Космическая биология и медицина

 

 

    Библиогр.: Газенко О.Г., Григорьев А.И. и Наточин Ю.В. Водно-солевой гомеостаз и космический полет, М., 1986; Основы космической биологии и медицины, под ред. О.Г. Газенко и М. Кальвина, т. 2, М., 1975; Тигранян Р.А. Метаболические аспекты проблемы стресса в космическом полете, М., 1985.

 

 

Космическая биология и медицина

Перевод

Космическая биология и медицина

комплексная наука, изучающая  особенности жизнедеятельности  человека и других организмов в условиях космического полета. Основной задачей  исследований в области космической  биологии и медицины является разработка средств и методов жизнеобеспечения, сохранения здоровья и работоспособности  членов экипажей космических кораблей и станций в полетах различной  продолжительности и степени  сложности. Космическая биология и  медицина неразрывно связана с космонавтикой, астрономией, астрофизикой, геофизикой, биологией, авиационной медициной  и многими другими науками.

Отправными в становлении  космической биологии и медицины считаются следующие вехи: 1949 г. —  впервые появилась возможность  проведения биологических исследований при полетах ракет; 1957 г. — впервые  живое существо (собаку Лайку) отправили  в околоземный орбитальный полет  на втором искусственном спутнике Земли; 1961 г. — первый пилотируемый полет  в космос, совершенный Ю.А. Гагариным. С целью научного обоснования  возможности безопасного в медицинском  отношении полета человека в космос исследовалась переносимость воздействий, характерных для старта, орбитального полета, спуска и посадки на Землю  космических летательных аппаратов (КЛА), а также испытывалась работа биотелеметрической аппаратуры и систем обеспечения жизнедеятельности космонавтов. Основное внимание уделялось изучению влияния на организм невесомости и космического излучения.

Результаты, полученные при  проведении биологических экспериментов  на ракетах, втором искусственном спутнике (1957) и возвращаемых космических  кораблях-спутниках (1960—1961), в совокупности с данными наземных клинических, физиологических, психологических, гигиенических  и других исследований фактически открыли  путь человеку в космос. Кроме этого, биологические эксперименты в космосе  на этапе подготовки первого космического полета человека позволили выявить  ряд функциональных изменений, возникающих  в организме при действии факторов полета, что явилось основанием для  планирования последующих экспериментов  на животных и растительных организмах в полетах пилотируемых космических  кораблей, орбитальных станций и  биоспутников.

Достижения в области  космической биологии и медицины во многом предопределили успехи в  развитии пилотируемой космонавтики. Наряду с полетом Ю.А. Гагарина, совершенном 12 апреля 1961 г., следует отметить такие эпохальные события в истории космонавтики, как высадку 21 июля 1969 г. астронавтов Армстронга (N. Armstrong) и Олдрина (Е. Aldrin) на поверхность Луны и многомесячные (до года) полеты экипажей на орбитальных станциях «Салют» и «Мир». Это стало возможным благодаря разработке теоретических основ космической биологии и медицины, методологии проведения медико-биологических исследований в космических полетах, обоснованию и внедрению методов отбора и предполетной подготовки космонавтов, а также разработке средств жизнеобеспечения, медицинского контроля, сохранения здоровья и работоспособности членов экипажа в полете.

В успешном развитии космической  биологии и медицины большую роль играет участие в космических  полетах врачей-исследователей. Они  проводят сложные медико-биологические  исследования, строго контролируют состояние  здоровья космонавтов и своевременно принимают меры по профилактике и  лечению заболеваний, что приобретает  особое значение в длительных космических  полетах. В связи с созданием  орбитальных медико-биологических  лабораторий планируется расширить  участие врачей в космических  полетах и привлечь биологов различных  специальностей для проведения в  космосе экспериментов на животных и растительных организмах.

В космическом полете на организм человека воздействует комплекс факторов, связанных с динамикой  полета (ускорения, вибрация, шум, невесомость), пребыванием в герметичном помещении  ограниченного объема (измененная газовая  среда, гипокинезия, нервно-эмоциональное  напряжение и т.д.), а также факторы  космического пространства как среды обитания (космическое излучение, ультрафиолетовое излучение и др.).

В начале и конце космического полета на организм оказывают влияние  линейные ускорения (см. Авиационная медицина). Их величины, градиент нарастания, время и направление действия в период запуска и выведения КЛА на околоземную орбиту зависят от особенностей ракетно-космического комплекса, а в период возвращения на Землю — от баллистических характеристик полета и типа КЛА. Выполнение маневров на орбите также сопровождается воздействием ускорений на организм, однако их величины при полетах современных КЛА незначительны.

