Изучение реакции организма человека при состоянии невесомости

Состояние невесомости на Земле можно воспроизвести лишь на несколько минут при полете самолета по параболе и чрезвычайно кратковременно в скоростных лифтах. проявление невесомости За столь короткое время трудно изучить все физиологические эффекты невесомости ведь значение гравитации для всего материального огромно. Поэтому  моделирование получило широкое распространение во всем мире.

В реальной невесомости с первых минут пребывания в ней космонавта возникает определенный синдром. Появляются головокружения, тошнота, иногда — рвота, нарушение координации движений. Большинство космонавтов отмечали также ощущение «перевернутости» с приливом крови к голове.

Причина развития симптомов

По мнению ряда исследователей, причина развития  синдромов заключена в следующем:

  • С рецепторов тела и внутренних органов, а также с рецепторов вестибулярного аппарата начинает поступать в центральную нервную систему поток информации об исчезновении сил тяжести и изменении условий постоянного сжатия тел, которое организм испытывал на Земле.
  • На какое-то время возникает рассогласованность «периферии с центром», что приводит к нарушению координации человека.
  • В состоянии невесомости также исчезает масса гидростатического столба крови.

В привычных условиях гравитации кровь под влиянием сил тяжести стремится к перемещению в нижние части тела. Для стабилизации движения крови по сосудам на Земле возникли механизмы, препятствующие такому перемещению. Одним из «антигравитационных» приспособлений является повышенный тонус сосудов нижних конечностей. Когда кровь «не имеет веса», она начинает перемещаться в направлении головы.

Это фаза первичных реакций организма на состояние невесомости.

Далее начинается адаптация организма к новой среде и следует целый ряд рефлекторных  сдвигов в организме.

Методы имитации для изучения

Большинство общепринятых методов имитации невесомости воспроизводит давление крови, функциональные и другие сдвиги, которые возникают в этом состоянии.

Для имитации вестибулярных нарушений, развивающихся в условиях невесомости, используется калориметрическая проба (раздражение внутреннего уха теплой водой) и кресло для исследования вестибулярного аппарата с вращением испытуемого.

Известно, что система каналов внутреннего уха с эндолимфой и чувствительными волосками регистрирует малейшие колебания жидкости. Эта информация передается в центральную нервную систему, где преобразуется в ощущения равновесия и служит основой для координации движений.

При вращении человека на кресле  возникает конвекция жидкости в полукружных каналах уха, что обычно вызывает нистагм (непроизвольное колебание глаз) и нередко вестибулярные нарушения.

При проведении теста астронавта в кресле на борту космического корабля «Шаттл» (США) также проявился нистагм. Этот результат не соответствовал научным ожиданиям, так как давно предложенная для объяснения вестибулярных нарушений теория была основана на рецепторах внутреннего уха, что возможно только в условиях гравитации. В отсутствие последнего метод не должен, казалось бы, работать. Авторы эксперимента полагают, что теория для объяснения вестибулярных нарушений должна быть пересмотрена.

Это является еще одним убедительным примером того, как знания, добытые в космических просторах, позволяют по-новому подходить к тайнам, лежащим в «нас самих». Так или иначе, изложенное выше наблюдение заслуживает внимания и подтверждения. Можно лишь предположить, что при вращении кресла может возникать так называемая искусственная гравитация, и тогда все остается на «прежних местах».

состояние невесомости

Вопрос имитации физиологических эффектов, свойственных состоянию невесомости на Земле, является базисным для космической медицины.

Целесообразность изучения эффектов состояния невесомости в земных условиях продиктована трудностями комплексных исследований в космическом полете, необходимостью тщательного подбора космонавтов и изучения тех изменений, которые могут наблюдаться во время космических полетов.

Другие модели имитации

Предложено много моделей имитации состояния невесомости.вестибюлярный аппарат

К ним относятся термокамеры, иммобилизация, кресло средне-физиологического покоя, пребывание человека в воде или других жидкостях, а также столы для необычного положения тела. Физиологические изменения при использовании имитационных методов имеют качественно идентичную тенденцию со сдвигами во время реальных космических полетов, отличаясь лишь количественными характеристиками. Это еще раз подтверждает что  жизнь человека на других планетах (даже если он долетит) сомнительна.

