Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

основная общеобразовательная школа №8

Областной конкурс «Космонавтика»

Номинация «Космическая биология и медицина»

«Человек и космос: биологические и медицинские исследования в космосе»

Работу выполнила

Виниченко Наталья Васильевна

учитель математики и физики

город Донецк Ростовской области

2016 год.

Введение 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.

Актуальность темы довольно большая в наш современный и стремительный XXI век.

Тема «Медицинские и биологические исследований в космосе» нас заинтересовала и мы решили сделать исследовательскую работу на эту тему.

2016 год является юбилейным – 55 лет со дня первого человеческого полета в космос. С глубокой древности человека манило и привлекало к себе звёздное небо. Мечта о создании летательных аппаратов нашла своё отражение в мифах, легендах и сказаниях практически всех народов мира. Человеку очень хотелось летать. Сначала он решил сделать себе крылья, как у птицы. Забирался повыше в горы и прыгал с такими крыльями вниз. Но в результате только ломал руки, ноги, однако это не заставило человека отказаться от своей мечты. И он придумал металлическую птицу с неподвижными крыльями и назвал её самолёт. Прошли годы, развивалась современная авиация. Её развитие - целая история с множеством прекрасных и очень интересных страниц науки. Во все концы Земли идут экспедиции. Учёные ищут, находят и вновь исследуют неведомое, чтобы отдать его людям. Проникнув в космос, люди открыли не просто новое пространство, открыт огромный, необычный мир, подобный неизведанному материку. Уникальные условия - вакуум, невесомость, низкие температуры - создали новые отрасли науки и производства.

Наш замечательный учёный К. Э. Циолковский говорил:

«…Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство».

Сейчас мы являемся свидетелями того, как сбываются пророческие слова учёного. Бурное развитие науки и техники сделало возможным выведение на околоземную орбиту в октябре 1957 года первого искусственного спутника Земли. В 1961 году человек впервые шагнул из своей «колыбели» в бескрайние просторы вселенной. А спустя четыре года вышел за порог космического корабля и взглянул на Землю, со стороны, через тонкое стекло скафандра. Так началась космическая эра человечества, началось освоение космоса, началось становление новой особой профессии - космонавт. Начало этой профессии было положено полётом первого космонавта планеты Ю. А. Гагарина.

Космонавт-это человек, который испытывает космическую технику и работает на ней в космосе.

Космонавт-это исследователь. Каждый день на орбите - это экспериментальная работа в космической лаборатории.

Космонавт исполняет роль биолога, проводя наблюдения за живыми организмами.

Космонавт-это медик, когда участвуют в медицинских исследованиях здоровья членов экипажа.

Космонавт-это строитель, монтажник.

Учёные убедились, что живые существа могут жить в невесомости. Путь в космос был открыт. А полёт Гагарина доказал, что человек может подняться в космос и невредимым вернуться на Землю.
Начало. Медико-биологические исследования в середине XX века.

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, а также испытывалась работа биотелеметрической аппаратуры и систем обеспечения жизнедеятельности космонавтов. Основное внимание уделялось изучению влияния на организм невесомости и космического излучения. Лайка (собака-космонавт) 1957 г. Р езультаты, полученные при проведении биологических экспериментов на ракетах, втором искусственном спутнике (1957 г.), вращаемых космических кораблях-спутниках (1960-1961 гг.), 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. Первый в мире биологический спутник с подопытным животным - собакой «Лайкой». Выведен на орбиту 03.11.1957 г. И находился там 5 месяцев. Спутник просуществовал на орбите до 14.04.1958 г. На спутнике имелось два радиопередатчика, телеметрическая система, программное устройство, научные приборы для исследования излучения Солнца и космических лучей, системы регенерации и терморегулирования для поддержания в кабине условий, необходимых для существования животного. Получены первые научные сведения о состоянии живого организма в условиях космического полета .

Мало кто знает, что перед тем как отправить в космос человека, проводились многочисленные эксперименты на животных с целью выявления воздействия на живой организм невесомости, радиации, длительного полета и других факторов. Первые полёты животные совершили в стратосферу. В первый полет на воздушном шаре человек отправил барана, петуха и утку. С 1951 г. по 1960 г. были проведены серии экспериментов по изучению реакции живого организма на перегрузки, вибрации и невесомость во время запусков геофизических ракет. Во второй серии запусков в 1954-1956 гг. на высоту 110 км целью экспериментов было опробование скафандров для животных в условиях разгерметизации кабины. Были проведены катапультирования животных в скафандрах: одной собаки – с высоты 75-86 км, второй – с высоты 39-46 км. Полёты с животными не прекращены и сегодня. Полеты в космос животных и сейчас дают массу полезной информации. Так, полет спутника «Бион-М» с разными живыми организмами на борту, длившийся один месяц, дал много материала для изучения воздействия радиации и длительной невесомости на жизнедеятельность организма.

Ес ли раньше учёных интересовало воздействие перегрузок и космической радиации на живые организмы, то теперь основное внимание уделяется работе нервной и иммунной систем. Не менее важно изучение влияния факторов космического полета на регенеративные и репродуктивные функции организма. Особенно интересна задача воссоздания полного цикла биологического воспроизводства в условиях невесомости. Почему? Рано или поздно, нас ждут поселения в космосе и сверхдальние полеты к другим звездам.

Но до того, как полеты в космос удались, 18 собак погибли при испытаниях. Их смерть не была бесполезной. Только благодаря животным полеты в космос стали возможны и человеку. А то, что космос необходим людям, сегодня не сомневается никто. Перед первым длительным полетом на 18 суток Николаева и Севастьянова в космос отправили собак Ветерка и Уголька на 22 дня. Интересно, что в космос всегда отправляли только дворняжек. Причина? Более сообразительны и выносливы, чем их породистые собратья. Вернулись из космоса Ветерок и Уголек совершенно голые. То есть без шерсти, которая осталась в плохо подогнанных скафандрах, о которые собаки все эти нескончаемые дни терлись. Показано, что основным экологическим фактором наблюдаемых в организме сдвигов в космических полетах является невесомость. Однако она не вызывает генных и хромосомных мутаций, механизм клеточного деления, как правило, не нарушается естествознания.

22 марта 1990 года перепеленок, пробивший скорлупу пестренького серо-коричневого яичка в специальном космическом инкубаторе, был первым живым существом, родившимся в космосе. Это была сенсация! Конечная цель опытов с японскими перепелами в невесомости - создание системы жизнеобеспечения экипажей космических кораблей во время сверх длительных межпланетных космических полетов. С грузовым кораблем на орбитальную станцию «Мир» отправился контейнер с 48 яичками перепела, который космонавты аккуратно поместили в космическое «гнездо». Ожидание было напряженным, но точно на 17-й день лопнуло на орбите первое пятнистое яичко. Новый космический житель массой всего 6 граммов проклюнул скорлупку. К радости биологов, то же произошло и в контрольном инкубаторе на Земле. За первым цыпленком появился второй, третий... Здоровенькие, шустрые, они хорошо реагировали на звук и свет, обладали клевательным рефлексом. Однако в космосе мало родиться, нужно приспособиться к его жестким условиям. Увы...

Перепелята не смогли адаптироваться к невесомости. Они, как пушинки, хаотически летали внутри каюты, не умея зацепиться за решетку. Из-за отсутствия фиксации тела в пространстве они не смогли самостоятельно кормиться и впоследствии погибли. Впрочем, 3 птенца вернулись на Землю, пережив еще и перелет обратно. Но, по словам биологов, в этом эксперименте было доказано главное - невесомость не оказалась непреодолимым препятствием для развития организма.

До полёта людей в космос в целях изучения биологического воздействия космических путешествий в орбитальные и суборбитальные полёты в космическое пространство запускали некоторых животных, в том числе наиболее близких к человеку по физиологии многочисленных обезьян. В процессе подготовки к полетам ученые выяснили, что обезьянки для полета в космосе осваивают задание всего за 2 месяца и действительно кое в чем превосходят людей. Например, в скорости реакции. На выполнение упражнения «тушение мишеней» обезьянке требовалось 19 минут. А человеку на то же задание - час! Испытания в процессе полетов ракет и первых искусственных спутников Земли открыли путь человеку в космос и во многом предопределили развитие пилотируемой космонавтики. Были обнаружены следующие изменения: инактивация клеток; появление генных и хромосомных мутаций; возникновение потенциальных повреждений, которые лишь спустя некоторое время реализуются в мутации; нарушения протекания митоза.

Все это указывает на то, что факторы космического полета способны вызывать весь объем генетических изменений в хромосомах. Достижения в области космической биологии и медицины внесли существенный вклад в решение проблем общей биологии и медицины. Большое влияние космическая биология оказала на экологию, в первую очередь экологию человека и изучение взаимосвязи процессов жизнедеятельности с абиотическими факторами окружающей среды. Работы по космической биологии ведутся на различных видах живых организмов, начиная с вирусов и кончая млекопитающими. Для исследований в космическом пространстве в СССР уже использовано свыше 56, а в США свыше 36 видов биологических объектов.

У этого биологического исследования долгая история, длившаяся последние 40 лет, где НАСА и Россия сотрудничают на протяжении всего этого времени, что довольно примечательно", сообщает Николь Рауль, руководитель части проекта НАСА. Пока проект находится в ведении Роскосмоса, международная группа ученых наблюдает за экспериментами миссии. Бион-М1 является первой миссией России, посвященной запуску животных в космос за 17 лет. Последняя миссия Бион отправила макак-резусов, гекконов и амфибий на орбиту на 15 дней в 1996 году.

Бион-М1 предназначен помочь ученым понять, как могут повлиять длительные полеты в космос на астронавтов. "Уникальная природа этой миссии в том, что это 30-дневная миссия. Большинство других миссий не отправляли на столь длительный срок животных в космос", сообщает Рауль. "Большое значение для нас является то, что мы получим данные для сравнения с уже имеющимися на сегодня» Один из экспериментов НАСА посвящен тому, как микрогравитация и излучение влияет на подвижность сперматозоидов у мышей. Если люди собираются посетить другие планеты во время длительных перелетов, важно понять, будут ли они в состоянии производить потомство в космосе. На некоторые миссии могут уйти десятилетия, поэтому космическое воспроизведение может быть необходимостью. Хотя один из ученых НАСА будет изучать подвижность сперматозоидов у мышей, нет никаких шансов, что животные будут спаривать во время полета, поэтому для этого путешествия были отобраны лишь самцы. Помимо научного аппарата «Бион-М» ракета «Союз-2.1а» выведет на орбиту шесть малых спутников, среди которых российский АИСТ, американский Dove-2, южнокорейский спутник G.O.D.Sat, немецкие BeeSat-2, Beesat-3 и SOMP.

