Космическая биология и медицина

Кандидаты в космонавты, готовящиеся к первым полетам, должны были обладать не просто хорошим здоровьем, но и иметь большие резервные  возможности реакций физиологических  систем на допустимую нагрузку. Это  особенно важно, поскольку один человек  может переносить данную нагрузку (например, при подъеме и в барокамере, при перегрузках на центрифуге и  т. д.) «уже» на пределе своих физиологических  возможностей, в то время как у  другого остается еще резерв (как  говорят, он не полностью «выкладывается»). В связи с этим при обследовании кандидатов в космонавты были разработаны  специальные методы, позволяющие  определить такие резервы, а также  выявлять скрытую патологию и  скрытые болезни.

Например, оказалось, что  так называемые гипоксические пробы, т. е. дыхание газовой смесью, обедненной кислородом, помогают выявить скрытую  коронарную недостаточность. Эти пробы  сейчас прочно вошли в клиническую  практику при экспертизе летчиков. Используются также методы исследования вестибулярного анализатора, разработанные  для отбора космонавтов.

В гигиенической практике проведены значительные исследования, составлены и утверждены предельно  допустимые концентрации вредных примесей в воздухе герметических помещений  и утверждены соответствующие нормативы.

Одним из основных и наиболее специфических для космонавтики факторов является невесомость. При  длительном пребывании космонавта в  условиях невесомости, особенно если он недостаточно внимательно относился  к физической тренировке и применению других профилактических средств, отмечались изменения со стороны сердечно-сосудистой системы, минерального обмена, костно-мышечной системы и т. д. Эти изменения усугубляются состоянием гиподинамии, т. е. снижением двигательной активности, характерным для условий космического полета. Действительно, даже относительно большие размеры жилых помещений современных космических станций («Салют», «Скайлэб») не обеспечивают необходимое общее количество движений, которое чрезвычайно важно для нормальной жизнедеятельности человека. Космонавты в течение всего полета находятся в кабине космического корабля, выходят в безграничный простор открытого космоса достаточно редко, и «прогулки» с оздоровительной целью – это удел достаточно далекого будущего.

Наиболее распространенным моделированием невесомости является длительное пребывание человека в горизонтальном положении в постели. В таком  положении у человека в значительной степени вес столба крови, облегчается  работа мышц, которые в обычной  жизни поддерживают вертикальную позу человека, т. е. в подобном «эксперименте» на Земле создаются условия, с  известным допущением имитирующие  невесомость. При этом можно изучать  реакции физиологических систем, проверять эффективность различных  профилактических средств и методов  борьбы с неблагоприятными последствиями  действия невесомости.

Не вызывает сомнений актуальность изучения проблемы гиподинамии и  постельного режима применительно  к задачам нашей жизни, притом не только при клиническом лечении  больных. Дело в том, что снижение двигательной активности у населения  развитых стран весьма характерно для  века механизации, автоматизации, телевидения, современных транспортных средств.

Сейчас человек мало передвигается  пешком, для него более привычно сидеть в кабинете или у пультов  управления автоматами, у телевизоров, ездить на автомашинах, в метро и  т. д. В то же время недостаточность  движения (гипокинезия) играет существенную роль при возникновении ряда заболеваний, и прежде всего сердечно-сосудистой системы и нарушении обмена веществ.

Кроме того, в условиях клинического лечения многие больные вынуждены  иногда очень долго пребывать  в постели. Так что проблема гипокинезии  обрела сейчас социальную значимость и, по существу, является проблемой  века техники.

Исследование этого состояния  в интересах космической медицины проводилось на здоровых людях –  они длительное время находились в горизонтальном положении на строгом  постельном режиме (не разрешалось  даже приподниматься). Это исследование выявило комплекс симптомов со стороны  различных систем человеческого  организма (сердечно-сосудистой, опорно-двигательного аппарата, водно-солевого обмена и т. д.). А это очень важно для лечащих врачей в клиниках, поскольку необходимо выявлять, какие явления связаны с основным заболеванием больного, а какие – с ограничением его подвижности.

