Гагаринские чтения

Номинация «КОСМОС И МЕДИЦИНА»

Проблемы адаптации человека в космосе и после полета

Автор: Трушкова Ольга Александровна, муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 11 Белоглинского района», 10 класс, 05.10.1994

Руководитель: Лоскутова Анна Александровна, учитель биологии муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 11 Белоглинского района» 353040, Краснодарский край, село Белая Глина, улица Крестьянская 255, тел.: 8 (254) 7-25-81, факс 7-37-80

Введение

Мне посчастливилось жить в удивительное время, на глазах моего поколения и поколения моих родителей космическая биология и медицина сформировалась как наука, пройден путь от восприятия самого факта полета в космос как чуда до полетов, длившихся более года. Человечество уже достигло той степени зрелости, когда оно может позволить себе шагнуть за пределы своей колыбели и приступить к освоению иных планет Солнечной системы. Речь идет об огромном пространстве, которое будет приспособлено для человеческого поселения, а также о возможности распространения цивилизации за пределы Земли и о шансе на создание такой ее разновидности, которая будет менее уязвима перед природными или социальными бедствиями. Запасная среда обитания необходима людям для того, чтобы застраховать хрупкую земную цивилизацию от возможных последствий космических катастроф, подобных столкновению с крупным астероидом или кометой, и в случае глобальных изменений, которые могут сделать нашу планету непригодной для жизни.
Чтобы приблизиться к звездам, человек готов на многое: годами проходить различные испытания, изучать строение космических кораблей и станций, учиться надевать скафандр за 3 минуты и даже дышать иначе, чем на Земле. Однако даже лучшие из лучших не обязательно отправляются в полет: обычно в отряде 20 человек - из них для полета выберут только несколько; этому выбору будет предшествовать от 5 до 10 лет усиленной подготовки, выдержать которую могут не все.
Цель нашей работы – изучить, с какими проблемами сталкивается человек в космосе и после полета и как их можно решить.

Изучение проблем адаптации в космосе на животных

"Человек победил боль и страх, он доказал возможность существования в условиях невесомости… - писал в 1969 году И.В.Давыдовский. - Правда, человек еще не может сказать, это дело будущего - какой ценой он достигнет новых, более высоких форм адаптации". Ответить на этот вопрос можно было только на основе экспериментов с животными, прежде всего с млекопитающими, экспонированными на борту космических летательных аппаратов в полетах разной продолжительности. Только такие эксперименты могли позволить детально изучить структуру и метаболизм внутренних органов и тканей организма, находящегося в невесомости, использовать разнообразные, в том числе достаточно сложные нагрузочные пробы, изучить отдаленные последствия действия факторов космического полета и, наконец, обеспечить статистическую значимость полученного материала. Основной задачей было изучение процессов адаптации и приспособительных возможностей млекопитающих, экспонированных в условиях невесомости, поэтому для экспериментов были выбраны белые лабораторные крысы - наиболее адекватная модель, обычно используемая для решения аналогичных задач в земных условиях (при адаптации к гипоксии, высоким и низким температурам и т.д.). Вместе с тем при анализе результатов следует, конечно, помнить, что пусковые механизмы действия невесомости у крыс, стоящих на четырех конечностях, и у человека не могут быть полностью одинаковыми, и это касается, прежде всего, изменений, связанных с перераспределением крови. Надо обратить внимание и на достаточно высокую (в сравнении с человеком) устойчивость крыс к действию экстремальных факторов.