В полете «Союза-13» исследовалось влияние факторов космического полета на развитие низших растений - хлореллы и ряски. Проводилось изучение особенностей развития двух видов микроорганизмов - водородных бактерий и уробактерий - в условиях невесомости и получение в результате эксперимента белковой массы для последующего анализа ее биохимического состава. Межпланетные перелеты могут стать реальностью, лишь когда будут созданы надежные системы жизнеобеспечения с замкнутым циклом. Выполненные эксперименты способствовали решению этой сложной проблемы. На борту «Союза-13» действовала замкнутая экологическая система «Оазис-2» - биолого-техническая система для культивирования некоторых видов микроорганизмов. Эта установка представляла собой два цилиндра, ферментеры для микроорганизмов, в которых находились жидкость и газ, переходивший из одного цилиндра в другой. В один из ферментеров помещались водородоокисляющие бактерии - микроорганизмы, использующиеся в качестве источника энергии для роста, в основном свободный водород, полученный в результате электролиза воды. В другом ферментере находились уробактерии, способные разлагать мочевину. Они поглощали кислород, образовавшийся в первом цилиндре, и выделяли углекислоту. В свою очередь, углекислота использовалась водородоокисляющими бактериями для синтеза биомассы. Таким образом действовала замкнутая система, происходило постоянное восстановление двух видов микроорганизмов Система полностью была изолирована от атмосферы корабля, но в принципе микроорганизмы с таким же успехом могли поглощать углекислоту из атмосферы кабины, а биомасса служить пищей для космонавтов. Пробы массы, отобранные членами экипажа, были доставлены на Землю для тщательного изучения. Биомасса микробной культуры в системе «Оазис-2» увеличилась за время полета более чем в 35 раз. Результаты этого эксперимента стали важным шагом для создания новых систем жизнеобеспечения.

1 этап биологических исследований .

В 1940-1950гг проводились полеты собак с целью изучения: Герметичности кабины. Методы катапультирования и парашютирования с большой высоты. Биологическое действие космического излучения

Вывод: Переносимость высокоорганизованных животных режимов ускорения при ракетном полете и в состоянии динамической невесомости до 20 минут

2 этап исследований. Длительный полет собаки Лайки на советском ИСЗ-2.

3 этап биологических исследований связан с созданием космических кораблей-спутников (ККС), позволивших резко расширить «экипаж» новых биологических объектов собаках, крысах, мышах, морских свинках, лягушках, мухах-дрозофилах, высших растениях (традесканция, семена пшеницы, гороха, лука, кукурузы, нигеллы, проростки растений в разных стадиях развития), на икре улитки, одноклеточных водорослях (хлорелла), культуре тканей человека и животных, бактериальных культурах, вирусах, фагах, некоторых ферментах.

программы исследований на трассе Земля - Луна - Земля

Исследования осуществлялись станций серии «3онд» с сентября 1968 по октябрь станций размещали черепах, дрозофил, лук репчатый, семена растений, разные штаммы хлореллы, кишечной палочки

Изучали влияние излучения ионизирующих излучений.

В результате большое число перестроек хромосом отмечалось у семян сосны, ячменя, увеличение числа мутантов - у хлореллы . Сальмонелла стала агрессивней. Комплекс экспериментов с различными биообъектами (семена, высшие растения, икра лягушек, микроорганизмы и т. д.) был проведён на советском ИСЗ «Космос-368» (1970).

В результате проведённых биологических исследований установлено, что человек может жить и работать в условиях космического полёта сравнительно продолжительное время.

Так как человечество собирается в относительно недалеком будущем все-таки начать колонизацию Луны и других космических тел нашей Солнечной системы, то, скорее всего, вы хотели бы узнать о тех рисках и проблемах со здоровьем, которые могут с определенной долей вероятности проявиться у космических колонистов?

Исследования показали 10 самых вероятных проблем со здоровьем, с которыми придется столкнуться (если мы их не решим до этого момента) пионерам эры человеческих космических колонизаций.

Проблемы с сердцем

Западное медицинское исследование и наблюдение за 12 астронавтами показало, что при продолжительном нахождении в условиях микрогравитации сердце человека на 9,4 процента сильнее приобретает сферическую форму, что в свою очередь может вызывать самые различные проблемы с его работой. Особенно актуальной эта проблема может стать при длительных космических путешествиях, например, к Марсу.

«Сердце в космосе работает совсем не так, как оно работает в условиях земной гравитации, что в свою очередь может привести к утрате его мышечной массы», - говорит доктор Джемс Томас из NASA.

«Все это повлечет за собой серьезные последствия после возвращения на Землю, поэтому в настоящий момент мы ищем возможные способы, которые позволят избежать или по крайней мере снизить эту потерю мышечной массы».

Специалисты отмечают, что после возвращения на Землю сердце обретает свою изначальную форму, однако никому не известно, как один из важнейших органов нашего организма поведет себя после долгих перелетов. Докторам уже известны случаи, когда вернувшиеся обратно астронавты испытывали головокружение и дезориентацию. В некоторых случаях отмечается резкое изменение в артериальном давлении (происходит его резкое снижение), особенно когда человек пытается встать на ноги. Помимо этого, у некоторых астронавтов во время миссий наблюдается аритмия (нарушение сердечного ритма).

Исследователи отмечают необходимость в разработке методов и правил, которые позволят путешественникам дальнего космоса избежать данные виды проблем. Как отмечается, такие методы и правила могли бы пригодиться не только космонавтам, но и обычным людям на Земле - испытывающим проблемы работы сердца, а также тем, кому прописан постельный режим.

В настоящий момент началась пятилетняя исследовательская программа, задачей которой будет определение уровня воздействия космоса на ускорение развития у космонавтов атеросклероза (болезнь кровеносных сосудов).

Недостаток сна и использование снотворных

Десятилетнее исследование показало, что последние недели перед запуском и во время начала космических миссий астронавты явно недосыпают. Среди опрошенных три из четырех признавались, что употребляли медицинские средства, которые помогали им уснуть, даже невзирая на то, что употребление подобных медикаментов могло быть опасным во время управления космическим аппаратом и при работе с другим оборудованием. Опаснее всего ситуация в таком случае могла бы оказаться тогда, когда астронавты принимали одно и то же лекарство и в одно и то же время. В таком случае в момент возникшей чрезвычайной ситуации, требующей экстренного решения, они могли бы ее просто проспать.

Несмотря на то, что NASA приписало каждому астронавту спать как минимум восемь с половиной часов в день, большинство из них каждодневно отдыхали всего около шести часов во время выполнения миссий. Серьезность такой нагрузки на организм усугублялась еще и тем, что в течение последних трех месяцев тренировок перед полетом люди ежедневно спали менее шести с половиной часов.

«Будущие миссии на Луну, Марс и дальше потребуют разработки более эффективных мер для решения вопросов нехватки сна и оптимизации производительности человека во время космического полета», - говорит старший исследователь данного вопроса доктор Чарльз Кзейлер.

«Эти меры могут включать изменения графика работ, которые будут выполняться с учетом воздействия на человека определенных световых волн, а также изменения в поведенческой стратегии экипажа для более комфортного входа в состояние сна, которое обязательно необходимо для восстановления здоровья, сил и хорошего настроения на следующий день».

Потеря слуха

Исследования показали, что еще со времен миссий космических шаттлов у некоторых астронавтов отмечались случаи временной значительной и менее значительной потери слуха. Отмечались они чаще всего при воздействии на людей высоких звуковых частот. У членов экипажа советской космической станции «Салют-7» и российского «Мира» также регистрировались незначительные или весьма значительные эффекты снижения слуха после возвращения на Землю. Опять же во всех этих случаях причиной частичной или полной временной потери слуха являлось воздействие высоких звуковых частот.

Экипажу Международной космической станции предписано каждодневное ношение беруш. Для снижения шума на борту МКС, помимо прочих мер, было предложено использование специальных звукоизоляционных прокладок внутри стен станции, а также установка более тихих вентиляторов.

Однако, помимо шумного фона, на потерю слуха могут влиять и другие факторы: например, состояние атмосферы внутри станции, повышение внутричерепного давления, а также повышенный уровень углекислого газа внутри станции.

В 2015 году NASA, с помощью экипажа МКС начал изучение возможных способов избегания эффектов потери слуха во время годичных миссий. Ученые хотят посмотреть, насколько долго можно избегать подобных эффектов, и выяснить приемлемый риск, связанный с потерей слуха. Ключевой задачей эксперимента будет определение того, как минимизировать потерю слуха полностью, а не только во время конкретно взятой космической миссии.

Камни в почках

У каждого десятого человека на Земле рано или поздно проявляется проблема камней в почках. Однако данный вопрос становится гораздо острее, когда речь заходит об астронавтах, потому как в условиях космоса кости организма начинают терять полезные вещества еще быстрее, чем на Земле. Внутрь организма выделяются соли (фосфат кальция), которые проникают через кровь и накапливаются в почках. Эти соли могут утрамбовываться и обретать форму камней. При этом размер этих камней может варьироваться от микроскопического до вполне себе серьезного - вплоть до размера с грецкий орех. Проблема заключается в том, что эти камни могут блокировать сосуды и другие потоки, которые питают орган или выводят из почек лишние вещества.

Для астронавтов риск развития почечных каменей опаснее тем, что в условия микрогравитации может снижаться объем крови внутри организма. Кроме того, многие астронавты не пьют по 2 литра жидкостей в день, которые, в свою очередь, могли бы обеспечить полную гидратацию их организма и не позволять камням застаиваться в почках, выводя их частички вместе с мочой.

Отмечается, что как минимум у 14 американских астронавтов развилась проблема с камнями в почках практически разу же после завершения их космических миссий. В 1982 году был зафиксирован случай острой боли у члена экипажа на борту советской станции «Салют-7». Космонавт в течение двух дней мучился от сильнейших болей, в то время как его товарищу ничего не оставалось, как беспомощно наблюдать за страданиями своего коллеги. Сначала все подумали на острый аппендицит, однако через время вместе с мочой у космонавта вышел небольшой почечный камень.

Ученые весьма долгое время разрабатывали специальную ультразвуковую машину размером с настольный компьютер, которая позволяет обнаруживать камни в почках и выводить их с помощью импульсов звуковых волн. Думается, на борту корабля, следующего к Марсу, такая штука могла бы определенно пригодиться.

Заболевания легких

Несмотря на то, что мы пока с точностью не знаем, какие негативные эффекты для здоровья может вызывать пыль с других планет или астероидов, ученым все же известны некоторые весьма неприятные последствия, которые могут проявляться в результате воздействия лунной пыли.

Самый серьезный эффект вдыхания пыли, вероятнее всего, отразится на легких. Однако невероятно острые частицы лунной пыли могут нанести серьезные повреждения не только легким, но и сердцу, заодно вызвав целый букет различных недугов, начиная от сильнейшего воспаления органов и заканчивая раком. Аналогичные эффекты может вызывать, например, асбест.

Острые частицы пыли могут нанести вред не только внутренним органам, но и вызывать воспаление и ссадины на коже. Для защиты необходимо использование специальных многослойных кевлароподобых материалов. Лунная пыль может с легкостью повредить роговицы глаз, что в свою очередь может оказаться наиболее серьезной экстренной ситуацией для человека в космосе.

Ученые с сожалением отмечают, что неспособны смоделировать лунный грунт и провести полный набор тестов, необходимых для определения воздействия лунной пыли на организм. Одна из сложностей в решении этой задачи заключается в том, что на Земле частицы пыли не находятся в вакууме и не подвергаются постоянному воздействию радиации. Лишь дополнительные исследования пыли непосредственно на поверхности самой Луны, а не в лаборатории, смогут обеспечить ученых необходимыми данными для разработки эффективных методов защиты от этих крошечных токсичных убийц.

