Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Действие факторов космического полета. Гравитационная патофизиология
К факторам, оказывающим наиболее существенное влияние на состояние организма человека в космических полетах, относятся: 1) ускорения и вызываемые ими перегрузки на активных участках полета (при взлете космического корабля и во время спуска); 2) невесомость; 3) стрессорные воздействия, в частности эмоциональные. Кроме того, на состояние космонавтов оказывают влияние изменения ритма суточной периодики, в различной степени выраженная сенсорная изоляция, замкнутая среда обитания с особенностями микроклимата, периодически некоторая запыленность искусственной атмосферы космического корабля, шум, вибрация и т.д. Воздействие ионизирующей радиации учитывается при обеспечении космических кораблей радиационной защитой, при планировании выходов человека в открытый космос. Ускорения, перегрузки. Ускорения выражены в начале полета при взлете космического корабля и в конце полета при спуске корабля с орбиты (вхождение в плотные слои атмосферы и приземление). Ускорение - векторная величина, характеризующая быстроту изменений скорости движения или направления движения. Величина ускорения выражается в метрах в секунду в квадрате (м/с2). При движении с ускорением в противоположном направлении действует сила инерции. Для ее обозначения применяется термин «перегрузка». Величины перегрузок, как и величины ускорений, выражаются в относительных единицах, обозначающих во сколько раз при данном ускорении возрастает вес тела по сравнению с весом в условиях обычной земной гравитации (в условиях статического покоя или равномерного прямолинейного движения). Величины ускорений и перегрузок обозначают буквой G - начальная буква слова «гравитация» (притяжение, тяготение). Величина земной гравитации принимается за относительную единицу. При свободном падении тела в безвоздушном пространстве она вызывает ускорение 9, 8 м/с2. При этом в условиях земного притяжения сила, с которой тело давит на опору и испытывает противодействие со стороны ее, обозначается как вес. В авиационной и космической медицине перегрузки различают по ряду показателей, в том числе по величине и длительности (длительные - более 1 с, ударные - менее 1 с), скорости и характеру нарастания (равномерные, пикообраз-ные и т. д.). По соотношению вектора перегрузки к продольной оси тела человека различают продольные положительные (в направлении от головы к ногам), продольные отрицательные (от ног к голове), поперечные положительные (грудь - спина), поперечные отрицательные (спина -грудь), боковые положительные (справа налево) и боковые отрицательные (слева направо). Значительные по величине перегрузки обусловливают перераспределение массы крови в сосудистом русле, нарушение оттока лимфы, смещение органов и мягких тканей, что в первую очередь отражается на кровообращении, дыхании, состоянии центральной нервной системы. Перемещение значительной массы крови сопровождается переполнением сосудов одних регионов организма и обескровливанием других. Соответственно изменяются возврат крови к сердцу и величина сердечного выброса, реализуются рефлексы с барорецепторных зон, принимающих участие в регуляции работы сердца и тонуса сосудов. Здоровый человек наиболее легко переносит поперечные положительные перегрузки (в направлении грудь-спина). Большинство здоровых лиц свободно переносят в течение одной минуты равномерные перегрузки в этом направлении величиной до 6-8 единиц. При кратковременных пиковых перегрузках их переносимость значительно возрастает. При поперечных перегрузках, превышающих предел индивидуальной переносимости, нарушается функция внешнего дыхания, изменяется кровообращение в сосудах легких, резко учащаются сокращения сердца. При возрастании величины поперечных перегрузок возможно механическое сжатие отдельных участков легких, нарушение кровообращения в малом круге, снижение оксигенации крови. При этом в связи с углублением гипоксии учащение сокращений сердца сменяется замедлением. Более тяжело по сравнению с поперечными Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