Спутник «Космос-110» с подопытными животными был запущен в 1966 году. Через 22 дня, после выполнения программы, он приземлился на 330-м витке. Было установлено, что в начале полета у животных наблюдались уменьшение объема мышечной массы, нарушение координации движений, учащенный пульс и т. д. Ученые также определили, что в начале полета происходило повышенное выделение из организма солей кальция, животные теряли в весе за счет уменьшения мышечной массы и некоторого обезвоживания. У человека что при потере 20% соли наступают судороги, а при потере 15% воды он может погибнуть.
Исследованиям на биоспутниках серии "Космос" предшествовала разработка общих принципов и методов проведения автоматизированных экспериментов с млекопитающими в условиях космического полета. При испытаниях систем содержания животных оценивалась не только техническая надежность отдельных узлов и блоков, но и их "биологическая надежность". Задача сводилась к выбору системы, длительное содержание в которой вызывало бы в организме минимальные отклонения от физиологической нормы. Для вычленения эффектов невесомости из общей суммы факторов, действующих на животных в космическом полете, была разработана единая схема проведения контрольных экспериментов, предусматривавшая использование интактной контрольной группы, содержавшейся в виварии, и контроля в наземном макете биоспутника, условно называемого синхронным. В нем моделировались условия содержания животных на борту космического летательного аппарата, а также физиологически значимые факторы. При наблюдении за крысами в виварии в первые дни после космических полетов было обращено внимание на их вялость, снижение общего тонуса и двигательной активности: животные как бы создавали себе "щадящий режим", функциональную гипокинезию, облегчающую реадаптацию к земной силе тяжести после невесомости. Скорее всего, снижение двигательной активности - универсальная реакция на увеличение силы тяжести, поскольку аналогичная картина наблюдается и у животных, помещаемых в условия гипергравитации.
При послеполетном наблюдении за поведением животных были отмечены изменения высшей нервной деятельности крыс, вернувшихся из полета, указывающие на снижение работоспособности высших отделов центральной нервной системы. Эти изменения выражались в увеличении времени прохождения лабиринта, увеличении числа отказов от работы и количества ошибок, в ослаблении реакции на экстренный раздражитель (звонок) у животных полетной группы. Однако все эти изменения были нетяжелыми и обратимыми. Для нас существенно то, что в полетах, длительность которых составила около 1/50 части жизни животных, отмечены признаки активации и катаболических и анаболических процессов. Об активации катаболизма говорят задержка роста животных, уменьшение массы мышц и другие изменения. Об активации анаболизма позволяют думать такие факты, как высокая усвояемость корма во время полета, увеличение потребления кислорода. Видимо, при данной длительности полета организм способен частично компенсировать процессы распада, возникающие как реакция на недогрузку опорно-двигательного аппарата.
Исследования с животными на биоспутниках "Космос" были начаты в тот период, когда уже было ясно, что человек может жить и достаточно эффективно работать в условиях невесомости. Благодаря опытам на собаках, кроликах, мышах и других «братьях наших меньших» был накоплен боль-шой материал о влиянии факторов космического полета на различные стороны жизнедеятельности организма.

