В космическом полете на организм человека могут влиять три основные группы факторов:

• 1-я группа - крайне низкие степени барометрического давления, космическое излучение, метеорная опасность, температура, отсутствие атмосферы.
• 2-я группа - шум, вибрация, ускорение, невесомость.
• 3-я группа - длительная изоляция, микроклимат кабины, психологическая совместимость членов экипажа, изменение суточной периодики.

Первая группа факторов

космический биологический давление излучение

Первая группа факторов зависит от физического состояния космического пространства. К этой группе факторов следует отнести: крайне низкие степени барометрического давления, отсутствие молекулярного кислорода, необходимого человеку для дыхания, ионизирующие излучения (космическая, ультрафиолетовая, корпускулярная радиация и др.), метеорную опасность, неблагоприятные температурные условия и т.д.

Барометрическое давление

Отечественная и зарубежная наука имеет более чем полувековой опыт изучения влияния на человека пониженного барометрического давления и низкого парциального давления кислорода. На основании научных данных разработаны герметические кабины (вентиляционного и регенерационного типов), кислородные приборы, скафандры и т.д. Хорошо изучено также влияние резких перепадов давления от более высоких степеней давления в герметической кабине до значительного разрежения атмосферного давления вне кабины в условиях полета.

Земная атмосфера обеспечивает человека кислородом для дыхания, поддерживает определенное барометрическое давление, создает условия для регулирования температуры, рассеянного освещения, а также является эффективным средством защиты от потенциально опасных космических излучений, которые значительно ослабевают, изменяются или совершенно поглощаются при прохождении через воздушную оболочку Земли. В земных условиях человек и животные находятся на уровне моря при атмосферном давлении, равном 1 кг/см 2 . Таково же суммарное давление газов, растворенных в тканях и жидких средах организма (в крови, лимфе и др.) или заполняющих полые органы (легкие, желудок, кишечник и т.д.).

При быстром падении барометрического давления с подъемом на высоту происходит резкое расширение газов, заполняющих полые органы и полости тела. Вследствие этого наблюдаются толчкообразное выхождение воздуха из легких, вздутие живота (метеоризм), выпячивание барабанной перепонки среднего уха. Внезапное относительное повышение внутрилегочного давления во время вдоха может вызвать механическое повреждение легочной ткани. Расширение газов в желудочно-кишечном тракте часто сопровождается болевыми ощущениями, а также механическими и рефлекторными нарушениями дыхания и кровообращения, причем степень этих явлений находится в прямой зависимости от скорости и степени падения атмосферного давления.

Газы, растворенные в жидких средах организма, при снижении барометрического давления собираются в более или менее крупные пузырьки, оказывают механическое давление на нервные чувствительные рецепторы тканей, вызывают болевые ощущения - чаще в суставах и мышцах. В результате скопления свободного газа внутри и вокруг кровеносных сосудов иногда возникают нарушения кровоснабжения отдельных участков тела.

Все описанные явления, объединяемые под общим названием «декомпрессионные расстройства», чаще всего обнаруживаются при снижении атмосферного давления до уровня ниже 267 мм рт. ст., что соответствует высоте 8000 м и более над уровнем моря. Эти расстройства могут обнаруживаться не только у разных людей, но и у одного и того же человека при различных степенях разрежения и разном состоянии здоровья.

При действии на организм более низкого барометрического давления (около 40 мм рт. ст.) наблюдается высотная газовая эмфизема, которая проявляется во взрывоподобном образовании подкожных вздутий, резко увеличивающих объем тела. Подобные вздутия могут образоваться и во внутренних органах, особенно в местах скопления рыхлых тканей.

Эти явления возникают в результате интенсивного перехода жидкостей в газообразное состояние. Известно, что при нормальном барометрическом давлении вода кипит при температуре 100 °С; при меньшем давлении вода закипает при более низкой температуре. При атмосферном давлении 47 мм рт.ст. вода кипит при температуре 37 °С. Поскольку нормальная температура тела равна приблизительно 37 °С, можно ожидать, что «кипение» жидких сред организма произойдет при снижении барометрического давления до 47 мм рт. ст. В реальных же условиях это явление наблюдается при несколько меньшем давлении.

