МИКРОГРАВИТАЦИЯ КАК ГЛАВНЫЙ ФАКТОР ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМ КОСМОНАВТОВ

Наряду с космическим излучением, влияние невесомости является одним из главных факторов воздействия на организм космонавтов, которое выражается в изменениях деятельности ключевых систем организма. Однако главной сложностью определения воздействия микрогравитации на космонавтов является невозможность в наземных условиях полностью воспроизвести комплексное воздействие микрогравитации, которое развивается в условиях космического полета [1, с. 7]. В реальном космическом полете невесомость возникает при выполнении кругового полета вокруг Земли со скоростью 8 км/с. Именно при такой скорости полета на орбите создаются условия, когда центростремительное ускорение уравновешивается силами земного притяжения [2].

Возникающие под влиянием микрогравитации изменения затрагивают практически все жизненно важные системы и большинство существенных показателей метаболизма. Такого рода гравитационно-зависимыми системами организма являются:

- скелет и скелетные мышцы, которые созданы специально для преодоления силы тяжести;

- вестибулярный аппарат, включающий гравитационный вектор;

- сердечно сосудистая система, которая функционирует в условиях гравитации лишь благодаря наличию специальных регуляторных механизмов, частично компенсирующих действие силы тяжести на столб жидкости [1, с. 15].

В условиях невесомости происходят негативные изменения в минеральном обмене и костной ткани человека. Под действием условий космического полета происходят потеря минерального компонента костной тканью и изменение ее структуры, приводящие к снижению прочностных свойств [3]. Одним из проявлений такого процесса является развивающийся отрицательный баланс кальция как на уровне организма, так и в костной ткани [4]. Важную роль в развитии отрицательного баланса кальция играет уменьшение его абсорбции в желудночно-кишечном тракте, что наблюдается под воздействием условий микрогравитации и приводит к нарушению минерального обмена. Исследования показывают, что после продолжительного космического полета восстановление нормального баланса процессов ремоделирования костной ткани (то есть баланса резорбции и новообразования костной ткани) происходит с различной скоростью, обусловленной особенностями организма космонавта. Так же была обнаружена выраженная корреляция уровня коллагеновых фрагментов и активность ионизированного кальция в крови, что указывает на наибольший вклад активации резорбции в отклонении гомеостатической константы минерального обмена [5].

Одним из постоянных факторов воздействия микрогравитации на организм является снижение сократительных свойств и выносливости мышечного аппарата. Систематические исследования скоростно-силовых свойств скелетных мышц методом конвенционной изокинетической динамометрии, выполнявшиеся после коротких и длительных полетов у членов экипажей орбитальных станций «Салют-6», «Салют-7» и «Мир», доказали наличие быстрой фазы при переходе к невесомости в изменении скоростно-силовых свойств и выносливости скелетных мышц и преимущественное влияние микрогравитации на мышечный аппарат ног и спины (на мышцы, участвующие в поддержании позы) [6, с. 367].

Из проведенных исследований следует, что в изменении мышечных свойств в условиях микрогравитации выделяются 2 фазы: первая фаза проявляется в первые дни полета и характеризуется периодом острого (быстрого) снижения силовых качеств, в ходе которой потери достигают 30-40%, и второй фазы, проявляющейся с 3-4-й недели полета, которая носит более поздний и медленный характер изменений. Изменения сократительных свойств распределяется в соответствии с позно-тоническим градиентом, будучи наибольшей в мышцах ног, шеи и спины, где степень снижения может достигать 60-70%, и наименьшей – в мышцах рук, где снижение силовых свойств было незначительным или отсутствовало [6, с. 369]. Такой характер изменения может быть обусловлен изменением объема и интенсивностью используемых физических нагрузок.

