Влияние геомагнитных возмущений на функциональное состояние человека в условиях космического полета

Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение 
          Высшего Профессионального Образования 
          Волгоградский государственный медицинский университет 
          Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра патологической физиологии

Самостоятельная работа студента на тему:

«Влияние геомагнитных возмущений на

функциональное состояние человека

в условиях космического полета»

 

 

 

 

                                                                                  Выполнила:

                                                                Студентка III курса

лечебного факультета  
                                                                               19 группы

                                                                                          Обухова Светлана

                                                                                           Проверила:

                                                                                                                            Филоненко О. С.                                                                 

 

Волгоград, 2013

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………...3

Интенсивность геомагнитных бурь………………………………………………..4

Влияние магнитных бурь на человека……………………………………………..5

Гравитационная  патофизиология………………………………………………….5

Список литературы………………………………………………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Геомагнитная  буря — возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток.

Наряду с  суббурями, геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущённых потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли. Геомагнитные бури являются проявлением возмущения кольцевого тока Земли, постоянно существующего в области радиационных поясов Земли. Это явление является одним из важнейших элементов солнечно-земной физики и её практической части, обычно обозначаемой термином «Космическая погода».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интенсивность геомагнитных бурь

Геомагнитные  бури имеют несимметричный по времени  характер развития: в среднем фаза нарастания возмущения (главная фаза бури) составляет около 7 часов, а фаза возвращения к исходному состоянию (фаза восстановления) – около 3 суток.

Интенсивность геомагнитной бури обычно описывается  индексами Dst и Kp. С ростом интенсивности  бури индекс Dst уменьшается. Так, умеренные  бури характеризуются Dst от −50 до −100 нТл, сильные — от −100 до −200 нТл и экстремальные — ниже −200 нТл.

Следует отметить, что во время магнитной бури возмущения магнитного поля на поверхности Земли  имеют величину менее или порядка 1 % от величины стационарного геомагнитного поля, так как последнее варьируется от 0,34 э у экватора до 0,66 э у полюсов Земли, то есть приблизительно равно (30-70)×103 нТл.

K-индекс —  это отклонение магнитного поля  Земли от нормы в течение  трехчасового интервала. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени.

Kp-индекс —  это планетарный индекс. Kp вычисляется  как среднее значение К-индексов, определенных на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

G-индекс —  пятибалльная шкала силы магнитных  бурь, которая была введена Национальным  управлением океанических и атмосферных  исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т.д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 — Kp=6, G5 — Kp=9.

Влияние магнитных бурь на человека

Геомагнитные  бури являются одним из важнейших  элементов космической погоды и влияют на многие области деятельности человека, из которых можно выделить нарушение связи, систем навигации космических кораблей, возникновения поверхностных зарядов на трансформаторах и трубопроводах и даже разрушение энергетических систем. Было установлено, что нарушения телефонной связи происходят во время магнитных бурь.

Большинство людей  никак не реагируют на спокойную  геомагнитную обстановку, но на магнитные бури реагируют сходно и массово от 50 до 75% населения земного шара. Момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для различных бурь для конкретного человека. Обращает на себя внимание, что многие люди начинают реагировать не на сами магнитные бури, а за 1 — 2 дня до них, то есть в момент вспышек на самом Солнце.

 По некоторым оценкам, 50% населения способна к адаптации, то есть к уменьшению до нуля реакции на подряд идущие друг за другом несколько магнитных бурь с интервалом 6 — 7 дней.

Основная опасность  магнитных бурь в том, что ритмичные  изменения геомагнитного поля происходят в диапазоне 0,5–2 Гц. Именно с такой частотой бьется наше сердце. Наложение солнечного ритма на человеческий организм может привести к плачевным последствиям — от приступа аритмии до инфаркта. Особенно у сердечников.

Справедливости  ради следует отметить, что далеко не все магнитные бури сопровождаются подобной микропульсацией, а в лучшем случае половина. Тем не менее, в такие неблагоприятные дни лучше не подвергать себя дополнительным нагрузкам.

ДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА.

 ГРАВИТАЦИОННАЯ ПАТОФИЗИОЛОГИЯ

К факторам, оказывающим  наиболее существенное влияние на состояние  организма человека в космических полетах, относятся: 1) ускорения и вызываемые ими перегрузки на активных участках полета (при взлете космического корабля и во время спуска); 2) невесомость; 3) стрессорные воздействия, в частности эмоциональные.

Кроме того, на состояние  космонавтов оказывают влияние  изменения ритма суточной периодики, в различной степени выраженная сенсорная изоляция, замкнутая среда обитания с особенностями микроклимата, периодически некоторая запыленность искусственной атмосферы космического корабля, шум, вибрация и т.д. Воздействие ионизирующей радиации учитывается при обеспечении космических кораблей радиационной защитой, при планировании выходов человека в открытый космос.

Ускорения, перегрузки. Ускорения  выражены в начале полета при взлете космического корабля и в конце полета при спуске корабля с орбиты (вхождение в плотные слои атмосферы и приземление).

В авиационной и космической  медицине перегрузки различают по ряду показателей, в том числе по величине и длительности.

Значительные по величине перегрузки обусловливают перераспределение  массы крови в сосудистом русле, нарушение оттока лимфы, смещение органов и мягких тканей, что в первую очередь отражается на кровообращении, дыхании, состоянии центральной нервной системы. Перемещение значительной массы крови сопровождается переполнением сосудов одних регионов организма и обескровливанием других. Соответственно изменяются возврат крови к сердцу и величина сердечного выброса, реализуются рефлексы с барорецепторных зон, принимающих участие в регуляции работы сердца и тонуса сосудов. Здоровый человек наиболее легко переносит поперечные положительные перегрузки (в направлении грудь-спина). Большинство здоровых лиц свободно переносят в течение одной минуты равномерные перегрузки в этом направлении величиной до 6-8 единиц. При кратковременных пиковых перегрузках их переносимость значительно возрастает.

