Содержание
В космическом полете организм человека подвергается действию следующих факторов: 1) невесомость; 2) перегрузки в результаты ускорения; 2) эмоциональный стресс. Помимо перечисленных свое негативное действие оказывают: 1) изоляция; 2) особенности микроклимата космического корабля;
3) шум; 4) вибрация; 5) особый суточный ритм.
Невесомость возникает при отсутствии влияния на человека гравитации. При невесомости наблюдаются: 1) изменения кровообращения; 2) изменения водно-электролитного обмена; 3) изменения в опорно-двигательном аппарате; 4) изменения в системе крови.
Изменения кровообращения: 1) возрастание ОЦК в результате уменьшения фильтрации жидкости и повышения ее реабсорбции в венозном участке русла; 2) кровенаполнение верхней половины тела вследствие облегчения притока крови из нижней половины тела в верхнюю и затруднении оттока крови из мозговых вен при отсутствии гравитации. Это приводит к увеличению кровенаполнения сосудов головы, отечности лица, ощущению распирания головы.
3) изменение сердечной активности в результате нарушения нормального кровенаполнения полостей сердца, изменения фаз сердечного цикла.
Изменения водно-электролитного обмена: 1) уменьшение содержания жидкости в тканях; 2) увеличение содержания натрия и снижение калия в мышцах. Эти изменения связаны с изменением продукции гормонов: уменьшением секреции АДГ, ренина, альдостерона, а также увеличением почечного кровотока, возрастанием клубочковой фильтрации и уменьшением реабсорбции.
Нарушения в опорно-двигательном аппарате: 1) выход кальция из костной ткани приводит к распаду белка в костях, вымыванию фосфора и развитию остеопороза; 2) снижение мышечного тонуса, обменные нарушения в мышечной ткани, атрофия мышц; 3) нарушения движения. Эти изменения связаны с отсутствием нагрузки на кости и мышцы в условиях невесомости. Постоянные тренировки позволяют уменьшить негативное влияние невесомости на опорно-двигательный аппарат.
После космического полета наблюдается снижение гематокрита. Это объясняется более быстрым восстановлением объема плазмы после снижения ОЦК в условиях невесомости. При длительных космических полетах нарушается иммунологическая реактивность организма, связанная, в первую очередь, с угнетением активности Т-лимфоцитов, и возрастает вероятность инфекционных заболеваний.
В начале и в конце полета человек подвержен действию ускорений и перегрузок. Величину перегрузки выражают в относительных числах, которые показывают, во сколько раз увеличивается вес человека при том или ином ускорении. В условиях космического полета возникают ускорения различной направленности. По отношению к организму человека различают: 1) продольные положительные – от головы к ногам; 2) продольные отрицательные – от ног к голове; 3) поперечные положительные – от груди к спине; 4) поперечные отрицательные – от спины к груди; 5) боковые положительные – справа налево;
6) боковые отрицательные – слева направо (рис.10).
Основное повреждающее действие ускорений связано с перемещением больших масс крови в направлении действия ускорения, что сопровождается переполнением одних органов и обескровливанием других. При этом изменяются сердечный выброс и венозный возврат, возникают рефлекторные влияния с барорецепторов, что оказывает существенное влияние на сосудистый тонус и функцию миокарда.
Наиболее тяжело переносятся человеком продольные перегрузки. При положительном продольном ускорении кровь перемещается из верхней половины тела в нижнюю, что приводит к уменьшению венозного возврата и сердечного выброса, гипотензии, снижению мозгового кровотока. Падение АД вызывает активацию барорецепторов синокаротидных зон, что приводит к тахикардии и аритмии. При отрицательном продольном ускорении происходит переполнение кровью сосудов верхней половины тела и, прежде всего, мозговых. При этом повышается АД, что вызывает замедление сердечной деятельности. Возможны также кровоизлияния.
Легче человеком переносятся поперечные перегрузки. При высоких поперечных перегрузках возможны: 1) нарушения кровообращения в малом круге, приводящее к нарушению оксигенации крови, 2) сжатие отдельных участков легочной ткани.
