, ограничаващи двигателната активност - хипокинезия (т.е. свързана с малки размери на свободното пространство).

Трябва да се каже, че на орбиталните станции могат да се създадат по-комфортни условия за живот, лична хигиена и др. И използването на комплекс от превантивни мерки може значително да изглади неблагоприятните реакции на тялото към безтегловност, което има голям положителен ефект. Но от друга страна, това до известна степен изглажда реакциите на човешкото тяло към безтегловност, което затруднява анализирането на възникващите промени в различни системи на човешкото тяло, характерни за условията на безтегловност.

Първата дългосрочна орбитална станция (Салют) е изстреляна в СССР през 1971 г. През следващите години се извършват пилотирани полети на борда на орбиталните станции Салют-3, -4, -5, -6 (с четвъртата основна експедиция на станция Салют 6" беше в космоса 185 дни). Многобройни медицински и биологични изследвания, проведени по време на полета на орбитални станции, показаха, че с увеличаване на продължителността на престоя на човек в космоса като цяло няма прогресия в тежестта на реакциите на тялото към условията на полет.

Използваните комплекси от превантивни средства осигуряват поддържането на добро здраве и работоспособност на астронавтите по време на такива полети, а също така спомагат за изглаждане на реакциите и улесняват адаптирането към земните условия в периода след полета. Важно е да се отбележи, че проведените медицински изследвания не разкриха никакви промени в телата на астронавтите, които биха попречили на систематично увеличаване на продължителността на полета. В същото време бяха открити функционални промени в някои системи на тялото, които са обект на по-нататъшно разглеждане.

Към днешна дата 99 души от различни страни вече са извършили космически полети на борда на 78 космически кораба и 6 дългосрочни орбитални станции2. Общото време за пътуване беше около 8 човеко-години. В СССР към 1 януари 1981 г. са извършени 46 пилотирани полета в космоса, в които са участвали 49 съветски космонавти и 7 космонавти от социалистическите страни. По този начин, в течение на две десетилетия на пилотирани космически полети, скоростта и мащабът на човешкото проникване в космоса се увеличиха бързо.

След това ще разгледаме основните резултати от изследванията в космическата медицина, извършени през това време. По време на космически полети човешкото тяло може да бъде изложено на различни неблагоприятни фактори, които могат да бъдат разделени на следните групи: 1) характеризиращи космическото пространство като уникална физическа среда (изключително ниско барометрично налягане, липса на кислород, йонизиращо лъчение и др.) ; 2) поради динамиката на самолета (ускорение, вибрации, безтегловност); 3) свързани с престоя на астронавтите в херметична кабина на космически кораб (изкуствена атмосфера, хранителни навици; хипокинезия и др.); 4) психологически особености на космическия полет (емоционално напрежение, изолация и др.).

поддържането на живота създава необходимите условия за живот и работа в кабинното пространство. Изключение от тази група фактори е космическата радиация: по време на някои слънчеви изригвания нивото на космическата радиация може да се увеличи толкова много, че стените на кабината да не могат да защитят астронавта от въздействието на космическите лъчи.

и фактът, че учените все още не са се научили как да симулират пълния спектър на космическа радиация при земни условия. Това естествено създава значителни трудности при изучаването на биологичните ефекти на космическата радиация и при разработването на защитни мерки.

В тази посока се провеждат различни изследвания за създаване на електростатична защита за космически кораб, т.е. правят се опити да се създаде електромагнитно поле около космическия кораб, което да отклонява заредените частици, предотвратявайки влизането им в кабината. Голямо количество работа се извършва и в разработването на фармакохимични средства за профилактика и лечение на радиационни увреждания.

Повечето от факторите от втората група са успешно моделирани в условията на земен експеримент и са изследвани дълго време (вибрации, шум, претоварвания). Ефектът им върху човешкия организъм е доста ясен и следователно са ясни мерките за предотвратяване на евентуални нарушения. Най-важният и специфичен фактор по време на космически полет е факторът на безтегловност. Трябва да се отбележи, че по време на дългосрочна експлоатация той може да бъде изследван само при реални условия на полет, тъй като в този случай моделирането му на Земята е много приблизително.

И накрая, третата и четвъртата група фактори на полета не са толкова космически фактори, но условията на космически полет внасят толкова много свои, присъщи само на този вид дейност, че изследването на психологическите характеристики, които възникват по време на това, както и режимите на труд и почивка, психологическата съвместимост и други фактори представляват самостоятелен и много сложен проблем.