При поперечных перегрузках, превышающих предел индивидуальной переносимости, нарушается функция внешнего дыхания, изменяется кровообращение в сосудах легких, резко учащаются сокращения сердца. При возрастании величины поперечных перегрузок возможно механическое сжатие отдельных участков легких, нарушение кровообращения в малом круге, снижение оксигенации крови. При этом в связи с углублением гипоксии учащение сокращений сердца сменяется замедлением.

Более тяжело по сравнению  с поперечными переносятся продольные перегрузки. При положительных продольных перегрузках (в направлении от головы к ногам) затрудняется возврат крови к сердцу, уменьшается кровенаполнение полостей сердца и, соответственно, сердечный выброс, снижается кровенаполнение сосудов краниальных отделов тела и головного мозга. На снижение артериального давления в сонных артериях реагирует рецепторный аппарат синокаротидных зон. В результате возникает тахикардия, в ряде случаев появляются нарушения ритма сердца. При превышении предела индивидуальной устойчивости наблюдаются выраженные аритмии сердца, нарушения зрения в виде пелены, нарушения дыхания, появляются боли в эпигастральной области. Переносимость продольных положительных перегрузок в большинстве случаев находится в пределах 4-5 единиц. Однако уже при перегрузке в 3 единицы в некоторых случаях возникают выраженные аритмии сердца.

Еще более тяжело переносятся  продольные отрицательные перегрузки (в направлении ноги - голова). В  этих случаях происходит переполнение кровью сосудов головы. Повышение  артериального давления в области  рефлексогенных зон сонных артерий вызывает рефлекторное замедление сокращений сердца. При этом виде перегрузок аритмии сердца в некоторых случаях отмечены уже при ускорениях величиной 2 единицы, а продолжительная асистолия- при ускорении величиной 3 единицы. При превышении пределов индивидуальной устойчивости возникают, головная боль, расстройства зрения в виде пелены перед глазами, аритмии сердца, нарушается дыхание, возникает предобморочное состояние, а затем происходит потеря сознания.

Переносимость перегрузок зависит  от многих условий, включая величину, направление и длительность ускорений, характер их нарастания, положение тела человека и его фиксацию, тренированность, индивидуальную реактивность и т. д. Условия полетов современных космических кораблей, оптимальное положение космонавта по отношению к вектору ускорений позволяют избегать неблагоприятных влияний перегрузок, однако их воздействие возрастает в аварийных ситуациях и при так называемых внештатных условиях посадки.

Невесомость. Состояние  невесомости возникает в определенных условиях. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Состояние невесомости может возникнуть в различных ситуациях, в частности, когда в космическом пространстве в связи с большой удаленностью от Земли тело практически не испытывает земного притяжения или когда сила земного притяжения уравновешивается притяжением других небесных тел (статическая невесомость). В других случаях невесомость возникает в условиях, когда действие силы земного притяжения (снижение в связи с удаленностью от Земли) уравновешивается противоположно направленными центробежными силами (динамическая невесомость).

В орбитальном космическом  полете тела движутся в основном под  влиянием инерционной силы (за исключением  непродолжительных периодов времени  работы реактивных двигателей для коррекции траектории полета). В орбитальном полете инерционная сила уравновешивается силой притяжения Земли. Это определяет состояние невесомости космического корабля и всех движущихся с ним объектов. Невесомость обозначают также как состояние «нулевой гравитации». В невесомости организм, освободившись от действия гравитации, должен приспособиться к новым необычным условиям, что определяет сложный многозвеньевой адаптационный процесс. В связи с нулевой гравитацией в невесомости сразу исчезает механическое напряжение и сдавливание структур тела в той мере, в которой это было обусловлено его весом, и соответственно изменяется нагрузка на опорно-двигательный аппарат: исчезает вес крови и, следовательно, гидростатическое давление жидкости в кровеносных сосудах; возникают условия для существенного перераспределения крови в сосудистом русле и жидкости в организме; исчезает ощущение опоры; меняются условия функционирования реагирующих на направление силы тяжести анализаторных систем; происходит рассогласование деятельности различных отделов вестибулярного анализатора. Этими изменениями определяются многие взаимосвязанные отклонения в состоянии функциональных систем, сопровождающиеся развитием адаптационных процессов, которые протекают на различных уровнях целостного организма со сменой причинно-следственных отношений.

Изменения кровообращения в невесомости обусловлены несколькими факторами. В условиях земной гравитации транспорт жидкости через стенки капилляров согласно уравнению Старлинга определяется соотношениями гидростатического и коллоидно-осмотического давления в капиллярах и окружающих их тканях. При этом во многих регионах организма, по мере того как гидростатическое давление снижается по направлению от артериального конца капилляра к венозному, фильтрация жидкости из сосудов в ткани сменяется ее реабсорбцией из тканей в сосуды. Соответственно изменяются фильтрационно-реабсорбционные соотношения на микроциркуляторном уровне. Это проявляется в возрастании абсорбции жидкости на уровне капилляров и венул и является одним из факторов, вызывающих в начале полета возрастание объема циркулирующей крови и обезвоживание тканей определенных регионов организма. Высота столба жидкости перестает оказывать влияние на давление и в мелких и в крупных кровеносных сосудах. В условиях невесомости оно зависит от нагнетательной и присасывающей функций сердца, упруговязких свойств стенок сосудов и давления окружающих тканей.