Переносимость перегрузок зависит от: 1) уровня тренированности; 2) положения тела; 3) скорости нарастания перегрузки; 4) направления и длительности действия ускорения.
Человек впервые полетел в космос в 1961 году, но даже полвека спустя нет точных ответов на вопросы о том, как именно космический полет и продолжительное пребывание в условиях минимальной гравитации или невесомости влияет на человеческое тело.
В новом исследовании ученые решили изучить изменения в теле космонавтов чуть глубже, практически на молекулярном уровне.
Необратимые изменения
Изучение состояния здоровья космонавтов после продолжительного пребывания в космосе показало, что есть ряд изменений, которые сильно влияют на их здоровье как во время полета, так и после. Многие космонавты после определенного периода времени, проведенного в невесомости, не могут вернуть свои прежние показатели физической подготовки.
Все потому, что условия микрогравитации напрягают человеческий организм и приводят к его ослаблению. Например, ослабевает сердце из-за потери массы, так как в невесомости кровь распределяется по-другому и сердце бьется медленнее.
Кроме того, снижается плотность костной массы, из-за того что на тело не влияет земная гравитация. Изменения костной массы наблюдаются уже в первые две недели в невесомости, а после длительного пребывания в космосе восстановить прежнее состояние ткани практически невозможно.
Особенно сильны изменения в иммунной системе организма и в процессе метаболизма.
Иммунная система
Иммунитет страдает от того, что невесомость — крайне новое для человека состояние в плане эволюционного развития. На протяжении сотен тысяч лет люди не сталкивались с условиями микрогравитации и оказались крайне генетически неподготовленными к ним.
Из-за этого иммунная система воспринимает невесомость как угрозу всему организму в целом и старается задействовать все возможные защитные механизмы сразу.
Кроме того, в условиях изоляции от привычных условий человеческий организм сталкивается с минимальным количеством бактерий, вирусов и микробов, что тоже негативно сказывается на иммунитете.
Метаболизм
Изменение метаболизма происходит по ряду причин. Во-первых, снижается выносливость организма и теряется мышечная масса из-за отсутствия физических нагрузок, к которым организм привык в условиях гравитации.
Во-вторых, из-за снижения выносливости и аэробных нагрузок организм потребляет меньше кислорода и расщепляет меньше жиров.
В-третьих, из-за изменений в кардиоваскулярной системе меньше кислорода поступает в мышцы через кровь.
Все это говорит о том, что человеческое тело проходит сложный период адаптации к условиям длительного пребывания в космосе. Однако как именно и из-за чего происходят изменения в организме?
Изучение состава крови
Изучение состояния космонавтов до, во время и после космических миссий показало, что происходят изменения в иммунной системе, мышечном тонусе, процессах обмена веществ и регулирования температуры тела, однако ученым до сих пор непонятны механизмы, стимулирующие эти изменения.
В новом отчете, опубликованном в журнале Scientific Reports, канадские и российские ученые пришли к выводу, что ответ на этот вопрос можно найти, изучая одну из основных составных частей нашего организма — белки.
Оказывается, полет в космос снижает содержание различных белковых групп в человеческом организме. Некоторые из них быстро приходят в норму, а вот другим прийти к предполетному состоянию оказывается гораздо сложнее.
Ход исследования
Чтобы изучить эффект, оказываемый длительным пребыванием на орбите в условиях микрогравитации, на содержание белков в крови, ученые изучили плазму крови 18 российских космонавтов, побывавших в долговременных миссиях на Международной космической станции.
Первый образец плазмы был собран за месяц до полета, второй образец — сразу после приземления, а заключительный образец — через неделю после завершения миссии.
В определенных случаях космонавты сами брали и изучали образцы будучи на МКС, чтобы предоставить более точные показатели того, как изменяется содержание определенных белков в их крови.
Результаты
Всего 24 % из проанализированных белковых групп были найдены в более низком содержании сразу после приземления на Землю и по прошествии семи дней.
Содержание определенных групп белков оказалось низким сразу после приземления, но быстро пришло в норму в течение недели.
