Космическая биология и медицина

В связи с этим были осуществлены широкие исследования состава воздуха, выдыхаемого человеком, и было установлено, что данный процесс является одним  из основных источников загрязнения  воздушной среды герметично замкнутых  объектов, причем в состав его входят различные микропримеси, весьма изменчив и во многом зависит от внешних  условий.

Используя современные методы калориметрии и нефелометрии, бумажной, газожидкостной и газоадсорбционной хроматографии, исследователи установили, что в выдыхаемом человеком воздухе содержится более 20 органических и неорганических соединений. Были идентифицированы и количественно определены: ацетальдегид, формальдегид, ацетон, метилэтилкетон, пропионовый альдегид, этанол, метанол, пропанол, изопропанол, муравьиная, уксусная, пропионовая, изовалериановая и валериановая кислоты, аммиак, диметиламины, метан, этан, этилен, пропан, гексан, окись углерода.

Было также установлено, что концентрация микропримесей  в выдыхаемом воздухе зависит  от микроклиматических условий, состава  и калорийности питания, двигательной активности человека и других факторов.

Наиболее выраженные изменения  обнаружены при полном голодании  и при воздействии высокой  температуры и влажности воздуха. Так, содержание в выдыхаемом воздухе  ацетона при голодании увеличивается  более чем в 300 раз, метилэтилкетона – в 20 раз, метанола – в 6 раз, концентрация других микропримесей – в 2 – 5 раз. При температуре воздуха +40° С и относительной влажности 90% содержание почти всех микропримесей в выдыхаемом воздухе увеличивается в 2 – 10 раз.

Учитывая эти данные, естественно  предположить, что при воздействии  на человеческий организм комплекса  факторов космического полета может  существенным образом изменяться скорость выделения различных примесей с  выдыхаемым воздухом.

Следует отметить и то, что  не только выдыхаемый воздух является источником загрязнения воздушной  среды различными химическими веществами. Испарение пота, кишечные газы и  т. д. также могут существенным образом  влиять на общую загрязненность и  состав микропримесей атмосферы  герметичного объекта.

Однако человек является далеко не единственным источником образования  вредных микропримесей и загрязнения  ими воздушной среды. Весьма существенное влияние на формирование среды обитания могут оказывать продукты газовыделения полимерных конструкционных и декоративно-отделочных материалов, применяемых при конструировании внутреннего оборудования космических кораблей. При исследовании более 200 синтетических материалов было идентифицировано и количественно определено около 70 различных химических соединений, имеющихся в составе продуктов газовыделения этих материалов. Среди них обнаружены такие токсичные вещества, как окись углерода, эпихлоргидрин, цианистый и фтористый водород, акрилонитрил и некоторые другие. Надо отметить, что интенсивность выделения летучих веществ из полимерных материалов в значительной мере зависит от условий их эксплуатации и параметров окружающей среды. Так, при изменении удельной «насыщенности» материалов в герметичном объеме и воздействии повышенных температур обнаруживается экспоненциальная зависимость увеличения концентрации выделяемых веществ от этих факторов.

Как уже упоминалось выше, одним из существенных факторов обитаемости  кабины космического корабля является постоянный (примерно на порядок превышающий земной) фон космической радиации, который при возникновении солнечных вспышек может существенно увеличиваться. Не останавливаясь на непосредственном влиянии ионизирующей радиации на организм космонавта, упомянем еще об одной из возникающих при этом проблем. Оказалось, что повышенный фон ионизирующей радиации приводит к заметному возрастанию концентрации аэроионов (по расчетам, концентрация их увеличивается примерно на два–три порядка), к появлению озона и окислов азота. Таким образом, не исключена возможность возникновения заметных сдвигов в изотопном составе кислорода и азота. А эти сдвиги могут постепенно возрастать по мере увеличения длительности космического полета.

Кроме того, с достаточным  основанием можно предполагать, что  под действием космической радиации различные химические микропримеси, загрязняющие воздушную среду кабины космического корабля, могут переходить в ионизированное состояние, что  приводит к возрастанию их химической активности. Это, с одной стороны, увеличивает непосредственный токсический  эффект действия микропримесей, а с  другой – приводит к возникновению  благоприятных условий для осуществления  ионно-молекулярных реакций, и вследствие этого в воздушной среде могут  появиться новые химические соединения, также обладающие высокой токсичностью.