Сбой иммунной системы

Наша иммунная система меняется и отвечает на любые, даже самые малейшие изменения в нашем организме. Недостаток сна, недостаточный прием питательных веществ или даже обычный стресс - все это ослабляет нашу иммунную систему. Но это на Земле. Изменение же иммунной системы в космосе может в конечном итоге обернуться обычной простудой либо нести потенциальную опасность в развитии куда более серьезных заболеваний.
В космосе распределение иммунных клеток в организме изменяется не сильно. Куда большую угрозу для здоровья могут повлечь за собой изменения в функционировании этих клеток. Когда функционирование клетки снижается, уже подавленные вирусы, находящиеся в человеческом организме, могут заново пробудиться. И сделать это фактически скрытно, без проявления симптомов болезни. При повышении активности иммунных клеток иммунная система слишком остро реагирует на раздражители, вызывая аллергические реакции и другие побочные эффекты вроде сыпи на коже.

«Такие вещи, как радиация, микробы, стресс, микрогравитация, нарушение сна и даже изоляция - все они могут повлиять на изменение работы иммунной системы членов экипажа», - говорит иммунолог NASA Брайан Крушин.

«В рамках долгих космических миссий будет повышаться риск развития инфекций, гиперчувствительности, а также аутоиммунных проблем у астронавтов».

Для решения проблем с иммунной системой NASA планирует использовать новые методы антирадиационной защиты, новый подход к сбалансированному питанию и лекарствам.

Радиационные угрозы

Нынешнее очень необычное и весьма продолжительное отсутствие солнечной активности может способствовать опасным изменениям уровня радиации в космосе. Ничего подобного не происходило почти в течение последних 100 лет.

«Несмотря на то, что подобные события необязательно являются останавливающим фактором для долгих миссий к Луне, астероидам и даже к Марсу, галактическая космическая радиация сама по себе является тем фактором, который может ограничить запланированное время проведения этих миссий», - говорит Нэйтан Швадрон из Института земных, океанических и космических исследований.

Последствия такого рода воздействия могут быть самыми разными, начиная от лучевой болезни и заканчивая развитием рака или поражением внутренних органов. Кроме того, опасные уровни радиационного фона сокращают эффективность антирадиационной защиты космического корабля примерно на 20 процентов.

В рамках всего лишь одной миссии на Марс астронавт может подвергнуться 2/3 той безопасной дозы излучения, которой человек может подвергнуться в худшем случае в течение всей своей жизни. Это излучение может вызвать изменения в ДНК и увеличить риск развития рака.

«Если говорить о накопительной дозе, то это тоже самое, что проводить полное КТ-сканирование организма каждые 5-6 дней», - говорит ученый Кэри Цейтлин.

Когнитивные проблемы

При симуляции состояния нахождения в космосе ученые обнаружили, что воздействие высоко заряженных частиц даже в малых дозах заставляет лабораторных крыс реагировать на окружение гораздо медленнее, и при этом грызуны становятся более раздражительными. Наблюдение за крысами также показало изменение в составе белка в их мозге.

Однако ученые спешат отметить, что не на всех крысах проявлялись одинаковые эффекты. Если это правило действительно и в случае с астронавтами, то, по мнению исследователей, они смогли бы определить биологический маркер, указывающий и предсказывающий скорое проявление этих эффектов у астронавтов. Возможно, этот маркер даже позволил бы найти способ снизить негативные последствия от воздействия радиации.

Более серьезную проблему представляет болезнь Альцгеймера.

«Воздействие уровня радиации, эквивалентного тому, которое придется испытать человеку во время полета на Марс, может способствовать развитию когнитивных проблем и ускорять изменения в работе мозга, которые чаще всего ассоциируют с болезнью Альцгеймера», - говорит невролог Керри О’Бэнион.

«Чем дольше находишься в космосе, тем больше риск развития заболевания».

Один из утешительных фактов заключается в том, что ученые уже успели исследовать один из самых неудачных сценариев воздействия излучения. Они за один раз подвергли лабораторных мышей такому уровню излучения, которое являлось бы характерным для всего времени в рамках миссии на Марс. В свою очередь, люди при полете на Марс будут подвергаться излучению дозированно, в течение трех лет полета. Ученые считают, что человеческий организм может адаптироваться к таким небольшим дозам.

Помимо этого, отмечается, что пластик и легковесные материалы могут обеспечить людям более эффективную защиту от излучения, по сравнению с используемым сейчас алюминием.

Потеря зрения

У некоторых астронавтов отмечается развитие серьезных проблем со зрением после пребывания в космосе. Чем дольше длится космическая миссия, тем вероятнее шанс подобных печальных последствий.

По крайней мере среди 300 американских астронавтов, проходивших медицинскую проверку с 1989 года, проблемы со зрением наблюдались у 29 процентов людей, находившихся в космосе в течение двухнедельных космических миссий, и у 60 процентов людей, которые в течение нескольких месяцев работали на борту Международной космической станции.

Врачи из Техасского университета провели сканирование мозга у 27 астронавтов, проведших в космосе более месяца. У 25 процентов из них наблюдалось уменьшение объема передне-задней оси одного или сразу двух глазных яблок. Такое изменение приводит к дальнозоркости зрения. Опять же отмечалось, чем дольше человек находится в космосе, тем вероятнее данное изменение.

Ученые считают, что объясняться этот негативный эффект может подъемом жидкости к голове в условиях мигрогравитации. В данном случае в черепной коробке начинает накапливаться цереброспинальная жидкость, повышается внутричерепное давление. Просачиваться сквозь кость жидкость не может, поэтому начинает создавать давление на внутреннюю часть глаз. Исследователи пока не уверены, будет ли уменьшаться данный эффект у астронавтов, прибывающих в космосе более шести месяцев. Однако вполне очевидно, что выяснить это будет нужно до того момента, как засылать людей на Марс.

Если проблема вызвана исключительно внутричерепным давлением, то одним из возможных вариантов ее решения будет создание условий искусственной гравитации, каждый день по восемь часов, во время сна астронавтов. Однако говорить о том, поможет ли данный метод или нет - пока рано.

«Эта проблема требует решения, потому что в противном случае она может оказаться главной причиной невозможности длительных космических путешествий», - говорит ученый Марк Шелхамер.

Медицинские исследования костей проведены в космосе

В 2011 году с Байконура в МСК стартовал второй российский цифровой корабль "Союз" с интернациональным экипажем МКС-28/29 в составе россиянина Сергея Волкова, астронавта японского космического агентства Сатоси Фурукава и астронавта НАСА Майкла Фоссума. В программу пребывания в космосе были включены медицинские исследования. Известно, что для проведения экспериментов, в числе которых опыты по изучению воздействия космической радиации на организмы, космонавты доставят на орбиту фрагменты человеческих костей для проведения изысканий. Цель научной работы - выяснить причину и отследить динамику процесса вымывания кальция из костной ткани. С данной проблемой сталкиваются все специалисты, работающие в космосе. Врачи не могли детально изучить эту проблему, ведь они не в состоянии брать на анализ фрагменты костей живых космонавтов, вернувшихся с МКС. Поэтому в арсенале медиков был лишь анализ мочи, который не дает возможность широко посмотреть на данный вопрос.

Также известно, что космонавт Волков вывел на орбиту новые штаммы бактерий. В его пенале содержатся различные виды клеток растений для проведения биотехнологического эксперимента "Женьшень-2". Ученые планируют использовать их биомассу для приготовления медицинских препаратов и в косметологии.

Волков принял участие и в эксперименте "Матрешка", направленном на определение степени воздействия космической радиации на критически важные органы человека. Это позволило создать эффективные способы защиты. В частности, продолжить испытания так называемой защитной шторки. Согласно информации, в зависимости от удаленности шторки от внешней стенки станции доза радиации уменьшается на 20-60%.

Заключение.

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.

Исследования в области космической биологии и медицины будут и впредь особенно нужны для решения ряда вопросов, в частности для биологической разведки новых космических трасс. Чрезвычайно важную роль космическая биология и медицины сыграет и в разработке необходимых для длительных полётов биокомплексов, или замкнутых экологических систем. Космос в настоящее время становится ареной международного сотрудничества. Подписано в 1972 году соглашение между правительствами СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, предусматривает, в частности, сотрудничество в области космической биологии.

Таким образом, в ближайшие десятилетия будет реализован ряд сложных космических программ, направленных на улучшение жизни в космосе и на Земле. Станут серьезнее требования сохранения здоровья космонавтов, обеспечения эффективной профессиональной деятельности и высокой работоспособности космонавтов, обусловленные увеличением длительности космических экспедиций, объема вне корабельной деятельности и монтажных работ, усложнением исследовательской деятельности. При осуществлении экспедиций на Луну и, особенно, на Марс, значительно возрастет риск по сравнению с пребыванием на околоземных орбитах. Поэтому многие медико-биологические проблемы будут решаться с учетом новых реалий. Приоритетное развитие "наук о жизни" позволит не только обеспечить успешное решение перспективных задач, стоящих перед космонавтикой, но и внесет неоценимый вклад в земное здравоохранение, на благо каждого человека .

Список использованной литературы:

1.Большая Детская Энциклопедия Вселенная: Научно-популярное издание. - Русское энциклопедическое товарищество, 1999.

2. Большая энциклопедия Вселенная. - М. : Изд-во «Астрель», 1999.

3.Сайт http://spacembi.nm.ru/

4. Энциклопедия Вселенная (“РОСМЭН”)

5. Сайт Wikipedia (картинки)

6.Космос на рубеже тысячелетий. Документы и материалы. М., Международные отношения (2000г.)

7. Циолковский К. Э., Путь к звёздам, М., 1960;

8.Газенко О. Г., Некоторые проблемы космической биологии, «Вестник АН СССР», 1962, №1;

9. Газенко О. Г., Космическая биология, в кн.: Развитие биологии в СССР, М., 1967; Газенко О. Г., Парфенов Г. П., Результаты и перспективы исследований в области космической генетики, «Космическая биология и медицина».

Содержание.

1. Введение

2. Начало. медико-биологических исследований в середине XX века.

Животные, проложившие путь человеку в космос.

3. Этапы биологических исследований.

4. Перспективы развития исследований.

10 медицинских проблем, способных помешать исследованию дальнего космоса

5. Заключение

6. Список использованных источников.

Вся космическая отрасль и РОСКОСМОС работают над внедрением в медицину космических технологий. Какие изобретения и наработки из космоса помогают спасать жизни и поправлять здоровье после тяжелейших недугов, разбиралась «Лента.ру».

Быстрый результат

Входящие в состав РОСКОСМОСА предприятия решают в том числе и медицинские задачи. Так, например, в Научно-исследовательском институте космического приборостроения создали уникальный анализатор «БИОФОТ-311»: с его помощью можно в кратчайшие сроки проводить экспресс-тесты крови как в космосе, так и на земле. В целом, он предназначен для оперативного проведения биохимических исследований сыворотки и плазмы крови, мочи, а также других биохимических жидкостей и ориентирован на широкое применение.

Кроме того, в НИИ КП разработали внешне похожее на пистолет биопсийное устройство, которое предназначено для диагностики (биопсии) внутренних органов путем забора образца ткани для ее гистологического анализа и, в частности, выявления причин патологических образований в структуре органа, оценки эффективности лечебных мероприятий. Раньше такие технологии использовались исключительно в космической медицине, однако сейчас успешно и эффективно интегрируются в медицину земную.