Выводы
Изучение разницы в сожержании белков в крови является одним из способов, с помощью которых можно объяснить некоторые изменения, происходящие в организме космонавта, пребывающего в невесомости долгое время.
Например, авторы исследования пришли к выводу, что практически все 24 % белков, концентрация которых изменилась во время пребывания в космосе, были связаны всего с несколькими процессами работы организма, такими как жировой обмен, свертывание крови и иммунитет.
Экипаж первой основной экспедиции на Международной космической станции (МКС-1). Слева направо: Юрий Гидзенко (пилот), Уильям Шеперд (командир), Сергей Крикалёв (бортинженер).
Учёные из России и Канады в совместном исследовании проанализировали влияние условий космического полёта на белковый состав крови у 18 космонавтов. Результаты исследования выявили, что при полётах в космос в организме человека происходят серьёзные изменения на уровне клеток, тканей и органов, помогающие приспособиться к новым условиям. Инициатором исследования является профессор Сколтеха и МФТИ Евгений Николаев.
Влияние полётов в космос на организм человека активно изучается с середины двадцатого века. Хорошо известно, что факторы космического полёта оказывают воздействие на обмен веществ, терморегуляцию, сердечные биоритмы, работу мышц, дыхательную систему и многие другие функции организма человека. Тем не менее молекулярные механизмы, лежащие в основе этого влияния, до сих пор оставались загадкой для учёных и врачей.
Белки – главные игроки в процессах адаптации организма к тем или иным условиям, поэтому специалисты решили обратиться именно к ним. Для того чтобы более подробно изучить влияние невесомости на физиологию человека, учёные проанализировали концентрации 125 белков в плазме крови 18 космонавтов из России, которые находились на Международной космической станции продолжительное время. Космонавты сдавали анализы за 30 дней до полёта, сразу после возвращения на Землю и через 7 дней после возвращения.
Концентрации белков, выбранных учёными, измерялись с помощью метода масс-спектрометрии – технологии, позволяющей проводить идентификацию (определять, что за молекула) и количественный анализ той или иной смеси веществ (количество молекул определённого типа в смеси).
В результате исследования были обнаружены белки, чьи концентрации остаются неизменными, белки, чьи концентрации меняются, но быстро возвращаются к своему обычному уровню, а также те белки, содержание которых в крови восстанавливается очень медленно после возвращения космонавта на Землю.
"Для исследования был взят неслучайный набор белков. Исследованные белки – набор биомаркеров, использующихся для выявления неинфекционных заболеваний человека. Результаты показали, что в условиях невесомости иммунная система ведёт себя как при болезни, потому что организм человека не понимает, что ему делать, и включает всевозможные системы защиты. В нашей работе впервые была использована количественная протеомика (наука о белках — прим.ред.) для таких целей, то есть определялось не только наличие белка, но и его количество. Мы планируем использовать более таргетный подход в будущем, чтобы найти больше специфических белков, отвечающих за изменения в организме человека в условиях невесомости; для этого космонавтам придётся сдавать кровь прямо на орбите", – рассказывает профессор Николаев.
Изменения, которым подвергается организм человека во время космического полёта, очень интересны, потому что к ним нас не подготовила эволюция. Совершенно неизвестно, есть ли у человека механизмы, позволяющие быстро приспосабливаться к абсолютно новым условиям существования.
Результаты, полученные в данном исследовании, показывают, что, скорее всего, таких механизмов нет, так как при полёте в космос процессам адаптации к новым условиям подвергаются все ключевые типы клеток, органов и тканей в организме человека, то есть организм не знает, что делать, и потому пытается делать всё и сразу.
Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Scientific Reports.
Добавим, что ранее исследователи установили: космические миссии делают сердца астронавтов сферическими, а невесомость, помимо прочего, отрицательно воздействует на гены. К слову, изучить влияние космоса на ДНК человека помогло также исследование астронавтов-близнецов.
Специалистов также волнует здоровье будущих покорителей Красной планеты. Ранее было доказано, что полёт к Марсу повлияет на возраст иммунной системы, кроме того, будущих колонизаторов, вероятно, ожидают потеря памяти, слабоумие и депрессия.