Решение проблем адаптации человека в космосе

С помощью лабораторных животных были установлены основные факторы, действующие на организм человека в космическом полете, а именно перегрузки, вибрации, шумы, ограничение подвижности, изоляция в замкнутом пространстве и, конечно, невесомость. Ни одна профессиональная деятельность человека не связана с воздействием на него всех этих факторов в тех количественных соотношениях, как при полетах в космос. Так, состояние длительной невесомости, которое испытывает космонавт, не может быть испытано человеком в земных условиях. В земных условиях человек может испытать только состояние кратковременной невесомости, например, если человек находится в лифте, движущемся по вертикали вниз с ускорением.
Рассмотрим влияние перечисленных факторов на организм человека.
Перегрузки космонавт испытывает при старте и возвращении космического корабля. При старте на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. Другими словами, вес космонавта во время запуска корабля как бы увеличивается в семь раз. Человек легче всего переносит перегрузки, действующие в горизонтальной плоскости, хуже – в вертикальной. Однако способность переносить перегрузки (величина допустимых перегрузок) у разных людей различна и зависит от ряда факторов, например от скорости нарастания перегрузки, температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и даже от эмоционального состояния космонавта.
Существуют, несомненно, и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не совсем выяснено. Перегрузки, связанные с ускорением, вызывают значительное ухудшение функционального состояния организма человека: замедляется ток крови в системе кровообращения, снижаются острота зрения и мышечная активность. Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, длящемся более 3 секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. С увеличением перегрузок острота зрения уменьшается, поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности. При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта так называемая окологиральная иллюзия является следствием воздействия перегрузок на полукружные каналы (органы внутреннего уха). Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.
При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте. Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.
Еще задолго до полета человека в космос высказывались разные мнения о влиянии невесомости на состояние организма человека и на его психическую деятельность. В первых полетах космонавты подтвердили, что это явление действительно некоторым из них приносило много неприятных ощущений. В отсутствии земного притяжения кровь перераспределяется и течет не к ногам, а к голове, а это вызывает головные боли, отеки и постоянное ощущение потерянной ориентации в пространстве. Если первый в мире космонавт Ю.А.Гагарин, который находился в невесомости около одного часа, без особых затруднений выполнял свои функции, то Г.С.Титов это состояние перенес с некоторыми неприятными ощущениями (головокружение, иллюзии «плавания» при резком повороте головы, потеря аппетита и т.д.). В следующих полетах космонавты каждый по-разному переносил состояние невесомости. Но в основном все летавшие космонавты перенесли его без каких-либо заметных ухудшений самочувствия.
Для того чтобы легче перенести эти ощущения в космосе, на земле существуют специальные тренажеры, имитирующие невесомость. У них кос-монавты учатся правильной координации движений. Также космонавты много времени проводят в барокамере, в которой создается давление большее или меньшее, чем атмосферное.
Отсюда можно сделать вывод, что процесс адаптации к невесомости в период полета в космосе, как и процесс реадаптации на Земле, у космонавтов проходит постепенно, в несколько этапов, в зависимости от индивидуальных особенностей организма.
Таким образом, когда человек попадает в космос, начинает перестраиваться весь его организм. Сначала из-за перегрузок при преодолении земной гравитации происходит нарушение вестибулярного аппарата. Однако подобные последствия невесомости проходят достаточно быстро. В условиях нулевой гравитации перестраивается и гормональная система, например, изменяется концентрация выработки гормонов, связанных с водно-солевым обменом, так как сердце переполняется кровью и не в состоянии сразу переработать большое ее количество. В организме начинают выделяться гормоны, способствующие удалению из него этой, как бы лишней, крови, и он через почки начинает терять воду, что ведет к частичному обезвоживанию организма. Для того чтобы справиться с этими негативными последствиями, космонавтам необходимо выпивать не менее 3 литров жидкости в день. И все равно целый ряд «эффектов невесомости» не снимается, что крайне настораживает врачей. Ввиду невесомости у космонавтов увеличивается рост - позвоночник вытягивается почти на 5 см. Из-за потери минералов, в частности кальция и калия, происходит разрушение костной ткани и развивается мышечная атрофия. При этом больше всего кальция теряют кости ног и таза, меньше - ребра и кости рук, а вот в костях черепа его количество даже увеличивается. Следовательно, поскольку в космосе мышечная система очень быстро ослабевает, во время полета космонавты должны каждый день тренироваться на специальных тренажерах. В условиях невесомости им приходится крутить педали велосипеда и бегать по беговой дорожке.
Иногда процесс потери минералов продолжается и на Земле, восстановление же до нормы после 8 месяцев пребывания в космосе может занимать около двух лет, а иногда и больше. Поэтому при выборе команды важным фактором должен стать генетический отбор, так как организмы разных людей в разной степени подвержены остеопорозу, а это заложено именно на генетическом уровне. На станции «Мир» использовалось искусственное ультрафиолетовое облучение кожных покровов космонавтов для стимуляции выработки витамина Д, способствующего уменьшению деминерализации костей в длительных полетах. Подобная система мер профилактики может функционировать в будущем и на борту пилотируемого марсианского корабля.
Многие психологи придерживаются того мнения, что едва ли не самой сложной проблемой в столь длительном полете является психологическое состояние и совместимость членов экипажа. Когда группа людей оказывается в ограниченном пространстве, психологи в ряде случаев отмечают среди них проявление агрессивности, а в результате могут возникать серьезные конфликты, поэтому важным критерием отбора космонавтов должна стать стрессоустойчивость, а также умение принимать в критических ситуациях быстрые, правильные решения. Если экспедиция будет международной, то в ее состав войдут представители разных культур, религий, образа жизни и философии, значит, нужно заранее просчитать возможные конфликтные ситуации, чтобы постараться их избежать. Для того чтобы космонавты не чувствовали себя оторванными от Земли, предполагается, что на космическом корабле необходимо воссоздать иллюзию смены времен года, пения птиц или привычных для землян запахов.