Орбитальная печать

Передовые технологии, в том числе медицинские, зачастую апробируются именно в космосе. Так, недавно входящая в РОСКОСМОС Объединенная ракетно-космическая корпорация, подписала соглашение с компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс» (резидентом Сколково) о создании уникального биопринтера для магнитной биофабрикации тканей и органных конструктов в условиях невесомости на Международной космической станции (МКС).

Создание магнитного биопринтера позволит печатать в космосе тканевые и органные конструкты, сверхчувствительные к воздействию космической радиации - сентинел-органы (например, щитовидную железу) для биомониторинга отрицательного действия космической радиации в условиях длительного пребывания в космосе и разработки профилактических контрмер. В перспективе технология трехмерной магнитной биопечати может быть использована для коррекции повреждений тканей и органов космонавтов при длительных космических полетах. На Земле такая технология может быть применена для более быстрой биопечати человеческих тканей и органов. Планируется, что биопринтер для отправки на борт Международной космической станции будет готов к 2018 году. Все работы по подготовке и проведению эксперимента будут проводиться в тесном сотрудничестве с ПАО «РКК «Энергия» и ГНЦ ИМПБ РАН.

Не просто экзоскелет

Еще до запуска в космос Юрия Гагарина было очевидно, что во время полета человек испытывает колоссальные нагрузки. А по возвращении на Землю космонавту будет необходима реабилитация с привлечением специальных разработок. Дело в том, что из-за нахождения в условиях невесомости у космонавтов более всего подвергается деградации двигательная функция. Причина - отсутствие гравитации, ведь именно она и является тем фактором, благодаря которому у нас с вами появился мощный скелет, развитая мышечная система и опорно-двигательный аппарат.

Более того, так как внеземные экспедиции становились все более продолжительными, период восстановления надо было продумывать все более тщательно. Все началось с технологий, использовать которые экипаж мог бы в условиях невесомости и ограниченного пространства. Одной из первых подобных разработок стал костюм «Пингвин», который предназначался для создания осевой нагрузки на скелетно-мышечный аппарат и компенсации недостатка опорной и проприоцептивной функций космонавтов. Специалисты ИМБП РАН создали костюм еще в конце 1960-х годов, а впервые испытали его в условиях космоса уже в 1971 году.

В начале 1990-х годов российские исследователи решили модифицировать «Пингвин» для лечения и реабилитации больных с двигательными нарушениями, например с ДЦП. Первый созданный прототип получил название «Адель» и использовался для лечения детей с церебральным параличом. Костюм до сих пор позволяет выработать навыки правильной ходьбы и закрепить новый моторный стереотип, восстанавливая функциональные связи и повышая трофику соответствующих тканей.

Помимо этого довольно быстро встал вопрос о создании костюма, который помогал бы восстанавливать двигательные функции людям, перенесшим инсульт или черепно-мозговую травму и страдающим в результате этого от параличей и пареза. Для этого на основе предыдущих наработок и с привлечением нового ноу-хау был создан лечебный костюм аксиального нагружения «Регент».

Система работает так: костюм создает или увеличивает продольную нагрузку на структуры скелета и повышает мышечную нагрузку при выполнении движений, что, в свою очередь, способствует улучшению регуляции обменных процессов. Кроме того, «Регент» компенсирует недостаток проприоцептивной функций, тем самым способствуя полной или частичной реабилитации больных.

Костюм прошел масштабные испытания на сотнях пациентов в подведомственных РАН и Минздраву учреждениях. В результате этого исследователи выяснили, что «Регент» положительно влияет не только на двигательные, но и на высшие психические функции! Так, у многих пациентов после его регулярного применения гораздо быстрее восстанавливались речь и концентрация.

Фото: Управление делами Президента РФ ФГБУ «Клиническая больница №1»

Но на этом в Центре космической медицины не остановились - там же для реабилитации космонавтов был создан аппарат «Корвит», который имитирует опорную реакцию стоп человека. Уникальность прибора в том, что он позволяет имитировать показатели физического воздействия на стопу при ходьбе: величину давления, временные характеристики. Метод опорной стимуляции, на основе которого создан «Корвит», оказался полезен не только космонавтам, но и целым группам пациентов. В частности, его используют для комплексной реабилитации больных с ДЦП, поскольку «Корвит» позволяет максимально нормализовать стояние и ходьбу, улучшить координацию и восстановить баланс мышц-сгибателей и разгибателей.

Также в распоряжении врачей и их пациентов множество тренажеров и других устройств, способствующих их реабилитацию и возвращению к нормальной жизни.

Полная стимуляция

Еще одна интересная технология, которая прежде использовалась исключительно в космической медицине, - низкочастотная электростимуляция. Первоначально этот способ был разработан, чтобы проводить профилактику негативного воздействия нахождения в космосе на организм человека. В частности, речь идет о восстановлении и сохранении функциональных возможностей мышц человека в условиях гипокинезии и микрогравитации.

Для решения соответствующей проблемы ученые разработали полноценный костюм и портативный электростимулятор. Самые первые испытания прошли еще на станции «Мир», впоследствии метод себя полностью зарекомендовал и соответствующие устройства до сих пор применяются РОСКОСМОСОМ на МКС.

Кроме того, низкочастотная электростимуляция успешно применяется на Земле для лечения больных с травматическими заболеваниями, а также тех, кто страдает от различных проблем с опорно-двигательной системой. Особенно актуальна в свете этого возможность посредством метода сохранять и восстанавливать свойства мышц у частично или полностью иммобилизованных пациентов. Эти технологии активно применяются и в спортивной медицине.

Полетаем!

Еще при подготовке первых космонавтов исследователи столкнулись с необходимостью имитировать невесомость на Земле. Одним из плодов этой деятельности стала разработка метода сухой иммерсии, который активно используется для подготовки и последующей реабилитации космонавтов. В частности особо популярно применение так называемых иммерсионных ванн.

Их применение способствует расслаблению мышц, помогает избавиться от спазмов и восстановить мышечный тонус. Кроме того, иммерсионные ванны полезны для избавления от депрессивного, отечного и болевого синдрома, а также оказывают эффект на разгрузку сердца и снижение кровяного давления.

В последнее время подобные комплексы используют для реабилитации и сохранения недоношенных детей. Но еще раньше иммерсионные ванны начали применять для восстановительного лечения в рамках психоневрологии, травматологии, ортопедии и других сферах.

Опасности и не только

Российские ученые при поддержке РОСКОСМОСА разрабатывали медицинский адсорбционный концентратор кислорода для того, чтобы создавать обогащенную кислородом атмосферу непосредственно из окружающего воздуха, например в помещении. Сегодня этот аппарат часто применяют спасатели и сотрудники других экстренных служб при анестезии и реанимации.

Также в распоряжении представителей экстремальной медицины теперь есть термохимические генераторы кислорода, которые изначально создавались как резервный источник кислорода на пилотируемых миссиях в случае отказа основных систем его получения. Сейчас этими генераторами пользуются Министерство обороны, МЧС и МВД России.

Для резервного обеспечения кислородом космических станций был разработан и комплекс «Курьер», который сейчас активно применяется в медицине катастроф для получения кислорода из окружающего воздуха. При этом комплекс способен производить кислород непосредственно на месте потребления и не требует запасов расходуемых материалов.

Наконец, российские исследователи создали аппарат «Малыш» для спасения человека в обитаемом герметичном объекте, например в кабине космического корабля. В основе аппарата - концепция формирования искусственной газовой среды, а теперь он внедряется и для применения экстремальными службами.

Так что космос гораздо ближе, чем кажется: он помогает лечить людей и спасать их жизни. А РОСКОСМОС и его союзники в этой благородной миссии не останавливаются на достигнутом и шагают вперед.

Наука биология включает в себя массу разных разделов, больших и малых дочерних наук. И каждая из них имеет важное значение не только в жизни человека, но и для всей планеты в целом.

Второе столетие подряд люди пытаются изучать не только земное разнообразие жизни во всех ее проявлениях, но и узнать, есть ли жизнь за пределами планеты, в космических просторах. Этим вопросам занимается особая наука - космическая биология. О ней и пойдет речь в нашем обзоре.

Раздел

Данная наука относительно молодая, но очень интенсивно развивающаяся. Основными аспектами изучения являются:

1. Факторы космического пространства и их влияние на организмы живых существ, жизнедеятельность всех живых систем в условиях космоса или летательных аппаратов.
2. Развитие жизни на нашей планете при участии космоса, эволюция живых систем и вероятность существования биомассы вне пределов нашей планеты.
3. Возможности построения замкнутых систем и создания в них настоящих жизненных условий для комфортного развития и роста организмов в космическом пространстве.

Космическая медицина и биология являются тесно связанными друг с другом науками, совместно изучающими вопросы физиологического состояния живых существ в космосе, их распространенности в межпланетных просторах и эволюции.

Благодаря исследованиям этих наук стало возможным подбирать оптимальные условия для нахождения людей в космосе, причем не нанося при этом никакого вреда здоровью. Собран огромный материал по наличию жизни в космосе, возможностям растений и животных (одноклеточных, многоклеточных) жить и развиваться в невесомости.

История развития науки

Корни космической биологии уходят еще в древнее время, когда философы и мыслители - естествоиспытатели Аристотель, Гераклит, Платон и другие - наблюдали за звездным небом, пытаясь выявить взаимосвязь Луны и Солнца с Землей, понять причины их влияния на сельскохозяйственные угодья и животных.

Позже, в средние века, начались попытки определения формы Земли и объяснения ее вращения. Долгое время на слуху была теория, созданная Птолемеем. Она говорила о том, что Земля - это а все остальные планеты и небесные тела движутся вокруг нее

Однако нашелся другой ученый, поляк Николай Коперник, который доказал ошибочность этих утверждений и предложил свою, гелиоцентрическую систему строения мира: в центре - Солнце, а все планеты движутся вокруг. При этом Солнце - тоже звезда. Его взгляды поддерживали последователи Джордано Бруно, Ньютон, Кеплер, Галилей.

Однако именно космическая биология как наука появилась много позже. Только в XX веке русский ученый Константин Эдуардович Циолковский разработал систему, позволяющую людям проникать в космические глубины и потихоньку их изучать. Его по праву считают отцом этой науки. Также большую роль в развитии космобиологии сыграли открытия в физике и астрофизике, квантовой химии и механике Эйнштейна, Бора, Планка, Ландау, Ферми, Капицы, Боголюбова и других.

Новые научные исследования, позволившие людям совершить-таки давно планируемые вылеты в космос, позволили выделить конкретные медицинские и биологические обоснования безопасности и влияния внепланетных условий, которые сформулировал Циолковский. В чем была их суть?

1. Ученым было дано теоретическое обоснование влияния невесомости на организмы млекопитающих.
2. Он смоделировал несколько вариантов создания условий космоса в лаборатории.
3. Предложил варианты получения космонавтами пищи и воды при помощи растений и круговорота веществ.

Таким образом, именно Циолковским были заложены все основные постулаты космонавтики, которые не потеряли своей актуальности и сегодня.