Интенсификация производственных процессов, широкое внедрение автоматики, современных средств управления производством требуют оптимального взаимодействия между человеком  и техникой, а также правильного  решения вопросов о том, что должен решать человек в контуре управления сам, а что следует передать автоматическим системам. Круг этих вопросов освещается специальной отраслью знания – инженерной психологией. Ученые, исследующие эти проблемы, дают рекомендации для построения автоматических систем управления, в которых должен участвовать человек, и изучают возможную деятельность человека в этих системах.

Занимаясь изучением систем «человек–техника» применительно  к космическим исследованиям, врачи, психологи, инженеры вносят свой вклад  в инженерную психологию, чем способствуют решению этой проблемы и на Земле.

В первые годы космической  эры космическая медицина переживала естественный период накопления экспериментальных  данных. Тогда она брала из своего источника – земной медицины –  основные данные, факты, рекомендации (этот процесс продолжается и сейчас) и пока еще мало что могла вернуть  обратно, разве только некоторые  методы исследования и новые подходы  к проблемам. Теперь же факты, добытые  космической медициной и биологией, помогают лучше понять процессы жизни  на Земле и взаимосвязи внутри такой сложнейшей системы, как человеческий организм.

В этом плане можно привести следующий пример – он связан с  биоритмологией. Уже давно стало  известно, что практически все  физиологические процессы в человеческом организме имеют фазовое течение, т. е. имеют определенные ритмы. Например, температура тела к вечеру больше, чем утром, секреция желудочного  сока и деятельность желез тоже имеют  свою периодичность, умственная физическая работоспособность также различная  в течение суток. В человеческий организм как бы заложены биологические  часы, в соответствии с которыми происходит работа тех или иных систем. Это суточная периодичность, называемая циркадными ритмами, она связана  с естественной сменой дня и ночи, геофизическими и социальными датчиками  времени.

Существуют ли сезонные изменения  физиологических процессов? С ними, например, связана тенденция к  обострению некоторых заболеваний  весной и осенью (язвенная болезнь  и т. д.).

В космическом полете нет  естественной смены дня и ночи, отсутствуют и социальные датчики  времени. Таким образом, циркадная  система временной организации (для  бесчисленного множества функций) лишается обычных синхронизаторов, что может привести к дисинхронозу, т. е. состоянию, когда у человека снижается работоспособность, появляются различные неопределенного адреса жалобы, общая «разбитость», плохое самочувствие.

Многие, наверное, помнят подобное состояние, когда совершали перелет  на самолете с востока на запад, пересекая  несколько временных поясов.

Проблемы биоритмологии  изучались в ходе специальных  наземных исследований, а также во время полетов биологических  спутников и пилотируемых космических  кораблей. Подчеркнем, что космонавты Ю. В. Романенко и Г. М. Гречко жили и работали на орбитальной станции  «Салют-6» по московскому времени. Это было сделано для того, чтобы  не сбивать их «биологические часы», не вызывать дисинхроноза, хотя для наземных служб такой распорядок работы не всегда удобен, так как связь с экипажем на ряде пунктов приходилась на ночное время, когда космонавты спали.

Познание действия биологических  часов – проблема, имеющая общебиологическое  значение, поскольку естественные ритмы  имеются во всем животном и растительном мире. Космическая биоритмология вносит свой существенный вклад в самые фундаментальные принципы организации биологических систем. Изучение биоритмов актуально и в связи с массовыми дальними перелетами пассажирских самолетов в разных направлениях, и в связи с тем, что многочисленные категории рабочих и служащих заняты в сменном производстве, и, наконец, с тем, что во врачебной практике, даже при простом назначении времени приема лекарств, необходимо учитывать циркадные ритмы.

Есть еще один аспект практического  применения результатов, которые дает космонавтика, в земной медицине. Это  возможное использование условий  невесомости для получения чистых биологических препаратов, что имеет  громадное значение, так как побочные реакции организма (повышение температуры, болезненности и т. д.), возникающие  при получении препарата, во многом зависят от того, насколько он чист, т. е. свободен от посторонних примесей. В течение последних 30 лет весьма интенсивно развивались, электрохимические  методы (электрофорез) выделений и  очистки биологических субстанций различной природы. Электрофорез, например, нашел широкое применение для разделения (очистки) белков, нуклеиновых кислот, микроорганизмов и т. д.