Следовательно, расстройства, возникающие у человека при резком падении барометрического давления, могут привести к возникновению сильных, иногда труднопереносимых болей и к резкому нарушению работоспособности, при этом не может быть исключено появление и более тяжелых расстройств с полным нарушением функций организма. Таким образом, падение барометрического давления представляет серьезную опасность для космонавтов и заставляет специалистов разрабатывать соответствующие защитные приспособления. В герметической кабине космического корабля или спутника барометрическое давление воздуха чаще всего поддерживается на уровне 760 мм рт. ст. Однако если по техническим условиям необходимо уменьшить давление, то имеется возможность снизить его до 500-550 мм рт. ст. или до несколько меньшей величины. Недостаток кислорода, возникающий при указанном давлении, легко компенсировать увеличением его процентного содержания в воздухе. При этом следует учитывать неблагоприятное влияние не только недостатка, но и избытка кислорода во вдыхаемом воздухе. Экспериментально подтверждается, что длительное дыхание чистым кислородом иногда может привести к нарушению различных функций организма. В частности, нередко развиваются нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы и повреждения органов дыхания (отек, воспаление легких).

Исследованиями было доказано, что для организма при нормальном барометрическом давлении безвредно содержание кислорода во вдыхаемом воздухе в пределах до 60%. Из этого следует, что, какой бы уровень давления ни был принят для герметической кабины, парциальное давление кислорода в ней не должно превышать 420 мм рт. ст. Таким образом, наиболее серьезным вопросом при полете человека в космос является обеспечение экипажа кислородом, так как при подъеме на высоту одновременно со снижением атмосферного давления уменьшается давление составляющих воздух газов: кислорода, азота, углекислоты.

Снижение поступления кислорода в организм с подъемом на высоту приводит к развитию так называемой высотной болезни, которая проявляется у здоровых людей с 4000-5000 м, а на высотах более 12 000 м уже через 10-15 с наступает потеря сознания. Для предотвращения этих нарушений в космическом полете космонавт должен находиться в тщательно изолированной герметической кабине, которая будет защищать его от кислородного голодания и других вредных факторов окружающей внешней среды. Более или менее нормальные условия для дыхания человека во время полетов в космическом летательном аппарате могут быть созданы только при условии, если в кабине космического корабля будет поддерживаться давление не ниже 300 мм рт.ст. при давлении кислорода не менее 150 мм рт. ст. В связи с этим ученые обосновали необходимость использования кабин регенерационного типа, т. е. кабин для восстановления (регенерации) газовой среды до указанных пределов, при которых происходит поглощение вдыхаемой человеком углекислоты и выделение кислорода.

Большую опасность для космонавта представляет нарушение целостности герметической кабины в случае ее пробоя, к примеру метеором. Если экипаж корабля не будет одет в защитную одежду, то в зависимости от размеров отверстия в кабине космонавты через 15-30 секунд потеряют сознание. Поэтому при полетах в мировое пространство для большей безопасности космонавты должны быть одеты в специальные скафандры. Герметическая кабина должна иметь отдельные отсеки. При разгерметизации отсека космонавты в скафандрах смогут перейти в другой отсек или же устранить повреждение. В скафандре можно выполнять работу вне кабины.

В условиях взрывной декомпрессии, протекающей за доли секунды, возможны, кроме того, разрывы тканей и сосудов внутренних органов со всеми вытекающими последствиями. Так вследствие разгерметизации кабины космического корабля "Союз-11" при спуске его с орбиты в 1971 т. погиб экипаж в составе Г.Т. Добровольского, В.Н. Волкова и В.И. Пацаева.

NASA поделилось предварительными результатами опыта по влиянию полётов в космос на человеческий организм . Исследование интересно тем, что в нём приняли участие два астронавта — близнецы Келли . Учёные собирали данные о состоянии братьев до, во время и после миссии на МКС. В то время как Скотт почти год находился на орбите, Марк оставался на Земле, и его показатели принимали за основу.

О том, что озадачило исследователей больше всего, и эффективна ли прививка от гриппа на орбите Земли, — в материале RT.

Скотт и Марк Келли globallookpress.com Mark Sowa/ZUMAPRESS.com

Сравнивая состояние организма летавшего и не летавшего в космос близнецов, исследователи использовали чуть ли не все доступные методы — от анализа крови и слюны до секвенирования ДНК. В ней-то и нашлись основные отличия.

Во-первых, у братьев Келли обнаружилась разница в модификациях ДНК. Такие небольшие изменения химического толка (метилирование) — нормальны и происходят под влиянием окружающей среды и стресса.