Съвсем очевидно е, че многостранният характер на проблемите на космическата медицина не ни позволява да разгледаме изчерпателно всички и тук ще се спрем само на някои от тези проблеми.

Медицински контрол и медицински изследвания по време на полет

В комплекса от мерки за осигуряване на безопасността на астронавтите по време на полет важна роля играе медицинският контрол, чиято задача е да оцени и прогнозира здравословното състояние на членовете на екипажа и да издаде препоръки за превантивни и терапевтични мерки.

Особеността на медицинския контрол в космическите полети е, че „пациентите“ на лекарите са здрави, физически добре обучени хора. В този случай задачата на медицинския контрол е главно да се идентифицират функционалните адаптивни промени, които могат да настъпят в човешкото тяло под въздействието на факторите на космическия полет (предимно безтегловност), да се оценят и анализират тези промени, да се определят индикации за използване на профилактични средства. агенти, както и V; избор на най-оптималните режими на тяхното използване.

Обобщаването на резултатите от медицинските изследвания в космическите полети и многобройните изследвания с моделиране на факторите на полета в земни условия дава възможност да се получат данни за влиянието на различни натоварвания върху човешкото тяло, за допустимите граници на колебанията на физиологичните параметри и за характеристики на реакциите на тялото при тези условия.

Трябва да се подчертае, че подобни изследвания в космическата медицина, изясняващи познанията ни за нормалните прояви на жизнените функции на човешкото тяло и по-ясно очертаващи границата между неговите нормални и променени реакции, са от голямо значение за идентифициране на първоначалните признаци на отклонения не само сред екипажите на космически кораби по време на полет, но и в клиничната практика, при анализа на начални и латентни форми на заболявания и тяхната профилактика.

Като източници на информация се използват данни от разговори между лекар и космонавти, доклади от космонавти за тяхното благосъстояние и резултатите от само- и взаимно наблюдение, анализ на радиоразговори (включително спектрален анализ на речта). Важни източници на информация са данните от обективната регистрация на физиологичните параметри, показателите на околната среда в кабината на космическия кораб (налягане, съдържание на кислород и въглероден диоксид, влажност, температура и др.), както и анализ на резултатите от най-сложните операции за контрол космическият кораб и научно-техническите експерименти.

Тази информация чрез телеметрични системи влиза в центъра за управление на полета, където се обработва с помощта на компютри и се анализира от лекари. Физиологичните параметри, които се записват и предават на Земята, се определят в съответствие със спецификата на полетната програма и спецификата на дейността на екипажа. При оценката на здравословното състояние на астронавтите от първостепенно значение е информацията за състоянието на най-важните системи на човешкото тяло (дишане и кръвообращение), както и промените във физическата работоспособност на астронавтите.

b необичайно местообитание, спомагат за изясняване на механизмите на промени във физиологичните функции и адаптирането на тялото към условията на безтегловност. Всичко това е необходимо за разработване на превантивни мерки и за планиране на медицинска поддръжка за последващи полети.

Количеството медицинска информация, предавано чрез биотелеметрия на Земята, варира между полетите. В първите полети на програмите "Восток" и "Восход", когато познанията ни за ефекта на факторите на космическия полет върху човешкото тяло бяха много ограничени, бяха регистрирани доста широк спектър от физиологични параметри, тъй като беше необходимо не само да се следи здравословното състояние на космонавтите, но и да изучава широко физиологичните реакции към условията на полет. По време на полетите по програмата "Союз" броят на физиологичните показатели, предавани на Земята, е ограничен и е оптимален за наблюдение на здравословното състояние на астронавтите.

които съществуваха преди, по време на полети на орбитални станции се извършваха периодични задълбочени медицински прегледи, извършвани на всеки 7-10 дни. Последните включват клинични електрокардиографски изследвания (в покой и по време на функционални тестове), регистриране на показателите за артериално и венозно налягане, изследване на фазовата структура на сърдечния цикъл според кинетокардиографията, изследване на ударния и минутния обем на сърцето, пулсовото кръвоснабдяване на различни области на тялото (чрез реография) и редица други изследвания.