Камера для электрофореза  в космических условиях представляет собой длинную узкую прямоугольную  щель. Биологический субстрат, предназначенный  для разделения, помещают посередине этого щелевого зазора. В невесомости  отсутствует главный лимитирующий фактор процесса очистки – конвекция, кроме того, не происходит осаждения  частиц. В связи с этим зазор  камеры электрофоретического устройства можно увеличить в несколько  раз, что позволяет значительно  повысить производительность и улучшить чистоту разделения. Отсутствие осаждения  позволяет проверить процесс  разделения тяжелых частиц, взвешенное состояние которых нельзя было бы поддержать никакими способами в  земных условиях. Результаты космических  экспериментов показали, что при  электрофорезе в невесомости  производительность можно увеличить  в 10 раз, а при улучшении качества очистки – еще в 3 – 4 раза.

Исследования по космической  биологии в принципе могут помочь ответить на вопрос, веками волновавший  ученых, – существует ли жизнь на других планетах и в каких формах, что при сопоставлении с известными нам формами жизни углубит  наши представления о сущности развития природы, будет способствовать углублению нашего диалектического миропонимания.

Как видим, космическая биология и медицина, решая сложнейшие проблемы, выдвигаемые стремительно развивающейся  космонавтикой, служит не ей одной.

Все что делается для освоения космоса, в конечном счете, приводит к улучшению жизни людей на Земле.

Обитаемость космических  кораблей

Ю. Г. НЕФЕДОВ,

доктор медицинских наук

Создание долговременных орбитальных станций выдвигает  перед космической биологией  и медициной ряд новых и  весьма сложных проблем, от своевременного решения которых зависит очень  многое. Сложность этих проблем обусловлена  не только новизной встающих перед  исследователями вопросов, но и тем, что многие из них полностью еще  не решены и для обычных условий  обитания человека на Земле. Одной из таких проблем является проблема обитаемости, которая в настоящее время стала предметом тщательных научных исследований, проводимых на Земле и в космическом пространстве.

В данном случае под обитаемостью мы понимаем условия жизни и профессиональной деятельности космонавтов в кабине космического корабля. Эти условия  определяются как факторами, присущими  космическому полету и возникающими при эксплуатации разнообразных  технических средств (в том числе  и систем жизнеобеспечения), так  и процессами жизнедеятельности  человека и других биологических  систем при длительном их нахождении в герметично замкнутом пространстве малого объема. Определенное влияние  на обитаемость оказывает интерьер кабины космического корабля.

Иными словами, обитаемость  определяется совокупностью факторов среды, действующих в условиях космического полета на организм человека. Вполне естественно, что обитаемость зависит от конкретных условий космического полета и всегда имеет характерные черты, присущие конкретному космическому объекту. Вместе с тем некоторые проблемы обитаемости являются общими для  всех космических кораблей независимо от их назначения. Наиболее общим в  этом отношении является то, что  человек, совершая космический полет, вынужден непрерывно в течение определенного  времени находиться в герметично замкнутой кабине космического корабля. Уже само по себе это обстоятельство следует признать с физиолого-гигиенической  точки зрения весьма существенным и  подлежащим всестороннему изучению.

Кроме того, жизнь человека на борту космического корабля или  планетной станции протекает  в необычной среде обитания. Наиболее характерными чертами этой среды обитания являются невесомость или пониженная сила тяжести, наличие постоянного (заметно превышающего земной) фона галактической космической радиации, отсутствие ультрафиолетовой радиации, измененные параметры магнитных полей.

Следует подчеркнуть, что  в герметичной кабине ограниченного  объема между человеком и окружающей его средой складываются отношения, отличные от тех, которые имеют место  в повседневной жизни. Если в обычных  условиях проявляется в основном зависимость процессов жизнедеятельности  человеческого организма от влияния  среды, то в герметично замкнутом  пространстве малого объема начинает отчетливо выступать и обратная зависимость – зависимость изменения  среды от процессов жизнедеятельности  организма.

Данные, полученные при проведении большого количества разнообразных  «камерных» экспериментов, а также  испытаний в макетах космических  кораблей, убеждают в том, что одним  из существенных факторов длительной изоляции человека в герметичном  помещении ограниченного объема является изменение химического  состава воздушной среды. При этом речь идет не об изменении состава основных ингредиентов (кислорода, азота, углекислого газа), а о загрязнении воздушной среды различными микропримесями.