Невесомость

Современные биологические исследования в области изучения влияния динамических факторов на организм человека в условиях космоса позволяют по максимуму избавлять космонавтов от негативного влияния этих самых факторов.

Выделяют три главные динамические характеристики:

• вибрация;
• ускорение;
• невесомость.

Самой необычной и важной по действию на организм человека является именно невесомость. Это состояние, при котором исчезает сила гравитации и она не заменяется другими инерционными воздействиями. При этом человек полностью теряет способность контролировать положение тела в пространстве. Такое состояние начинается уже в нижних слоях космоса и сохраняется во всем его пространстве.

Медико-биологические исследования показали, что в состоянии невесомости в организме человека происходят следующие изменения:

1. Учащается сердцебиение.
2. Расслабляются мышцы (уходит тонус).
3. Снижается работоспособность.
4. Возможны пространственные галлюцинации.

Человек в невесомости способен находиться до 86 дней без вреда для здоровья. Это было доказано опытным путем и подтверждено с медицинской точки зрения. Однако одной из задач космической биологии и медицины на сегодня является разработка комплекса мер по предотвращению влияния невесомости на организм человека вообще, устранению утомляемости, повышению и закреплению нормальной работоспособности.

Существует ряд условий, которые соблюдают космонавты для преодоления невесомости и сохранения контроля над телом:

Для того чтобы добиться хороших результатов в преодолении невесомости, космонавты проходят тщательную подготовку на Земле. Но, к сожалению, пока современные не позволяют создать в лаборатории подобные условия. На нашей планете преодолеть силу тяжести не представляется возможным. Это также одна из задач на будущее для космической и медицинской биологии.

Перегрузки в космосе (ускорения)

Еще одним немаловажным фактором, воздействующим на организм человека, находящегося в космосе, являются ускорения, или перегрузки. Суть этих факторов сводится к неравномерному перераспределению нагрузки на тело при сильных скоростных движениях в пространстве. Выделяют два основных типа ускорения:

• кратковременное;
• длительное.

Как показывают медико-биологические исследования, и то и другое ускорение имеет очень важное значение в оказании влияния на физиологическое состояние организма космонавта.

Так, например, при действии кратковременных ускорений (они длятся менее 1 секунды) могут произойти необратимые изменения в организме на молекулярном уровне. Также, если органы не тренированы, достаточно слабы, есть риск разрыва их оболочек. Такие воздействия могут осуществляться при отделении капсулы с космонавтом в космосе, при катапультировании его или при посадках корабля на орбитах.

Поэтому очень важно, чтобы космонавты прошли тщательное медицинское обследование и определенную физическую подготовку перед полетом в космос.

Длительно действующее ускорение возникает при запуске и посадке ракеты, а также во время полета в некоторых пространственных местах космоса. Действие таких ускорений на организм по данным, которые предоставляют научные медицинские исследования, следующее:

• учащается сердцебиение и пульс;
• учащается дыхание;
• наблюдается возникновение тошноты и слабости, бледность кожи;
• страдает зрение, перед глазами появляется красная или черная пленка;
• возможно ощущение боли в суставах, конечностях;
• тонус мышечной ткани падает;
• нервно-гуморальная регуляция меняется;
• становится иным газообмен в легких и в организме в целом;
• возможно появление потливости.

Перегрузки и невесомость заставляют ученых-медиков придумывать различные способы. позволяющие приспособить, натренировать космонавтов, чтобы они могли выдерживать действие этих факторов без последствий для здоровья и без потери работоспособности.

Один из самых эффективных способов тренировки космонавтов на ускорения - это аппарат центрифуга. Именно в нем можно пронаблюдать все изменения, которые происходят в организме при действии перегрузок. Также он позволяет натренироваться и приспособиться к влиянию этого фактора.

Полет в космос и медицина

Полеты в космос, безусловно, оказывают очень большое влияние на состояние здоровья людей, особенно нетренированных или имеющих хронические заболевания. Поэтому важным аспектом являются медицинские исследования всех тонкостей полета, всех реакций организма на самые разнообразные и невероятные воздействия внепланетных сил.

Полет в невесомости заставляет современную медицину и биологию придумывать и формулировать (вместе с тем и осуществлять, конечно) комплекс мер по обеспечению космонавтам нормального питания, отдыха, снабжения кислородом, сохранения работоспособности и так далее.

Кроме того, медицина призвана обеспечить космонавтам достойную помощь в случае непредвиденных, аварийных ситуаций, а также защиту от воздействий неизвестных сил других планет и пространств. Это достаточно сложно, требует много времени и сил, большой теоретической базы, использования только новейшего современного оборудования и препаратов.

Кроме того, медицина наравне с физикой и биологией имеет своей задачей защитить космонавтов от физических факторов условий космоса, таких как:

• температура;
• радиация;
• давление;
• метеориты.

Поэтому исследование всех этих факторов и особенностей имеет очень важное значение.

в биологии

Космическая биология, как и любая другая биологическая наука, обладает определенным набором методов, позволяющих проводить исследования, накапливать теоретический материал и подтверждать его практическими выводами. Эти методы с течением времени не остаются неизменными, подвергаются обновлениям и модернизации в соответствии с текущим временем. Однако исторически сложившиеся методы биологии все равно остаются актуальными и по сей день. К ним относятся:

1. Наблюдение.
2. Эксперимент.
3. Исторический анализ.
4. Описание.
5. Сравнение.

Эти методы биологических исследований базовые, актуальные в любые времена. Но существует ряд других, которые возникли с развитием науки и техники, электронной физики и молекулярной биологии. Именно они называются современными и играют наибольшую роль в изучении всех биолого-химических, медицинских и физиологических процессах.

Современные методы

1. Методы генной инженерии и биоинформатики. Сюда относится агробактериальная и баллистическая трансформация, ПЦР (полимеразные цепные реакции). Роль биологических исследований такого плана велика, поскольку именно они позволяют найти варианты решения проблемы питания и насыщения кислородом и кабин для комфортного состояния космонавтов.
2. Методы белковой химии и гистохимии . Позволяют управлять белками и ферментами в живых системах.
3. Использование флуоресцентной микроскопии , сверхразрешающей микроскопии.
4. Использование молекулярной биологии и биохимии и их методов исследования.
5. Биотелеметрия - метод, который является результатом сочетания работы инженеров и медиков на биологической основе. Он позволяет контролировать все физиологически важные функции работы организма на расстоянии при помощи радиоканалов связи тела человека и компьютером-регистратором. Космическая биология использует этот метод как основной для отслеживания воздействий условий космоса на организмы космонавтов.
6. Биологическая индикация межпланетного пространства . Очень важный метод космической биологии, позволяющий оценивать межпланетные состояния среды, получать сведения о характеристиках разных планет. Основу здесь составляет применение животных со встроенными датчиками. Именно подопытные животные (мыши, собаки, обезьяны) добывают информацию с орбит, которая используется земными учеными для анализа и выводов.

Современные методы биологических исследований позволяют решать передовые задачи не только космической биологии, но и общечеловеческие.

Проблемы космической биологии

Все перечисленные методы медико-биологических исследований, к сожалению, не смогли пока решить все проблемы космической биологии. Существует ряд злободневных вопросов, которые остаются насущными и по сей день. Рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкивается космическая медицина и биология.

1. Подбор подготовленного персонала для полета в космос, состояние здоровья которого смогло бы удовлетворять всем требованиям медиков (в том числе позволило бы космонавтам выдерживать жесткую подготовку и тренировки для полетов).
2. Достойный уровень подготовки и снабжения всем необходимым рабочих космических экипажей.
3. Обеспечение безопасности по всем параметрам (в том числе и от неизведанных или инородных факторов воздействия с других планет) рабочим кораблям и авиаконструкциям.
4. Психофизиологическая реабилитация космонавтов при возвращении на Землю.
5. Разработка способов защиты космонавтов и от
6. Обеспечение нормальных жизненных условий в кабинах при полетах в космос.
7. Разработка и применение модернизированных компьютерных технологий в космической медицине.
8. Внедрение космической телемедицины и биотехнологии. Использование методов этих наук.
9. Решение медицинских и биологических проблем для комфортных полетов космонавтов на Марс и другие планеты.
10. Синтез фармакологических средств, которые позволят решить проблему оснащенности кислородом в космосе.

Развитые, усовершенствованные и комплексные в применении методы медико-биологических исследований обязательно позволят решить все поставленные задачи и существующие проблемы. Однако когда это будет - вопрос сложный и довольно непредсказуемый.

Следует отметить, что решением всех этих вопросов занимаются не только ученые России, но и ученый совет всех стран мира. И это большой плюс. Ведь совместные исследования и поиски дадут несоизмеримо больший и быстрый положительный результат. Тесное мировое сотрудничество в решении космических проблем - залог успеха в освоении внепланетного пространства.

Современные достижения

Таких достижений немало. Ведь ежедневно проводится интенсивная работа, тщательная и кропотливая, которая позволяет находить все новые и новые материалы, делать выводы и формулировать гипотезы.

Одним из главнейших открытий XXI века в космологии стало обнаружение воды на Марсе. Это сразу же дало повод к рождению десятков гипотез о наличии или отсутствии жизни на планете, о возможности переселения землян на Марс и так далее.

Еще одним открытием стало то, что учеными были определены возрастные рамки, в пределах которых человек максимально комфортно и без тяжелых последствий может находиться в космосе. Данный возраст начинается от 45 лет и заканчивается примерно 55-60 годами. Молодые люди, отправляющиеся в космос, чрезвычайно сильно страдают психологически и физиологически по возвращении на Землю, тяжело адаптируются и перестраиваются.

Была обнаружена вода и на Луне (2009 г.). Также на спутнике Земли были найдены ртуть и большое количество серебра.

Методы биологических исследований, а также инженерно-физические показатели позволяют с уверенностью сделать вывод о безвредности (по крайней мере, не большей вредности, чем на Земле) воздействия ионной радиации и облучения в космосе.

Научные исследования доказали, что длительное пребывание в космосе не налагает отпечаток на состояние физического здоровья космонавтов. Однако проблемы остаются в психологическом плане.

Были проведены исследования, доказывающие, что высшие растения по-разному реагируют на нахождение в космических просторах. Семена одних растений при исследовании не проявили никаких генетических изменений. Другие же, наоборот, показали явные деформации на молекулярном уровне.

Опыты, проведенные на клетках и тканях живых организмов (млекопитающих) доказали, что космос не влияет на нормальное состояние и функционирование данных органов.

Различные виды медицинских исследований (томография, МРТ, анализы крови и мочи, кардиограмма, компьютерная томография и так далее) позволили сделать вывод о том, что физиологические, биохимические, морфологические характеристики клеток человека остаются неизменными при пребывании в космосе до 86 дней.

В лабораторных условиях была воссоздана искусственная система, позволяющая максимально приблизиться к состоянию невесомости и таким образом изучить все аспекты влияния этого состояния на организм. Это позволило, в свою очередь, разработать ряд профилактических мер по предотвращению воздействия этого фактора при полете человека в невесомости.

Результатами экзобиологии стали данные, свидетельствующие о наличии органических систем вне биосферы Земли. Пока стало возможным только теоретическое формулирование этих предположений, однако в скором времени ученые планируют добыть и практические доказательства.