Като функционални тестове се използва дозирано физическо натоварване на тялото на астронавта на велоергометър („космически велосипед“), както и тест с прилагане на отрицателно налягане в долната част на тялото. В последния случай, използвайки вакуумния комплект Chibis, който представлява гофриран „панталон“, се създава отрицателно налягане в долната част на корема и долните крайници, което предизвиква прилив на кръв към тези области, подобно на това, което се случва на Земята по време на човешки останете във вертикално положение.

Тази симулация на вертикална поза ни позволява да получим допълнителна информация за очакваното състояние на екипажа в периода след полета. Това обстоятелство изглежда изключително важно, тъй като, както беше установено в предишни полети, продължителният престой в безтегловност е придружен от намаляване на така наречената ортостатична стабилност, което се проявява чрез изразени промени в параметрите на сърдечно-съдовата система, когато човек е в изправено положение.

В орбиталната станция Салют-6 (виж таблицата) е измерено телесно тегло на човека, изследван е обемът на долната част на крака, състоянието на вестибуларния апарат и функцията на външното дишане. По време на полета са взети проби от кръв и други телесни течности, изследвана е микрофлората на външните обвивки, човешките лигавици и повърхностите на станцията, анализирани са проби от въздух. Изследователските материали, взети по време на полета, бяха доставени на гостуващи експедиции на Земята за подробен анализ.

Методи за изследване на космически полети

Години на изстрелване на космически кораб Методи за физиологични измервания

“Easts” 1961-1963 Електрокардиография (1-2 отвеждания, пнемография, сеизмокардиография и кинетокардиография (характеризират механичната функция на сърцето), електроокулография (регистриране на движенията на очите), електроенцефалография (регистриране на биотокове на мозъчната кора), кожен галваничен рефлекс .

“Изгреви” 1964-1965 Електрокардиография, пневмография, сеизмокардиография, електроенцефалография, регистриране на двигателни актове на писане.

единичен 1967-1970 Електрокардиография, пневмография, сеизмокардиография, телесна температура.

тахоосцилография (за измерване на кръвното налягане), флебография (за запис на пулсовата крива на югуларната вена и определяне на венозното налягане), реграфия (за изследване на ударния и минутния обем на сърцето и пулсовото кръвоснабдяване на различни области на тялото), измерване на тялото тегло, обем на прасеца, вземане на кръв, изследване на външно дишане, микробиологични изследвания, както и изследвания на водно-солевия метаболизъм и др.

По време на дългите полети на орбиталните комплекси Салют-Союз на медицинското управление се отдава голямо значение. Медицинският контрол е част (подсистема) от по-обща система "екипаж - кораб - център за управление на полета", като неговите функции са насочени към поддържане на максимална организация на цялата система като цяло чрез поддържане на добро здраве на екипажа и неговата необходима работоспособност . За тази цел медицинската служба работи в тясно сътрудничество с екипажа и организаторите на полетната програма. Работен контролен орган беше групата за медицинска поддръжка в центъра за управление на полетите, която влезе в контакт с екипажа, с консултативната и прогнозна група и с други групи на центъра за управление на полетите.

Резултатите от прегледите и формираните въз основа на тях препоръки относно използването на профилактични средства, режим на работа и почивка и други медицински мерки бяха системно обсъдени с екипажа и приети от него за изпълнение. Всичко това създаде атмосфера на добронамереност и делово сътрудничество между групата за медицинска помощ и екипажа при решаването на проблема за запазване здравето на екипажа по време на полета и при подготовката за срещата им със Земята.

Превенцията означава

предпоставка за разработване на профилактични средства и рационална система за медицински контрол при продължителни космически полети. Наличните към момента данни ни позволяват да формулираме някои работни хипотези, които могат да се разглеждат като план за по-нататъшни изследвания.

Основната връзка в патогенезата на действието на фактора на безтегловност е очевидно намаляването на функционалното натоварване на редица системи на човешкото тяло поради липсата на тегло и свързаното с това механично натоварване на структурите на тялото. Функционалното недостатъчно натоварване на човешкото тяло в състояние на безтегловност се проявява вероятно като промяна в аферентацията от механорецепторите, както и промяна в разпределението на течните среди и намаляване на натоварването върху опорно-двигателния апарат на астронавта и неговия тонус мускулите.

Винаги има напрежение в конструкциите поради силата на тежестта. В същото време голям брой мускули, както и връзки и някои стави, противодействащи на тази тенденция, са постоянно подложени на натоварване, независимо от позицията на човешкото тяло. Под въздействието на тежестта вътрешните органи са склонни да се изместват към Земята, разтягайки връзките, които ги фиксират.