переносятся продольные перегрузки. При положительных продольных перегрузках (в направлении от головы к ногам) затрудняется возврат крови к сердцу, уменьшается кровенаполнение полостей сердца и, соответственно, сердечный выброс, снижается кровенаполнение сосудов краниальных отделов тела и головного мозга. На снижение артериального давления в сонных артериях реагирует рецепторный аппарат синока-ротидных зон. В результате возникает тахикардия, в ряде случаев появляются нарушения ритма сердца. При превышении предела индивидуальной устойчивости наблюдаются выраженные аритмии сердца, нарушения зрения в виде пелены, нарушения дыхания, появляются боли в эпигастральной области. Переносимость продольных положительных перегрузок в большинстве случаев находится в пределах 4-5 единиц. Однако уже при перегрузке в 3 единицы в некоторых случаях возникают выраженные аритмии сердца. Еще более тяжело переносятся продольные отрицательные перегрузки (в направлении ноги - голова). В этих случаях происходит переполнение кровью сосудов головы. Повышение артериального давления в области рефлексогенных зон сонных артерий вызывает рефлекторное замедление сокращений сердца. При этом виде перегрузок аритмии сердца в некоторых случаях отмечены уже при ускорениях величиной 2 единицы, а продолжительная асистолия- при ускорении величиной 3 единицы. При превышении пределов индивидуальной устойчивости возникают, головная боль, расстройства зрения в виде пелены перед глазами, аритмии сердца, нарушается дыхание, возникает предобморочное состояние, а затем происходит потеря сознания. Переносимость перегрузок зависит от многих условий, включая величину, направление и длительность ускорений, характер их нарастания, положение тела человека и его фиксацию, тренированность, индивидуальную реактивность и т. д. Условия полетов современных космических кораблей, оптимальное положение космонавта по отношению к вектору ускорений позволяют избегать неблагоприятных влияний перегрузок, однако их воздействие возрастает в аварийных ситуациях и при так называемых внештатных условиях посадки. Невесомость. Исследование влияния невесомости на организм человека - одно из наибо- лее интенсивно развивающихся за последние два десятилетия направлений современной гравитационной биологии (науки о влиянии земного притяжения на развитие жизни, формирование структур и функций организма, влиянии измененной гравитации на течение адаптационных процессов в норме и в экстремальных условиях). Состояние невесомости возникает в определенных условиях. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: т1тг r2 Основоположник современной науки о космических полетах К. Э. Циолковский определял невесомость как состояние, в котором силы земного притяжения «совсем не действуют на наблюдаемые тела или действуют на них весьма слабо...». Состояние невесомости может возникнуть в различных ситуациях, в частности, когда в космическом пространстве в связи с большой удаленностью от Земли тело практически не испытывает земного притяжения или когда сила земного притяжения уравновешивается притяжением других небесных тел (статическая невесомость). В других случаях невесомость возникает в условиях, когда действие силы земного притяжения (снижение в связи с удаленностью от Земли) уравновешивается противоположно направленными центробежными силами (динамическая невесомость). В орбитальном космическом полете тела движутся в основном под влиянием инерционной силы (за исключением непродолжительных периодов времени работы реактивных двигателей для коррекции траектории полета). В орбитальном полете инерционная сила уравновешивается силой притяжения Земли. Это определяет состояние невесомости космического корабля и всех движущихся с ним объектов. Невесомость обозначают также как состояние «нулевой гравитации». В невесомости организм, освободившись от действия гравитации, должен приспособиться к новым необычным условиям, что определяет сложный многозвеньевой адаптацион-