Основные сведения о влиянии  ускорений на организм человека и  способах защиты от их неблагоприятного действия были получены при исследованиях  в области авиационной медицины, космическая биология и медицина лишь дополнили эти сведения. Было установлено, что пребывание в условиях невесомости, особенно длительное время, приводит к снижению устойчивости организма к действию ускорений. В связи с этим за несколько суток до спуска с орбиты космонавты переходят на специальный режим физических тренировок, а непосредственно перед спуском получают водно-солевые добавки для увеличения степени гидратации организма и объема циркулирующей крови. Разработаны специальные кресла — ложементы и противоперегрузочные костюмы, что обеспечивает повышение переносимости ускорений при возвращении космонавтов на Землю.

Среди всех факторов космического полета постоянным и практически  невоспроизводимым в лабораторных условиях является невесомость. Влияние  ее на организм многообразно. Возникают  как неспецифические адаптационные  реакции, характерные для хронического стресса, так и разнообразные  специфические изменения, обусловленные  нарушением взаимодействия сенсорных  систем организма, перераспределением крови в верхнюю половину тела, уменьшением динамических и практически  полным снятием статических нагрузок на опорно-двигательный аппарат.

Обследования космонавтов  и многочисленные эксперименты на животных в полетах биоспутников «Космос» позволили установить, что ведущая роль в возникновении специфических реакций, объединяемых в симптомокомплекс космической формы болезни движения (укачивание), принадлежит вестибулярному аппарату. Это связано с повышением в условиях невесомости возбудимости рецепторов отолитов и полукружных каналов и нарушением взаимодействия вестибулярного анализатора и других сенсорных систем организма. В условиях невесомости у человека и животных обнаруживаются признаки детренированности сердечно-сосудистой системы, увеличение объема крови в сосудах грудной клетки, застойные явления в печени и почках, изменение мозгового кровообращения, уменьшение объема плазмы. В связи с тем, что в условиях невесомости изменяются секреция антидиуретического гормона, альдостерона и функциональное состояние почек, развивается гипогидратация организма. При этом уменьшается содержание внеклеточной жидкости и увеличивается выведение из организма солей кальция, фосфора, азота, натрия, калия и магния. Изменения в опорно-двигательном аппарате возникают преимущественно в тех отделах, которые в обычных условиях жизнедеятельности на Земле несут наибольшую статическую нагрузку, т.е. мышцах спины и нижних конечностей, в костях нижних конечностей и позвонках. Отмечаются снижение их функциональных возможностей, замедление скорости периостального костеобразования, остеопороз губчатого вещества, декальцинация и другие изменения, которые приводят к снижению механической прочности костей.

В начальный период адаптации  к невесомости (занимает в среднем  около 7 суток) примерно у каждого  второго космонавта возникают головокружение, тошнота, дискоординация движений, нарушение восприятия положения тела в пространстве, ощущение прилива крови к голове, затруднение носового дыхания, ухудшение аппетита. В ряде случаев это приводит к снижению общей работоспособности, что затрудняет выполнение профессиональных обязанностей. Уже на начальном этапе полета появляются начальные признаки изменений в мышцах и костях конечностей.

По мере увеличения продолжительности  пребывания в условиях невесомости  многие неприятные ощущения исчезают или сглаживаются. Одновременно с  этим практически у всех космонавтов, если не принять должных мер, прогрессируют  изменения состояния сердечно-сосудистой системы, обмена веществ, мышечной и костной ткани. Для предупреждения неблагоприятных сдвигов используется широкий комплекс профилактических мер и средств: вакуумная емкость, велоэргометр, бегущая дорожка, тренировочно-нагрузочные костюмы, электромиостимулятор, тренировочные эспандеры, прием солевых добавок и т.д. Это позволяет поддерживать хорошее состояние здоровья и высокий уровень работоспособности членов экипажей в длительных космических полетах.

Неизбежным сопутствующим  фактором любого космического полета является гипокинезия — ограничение  двигательной активности, которая, несмотря на интенсивные физические тренировки во время полета, приводит в условиях невесомости к общей детренированности и астенизации организма. Многочисленные исследования показали, что длительная гипокинезия, создаваемая пребыванием в постели с наклоном головного конца (—6°), оказывает на организм человека практически такое же влияние, как и длительная невесомость. Этот способ моделирования в лабораторных условиях некоторых физиологических эффектов невесомости широко используется в СССР и США. Максимальная длительность такого модельного эксперимента, проведенного в Институте медико-биологических проблем МЗ СССР, составила один год.