Отмеченные выше проблемы требуют самого серьезного внимания, и поиски их решения возможны по крайней мере в двух направлениях. При конструировании пилотируемых космических объектов и, в частности, систем, предназначенных для обеспечения наиболее благоприятных условий обитания, следует, во-первых, использовать высокоэффективные системы очистки воздуха от всего комплекса вредных газообразных примесей и, во-вторых, осуществлять надежный контроль за содержанием отдельных, наиболее значимых в санитарном отношении химических соединений в воздушной среде кабины космического корабля. Решение последней задачи требует дополнительных физиолого-гигиенических и санитарно-химических исследований как в наземных условиях, так и непосредственно во время космического полета.

При осуществлении длительных космических полетов возникают  реальные возможности для изменения  микрофлоры среды обитания космического корабля и аутомикрофлоры космонавтов. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что в условиях герметично замкнутой кабины процессы удаления и рециркуляции микробов значительно изменяются по сравнению с наземными условиями. С другой стороны, длительное пребывание человека в этих условиях при одновременном воздействии ряда неблагоприятных факторов космического полета может привести к ослаблению защитных сил человеческого организма и повышению восприимчивости к возбудителям инфекций, в том числе и к представителям собственной флоры. В этой связи разработка микробиологических и иммунологических вопросов применительно к условиям длительных космических полетов имеет не только общефизиологическое, но и большое эпидемиологическое значение.

К настоящему времени накопилось достаточно данных, свидетельствующих  об изменении микробной флоры  среды обитания и о сдвигах  в составе аутофлоры и иммунореактивности организма в условиях длительного пребывания людей в герметично замкнутом объеме. Эти данные получены как во время «камерных» экспериментов, так и в условиях космических полетов.

Было установлено, что  в условиях пребывания человека в  герметично замкнутом помещении  ограниченного объема, имитирующем  кабину космического корабля, происходит нарастание количества микроорганизмов  в воздушной среде, а также  на кожных покровах и слизистых оболочках  испытателей. При этом (наблюдаются не только количественные сдвиги в составе микрофлоры, но и увеличение числа микроорганизмов, обладающих патогенными признаками. Это выражалось в повышении количества гемолитических форм микробов и в увеличении числа стафилококков, обладающих признаками, свойственными патогенным штаммам (продукция гемолизинов, плазмокоагулазы, гиалоронидазы, фибринолизина, лецитиназы).

Изменения микрофлоры воздушной  среды, аутофлоры и иммунореактивности организма находятся в зависимости от условий обитания и продолжительности действия различных факторов среды, а также от режима труда и отдыха испытателей.

Следует подчеркнуть, что  в замкнутой кабине космического корабля не исключена возможность  активации микробов аутофлоры человека, поскольку условия благоприятствуют этому размножению. Экспериментальные данные подтверждают эти предположения. Так, было показано, что у штаммов стафилококка одного и того же фаготипа, обнаруженных у испытателей, участвовавших в годовом медико-техническом эксперименте, наблюдалось отчетливое повышение токсигенности и появление дополнительных патогенных признаков (продуцирование бета-гемолизинов и фибринолизина).

Был также установлен взаимообмен  микроорганизмами между людьми в  условиях пребывания их в герметично замкнутом объеме. Эти данные могут  иметь определенное эпидемиологическое значение в условиях длительного  космического полета.

Суммируя результаты исследований, полученные в многочисленных «камерных» экспериментах и непосредственно  во время орбитальных космических  полетов, следует отметить, что возможное  распространение инфекционного  начала через воздух при длительном пребывании группы людей в герметичной  кабине, по-видимому, обладает рядом  особенностей. В первую очередь это  вызвано своеобразием видовой структуры  и качественного состава аэропланктона, наличием коррелятивной зависимости между состоянием микрофлоры воздушной среды и аутомикрофлоры покровных тканей человека.

Существенное место в  этой проблеме принадлежит микрофлоре внутренних поверхностей герметичной  кабины. В результате санитарно-бактериологических исследований было установлено, что  в герметичном помещении на внутренних поверхностях происходит интенсивное  накопление микроорганизмов. Микрофлора этих поверхностей состоит из условно  патогенных представителей аутомикрофлоры человека, главным образом, стафилококков и дифтероидов. В значительном количестве на поверхностях обнаруживаются микроорганизмы кишечной палочки, которые также являются постоянными обитателями организма человека.

Выживаемость отдельных  представителей аутомикрофлоры человека на внутренних поверхностях герметичного помещения различна. Дифтероиды способны сохраняться на поверхностях не более ГО суток. Высокой выживаемостью (свыше месяца) обладают в этих условиях представители стафилококковой флоры, в том числе формы, обладающие отдельными признаками патогенности.