Благодаря исследованиям биологов, физиков, медиков, экологов и химиков были выявлены глубокие механизмы воздействия людей на биосферу. Добиться этого стало возможным путем создания искусственных экосистем вне планеты и оказания на них такого же влияния, как и на Земле.

Это не все достижения космической биологии, космологии и медицины на сегодняшний день, а только основные. Существует большой потенциал, реализация которого и есть задача перечисленных наук на будущее.

Жизнь в космосе

По современным представлениям жизнь в космосе может существовать, так как последние открытия подтверждают наличие на некоторых планетах подходящих условий для возникновения и развития жизни. Однако мнения ученых в этом вопросе делятся на две категории:

• жизни нет нигде, кроме Земли, никогда не было и не будет;
• жизнь есть в необъятных просторах космического пространства, но люди еще не обнаружили ее.

Какая из гипотез верная - решать каждому лично. Доказательств и опровержений и для одной, и для другой достаточно.

Вторая половина XX в. ознаменовалась не только проведением теоретических исследований по изысканию путей освоения космического пространства, но и практическим созданием и запуском автоматических аппаратов на околоземные орбиты и на другие планеты, первым полетом человека в космос и длительными полетами на орбитальных станциях, высадкой человека на поверхность Луны. Теоретические исследования в области космической техники и конструирования управляемых летательных аппаратов резко стимулировали развитие многих наук, в том числе новой отрасли знаний - космической медицины.

Основными задачами космической медицины являются следующие:

исследование влияний условий космического полета на организм человека, включая изучение феноменологии и механизмов возникновения сдвигов физиологических показателей в космическом полете;

разработка методов отбора и подготовки космонавтов;

Космическая медицина в своем историческом развитии прошла путь от моделирования факторов космического полета в лабораторных условиях и при полетах животных на ракетах и спутниках до исследований, связанных с длительными полетами орбитальных станций и полетами международных экипажей.

В становлении и развитии космической биологии и медицины в СССР важное значение имели труды основоположников космонавтики К. Э. Циолковского, Ф. А. Цандера и других, сформулировавших ряд биологических проблем, разрешение которых должно было явиться необходимой предпосылкой для освоения человеком космического пространства. Теоретические аспекты космической биологии и медицины зиждется на классических положениях таких основоположников естествознания, как И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев, И. П. Павлов, В. В. Докучаев, Л. А. Орбели и других, в трудах которых красной нитью отражено учение о взаимодействии организма и внешней среды, разработаны принципиальные вопросы приспособления организма к изменяющимся условиям внешней среды.

Большую роль для формирования ряда положений и разделов космической медицины сыграли работы, выполненные в области авиационной медицины, а также исследования, проведенные на биофизических ракетах и космических кораблях в 50-60-х годах.

Практическое освоение космического пространства с помощью пилотируемых полетов началось с исторического полета Ю. А. Гагарина, первого в мире космонавта, совершенного 12 апреля 1961 г. на корабле «Восток». Все мы помним его простую человеческую фразу. «Поехали», произнесенную во время старта космического корабля «Восток», В этой фразе лаконично и в то же время достаточно емко охарактеризовалось величайшее достижение человечества. Помимо всего прочего, полет Ю. А. Гагарина был экзаменом на зрелость как космонавтики в целом, так и космической медицины в частности.

Медико-биологические исследования, проведенные до этого полета, и разработанная на их основе система жизнеобеспечения обеспечили нормальные условия обитания в кабине космического корабля, необходимые космонавту для выполнения полета. Созданная к этому времени система отбора и подготовки космонавтов, система биотелеметрического контроля за состоянием и работоспособностью человека в полете и гигиеническими параметрами кабины определили возможность и безопасность полета.

Однако вся предшествующая работа, все многочисленные полеты животных на космических кораблях не могли ответить на некоторые вопросы, связанные с полетом человека. Так, например, до полета Ю. А. Гагарина не было известно, как условия невесомости влияют на чисто человеческие функции: мышление, память, координацию движений, восприятие окружающего мира и другое. Только полет первого человека в космос показал, что эти функции не претерпевают существенных изменений в невесомости. Вот почему Ю. А. Гагарина во всем мире называют первооткрывателем «звездных дорог», человеком, проложившим путь всем последующим пилотируемым полетам.

За 20 лет, прошедших с полета Ю. А. Гагарина, человечество неуклонно и всесторонне продолжало осваивать космическое пространство. И в связи с этим славным юбилеем представляется удобный случай не только проанализировать сегодняшние достижения космической медицины, но и сделать исторический экскурс в прошедшее и предшествующее ему десятилетия.

Космические полеты на всем своем развитии можно условно разделить на несколько этапов. Первый этап - это подготовка полета человека в космическое пространство, он охватывал значительный период времени. Его сопровождали такие исследования, как: 1) обобщение данных физиологии и авиационной медицины, изучавших влияние неблагоприятных факторов внешней среды на организм животных и человека; 2) проведение многочисленных лабораторных исследований, в которых имитировались некоторые факторы космического полета и исследовалось их влияние на человеческий организм; 3) специально подготовленные эксперименты на животных при полетах на ракетах в верхние слои атмосферы, а также во время орбитальных полетов на искусственных спутниках Земли.

Основные тогда задачи были направлены на изучение вопроса о принципиальной возможности полета человека в космос и решение проблемы создания систем, обеспечивающих пребывание человека в кабине космического корабля во время орбитального полета. Дело в том, что в то время существовало определенное мнение ряда достаточно авторитетных ученых о несовместимости жизни человека с условиями длительной невесомости, так как при этом могли якобы возникать значительные нарушения функции дыхания и кровообращения. Кроме того, опасались, что человек мог бы не выдержать психологическую напряженность полета.

причем продолжительность невесомости в зависимости от высоты полета составляла от 4 до 10 мин. Анализ результатов этих исследований показал, что при полете на ракетах наблюдались лишь умеренные изменения физиологических показателей, проявлявшиеся в учащении пульса и увеличении артериального давления при воздействии ускорений во время взлета и посадки ракеты (с тенденцией к нормализации или даже снижению этих показателей во время пребывания в невесомости).

В целом воздействие факторов полета на ракетах не вызывало существенных нарушений физиологических функций животных. Биологические эксперименты при вертикальных запусках ракет показали, что собаки удовлетворительно переносят достаточно большие перегрузки и кратковременную невесомость.

В 1957 г. в СССР был осуществлен запуск второго искусственного спутника Земли с собакой Лайкой. Это событие имело принципиальное значение для космической медицины, поскольку впервые позволяло высокоорганизованному животному достаточно длительное время находиться в условиях невесомости. В результате была установлена удовлетворительная переносимость животным условий космического полета. Последующие эксперименты с шестью собаками во время полетов второго, третьего, четвертого и пятого советских кораблей-спутников, возвращаемых на Землю, позволили получить большой материал о реакциях основных физиологических систем организма высокоорганизованных животных (как в полете, так и на Земле, включая послеполетный период).

небольшие консервированные участки кожи кролика и человека, насекомые, черные и белые лабораторные мыши и крысы, морские свинки. Все исследования, проведенные с помощью кораблей-спутников, дали обширный экспериментальный материал, твердо убедивший ученых в безопасности полета человека (с точки зрения здоровья) в космос.

В тот же период были решены и задачи по созданию систем жизнеобеспечения космонавтов - системы подачи кислорода в кабину, удаления углекислого газа и вредных примесей, а также питания, водообеспечения, врачебного контроля и утилизации продуктов жизнедеятельности человека. В этих работах принимали самое непосредственное участие специалисты космической медицины.

Второй этап, совпавший с первым десятилетием пилотируемых полетов (1961-1970 гг.), характеризовался кратковременными космическими полетами человека (от одного витка за 108 мин до 18 сут). Он начинается с исторического полета Ю. А. Гагарина.

Результаты медико-биологических исследований, выполненных за это время, надежно доказали не только возможность пребывания человека в условиях космического полета, но и сохранение у него достаточной работоспособности при выполнении различных заданий в ограниченной по объему кабине космического корабля и при работе в безопорном пространстве вне космического корабля. Однако при этом был выявлен ряд изменений со стороны двигательной сферы, сердечно-сосудистой системы, системы крови и других систем человеческого организма.

Было также установлено, что приспособление космонавтов к обычным условиям земного существования после космических полетов длительностью, начиная с 18 сут, протекает с известными трудностями и сопровождается более выраженным напряжением регуляторных механизмов, чем приспособление космонавта к невесомости. Таким образом, при дальнейшем увеличении времени полета требовалось создать системы соответствующих профилактических средств, усовершенствовать системы медицинского контроля и разработать методики прогноза состояния членов экипажей в полете и после его завершения.

Во время пилотируемых полетов по указанным программам, наряду с медицинскими исследованиями экипажей, проводились также и биологические эксперименты. Так, на борту кораблей «Восток-3», «Восток-6», «Восход», «Восход-2», «Союз» находились такие биологические объекты, как лизогенные бактерии, хлорелла, традесканция, клетки хелла; нормальные и раковые клетки человека, сухие семена растений, черепахи.

Третий этап пилотируемых космических полетов связан с длительными полетами космонавтов на борту орбитальных станций, он совпадает с истекшим десятилетием (1971 -1980 гг.). Отличительной особенностью пилотируемых полетов на данном этапе, кроме значительной продолжительности пребывания человека в полете, является увеличение объема свободного пространства жилых помещений - от кабины космического корабля до обширных зон обитания внутри орбитальной станции. Последнее обстоятельство имело двоякое значение для космической медицины: с одной стороны, стало возможным размещать на борту станции разнообразную аппаратуру для медико-биологических исследований и средства профилактики неблагоприятного воздействия невесомости, а с другой - значительно снизить влияние на человеческий организм со стороны факторов ограничения двигательной активности - гипокинезии (т. е. связанной с малыми размерами свободного пространства).

Следует сказать, что на орбитальных станциях могут быть созданы и более комфортные условия быта, личной гигиены и т. д. А применение комплекса профилактических средств может в значительной степени сгладить неблагоприятные реакции организма на невесомость, что имеет большой положительный эффект. Однако, с другой стороны, этим самым в определенной степени сглаживаются реакции человеческого организма на невесомость, что затрудняет анализ возникающих сдвигов для различных систем организма человека, характерных для условий невесомости.

Впервые долговременная орбитальная станция («Салют») была запущена в СССР в 1971 г. В последующие годы осуществлялись пилотируемые полеты на борту орбитальных станций «Салют-3, -4, -5, -6» (причем четвертая основная экспедиция станции «Салют-6» находилась в космосе 185 сут). Многочисленные медико-биологические исследования, выполненные во время полета орбитальных станций, показали, что с увеличением продолжительности пребывания человека в космосе прогрессирования выраженности реакций организма на условия полета в целом не наблюдалось.

Применявшиеся комплексы профилактических средств обеспечили поддержание хорошего состояния здоровья и работоспособности космонавтов в таких полетах, а также способствовали сглаживанию реакций и облегчали приспособление к земным условиям в послеполетном периоде. Важно отметить, что проведенные медицинские исследования не выявили каких-либо сдвигов в организме космонавтов, препятствующих планомерному увеличению продолжительности полетов. Вместе с тем со стороны, некоторых систем организма были обнаружены функциональные изменения, которые являются предметом дальнейшего рассмотрения.