Глава 2 / БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ный процесс. В связи с нулевой гравитацией в невесомости сразу исчезает механическое напряжение и сдавливание структур тела в той мере, в которой это было обусловлено его весом, и соответственно изменяется нагрузка на опорно-двигательный аппарат: исчезает вес крови и, следовательно, гидростатическое давление жидкости в кровеносных сосудах; возникают условия для существенного перераспределения крови в сосудистом русле и жидкости в организме; исчезает ощущение опоры; меняются условия функционирования реагирующих на направление силы тяжести анализаторных систем; происходит рассогласование деятельности различных отделов вестибулярного анализатора. Этими изменениями определяются многие взаимосвязанные отклонения в состоянии функциональных систем, сопровождающиеся развитием адаптационных процессов, которые протекают на различных уровнях целостного организма со сменой причинно-следственных отношений. Изменения кровообращения в невесомости обусловлены несколькими факторами. В условиях земной гравитации транспорт жидкости через стенки капилляров согласно уравнению Стерлинга определяется соотношениями гидростатического и коллоидно-осмотического давления в капиллярах и окружающих их тканях. При этом во многих регионах организма, по мере того как гидростатическое давление снижается по направлению от артериального конца капилляра к венозному, фильтрация жидкости из сосудов в ткани сменяется ее реабсорбцией из тканей в сосуды. Соответственно изменяются филь-трационно-реабсорбционные соотношения на микроциркуляторном уровне. Это проявляется в возрастании абсорбции жидкости на уровне капилляров и венул и является одним из факторов, вызывающих в начале полета возрастание объема циркулирующей крови и обезвоживание тканей определенных регионов организма (преимущественно ног). Высота столба жидкости перестает оказывать влияние на давление и в мелких и в крупных кровеносных сосудах. В условиях невесомости оно зависит от нагнетательной и присасывающей функций сердца, уп-руговязких свойств стенок сосудов и давления окружающих тканей. В невесомости различия венозного давления в сосудах предплечий и голеней сглаживаются. Предположение о повышении центрального венозного давления в полетах не подтвердилось. Более того, оказалось, что в условиях невесомости оно снижается. Исчезновение веса крови облегчает ее движение из вен нижней половины тела к сердцу. Наоборот, отток крови из вен головы, ранее в наземных условиях облегчавшийся действием гравитации, в условиях невесомости оказывается существенно затрудненным. Это вызывает увеличение объема крови в сосудах головы, отечность мягких тканей лица, а также ощущение распирания головы, в некоторых случаях головную боль в первые дни полета (так называемый период острой адаптации). В ответ на эти нарушения возникают рефлексы, изменяющие тонус сосудов головного мозга. Перераспределение крови в сосудистом русле, изменение венозного возврата, исчезновение такого существенного фактора, как гидростатическое давление, снижение общих энергозатрат организма - все это влияет на работу сердца. В условиях невесомости изменяется соотношение нагрузки на левые и правые отделы сердца. Это находит отражение в ряде объективных показателей изменений фазовой структуры сердечного цикла, биоэлектрической активности миокарда, диастолическом кровенаполнении полостей сердца, а также в переносимости функциональных проб. В связи с перераспределением крови в сосудистом русле центр тяжести тела смещается в краниальном направлении. В раннем периоде пребывания в невесомости существенное перераспределение крови в сосудистом русле и изменение кровенаполнения полостей сердца воспринимаются афферентными системами организма как информация об увеличении объема циркулирующей крови и вызывают рефлексы, направленные на сброс жидкости. Изменения водно-электролитного обмена в раннем периоде пребывания в невесомости объясняются преимущественно уменьшением секреции АДГ и ренина, а затем и альдостерона, а также увеличением почечного кровотока, возрастанием клубочковой фильтрации и снижением канальцевой реабсорбции. В опытах на животных отмечено, что в условиях, моделирующих невесомость, уменьшаются величина так называемой тощей безжировой массы тела и содержание воды в организме, в мышцах возрастает содержание натрия и уменьшается содержание калия, что, возможно, является следствием изменений микроциркуляции. В невесомости исчезает нагрузка на позвоночник, прекращается давление на межпоз-
Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ воночные хрящи, становятся ненужными статические усилия антигравитационных мышц, противодействующие силам земного притяжения и позволяющие на Земле удерживать положение тела в пространстве, снижается общий тонус скелетной мускулатуры, уменьшаются усилия на перемещение как собственного тела, так и утративших вес предметов, изменяется координация движений, характер многих стереотипных в наземных условиях двигательных актов. Космонавт успешно адаптируется к новым условиям мышечной деятельности в невесомости. У него формируются новые двигательные навыки. Во время космических полетов осуществляются тщательно разработанные профилактические тренировки с использованием велоэргометров, упражнений на бегущей дорожке и т. д. В отсутствие этих профилактических мероприятий длительное пребывание в невесомости может вызвать изменения структуры и функции костно-мышечной системы. Как известно, костная ткань отличается высокой пластичностью и чувствительностью к ре-руляторным влияниям и изменениям нагрузок. Одним из факторов, влияющих на структуру костей, является механическая нагрузка. При сжатии и напряжении кости в ее структуре возникает отрицательный электрический потенциал, стимулирующий процесс костеобразования. При снижении нагрузки на кости генез возникающих нарушений связан не только с местными изменениями, но и зависит от генерализованных нарушений обменных и регуляторных процессов. При отсутствии нагрузки на кости скелета отмечаются снижение минеральной насыщенности костной ткани, выход кальция из костей, генерализованные изменения белкового, фосфорного и кальциевого обмена и т. д. С изменением состояния костной ткани и снижением ее минеральной насыщенности в условиях невесомости и гипокинезии связывают общие потерн кальция. Длительное снижение нагрузки на скелетную мускулатуру (в случае недостаточности профилактических мер) вызывает атрофи-ческие процессы, а также отражается на энергообмене, общем уровне метаболических процессов и состоянии регуляторных систем, в том числе на тонусе высших вегетативных центров головного мозга. Известно, что релаксация мышц сопровождается снижением тонуса вегетативных ацсшров гипоталамуса. Под влиянием невесомости снижается потребление кислорода тканями, в мышцах уменьшается активность ферментов цикла Кребса и сопряженность процессов окислительного фосфорилирования, возрастает содержание продуктов гликолиза. Стрессорные воздействия. В условиях космического полета человек подвергается стрессам (см. разд. 3.2.1), в основе которых лежит комбинация ряда воздействий, в частности резкие изменения влияния гравитационных сил, а именно: переходы от земной гравитации к гипергравитации в начальном периоде космического полета в связи с ускорениями при взлете корабля, переход от гипергравитации к нулевой гравитации во время орбитального полета и возвращение снова через гипергравитацию к земной гравитации при завершении полета. Стрессы, вызванные резкими изменениями влияния гравитации (в основном пребывание в условиях нулевой гравитации), комбинируются со стрессами, вызванными эмоциональным напряжением, напряжением внимания, интенсивными нагрузками и т. д. К числу стрессорных воздействий относят также факторы, вызывающие космическую болезнь движения. Космическая форма болезни движения, имеющая определенное сходство с морской болезнью, проявляется у части космонавтов на протяжении первых дней полета. В условиях невесомости при быстрых движениях головой наблюдаются симптомы дискомфорта, головокружение, бледность кожных покровов, слюнотечение, выделение холодного пота, изменение частоты сокращений сердца, подташ-нивание, рвота, изменение состояния центральной нервной системы. Из многих причин, вызывающих болезнь движения, первое место отводится изменениям гемодинамики, в том числе микроциркуляции в сосудах головного мозга. Согласно современным данным, в генезе космической формы болезни движения существенную роль играют частичное выпадение и рассогласование информации, поступающей от различных анализаторных систем, обеспечивающих пространственную ориентацию, в том числе рассогласование информации от различных структур вестибулярного аппарата (в условиях невесомости сохраняется функция полукружных каналов, реагирующих на угловые ускорения при быстрых движениях головы, и выпадает функция отолитов) и несоответствие текущей (необычной в условиях невесомости) информации