Множество нервни сензори (рецептори), разположени в мускулите, връзките, вътрешните органи, кръвоносните съдове и др., изпращат импулси към централната нервна система, сигнализирайки за позицията на тялото. Същите сигнали идват от вестибуларния апарат, разположен във вътрешното ухо, където кристали от соли на въглероден диоксид (столити), изместващи нервните окончания под въздействието на тежестта си, сигнализират за движението на тялото.

Но по време на дълъг полет и неговия незаменим атрибут - безтегловност - теглото на тялото и отделните му части отсъства. Рецепторите на мускулите, вътрешните органи, връзките и кръвоносните съдове, когато са в безтегловност, работят сякаш „по различен начин“. Информацията за позицията на тялото идва главно от зрителния анализатор и взаимодействието на пространствените анализатори (зрение, вестибуларен апарат, мускулно усещане и др.), Разработени по време на развитието на човешкото тяло, е нарушено. Мускулният тонус и напрежението върху мускулната система като цяло са намалени, тъй като няма нужда да се съпротивлявате на силата на тежестта.

В резултат на това в безтегловност общият обем на импулсите от възприемащите елементи (рецептори), отиващи към централната нервна система, намалява. Това води до намаляване на активността на централната нервна система, което от своя страна засяга регулирането на вътрешните органи и други функции на човешкото тяло. Човешкото тяло обаче е изключително пластична структура и след известно време човек е в състояние на безтегловност, забелязва се адаптирането на тялото му към тези условия и работата на вътрешните органи вече се извършва на нов, различно (в сравнение със Земята) функционално ниво на взаимодействие между системите.

благодарение на теглото си, тя се стреми към долните части на тялото (крака, долна част на корема). В тази връзка тялото на астронавта развива система от механизми, които предотвратяват подобно движение. В безтегловността няма друга сила освен енергията на сърдечния ритъм, която да помогне за придвижването на кръвта към долните части на тялото. В резултат на това има прилив на кръв към главата и гръдните органи.

вени и предсърдия. Това е причината за сигнал към централната нервна система за активиране на механизми, които помагат за намаляване на излишната течност в кръвта. В резултат на това възникват редица рефлексни реакции, водещи до увеличаване на отстраняването на течности, а с тях и соли, от тялото. В крайна сметка телесното тегло може да намалее и нивата на някои електролити, особено на калия, да се променят, както и промени в състоянието на сърдечно-съдовата система.

Преразпределението на кръвта очевидно играе определена роля в развитието на вестибуларни нарушения (космическа форма на болест на движението) в началния период на пребиваване в безтегловност. Въпреки това, водещата роля тук вероятно все още принадлежи на нарушаването на координираното функциониране на сетивните органи в условията на безтегловност, които осъществяват пространствената ориентация.

до съответна промяна в така наречените антигравитационни мускули, намаляване на техния тонус и атрофия. Намаляването на мускулния тонус и сила, от своя страна, допринася за влошаване на регулирането на вертикалната поза и нарушение на походката на астронавта в периода след полета. В същото време причината за тези явления може да бъде и преструктуриране на двигателния стереотип в процеса.

Изложените идеи за механизма на промените в определени функции на човешкото тяло в условията на безтегловност, разбира се, са доста схематични и все още не са експериментално потвърдени във всичките си връзки. Проведохме тези дискусии само с цел да покажем взаимосвързаността на всички функции на тялото на астронавта, когато промените в една връзка предизвикват цял ​​набор от реакции от различни системи. От друга страна, важно е да се подчертае обратимостта на промените, широките възможности за адаптиране на човешкото тяло към действието на най-необичайните фактори на околната среда.

Описаните промени във функциите на тялото на космонавта в състояние на безтегловност могат да се разглеждат като отражение на адаптивните реакции на човека към новите условия на съществуване - към отсъствието на тежестна сила. Естествено, тези промени до голяма степен определят съответните реакции от страна на човешкия организъм, които се случват при завръщането на космонавта на Земята и при последващата адаптация на тялото му към условията на Земята или, както казват лекарите, при реадаптация.