Попадание в условия микрогравитации обуславливается проявлением вестибуло-вегетативных реакций — космической формы болезни укачивания: снижение аппетита, головокружение, тошнота, колебания частоты сердечных сокращений и дыхания [7, с. 28]. В условиях микрогравитации происходит уменьшение объема входящей в центральную нервную систему информации, что связано с изменением отолитной и опорной афферентации, а также значительное уменьшение проприоцептивной афферентации из-за нового уровня функционирования сенсорных систем.

Среди одного из основных вегетативных и сенсорных расстройств выделяют состояние, очень схожее по характеру действия с морской болезнью - болезнь движения, которая наблюдается примерно у 29% космонавтов в первом полете и у 23,8% —в повторном. По мере пребывания человека в космическом полете неприятные ощущения, связанные с болезнью движения, постепенно исчезают. Практически к 7...10 суткам полета все космонавты адаптируются к невесомости и не испытывают неприятных ощущений [7, с. 51].

Нарушение координации движений наблюдается в первые часы и сутки полета, особенно при движениях, не требующих визуального контроля. Восстановление координации движения наступает на вторые или третьи сутки полета.

Немаловажным фактором влияния микрогравитации являются изменения в сердечно-сосудистой системе, которые обусловлены падением гидростатического давления и выражаются:

-   снижением нагрузки в связи с уменьшением потребления кислорода;

-   снижением артериального давления;

-   атрофией мышц левого сердца;

-   падением тонуса сосудов большого круга кровообращения;

-   накоплением крови в венозном русле;

-   повышением внутричерепного давления, что предположительно может приводить к нарушению зрения;

-   увеличением внутригрудного объема крови [7, с. 28].

Вследствие попадания человека в условия микрогравитации происходит перераспределение жидкости в краниальном направлении, в результате чего организм воспринимает это как показатель избытка жидкости и начинает выделять гормоны с целью урегулирования водно-солевого обмена. В результате этого организм начинает терять много жидкости, что может привести к снижению объема крови почти на четверть. Это отрицательно сказывается на кровообращении и обмене веществ в организме, в результате чего происходит замедление сердечной деятельности и уменьшение потребления кислорода. В свою очередь это приводит к аритмии, перераспределению крови в организме, что проявляется отеком лица и расстройствами органов чувств из-за повышения внутричерепного давления, и снижению выносливости.

Таким образом, микрогравитация является одним из главных факторов воздействия на ключевые системы организма космонавтов во время космических полетов. Несмотря на это, профилактика неблагоприятного воздействия невесомости в предполетный период и в период полета позволяет в значительной мере ослабить или полностью устранить воздействие указанных факторов и обеспечить нормальную жизнь и работу экипажа в условиях невесомости в течение достаточно длительного времени.

Список литературы:

1. Космическая физиолоrия и медицина. Учебное пособие. – М.: Фирма "Слово", 1998.
2. Ушаков А.Б. Основы авиационной и космической медицины. - М.: Слово, 2007. – С. 266.
3. LeBlanc A., V. Schneider L., Shackelford S. et al. Bone mineral and lean tissue loss after long duration space flight // J. Bone Miner. Res. 1996. V. 1. – P. 323.
4. Smith N.C., Wastney M.E., Morukov B.V. et al. Calcium metabolism before, during and after a 3-mo space flight: kinetic and biomedical charges // Am. J. Physiol. 1999. V. 27. №7. – P. 1.
5. Б. В. Моруков, И. А. Ничипорук, В. С. Третьяков, И. М. Ларина. Биохимичнские маркеры обмена костной ткани у космонавтов после продолжительного космического полета // Физиология человека. – М.: Институт медико-биологических проблем РАН, 2005. – Т. 31, №6. – С. 73-77.
6. Б. С. Шенкман, И. Б. Козловская. Гравитационная физиология скелетных мышц // Космическая медицина и биология: Сборник научных статей / Под ред. А. И. Григорьев, И. Б. Ушаков. – М: ИМБП, 2013.
7. Справочник по безопасности космических полетов / Г. Т. Береговой, В. И. Ярополов, И. И. Баранецкий и др.— М.: Машиностроение, 1989.