Глава 2 / БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ стереотипам, хранящимся в долговременной памяти центральной нервной системы на уровне коры и подкорковых структур головного мозга. В большинстве случаев космонавты сравнительно быстро адаптируются к факторам, вызывающим болезнь движения, и ее проявления исчезают по прошествии первых трех суток полета. В ранние сроки полета изменения состояния сенсорных систем могут сопровождаться нарушениями пространственной ориентации, иллюзорными ощущениями перевернутого положения тела, трудностями координации движения. Начиная с раннего детского возраста в формировании и реализации программ произвольных локомоторных актов участвуют многие структуры центральной нервной системы, в том числе кора головного мозга, лимбическая и стри-арная системы, ретикулярная формация среднего мозга, мозжечок и др. Долговременная память обеспечивает хранение в структурах головного мозга, в том числе в лимбической системе, программ координированных движений. В период острой адаптации к невесомости во время двигательных актов имеет место рассогласование измененной афферентации с программами, хранящимися в долговременной памяти. Это создает конфликтные ситуации, а необходимость экстренной перестройки программ требует напряжения компенсаторных механизмов и является одним из звеньев процесса адаптации к невесомости. В целом период острой адаптации к невесомости может быть охарактеризован как стрес-сорная реакция на комбинированный комплекс специфических (нулевая гравитация) и неспецифических (эмоциональное напряжение в условиях высокой мотивации, интенсивные нагрузки, измененные суточные ритмы) факторов, усугубляющаяся изменениями регионарного кровообращения, особенно в сосудах головы. После космических полетов отмечается снижение эритроцитарной массы. Восстановление гематологических показателей происходит в течение 1, 5 мес после завершения полета. Эти сдвиги объясняются компенсаторным уменьшением объема циркулирующей крови в полетах и значительно более быстрым восстановлением объема плазмы крови, чем массы эритроцитов после полетов. Кроме того, эти изменения в невесомости предположительно связывают с уменьшением мышечной массы тела и компенсаторной реак- цией, направленной на увеличение кислородного запроса тканей. Факторы космического полета оказывают влияние на иммунологическую реактивность организма. После космических полетов, превышающих 30 сут, как правило, отмечается снижение функциональной активности клеточных популяций, относящихся к Т-системе иммунитета, и в некоторых случаях появляются признаки сенсибилизации к аллергенам микробной и химической природы. Эти изменения, по-видимому, могут рассматриваться как следствие перестройки системы иммунитета в процессе адаптации к комплексу факторов полета, включающих невесомость, дополнительные стрессы, пребывание в гермообъеме с искусственным климатом. Данные изменения повышают степень риска возникновения инфекционных и аллергических заболеваний. Таким образом, пребывание в условиях невесомости вызывает перестройку функционального состояния организма на различных уровнях его организации. Течение процессов адаптации четко прослеживается и в наземных исследованиях, моделирующих влияние факторов космического полета на организм. В условиях строгого постельного режима (гипокинезии) в антиортостатичес-ком положении, при котором головной конец кровати спущен под углом - 4°к горизонтальной плоскости, наблюдаются изменения, имеющие сходство с возникающими в невесомости. Более того, эти изменения в условиях наземного моделирования в случае отсутствия профилактических мероприятий могут быть даже более выражены, чем в космических полетах. Они проявляются в виде: 1) изменений системной гемодинамики, снижения нагрузки на миокард, дет-ренированности сердечно-сосудистой системы, в частности веномоторных рефлексов, ухудшении переносимости ортостатических проб; 2) изменений регионарного кровообращения, особенно в бассейнах сонных и вертебральных артерий, в связи с затруднениями венозного оттока из сосудов головы и соответствующими преимущественно компенсаторными изменениями регуляции сосудистого тонуса; 3) изменения объема циркулирующей крови и уменьшения эритроцитарной массы; 4) изменений водно-электролитного обмена, выражающихся, в частности, в явлениях потери калия; 5) изменений состояния центральной нервной системы и вегетативно-сосудистых сдвигов, явлений вегетативной дисфун-
Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ кции и астенизации; 6) частичной атрофии мышц я нервно-мышечных нарушений, выражающихся в уменьшении упругости мышц, снижении ах электровозбудимости и показателей работоспособности; 7) разбалансированности регуляторных систем. В условиях антиортостатической гипокинезии прослеживается стадийность адаптационных процессов. На примере кровообращения видно, что адаптация наиболее быстро и совершенно осуществляется на уровне системной гемодинамики, менее активна она на уровне регионарного кровообращения, в частности в бассейне сонных артерий, и еще более заторможена на уровне микроциркуляции. В условиях антиортостатической гипокинезии изменяется микроциркуляция. Например, в сосудах бульбоконъюнктивы глаза снижается количество перфузируемых капилляров, изменяется соотношение диаметра артериол и венул; в сосудах глазного дна наблюдаются застойные явления. В отличие от системной гемодинамики компенсаторные изменения в системе микро-аиркуляции начинают прослеживаться в сравнительно поздние сроки гипокинезии. Под влиянием гипокинезии существенно возрастают предрасположенность к возникновению эмоциональных стрессов и выраженность их вегетативных (сердечных и сосудистых) проявлений с аритмиями сердца и гипертензивными реакциями. В космических полетах возникновение этих изменений удается предупредить с помощью системы профилактических мероприятий. Вместе с тем при снижении требований к здоровью космонавтов или внимания к осуществлению профилактических мероприятий отчетливо возрастает фактор риска. Реадаптация. При завершении полета переход от нулевой гравитации к перегрузкам во время спуска и возвращение к земной гравитации с момента приземления сочетаются со значительным эмоциональным напряжением и являются, по существу, комбинированным стрессом, протекающим в условиях напряженных адаптационных реакций. При этом изменения состояния организма отражают динамику адаптационных и стрессорных реакций. В период реадаптации прекращается действие факторов, вызывавших в невесомости дегидратацию, перераспределение крови в сосудистом русле и т. д. Одновременно возникает необходимость экстренной мобилизации адаптационных " лава 2 / БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ С механизмов, обеспечивающих нормальное функционирование организма в условиях земной гравитации. В ближайшее время после завершения полета проявляются некоторая детрениро-ванность сердечно-сосудистой системы, остаточные нарушения микроциркуляции в сосудах головы, изменения реактивности организма и состояния его регуляторных систем. Кровообращение быстро адаптируется к земной гравитации. В частности, после многомесячных полетов застойные явления в области глазного дна и признаки перипапиллярного отека сетчатки глаза исчезают в течение первой недели после окончания полета. После космических полетов продолжительностью до 14 сут отмечено возрастание активности гипоталамо-гипофизарной и симпато-адреналовой систем. После полетов, продолжавшихся от 2 до 7 мес, обнаружено повышение активности симпатоадреналовой системы при отсутствии признаков повышения активности гипоталамо-гипофизарной системы. Так, после многомесячных полетов характерно возрастание секреции адреналина (максимально в первые сутки) и норадреналина (максимально на 4-5-е сут после приземления) при неизменной концентрации АКТГ, ТТГ, СТГ, циклических нуклеотидов в крови и сниженной концентрации простаглан-динов прессорной группы и активности ренина плазмы в эти сроки. Соотношения гормонального и медиаторного обмена являются одним из показателей некоторой разбалансированности регуляторных систем организма. В связи со снижением ортостатической устойчивости и измененным стереотипом двигательных актов космонавтам в первые часы после приземления трудно находиться в вертикальном положении и передвигаться без посторонней помощи. В результате адаптационной перестройки быстро восстанавливается стереотип двигательных актов, нормализуются обменные процессы, состояние регуляторных и исполнительных систем организма. Проблемы, разрабатываемые современной космической медициной, охватывают широкий круг вопросов, включающих выяснение механизмов адаптации человека к действию факторов полета в невесомости, механизмов реадаптации при возвращении к условиям земной гравитации, совершенствование эффективности управления этими процессами. Ы 65
|