Таким образом, было установлено, что внутренние поверхности являются основным резервуаром сохранения потенциально патогенных микроорганизмов, в связи с чем возрастает их значение как фактора передачи инфекционного начала в условиях герметично замкнутых помещений. Исходя из этого, при разработке комплекса противоэпидемических мероприятий необходимо уделять особое внимание поиску средств, направленных на снижение микробного загрязнения внутренних поверхностей герметичного помещения.

В эпидемиологической практике в этих целях широко используются химические дезинфицирующие средства. Однако, учитывая условия обитания в герметично изолированных помещениях, к этим веществам должны быть предъявлены  специфические требования. Дезинфицирующие средства должны обеспечивать достаточный обеззараживающий эффект, не оказывать токсического действия на организм человека при длительном применении в условиях герметичного помещения малого объема, не влиять на работу систем жизнеобеспечения и другого оборудования.

Перечисленные требования не дают возможности рекомендовать  большинство известных химических дезинфицирующих средств для их использования при длительном пребывании людей в герметичном помещении. В этом отношении определенным преимуществом обладают водные растворы перекиси водорода при концентрации 3 – 6%. Однако во время годового медико-технического эксперимента было установлено, что применение 3%-ных водных растворов перекиси водорода сопровождается раздражением конъюнктивы глаз и слизистых оболочек верхних дыхательных путей испытателей. В связи с этим были проведены исследования по оценке возможности использования в герметичных помещениях 1%-ного водного раствора перекиси водорода. Экспериментальные данные показали достаточно высокую дезинфицирующую способность этого средства в отношении основных условно патогенных представителей аутомикрофлоры человека. В то же время при длительном (до 6 месяцев) применении этого средства для дезинфекции поверхностей не было выявлено его токсического действия на организм испытателей и не отмечались нарушения работы систем жизнеобеспечения и другого оборудования.

К факторам, способным оказать  значительное влияние на формирование микробной флоры в среде обитания кабины космического корабля, следует  отнести отсутствие или понижение  силы тяжести, а также космическую  ионизирующую радиацию. Предположительный  характер изменений при действии указанных факторов может быть рассмотрен на примере формирования бактериального аэрозоля.

В настоящее время имеются  данные (в основном теоретического характера) о том, что частицы  бактериального аэрозоля в условиях отсутствия силы тяжести будут проявлять  тенденцию к слипанию и образованию  более крупных агрегатов. Одной  из причин, способствующих агрегации  частиц в воздухе космического объекта, по-видимому, является и наличие  большого числа ядер конденсации, которые, вероятно, будут образовываться более  интенсивно за счет повышенного уровня космической радиации. Основанием для  такого вывода служат данные, свидетельствующие  о том, что облучение воздуха  рентгеновскими лучами, альфа- и бета-излучением приводит к образованию значительного количества ядер конденсации, содержание которых находится в прямой зависимости от дозы облучения.

Увеличение числа частиц, имеющих более крупные размеры, может приводить к повышению  инфицирующей дозы и благоприятствовать передаче условно патогенных микроорганизмов.

Все это указывает на то, что разработка эффективных средств, позволяющих снижать количество микроорганизмов в воздушной  среде, является одной из важнейших  задач в космической медицине, и ее решение имеет самое непосредственное отношение к проблеме создания благоприятных  условий обитания для длительно  действующих космических объектов.

В этой статье были рассмотрены  лишь некоторые аспекты обитаемости  космических кораблей. Но уже на приведенных здесь примерах можно  понять всю сложность и важность решения всей проблемы.

Защита экипажей от ионизирующей радиации

Е. Е. КОВАЛЕВ,

доктор технических наук

В процессе длительного полета космонавтов Ю. В. Романенко и  Г. М. Гречко на станции «Салют-6»  был выполнен широкий круг важных научно-технических исследований и  экспериментов. Ряд из них позволяет  принципиально по-новому решить сложные  проблемы обеспечения безопасности и жизнедеятельности космонавтов  в космическом пространстве. И  важнейшей из них с этой точки  зрения была успешная стыковка со станцией одновременно двух пилотируемых кораблей, проведенная дважды.

С вводом в эксплуатацию космического транспортного грузового  корабля «Прогресс» практически  была решена проблема транспортно-грузовых операций на трассе Земля–орбита, необходимых  для обеспечения возрастающей длительности полетов человека на орбитальных  станциях.