Как заметили исследователи, процесс метилирования замедлился у Скотта Келли, проведшего без малого год на МКС в компании российского космонавта Михаила Корниенко (экипаж вернулся на Землю 2 марта 2016 года), а вот у Марка Келли, наоборот, ускорился. После возвращения Скотта на Землю интенсивность метилирования ДНК вернулась к норме, и, что любопытно, у обоих.

Вторым и самым интригующим результатом при изучении геномов стало удлинение теломер. Теломеры — это области, расположенные на концах хромосом. Их часто связывают с процессом старения. Считается вероятным, что чем длиннее теломеры, тем больше у человека потенциала для долголетия.

Благодаря особому белку, теломеразе, теломеры могут удлиняться — что и случилось с находившимся в космосе Скоттом. У Марка этот процесс обнаружен не был. Впрочем, по возвращении Скотта на Землю теломеры у него снова начали укорачиваться.

По словам специалиста по радиационной биологии Сьюзан Бейли из Университета Колорадо, причины роста теломер в космосе пока не ясны, однако, предположительно, это связано с увеличенной нагрузкой и пониженным приёмом калорий в течение миссии.

Что касается выясненных физиологических изменений из-за пребывания в невесомости, то они были более-менее предсказуемыми. Как сообщил изучающий влияние полёта на МКС на когнитивные функции профессор психиатрии Матиас Баснер из Пенсильванского университета, после миссии у Скотта снизилась точность и скорость реакции. К счастью, отличие оказалось незначительным по сравнению с наблюдавшимися ранее аналогичными изменениями в течение полугодовых миссий.

Кроме того, за вторую часть миссии у Скотта Келли отметилось замедление процесса восстановления костного вещества и выработки гормона, который участвует в эндокринной регуляции и отвечает за рост тканей. У Марка подобных изменений отмечено не было.

Скотт Келли на МКС NASA

К предсказуемым результатам можно отнести и оценку эффективности вакцины от гриппа. В космосе и на Земле отличий не обнаружили. Прививка, судя по анализам, одинаково эффективна.

Говорить же об итоговых выводах из исследования пока рано: учёные поделились только предварительными данными. Теперь им предстоит долгий анализ и поиск причин отмеченных изменений. Одной из непростых задач для них будет определить, какие именно отличия появились под влиянием непривычной для организма среды.

Вполне возможно, что значительная часть результатов будет связана со стрессовой ситуацией во время миссии. Ранее NASA сообщало, что отчёт о финальных результатах может быть опубликован ближе к концу 2017 или 2018 году. О самых заметных открытиях, возможно, станет известно раньше.

Эксперимент примечателен тем, что поскольку идентичные близнецы очень близки генетически, разница в результатах анализов в меньшей степени будет связана с особенностями организма, чем между случайными людьми или другими родственниками. Кроме того, братья выбрали один и тот же род деятельности и вели сходный образ жизни. Марк Келли провёл в космосе 54 дня. Опыт Скотта более основателен — в общей сложности 520 дней в космосе.

При полете в космическое пространство живые организмы сталкиваются с целым рядом условий и факторов, резко отличных по своим свойствам от условий и факторов биосферы Земли. Факторы космического полета, которые способны оказать влияние на живые организмы, делят на три группы.

Космические путешественницы - собаки Уголек и Ветерок.

К первой относятся факторы, связанные с динамикой полета космического корабля: перегрузки, вибрации, шумы, невесомость. Изучение воздействия их на живые организмы - важная задача космической биологии. Особенно велика биологическая значимость невесомости. Вся эволюция земной жизни, биологических процессов проходила в условиях постоянного воздействия гравитационного поля нашей планеты на ее обитателей. В этих условиях протекает она и сейчас. Еще нет ясного ответа на вопрос, каким образом при длительном действии невесомости будут протекать эти биологические процессы, начиная с элементарных - синтеза белка, деления клеток, действия ферментов и т. п. - и кончая сложнейшими физиологическими реакциями. Полет А. Г. Николаева и В. И. Севастьянова в течение 18 суток на корабле «Союз» и беспримерный по длительности полет Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева на первой в мире орбитальной станции «Салют» свидетельствуют о способности человеческого организма достаточно долго сохранять высокую работоспособность в условиях невесомости.

Не менее сложна проблема обратной приспособляемости (реадаптации) организма к земному тяготению после длительного пребывания в состоянии невесомости. Пока еще совершенно неясно, не окажет ли очень длительное пребывание в состоянии невесомости (допустим, при полете вокруг Марса или Венеры) настолько вредное действие на организм, что возвращение этого организма в условия нормального (земного) гравитационного поля будет для него чрезмерной нагрузкой. От решения этого вопроса зависит конструкция будущих космических кораблей. Может быть, на них придется создавать искусственно силу тяжести.