Решение проблем адаптации человека после полета

Восстановление после полета труднее и длительнее, чем адаптация к невесомости. Если в полете не применяются средства профилактики, то в первые часы и сутки после приземления (период реадаптации к земным условиям) у человека, совершившего длительный космический полет, наблюдается следующий комплекс изменений:
1. Нарушение процессов обмена веществ, особенно водно-солевого обмена, что сопровождается относительным обезвоживанием тканей, снижением объема циркулирующей крови, уменьшением содержания в тканях ряда элементов, в частности калия и кальция;
2. Нарушение кислородного режима организма при физических нагрузках;
3. Нарушение способности поддерживать вертикальную позу в статике и динамике; ощущение тяжести частей тела (окружающие предметы воспринимаются как необычно тяжелые; наблюдается растренированность в дозировании мышечных усилий);
4. Нарушение гемодинамики при работе средней и высокой интенсивности; возможны предобморочные и обморочные состояния после перехода из горизонтального положения в вертикальное;
5. Снижение иммунобиологической резистентности (ослабление иммунитета); вестибуловегетативные расстройства.
Нарушения работы организма человека, вызванные невесомостью, обратимы. Ускоренное восстановление нормальных функций может быть достигнуто с помощью физиотерапии и лечебной физкультуры, а также применением лекарственных препаратов. Неблагоприятное влияние невесомости на организм человека в полете можно предупредить или ограничить с помощью различных средств и методов (мышечная тренировка, электростимуляция мышц, отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела, фармакологические и другие средства). Реабилитация длится около 2-х месяцев, а последствия полета ощущаются примерно столько же, сколько длился сам полет.
Мышечная масса, в отличие от костной, в условиях нормальной гравитации способна довольно быстро восстанавливаться, хотя при длительной невесомости ее потери могут доходить до 25%. Для того чтобы предотвратить столь значительные потери, ученые разрабатывают специальное питание и лекарственные препараты. В первую очередь в невесомости страдают так называемые антигравитационные тонические мышцы (мышцы ног и спины), в области рук мышечная масса почти не теряется, так как на них в космосе происходит увеличение нагрузки. В перспективе важным моментом после длительного перелета являются сохранение работоспособности и проблема перехода от нулевой гравитации, например, к марсианской, где гравитация почти вдвое меньше земной. Одним из решений может быть создание на корабле в течение последних 2 месяцев полета гравитации, подобной марсианской. Это позволит космонавтам постепенно адаптироваться к новым условиям и тем самым сохранить работоспособность при посадке. Снизить небла-гоприятное воздействие невесомости может также искусственная сила тяже-сти. Ее создают с помощью короткорадиусной центрифуги. Однако для ученых существует еще много вопросов, касающихся того, сколько времени нужно вращать подобную центрифугу и какая гравитация может считаться оптимальной.

Заключение

Человек, как и другие виды живых организмов, способен приспосабливаться к условиям окружающей среды, в том числе условиям космического пространства. Человек в замкнутом объеме станции является объектом постоянного исследования воздействия условий космоса, адаптации его организма к непривычному состоянию невесомости, поддержания его психофизиологической устойчивости в составе экипажа и при взаимодействии со специалистами управления полетом. Поскольку в перспективе человечества полеты к другим планетам, встает проблема воспроизведения себе подобных как важнейшее свойство любого организма. Предполагают, что спаривание и оплодотворение млекопитающих в невесомости возможно, однако для этого потребуется их предварительная адаптация к новой среде обитания. Сегодня научные исследования позволяют говорить о принципиальной возможности развития плода при действии невесомости на материнский организм. Однако остается ряд нерешенных проблем. В будущем я хотела бы стать специалистом в области космической медицины и составлять прогноз индивидуальных реакций отдельных особей в условиях невесомости.
Только творческая деятельность человека может быть жизненной силой, поддерживающей человека в нелегких условиях длительного космического полета, позволяя переносить сложные психологические нагрузки с сохранением высокой работоспособности и взаимопонимания.

Список используемой литературы

1.epizodsspace.narod.ru/bibl/borisenko
2. salat.zahav.ru/ArticlePage
3. www.scorcher.ru/journal
4. www.lgz.ru/archives
5. www.openclass.ru/dig
6. galspaсe.spb.ru /index
7. mysciencestyle.blogspot

Скачать работу в формате *.doc

Поиск

Друзья сайта

Официальный блог

Сообщество uCoz

FAQ по системе

Белоглинская МОУ СОШ №11

Инструкции для uCoz

Наш дом - планета Земля

Гагаринские чтения