К настоящему времени космические полеты совершили уже 99 человек различных стран на борту 78 космических кораблей и 6 долговременных орбитальных станций2. Суммарное время путешествий составило около 8 человеко-лет. В СССР на 1 января 1981 г. осуществлено 46 пилотируемых космических полетов, в которых участвовало 49 советских космонавтов и 7 космонавтов из социалистических стран. Таким образом, на протяжении двух десятилетий пилотируемых космических полетов темп и масштабы проникновения человека в космическое пространство стремительно возрастали.

Далее мы рассмотрим основные результаты исследований по космической медицине, выполненных за это время. Во время космических полетов человеческий организм может подвергаться действию различных неблагоприятных факторов, которые условно можно разделить на следующие группы: 1) характеризующие космическое пространство как своеобразную физическую среду (крайне низкое барометрическое давление, отсутствие кислорода, ионизирующее излучение и т. д.); 2) обусловленные динамикой летательного аппарата (ускорение, вибрация, невесомость); 3) связанные с пребыванием космонавтов в герметической кабине космического корабля (искусственная атмосфера, особенности питания; гипокинезия и т. д.); 4) психологические особенности космического полета (эмоциональная напряженность, изоляция и т. д.).

жизнеобеспечения создает необходимые условия для жизни и работы в пространстве кабины. Исключением в этой группе факторов является космическая радиация: при некоторых солнечных вспышках уровень космической радиации может настолько увеличиться, что стенки кабины не смогут защитить космонавта от действия космических лучей.

и в том, что ученые пока еще не научились моделировать полный спектр космической радиации в условиях Земли. Это естественно создает значительные сложности в изучении биологического действия космической радиации и в разработке мер защиты.

В этом направлении проводятся различные исследования по созданию электростатической защиты космического корабля, т. е. делаются попытки создать вокруг космического корабля электромагнитное поле, которое будет отклонять заряженные частицы, не пропуская их к кабине. Большой объем работ осуществляется и в области разработки фармакохимических средств профилактики и лечения лучевых поражений.

Большинство факторов второй группы с успехом моделируется в условиях земного эксперимента и изучается уже давно (вибрация, шумы, перегрузки). Их действие на человеческий организм вполне понятно, а, следовательно, ясны и меры профилактики возможных расстройств. Наиболее важным и специфичным при космическом полете является фактор невесомости. Следует отметить, что при длительном действии он может изучаться только в условиях реального полета, поскольку в этом случае моделирование его на Земле является весьма приближенным.

Наконец, третья и четвертая группы факторов полета не столько уж и являются космическими, однако условия космического полета вносят так много своего, присущего только этому виду деятельности, что исследование возникающих при этом психологических особенностей, а также режимов труда и отдыха, психологической совместимости и других факторов представляет собой самостоятельную и весьма сложную проблему.

Совершенно очевидно, что многогранность проблем космической медицины не позволяет исчерпывающе рассмотреть все из них, и здесь мы остановимся только на некоторых таких проблемах.

Медицинский контроль и медицинские исследования в полете

В комплексе мероприятий, обеспечивающих безопасность космонавтов в полете, важная роль принадлежит медицинскому контролю, задачей которого является оценка и прогнозирование состояния здоровья членов экипажа и выдача рекомендаций на проведение профилактических и лечебных мероприятий.

Особенность медицинского контроля в космическом полете состоит в том, что «пациентами» врачей являются здоровые, физически отлично подготовленные люди. В этом случае задача медицинского контроля состоит главным образом в выявлении функциональных приспособительных изменений, которые могут возникнуть в человеческом организме под влиянием факторов космического полета (в первую очередь невесомости), в оценке и анализе этих изменений, в определении показаний к применению профилактических средств, а также в; выборе наиболее оптимальных режимов их использования.

Обобщение результатов медицинских исследований в космических полетах и многочисленных исследований с моделированием факторов полета в условиях Земли позволяет получить данные о влиянии разнообразных нагрузок на человеческий организм, о допустимых пределах колебаний физиологических показателей и об особенностях реакций организма в этих условиях.

Следует подчеркнуть, что подобные исследования по космической медицине, уточняющие наши знания о нормальных проявлениях жизнедеятельности человеческого организма и более четко проводящие грань между его нормальными и измененными реакциями, имеют большое значение для выявления начальных признаков отклонений не только у экипажей космических кораблей в полете, но и в клинической практике, при анализе начальных и скрытых форм заболеваний и их профилактике.

качестве источников информации используются данные бесед врача с космонавтами, отчеты космонавтов о своем самочувствии и результаты само- и взаимоконтроля, анализ радиопереговоров (включая спектральный анализ речи). Важными источниками информации являются данные объективной регистрации физиологических параметров, показателей среды в кабине космического корабля (давление, содержание кислорода и углекислоты, влажность, температура и т. д.), а также анализ результатов выполнения наиболее сложных операций по управлению кораблем и научно-технических экспериментов.

Эта информация с помощью телеметрических систем поступает в центр управления полетом, где обрабатывается с помощью вычислительных машин и анализируется врачами. Физиологические параметры, подлежащие регистрации и передаче на Землю, определяются в соответствии с особенностью программы полета и спецификой деятельности экипажа. При оценке состояния здоровья космонавтов первостепенное значение имеет информация о состоянии наиболее жизненно важных систем человеческого организма (дыхание и кровообращение), а также об изменениях физической работоспособности космонавтов.

б необычной среде обитания, помогают выяснять механизмы изменения физиологических функций и приспособления организма к условиям невесомости. Все это необходимо для разработки средств профилактики и для планирования медицинского обеспечения последующих полетов.

Объем медицинской информации, передаваемой с помощью биотелеметрии на Землю, был в различных полетах неодинаковым. В первых полетах по программе «Восток» и «Восход», когда наши знания о действии факторов космического полета на человеческий организм были весьма ограничены, регистрировался достаточно широкий спектр физиологических параметров, поскольку необходимо было не только контролировать состояние здоровья космонавтов, но и широко изучать его физиологические реакции на условия полета. При полетах по программе «Союз» количество физиологических показателей, передаваемых на Землю, ограничено и было оптимальным для контроля за состоянием здоровья космонавтов.

который был и раньше, во время полетов на орбитальных станциях осуществлялись периодические углубленные медицинские обследования, проводимые раз в 7-10 сут. Последние включали в себя клинические электрокардиографические обследования (в покое и при функциональных пробах), регистрацию показателей артериального и венозного давлений, изучение фазовой структуры сердечного цикла по данным кинетокардиографии, исследования ударного и минутного объема сердца, пульсового кровенаполнения различных областей тела (методом реографии) и ряд других обследований.

В качестве функциональных проб использовалась дозированная физическая нагрузка организма космонавта на велоэргометре («космическом велосипеде»), а также проба с приложением отрицательного давления к нижней части тела. В последнем случае с помощью вакуумного комплекта «Чибис», представляющего собой гофрированные «брюки», создавалось отрицательное давление в области нижней части живота и нижних конечностей, что вызывало прилив крови к этим областям, подобный тому, который имеет место на Земле во время пребывания человека в вертикальном положении.

Такая имитация вертикальной позы позволяет получить дополнительную информацию об ожидаемом состоянии экипажа в послеполетном периоде. Указанное обстоятельство представляется чрезвычайно важным, поскольку, как это было установлено в предыдущих полетах, длительное пребывание в невесомости сопровождается снижением так называемой ортостатической устойчивости, которая проявляется выраженными сдвигами в показателях сердечно-сосудистой системы при нахождении человека в вертикальном положении.

На орбитальной станции «Салют-6» (см. таблицу) проводилось измерение массы тела человека, исследовался объем голени, а также изучалось состояние вестибулярного аппарата и функции внешнего дыхания. В ходе полета осуществлялся забор проб крови и других жидкостей организма, проводилось исследование микрофлоры внешних покровов, слизистых оболочек человека и поверхностей станции, а также осуществлялся анализ проб воздуха. Взятые в полете материалы для исследований доставлялись с экспедициями посещения на Землю для детального анализа.

Методы исследования в космических полетах

Космические корабли Годы запуска Методы физиологических измерений

«Востоки» 1961-1963 Электрокардиография (1-2 отведения, пнемография, сейсмокардиография и кинетокардиография (характеризуют механическую функцию сердца), электроокулография (регистрация движений глаз), электроэнцефалография (регистрация биотоков коры головного мозга), кожно-гальванический рефлекс.

«Восходы» 1964-1965 Электрокардиография, пневмография, сейсмокардиография, электроэнцефалография, регистрация двигательных актов письма.

одиночные 1967-1970 Электрокардиография, пневмография, сейсмокардиография, температура тела.

тахоосциллография (для измерения показателей артериального давления), флебография (для регистрации кривой пульса яремной вены и определения венозного давления, реграфия (для изучения ударного и минутного объема сердца и пульсового кровенаполнения различных областей тела), измерение массы тела, объема голени, забор крови, изучение внешнего дыхания, микробиологические исследования, а также исследования водно-солевого обмена и др.

Во время длительных полетов на орбитальных комплексах «Салют» - «Союз» важное значение придавалось медицинскому управлению. Медицинское управление является частью (подсистемой) более общей системы «экипаж - корабль - центр управления полетом», и его функции направлены на сохранение максимальной организованности всей системы в целом путем поддержания хорошего состояния здоровья экипажа и необходимой его работоспособности. С этой целью медицинская служба тесно взаимодействовала с экипажем и специалистами по планированию программы полета. Рабочим органом управления была группа медицинского обеспечения в центре управления полетом, вступавшая во взаимный контакт с экипажем, с консультативно-прогностической группой и с другими группами центра управления полетом.

Результаты обследований и формировавшиеся на их основе рекомендации по использованию профилактических средств, режиму труда и отдыха и другим медицинским мероприятиям систематически обсуждались с экипажем и принимались им к исполнению. Все это создавало атмосферу благожелательности и делового сотрудничества между группой медицинского обеспечения и экипажем в решении задачи сохранения здоровья экипажа в полете и в подготовке для встречи его с Землей.

Средства профилактики

предпосылкой для разработки профилактических средств и рациональной системы медицинского контроля в длительных космических полетах. Имеющиеся к настоящему времени данные позволяют сформулировать некоторые рабочие гипотезы, которые могут рассматриваться как схема для проведения дальнейших исследований.

Главным звеном в патогенезе действия фактора невесомости является, по-видимому, снижение функциональной нагрузки на ряд систем человеческого организма в связи с отсутствием веса и связанного с этим механического напряжения структур тела. Функциональная недогруженность человеческого организма в состоянии невесомости проявляется, вероятно, как изменение афферентации с механорецепторов, а также как изменение распределения жидких сред и снижение нагрузки »а опорно-двигательный аппарат космонавта и его тоническую мускулатуру.

всегда имеет место напряжение структур, обусловленное силой веса. При этом большое количество мышц, а также связки, некоторые суставы, противодействуя этой тенденции, постоянно находятся под нагрузкой независимо от положения тела человека. Под влиянием веса внутренние органы стремятся и к смещению по направлению к Земле, натягивая фиксирующие их связки.