Ко второй группе относятся факторы космического пространства. Космическое пространство характеризуется многими особенностями и свойствами, которые не совместимы с требованиями земных организмов к условиям окружающей среды. Это прежде всего почти полное отсутствие газов, входящих в состав атмосферы, в том числе молекулярного кислорода, высокая интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучения, ослепляющая яркость видимого света Солнца, губительные дозы ионизирующих (проникающих) излучений (космические лучи и гамма-кванты, рентгеновское излучение и др.), своеобразие теплового режима в условиях космоса и т. д. Космическая биология изучает влияние всех этих факторов, их комплексное воздействие на живые организмы и способы защиты от них. К третьей группе относятся факторы, связанные с изоляцией организмов в искусственных условиях космического корабля. Полет в космическое пространство неизбежно связан с более или менее длительной изоляцией организмов в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических кораблей. Ограниченность пространства и свободы движения, монотонность и однообразие обстановки, отсутствие многих привычных для жизни на Земле раздражителей создают совершенно особые условия. Поэтому необходимы специальные исследования физиологии высшей нервной деятельности, устойчивости высокоорганизованных существ, в том числе и человека, к длительной изоляции, сохранения в этих условиях работоспособности.

х определяются процессами перестройки механизмов нервной и гормональной регуляции вегетативных и двигательных функций, другие зависят от степени структурных изменений (например, мышечной и костной ткани), детренированности сердечно-сосудистой системы и обменных сдвигов. Разработка и внедрение системы мероприятий по профилактике этих расстройств являются одной из важных задач медицинского обеспечения длительных космических полетов.

В принципе возможны два способа профилактики влияния невесомости. Первый состоит в том, чтобы предотвратить адат ацию организма к невесомости, создавая на КА искусственную силу тяжести, эквивалентную земной; это наиболее радикальны.!, но сложный и дорогостоящий способ, причем исключающий прецизионные наблюдения за внешним пространством и возможности экспериментов в условиях невесомости. Второй способ допускает частичную адаптацию организма к невесомости, но вместе с тем предусматривает и принятие мер по профилактике или уменьшению неблагоприятных последствий адаптации. Профилактическое действие защитных средств рассчитано в первую очередь на поддержание достаточного уровня физической работоспособности, двигательной координации и ортоетатической устойчивости (переносимости перегрузок и вертикальной позы), поскольку по современным данным изменения этих функций, возникающие в реадаптационный период, представляются наиболее критическими.

Восполнение дефицита весовой нагрузки на костно-мышечный аппарат в условиях невесомости относится к числу весьма перспективных направлений в разработке профилактических мероприятий и обеспечивается за счет физической тренировки с использованием пружинных или резиновых эспандеров, велоэргометров, тренажеров типа бегущей дорожки и нагрузочных костюмов, создающих статическую нагрузку на тело и отдельные мышечные группы за счет резиновых тяг.

В системе профилактики сдвигов, преимущественно обусловленных отсутствием весовой нагрузки на опорно-двигательный аппарат, могут найти применение и другие методы воздействия, в частности, электростимуляция мышц, применение гормональных препаратов, нормализующих белковый и кальциевый обмен, а также различные способы повышения устойчивости организма к инфекциям.

В общей системе защитных мероприятий должна быть учтена также возможность повышения неспецифической сопротивляемости организма за счет снижения неблагоприятного воздействия стресс-факторов космического полета (снижение уровня шумов, оптимизация температуры, создание надлежащих гигиенических и бытовых удобств), обеспечения достаточного водопотребления, полноценного и хорошо сбалансированного питания с повышенной витаминной насыщенностью, обеспечения условий для отдыха, сна и т. д. Увеличение внутреннего объема космических кораблей и создание на них улучшенных бытовых удобств заметно способствуют смягчению неблагоприятных реакций на невесомость.

Следует отметить, что в системе мероприятий по профилактике неблагоприятного влияния на организм человека длительной невесомости самостоятельное значение принадлежит предполетному отбору и тренировке, а также восстановительной терапии, используемой в послеполетном периоде.

Список используемой литературы

1. Космические аппараты \\Под общей редакцией проф. К.П. Феоктистова - Москва: Военное издательство, 1983 - с.319

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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