Промените в редица функции на тялото на космонавта, които прогресират с увеличаване на продължителността на полетите, разкрити след краткотрайни полети в космоса, повдигнаха въпроса за разработването на средства за предотвратяване на неблагоприятните ефекти от безтегловността. Теоретично може да се предположи, че използването на изкуствена гравитация (AG) ще бъде най-радикалното средство за защита срещу безтегловност. Създаването на IST обаче поражда редица физиологични проблеми, свързани с намирането във въртяща се система, както и технически проблеми, които трябва да осигурят създаването на IST в космически полет.

Във връзка с това изследователите много преди началото на космическите полети започнаха да търсят други начини за предотвратяване на неблагоприятни промени в човешкото тяло по време на условията на космически полет. Тези проучвания тестваха множество методи за предотвратяване на неблагоприятните ефекти от безтегловността, които не включват използването на IST. Те включват например физически методи, насочени към намаляване на преразпределението на кръвта в тялото на астронавта по време или след края на полета, както и стимулиране на нервно-рефлексните механизми, които регулират кръвообращението в изправено положение на тялото. За тази цел прилагането на отрицателно налягане в долната част на тялото, надуваеми маншети, поставени на ръцете и краката, костюми за създаване на диференциално положително налягане, въртене на центрофуга с малък радиус, инерционни шокови ефекти, електрическа стимулация на мускулите. на долните крайници, еластични и противонатоварващи костюми и др.

Сред другите методи за такава превенция отбелязваме физическата активност, насочена към поддържане на телесната форма и стимулиране на определени групи рецептори (физическо обучение, носещи костюми, стрес върху скелета); въздействия, свързани с регулирането на храненето (добавяне на соли, протеини и витамини към храната, нормиране на храненето и консумацията на вода); целенасочено въздействие с помощта на така наречените лекарства и променена газова среда.

Превантивните лекарства срещу всякакви неблагоприятни промени в тялото на астронавта могат да бъдат ефективни само ако се предписват, като се вземе предвид механизмът на тези нарушения. Във връзка с безтегловността превантивните мерки трябва да бъдат насочени предимно към попълване на дефицита на мускулна активност, както и към възпроизвеждане на ефектите, които в земни условия се определят от теглото на кръвта и тъканната течност.

физически упражнения на бягаща пътека и велоергометър, както и силови упражнения с експандери; 2) създаване на постоянно натоварване на опорно-двигателния апарат и скелетните мускули на космонавта (ежедневен престой за 10-16 часа в товарни костюми); 3) тренировка с отрицателен натиск върху долната част на тялото, извършена в края на полета; 4) използване на водно-солеви добавки в деня на края на полета; 5) използване на анти-g костюм след полет.

Използвайки специални костюми и система от гумени амортисьори, при извършване на „космически упражнения“ се създава натоварване от 50 кг по посока на надлъжната ос на тялото, както и статично натоварване върху основните групи антигравитация мускулите.

Физическата подготовка се провеждаше и на велоергометър – уред, подобен на велосипед, но стоещ на място. На него астронавтите въртяха педалите с крака или ръце, като по този начин създаваха съответно натоварване на съответните мускулни групи.

Товарните костюми възпроизвеждат постоянно статично натоварване на опорно-двигателния апарат и скелетните мускули на астронавта, което до известна степен компенсира липсата на земна гравитация. Конструктивно костюмите са изпълнени като полувталени гащеризони, включващи еластични елементи като гумени амортисьори.

За създаване на отрицателно налягане върху долната част на тялото е използван вакуумен комплект под формата на панталони, които представляват запечатана торба върху рамка, в която може да се създаде вакуум. При намаляване на налягането се създават условия за изтичане на кръв към краката, което допринася за нейното разпределение, което е типично за човек във вертикално положение при земни условия.

Водно-солевите добавки имат за цел да задържат вода в тялото и да увеличат обема на кръвната плазма. Следполетният профилактичен костюм, носен под скафандъра преди спускане, е проектиран да създава свръхнатиск върху краката, което на Земята предотвратява натрупването на кръв в долните крайници, когато тялото е във вертикално положение и благоприятства запазването на нормалното кръвообращението при преминаване от хоризонтално във вертикално положение.

Промени в основните функции на човешкото тяло при нулева гравитация

Основният резултат от изследването на космическото пространство (от медицинска гледна точка) беше доказателството за възможността не само за дълъг престой на човек в условията на космически полет, но и за неговата многостранна дейност там. Това вече ни дава право да разглеждаме космическото пространство като среда за бъдещото обитаване на човека, а космическият кораб и самият полет в космоса като най-ефективния, пряк начин за изследване на реакциите на човешкото тяло при тези условия. Към днешна дата е натрупана доста информация за реакциите на различни физиологични системи на тялото на астронавта по време на различни фази на полета и в периода след полета.