Как в реальной невесомости, так и при ее моделировании возникают однотипные реакции.

В начальный период адаптации к невесомости возникает устранение жидкости из организма. В основе этого механизма, как полагают, лежит раздражение барорецепторов в устьях полых вен при централизации кровотока, что приводит к рефлекторному (через отделы мозга) изменению секреции  гормона гипофиза, а также к снижению уровня альдостерона в крови. Все это способствует повышенному выведению электролитов и жидкости почками.

Состояние невесомости кроме необходимости «сходить в туалет», вызывает снижение объема циркулирующей крови, уменьшение ударного и минутного объемов сердца.

Следует отметить, что суть изменений, возникающих в невесомости,  сводится к возникновению феномена «неупотребления», или «атрофии от бездействия».

В последние годы для имитации состояния невесомости стали использовать метод «антиортостатического положения» тела, когда голова находится несколько ниже горизонтальной плоскости. Этот метод напоминает положение широко известного лечебного приема в клинической медицине. В «антиортостазе» вектор гравитации ориентирован от ножного конца к головному, что способствует возникновению выраженных гемодинамических сдвигов.

При нахождении человека в этом положении в течение нескольких часов отмечается урежение пульса и увеличение выделения мочи.

Имитация методом водного погружения

С другой точки зрения, более физиологичным методом имитации невесомости является водное погружение — иммерсия.

При погружении тела в воду или какую-либо другую жидкость действует сила, направленная вертикально вверх от центра Земли. Феномен потери веса наблюдается при неглубоком, поверхностном погружении тела, как это имеет место в обычной ванне.

Выталкивающая сила воды зависит от ее удельного веса. В соленой воде «архимедова» сила может быть настолько велика, что человек не тонет. Иногда путем подсаливания воды раствором поваренной соли (0,9 г/л NaCl) искусственно добиваются эффекта нулевой плавучести человека. плавучесть человекаЭтот же эффект наблюдается и в некоторых природных озерах с высоким удельным весом воды, когда последний равен или больше удельного веса человеческого тела. Эта лабораторная модель наиболее оперативно имитирует эффекты состояния невесомости и больше всего приближена к уменьшению двигательной активности, так как водная среда создает условия «идеальной опоры» с равномерным распределением опорных точек по поверхности тела.

Модель иммерсии для имитации состояния невесомости применяется во многих странах мира. Используют, как правило, обычную воду термонейтральной температуры +34° С, которая является комфортной для тела человека. Подчеркнем, что при иммерсии в отличие от обычных гигиенических и лечебных ванн водный режим более продолжителен — от нескольких часов до нескольких суток. метод водной иммерсии
Но метод водной иммерсии имеет много недостатков. Может возникать нарушение клеток кожных покровов и инфицирование их, что требует строгого и непрерывного контроля. Кроме того, кожные покровы человека проницаемы для воды, в связи с чем контакт с водой может увеличить объем циркулирующей крови и способствовать перегрузке сердца.
Поэтому уже давно стали применять «сухую» иммерсию. Этот метод с использованием водонепроницаемой эластичной пленки. Он исключает контакт кожи с водой и ее воздействие на динамическое равновесие, позволяет проводить исследования влияния режима сниженной гравитации.
Для реализации этого способа применяются ванны водоизмещением около 1,5 кубических метров воды. Температура воды поддерживается автоматически (электроконтактный термометр связан с системой подогрева). К окантовке ванны крепится водонепроницаемая пленка, которая по своей площади значительно превышает водную поверхность. Обследуемый погружается на пленку, которая под тяжестью его тела провисает в водную среду и, окружая его тело со всех сторон, смыкается спереди.
Метод «сухой» иммерсии выгодно отличается от водной возможностью проводить инструментальный контроль за состоянием человека. Этот метод безопасен для организма и позволяет объективно оценивать состояние человека в каждый необходимый момент времени, что представляет интерес не только для космической медицины, но и как космические изобретения в быту.