Специфической проблемой  является исследование воздействия  на организм космических излучений. Дозиметрические и радиобиологические эксперименты позволили создать  и внедрить в практику систему  обеспечения радиационной безопасности космических полетов, которая включает средства дозиметрического контроля и  локальной защиты, радиозащитные  препараты (радиопротекторы).

В задачи космической биологии и медицины входит изучение биологических  принципов и методов создания искусственной среды обитания на космических кораблях и станциях. Для этого отбирают живые организмы, перспективные для включения  их в качестве звеньев в замкнутую  экологическую систему, исследуют  продуктивность и устойчивость популяций  этих организмов, моделируют экспериментальные  единые системы живых и неживых  компонентов — биогеоценозы, определяют их функциональные характеристики и  возможности практического использования  в космических полетах.

Успешно развивается и  такое направление космической  биологии и медицины, как экзобиология, изучающая наличие, распространение, особенности и эволюцию живой  материи во Вселенной. На основании  наземных модельных экспериментов  и исследований в космосе получены данные, свидетельствующие о теоретической  возможности существования органической материи за пределами биосферы. Проводится также программа поиска внеземных  цивилизаций путем регистрации  и анализа радиосигналов, идущих из космоса.

Достижения в области  космической биологии и медицины внесли существенный вклад в решение  проблем общей биологии и медицины. Расширились представления о  границах жизни в пределах биосферы, а созданные экспериментальные  модели искусственных биогеоценозов  — относительно замкнутым круговоротом веществ позволили дать определенную количественную оценку антропогенных  воздействий на биосферу. Большое  влияние космическая биология оказала  на экологию, в первую очередь экологию человека и изучение взаимосвязи  процессов жизнедеятельности с  абиотическими факторами окружающей среды. Проведенные исследования позволили  лучше познать биологию человека и животных, механизмы регуляции  и функционирования многих систем организма.

Библиогр.: Газенко О.Г., Григорьев А.И. и Наточин Ю.В. Водно-солевой гомеостаз и космический полет, М., 1986; Основы космической биологии и медицины, под ред. О.Г. Газенко и М. Кальвина, т. 2, М., 1975; Тигранян Р.А. Метаболические аспекты проблемы стресса в космическом полете, М., 1985.

 

 

КОСМИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯ 
 
Сборник статей 
 
 
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ» 
Москва 1978

Предисловие академика  О. Г. Газенко

 

58    К71

К71  Космическая медицина и биология. Сборник статей. М., «Знание», 1978.  64 с. (Новое в жизни, науке, технике. Серия «Космонавтика, астрономия», 10. Издается ежемесячно с 1971 г.) В сборник вошли статьи ведущих советских ученых, работающих в области космической медицины и биологии. Они знакомят читателя с некоторыми аспектами этой бурно  развивающейся молодой науки, рассказывают о современных проблемах по созданию оптимальных условий жизнедеятельности  человека в космосе. Брошюра рассчитана на преподавателей и студентов вузов и техникумов, учащихся старших классов, а также  на более широкий круг читателей, интересующихся современными проблемами космонавтики.   31905 58   61 : 6Т5   © Издательство «Знание», 1978 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие

Н. Н. Гуровский. Космическая медицина – земной!

Ю. Г. Нефедов. Обитаемость  космических кораблей

Е. Е. Ковалев. Защита экипажей от ионизирующей радиации

Н. П. Дубинин. Генетика и  космос

Е. А. Ильин, Г. П. Парфенов. Исследования на биоспутниках серии «Космос»

Предисловие

 

Если быть кратким, то суть космической медицины состоит в обеспечении безопасности и благополучия человека в условиях космического полета: здоровья, высокой рентабельности – с тем, чтобы космонавт, совершающий полеты в настоящее время и в будущем, чувствовал себя хорошо и мог эффективно выполнять свою работу.

Естественно, что сюда относится  большое число вопросов, которые  нужно решать, вопросов, прежде всего  связанных с обеспечением оптимальной  среды обитания человека и условий, в которых протекает его работа. Это связано с созданием обитаемых  кабин космического корабля, систем жизнеобеспечения, которые предназначены  для удовлетворения основных потребностей человека, а также с обеспечением его всем тем, в чем он нуждается.

Сейчас, когда полеты становятся все более и более продолжительными, это не ограничивается только предоставлением  космонавтам необходимых запасов  кислорода, воды и пищи, но включает в себя возможность удовлетворить  и многие другие потребности человека, в том числе даже необходимые  развлечения, потому что когда человек  долго находится в отрыве от Земли, выполняя во время космического полета большую и напряженную работу, Нужно подумать и о том, чтобы он мог надлежащим образом отдохнуть. Поэтому все, что окружает человека в условиях космического полета, является предметом тщательной заботы и внимания космической медицины.