Комплекс от симптоми, външно подобни на морска болест (намален апетит, замайване, повишено слюноотделяне, гадене и понякога повръщане, пространствени илюзии), се наблюдават в различна степен на тежест при приблизително всеки трети космонавт и се проявяват през първите 3-6 дни на полета. Важно е да се отбележи, че понастоящем все още не е възможно да се предскаже надеждно тежестта на тези явления при астронавтите по време на полет. Някои космонавти също показаха признаци на морска болест в първия ден след завръщането си на Земята. Развитието на комплекса от симптоми на болест на движението по време на полет в момента се обяснява с промени във функционалното състояние на вестибуларния апарат на космонавта и нарушаване на взаимодействието на неговите сензорни системи, както и хемодинамични характеристики (преразпределение на кръвта) в условия на безтегловност.

Комплексът от симптоми на преразпределение на кръвта в горната част на тялото се среща при почти всички астронавти по време на полет, появява се на първия ден и след това в различно време, средно в рамките на една седмица, постепенно се изглажда (но не винаги напълно изчезва). Този комплекс от симптоми се проявява чрез усещане за прилив на кръв и тежест в главата, запушване на носа, изглаждане на бръчките и подпухналост на лицето, повишен кръвен поток и налягане във вените на шията и показатели на кръвния поток на главата. Обемът на подбедрицата намалява. Описаните явления са свързани с преразпределението на кръвта поради липсата на нейното тегло при нулева гравитация, което води до намаляване на натрупването на кръв в долните крайници и увеличаване на притока към горната част на тялото.

определени работни операции и затруднява оценката на мускулното усилие, необходимо за извършване на редица движения. Но още през първите няколко дни от полета тези движения възвръщат необходимата точност, необходимото усилие за извършването им намалява и ефективността на двигателната работа се увеличава. При връщане на Земята теглото на предметите и собственото тяло субективно се увеличава, регулирането на вертикалната поза се променя. Следполетно изследване на двигателната сфера при космонавтите разкрива намаляване на обема на долните крайници, известна загуба на мускулна маса и субатрофия на антигравитационните мускули, главно дългите и широките мускули на гърба.

Промените във функциите на сърдечно-съдовата система по време на продължителни космически полети се проявяват като тенденция към леко понижаване на някои показатели на кръвното налягане, повишаване на венозното налягане във вените на шията и намаляването му в подбедрицата . Изхвърлянето на кръв по време на сърдечна контракция (ударен обем) първоначално се увеличава, а минутният обем на кръвообращението има тенденция да надвишава стойностите преди полета през целия полет. Показателите за кръвоснабдяване на главата обикновено се повишават, нормализирането им настъпва след 3-4 месеца полет, а в областта на долната част на краката намаляват.

Отговорът на сърдечно-съдовата система на функционални тестове, включващи прилагане на отрицателно налягане към долната част на тялото и физическа активност претърпя някои промени по време на полет. По време на тест с прилагане на отрицателно налягане, реакциите на астронавта, за разлика от тези на земята, са по-изразени, което показва развитие на ортостатични детрениращи явления. В същото време поносимостта на тестовете с физическа активност по време на шестмесечни полети беше оценена като добра при почти всички изследвания и реакциите не се различаваха качествено от предполетния период. Това показва, че с помощта на превантивни мерки е възможно да се стабилизира реакцията на организма към функционалните тестове и дори в някои случаи да се постигне тяхната по-малко изразена интензивност, отколкото в периода преди полета.

В периода след полета, при преминаване от хоризонтално във вертикално положение, както и по време на ортостатичен тест (пасивно вертикално положение върху наклонена маса), тежестта на реакциите е по-голяма, отколкото преди полета. Това се обяснява с факта, че при земни условия кръвта възстановява теглото си и се втурва към долните крайници и поради намаляването на съдовия и мускулния тонус при астронавтите тук може да се натрупа повече кръв от обикновено. В резултат на това кръвта се оттича от мозъка.

Кръвното налягане може да падне рязко, мозъкът ще почувства липса на кръв и следователно на кислород.

соли след полета. Веднага след полета отделянето на течности от бъбреците намалява и се увеличава отделянето на калциеви и магнезиеви йони, както и на калиеви йони. Отрицателният калиев баланс, съчетан с повишена екскреция на азот, вероятно показва намаляване на клетъчната маса и намаляване на способността на клетките да усвояват напълно калий. Изследванията на някои бъбречни функции с помощта на стрес тестове разкриха несъответствие в йонорегулиращата система под формата на многопосочни промени в екскрецията на течност и някои йони. При анализ на получените данни се създава впечатлението, че промените във водно-солевия баланс се дължат на промени в регулаторните системи и хормоналния статус под влияние на фактора на полета.

При редица полети е отбелязано намаляване на минералното насищане на костите (загуба на калций и фосфор в костите). Така след 175- и 185-дневни полети тези загуби възлизат на 3,2-8,3%, което е значително по-малко, отколкото след продължителна почивка на легло. Такова сравнително малко намаляване на минералните компоненти в костната тъкан е много важно обстоятелство, тъй като редица учени смятат деминерализацията на костната тъкан за един от факторите, които могат да бъдат пречка за увеличаване на продължителността на космическите полети.

Биохимичните изследвания показват, че под въздействието на продължителни космически полети настъпва преструктуриране на метаболитните процеси, което се дължи на адаптирането на тялото на космонавта към условията на безтегловност. Не се наблюдават изразени промени в метаболизма.

и се възстановява приблизително 1-1,5 месеца след полета. Изследванията на съдържанието на еритроцити в кръвта по време и след полети са от голям интерес, тъй като, както е известно, средната продължителност на живота на еритроцитите е 120 дни.

обем на кръвната плазма. В резултат на това се активират компенсаторни механизми, които се стремят да поддържат основните константи на циркулиращата кръв, което води (поради намаляване на обема на кръвната плазма) до адекватно намаляване на еритроцитната маса. Бързото възстановяване на масата на червените кръвни клетки след завръщане на Земята е невъзможно, тъй като образуването на червени кръвни клетки става бавно, докато течната част на кръвта (плазмата) се възстановява! много по-бързо. Това бързо възстановяване на обема на циркулиращата кръв води до видимо допълнително намаляване на броя на червените кръвни клетки, което се възстановява 6-7 седмици след края на полета.

По този начин резултатите от хематологичните изследвания, получени по време и след дългосрочни космически полети, ни позволяват да оценим оптимистично възможността за адаптиране на кръвоносната система на астронавта към условията на полет и нейното възстановяване в периода след полета. Това обстоятелство е изключително важно, тъй като в специализираната литература възможните хематологични промени, очаквани при дългосрочни космически полети, се разглеждат като един от проблемите, които могат да предотвратят по-нататъшното увеличаване на продължителността на полетите.

след полета. Трябва да се каже, че все още не знаем всичко за реакциите на астронавтите по време на дълъг полет и не можем да се борим с всички неблагоприятни събития. Има още много работа в това отношение.

Клонът на медицината, който е предназначен да гарантира здравето на астронавтите, може да подобри благосъстоянието на хората на Земята.

Космическата медицина като отделна дисциплина датира от 50-те години на миналия век. Когато хората за първи път започнаха да завладяват космоса, среда, която не е предназначена за човешки живот, тя беше проектирана да се справи с преките ефекти на микрогравитацията върху човешката физиология. Постепенно космическата медицина се изправи пред дългосрочните последици от влиянието на почти пълната безтегловност, радиацията и дългосрочната изолация на участниците в експедицията от останалия свят.

Първите космонавти, разбира се, бяха военни пилоти-изпитатели, но беше очевидно, че е необходимо да се изпратят лекари в космоса, за да могат на място да изследват реакцията на тялото към факторите на космическия полет. Първият лекар-космонавт е Борис Егоров - през октомври 1964 г. той прекарва повече от един ден на борда на космическия кораб "Восход-1" и събира значителни материали за ефектите от претоварванията и микрогравитацията върху вестибуларния апарат.

НАСА включи лекари в разработването на космически програми и оборудване (включително животоподдържащи системи, скафандри, въздушни шлюзове и др.) през 1967 г. Първият от тях беше Story Musgrave, който по-късно участва в шест полета по програмата Space Shuttle.

Въпреки че космическата медицина е напреднала значително оттогава, тя все още разчита в голяма степен на способността да върне астронавт на Земята, ако той се нуждае от сериозна медицинска помощ. Въпреки това, в светлината на планираните дългосрочни мисии в космоса (по-специално полет до Марс), се разработват нови методи за диагностика и лечение в условия на нулева гравитация.

Диагностика, операции и възстановяване в космоса

Ако възникне конкретна медицинска ситуация на борда на космически кораб или станция, може да е необходимо специално оборудване за поставяне на диагноза. Рентгеновите лъчи и компютърната томография вече не са необходими, защото използват радиация, която е неприемлива в космическата среда. Ултразвукът става най-добрият вариант, тъй като ви позволява да правите снимки на различни органи и тъкани и не изисква тежко, обемисто оборудване. Малки ултразвукови машини с размер на лаптоп вече се използват от НАСА за проверка на здравето на очите и зрителния нерв на астронавтите, които прекарват дълги периоди от време в орбита.

ЯМР скенерът предоставя по-големи диагностични възможности от ултразвука, но е много тежък и скъп. Наскоро обаче служители от университета в Саскачеван (Канада) разработиха компактна машина за ЯМР, която тежи по-малко от един тон (теглото на средния скенер е 11 тона), струва около 200 хиляди долара и не засяга работата на електронното оборудване на борда.

За извършване на коремни лапароскопски телеоперации в космоса американската компания Virtual Incision съвместно с НАСА разработи хирургически робот с размерите на човешки юмрук. Ще се контролира от лекар на Земята. За да предотвратят разпространението на биологични течности в модула по време на операция в условия на микрогравитация, изследователи от университета Карнеги Мелън и университета в Луисвил създадоха специална хирургическа система, AISS (хирургическа система с водно потапяне). Представлява прозрачна кутия, която се поставя върху раната и се пълни със стерилен физиологичен разтвор - не позволява изтичане на кръв. Системата позволява на хирурзите да работят с раната, а също и при промяна на налягането в нея да изтеглят кръв, за да може по-късно, ако е необходимо, тя да бъде върната в кръвоносната система.

Космосът влияе на вирусите и бактериите по същия начин, както на хората. Според проучвания условията на микрогравитация повишават вирулентността на такива организми; те започват да се размножават по-активно, мутират по-бързо и се съпротивляват по-добре на антибиотиците. Като алтернатива на последното, студената плазма може да се използва за унищожаване на вируси и бактерии. В лабораторни условия е установено, че той убива повечето микроорганизми и увеличава скоростта на заздравяване на рани.

Често срещани здравословни проблеми в космоса

Лекарите и астронавтите трябва да се справят с голямо разнообразие от проблеми. Сред тях са „космическа болест“ (замаяност и загуба на равновесие при напускане и връщане към земната гравитация), „космическа остеопения“ (загуба на костна маса по време на микрогравитация, средно 1% на месец), загуба на мускулна маса, тъй като мускулите не се нуждаят от преодоляване на гравитацията, нарушено зрение поради повишено вътречерепно налягане и много други.

Сред регистрираните към момента заболявания и състояния, от които страдат участниците в различни космически експедиции, са инфекции на горните дихателни пътища, вирусен гастроентерит, дерматит, безсъние, морска болест, аритмия, бъбречни колики, но е очевидно, че по време на дълги мисии на далечни разстояния хората ще имат да се изправи пред други медицински проблеми.

Всеки от тях, особено сериозно заболяване или нараняване, може потенциално да повлияе негативно на хода на експедицията, което води до нейния провал и загуба на членове на екипажа. Връщането на Земята ще бъде или невъзможно, или много трудно, в зависимост от вече изминатия път, поради което предоставянето на медицинска помощ (включително спешна и психологическа) трябва да бъде напълно или максимално автономно.

Медицина земна и космическа

Разработките, направени за космически експедиции, могат да бъдат полезни и за Земята. Някои от тях вече са факт. Например, технологиите за цифрова обработка на изображения, разработени в НАСА за получаване на по-добри изображения на Луната, са намерили приложение в машини за ЯМР и КТ. Мемори пяната, която днес се използва в ортопедичните матраци и възглавници, също първоначално е създадена, за да осигури комфорт и безопасност на пилотите.

И това е само малка част от такива „клонове“ на космическите изследвания. Космическата медицина, като се развива, може не само да доведе човек до звездите, но и да направи живота му по-добър у дома - на Земята.