Многочисленные нервные воспринимающие приборы (рецепторы), находящиеся в мышцах, связках, внутренних органах, сосудах и т. д., посылают импульсы в центральную нервную систему, сигнализируя о положении тела. Такие же сигналы поступают из вестибулярного аппарата, расположенного во внутреннем ухе, где кристаллики углекислых солей (столиты), смещая нервные окончания под влиянием своего веса, сигнализируют о перемещении тела.

Однако при длительном полете и непременном его атрибуте - невесомости - вес тела и отдельных его частей отсутствует. Рецепторы мышц, внутренних органов, связок, сосудов при нахождении в невесомости работают как бы «в другом ключе». Сведения о положении тела поступают главным образом из зрительного анализатора, и нарушается выработанное на протяжении всего развития человеческого организма взаимодействие анализаторов пространства (зрения, вестибулярного аппарата, мышечного чувства и др.). Мышечный, тонус и нагрузка на мышечную систему в целом уменьшаются, поскольку отсутствует необходимость противостоять им силе веса.

В результате в невесомости уменьшается общий объем импульсации с воспринимающих элементов (рецепторов), идущий в центральную нервную систему. Это приводит к снижению активности центральной нервной системы, что, в свою очередь, влияет на регуляцию внутренних органов и других функций человеческого организма. Однако организм человека - структура чрезвычайно пластичная, и через некоторое время пребывания человека в состоянии невесомости отмечается приспособление его организма к этим условиям, причем работа внутренних органов уже происходит на новом, ином (по сравнению с Землей) функциональном уровне взаимодействия между системами.

благодаря ее весу стремится в нижележащие части тела (ноги, нижняя часть живота). В связи с этим организм космонавта вырабатывает систему механизмов, препятствующих такому перемещению. В невесомости ведь нет силы, кроме энергии сердечного толчка, которая бы способствовала перемещению крови к нижним участкам тела. В результате наблюдается прилив крови к голове и органам грудной клетки.

вен и предсердий. Это является поводом к сигналу в центральную нервную систему о включении механизмов, способствующих уменьшению избытка жидкости в крови. В результате возникает ряд рефлекторных реакций, приводящих к увеличению выведения жидкости, а вместе с ней и солей из организма. В конечном итоге может снизиться вес тела и измениться содержание некоторых электролитов, в частности калия, а также измениться состояние сердечно-сосудистой системы.

Перераспределение крови играет, по-видимому, определенную роль в развитии вестибулярных нарушений (космическая форма укачивания) в начальном периоде пребывания в невесомости. Однако ведущая роль здесь все же принадлежит, вероятно, нарушению слаженной работы органов чувств в условиях невесомости, осуществляющих пространственную ориентировку.

к соответствующему изменению в так называемых антигравитационных мышцах, снижению их тонуса, атрофии. Снижение тонуса и силы мышц, в свою очередь, способствует ухудшению регуляции вертикальной позы и нарушению походки у космонавта в послеполетном периоде. Вместе с тем причиной этих явлений может быть и перестройка двигательного стереотипа в процессе.

Приведенные представления о механизме изменения некоторых функций человеческого организма в условиях невесомости, естественно, довольно схематичны, еще не во всех своих звеньях подтверждены экспериментально. Мы провели эти рассуждения лишь с целью показать взаимосвязанность всех функций организма космонавта, когда изменения в одном звене вызывают целую гамму реакций различных систем. С другой стороны, важно подчеркнуть обратимость изменений, широкие возможности приспособления человеческого организма к действию самых необычных факторов внешней среды.

Описанные изменения функций организма космонавта в состоянии невесомости могут рассматриваться как отражение приспособительных реакций человека к новым условиям существования - к отсутствию силы веса. Естественно, что эти изменения во многом определяют соответствующие реакции со стороны человеческого организма, которые имеют место при возвращении космонавта на Землю и при последующем приспособлении его организма к условиям Земли, или, как говорят врачи, при реадаптации.

Выявленные после кратковременных полетов в космос сдвиги в ряде функций организма космонавта, прогрессирующие с увеличением продолжительности полетов, поставили вопрос о разработке средств профилактики неблагоприятного влияния невесомости. Теоретически можно было предположить, что применение искусственной силы тяжести (ИСТ) явится наиболее радикальным средством защиты от невесомости. Однако создание ИСТ порождает ряд физиологических проблем, связанных с пребыванием во вращающейся системе, а также технических проблем, которые должны обеспечить создание ИСТ в космическом полете.

В связи с чем исследователи еще задолго до начала космических полетов начали поиски других путей для профилактики неблагоприятных изменений в человеческом организме в условиях космического полета. В ходе этих исследований испытывались многочисленные методы для профилактики неблагоприятного влияния невесомости, не связанные с применением ИСТ. К ним относятся, например, физические методы, направленные на уменьшение перераспределения крови в организме космонавта во время или после окончания полета, а также на стимуляцию нервно-рефлекторных механизмов, регулирующих кровообращение в вертикальном положении тела. Для этого используются приложение отрицательного давления к нижней части тела, накладываемые на руки и ноги надувные манжеты, костюмы для создания перепада положительного давления, вращение на центрифуге малого радиуса, инерционно-ударные воздействия, электростимуляция мышц нижних конечностей, эластичные и противоперегрузочные костюмы и т. д.

Среди других методов подобной профилактики отметим физические нагрузки, направленные на поддержание тренированности организма и стимуляцию некоторых групп рецепторов (физические тренировки, нагрузочные костюмы, нагрузка на скелет); воздействия, связанные с регуляцией питания (добавление солей, белков и витаминов в пищу, нормирование питания и водопотребления); целенаправленное воздействие с помощью так называемых медикаментозных средств и измененной газовой среды.

Профилактические средства против каких-либо неблагоприятных сдвигов в организме космонавта могут быть эффективны лишь в том случае, если они назначаются с учетом механизма этих нарушений. Применительно к невесомости профилактические средства должны быть направлены в первую очередь на восполнение дефицита мышечной активности, а также на воспроизведение эффектов, которые в условиях Земли обусловливаются весом крови и тканевой жидкости.

физических упражнений на беговой дорожке и велоэргометре, а также силовых упражнений с эспандерами; 2) создание постоянной нагрузки на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру космонавта (ежесуточное пребывание в течение 10-16 ч в нагрузочных костюмах); 3) тренировки с приложением отрицательного давления к нижней части тела, проводимые в конце полета; 4) применение водно-солевых добавок в день окончания полета; 5) применение послеполетного противоперегрузочного костюма.

С помощью специальных костюмов и системы резиновых амортизаторов при выполнении «космической зарядки» создавалась нагрузка величиной 50 кг в направлении продольной оси тела, а также статическая нагрузка на основные группы антигравитационных мышц.

Физические тренировки проводились также и на велоэргометре - аппарате, аналогичном велосипеду, но стоящем на месте. На нем космонавты педалировали ногами или руками, создавая тем самым соответствующую нагрузку на соответствующие мышечные группы.

Нагрузочные костюмы воспроизводили постоянную статическую нагрузку на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру космонавта, что в определенной степени компенсирует отсутствие земной силы тяжести. Конструктивно костюмы выполнены как полуприлегающие комбинезоны, включающие в себя эластичные элементы типа резиновых амортизаторов.

Для создания отрицательного давления на нижнюю часть тела применялся вакуумный комплект в виде брюк, представляющих собой герметический мешок на каркасе, в котором можно создавать разрежение. При уменьшении давления создаются условия оттока крови к ногам, что способствует такому ее распределению, которое характерно для человека, находящегося в вертикальной позе в условиях Земли.

Водно-солевые добавки предназначались для задержки воды в организме и увеличения объема плазмы крови. Послеполетный профилактический костюм, надеваемый под скафандр перед спуском, был предназначен для создания избыточного давления на ноги, что препятствует на Земле скоплению крови в нижних конечностях при вертикальном положении тела и благоприятствует сохранению нормального кровообращения при переходе из горизонтального положения в вертикальное.

Изменение основных функций человеческого организма в невесомости

Главным итогом изучения космического пространства (с медицинской точки зрения) стало доказательство возможности не только длительного пребывания человека в условиях космического полета, но и разносторонней его деятельности там. Это дает теперь право рассматривать космическое пространство как среду будущего обитания человека, а космический аппарат и сам полет в космос - как наиболее эффективный, непосредственный способ изучения реакций человеческого организма в этих условиях. К настоящему времени накопилась достаточно большая информация о реакциях различных физиологических систем организма космонавта в разные фазы полета и в послеполетном периоде.

Симптомокомплекс, внешне сходный с болезнью укачивания (снижение аппетита, головокружение, усиление слюноотделения, тошнота, а иногда и рвота, пространственные иллюзии), в той или иной степени выраженности наблюдается примерно у каждого третьего космонавта и проявляется в первые 3-6 сут полета. Важно отметить, что в настоящее время пока еще невозможно достоверно предсказывать степень выраженности этих явлений у космонавтов в полете. У некоторых космонавтов признаки укачивания проявлялись также и в первые сутки после возвращения на Землю. Развитие симптомокомплекса укачивания в полете в настоящее время объясняется изменением функционального состояния вестибулярного аппарата космонавта и нарушением взаимодействия его сенсорных систем, а также особенностями гемодинамики (перераспределением крови) в условиях невесомости.

Симптомокомплекс перераспределения крови в верхнюю часть тела имеет место почти у всех космонавтов в полете, возникает в первые сутки и затем в различные сроки, в среднем в течение недели, постепенно сглаживается (но не всегда полностью исчезает). Этот симптомокомплекс проявляется ощущением прилива крови и тяжести в голове, заложенностью носа, сглаженностью морщин и одутловатостью лица, увеличением кровенаполнения и давления в венах шеи и показателей кровенаполнения головы. Объем голени уменьшается. Описанные явления связаны с перераспределением крови вследствие отсутствия ее веса в невесомости, что приводит к уменьшению скопления крови в нижних конечностях и увеличению притока в верхнюю часть тела.

некоторых рабочих операций и затрудняется оценка мышечных усилий, необходимых для выполнения ряда движений. Однако уже в течение нескольких первых суток полета эти движения вновь обретают необходимую точность, уменьшаются необходимые усилия для их выполнения и эффективность двигательной работоспособности возрастает. При возвращении на Землю субъективно увеличивается вес предметов и собственного тела, изменяется регуляция вертикальной позы. При послеполетном исследовании двигательной сферы у космонавтов выявляется уменьшение объема нижних конечностей, некоторая потеря мышечной массы и субатрофия антигравитационной мускулатуры, главным образом длинных и широких мышц спины.

Изменения функций сердечно-сосудистой системы в длительных космических полетах проявляются как тенденция к небольшому снижению некоторых показателей артериального давления, повышение венозного давления в области вен шеи и снижение его в области голени. Выброс крови при сокращении сердца (ударный объем) первоначально увеличивается, а минутный объем кровообращения имеет на протяжении полета тенденцию к превышению предполетных величин. Показатели кровенаполнения головы обычно увеличивались, нормализация их происходила на 3-4 месяцах полета, а в области голени уменьшались.

Реакция сердечно-сосудистой системы на функциональные пробы с приложением отрицательного давления к нижней части тела и физической нагрузкой претерпевала некоторые изменения в полете. При пробе с приложением отрицательного давления реакции космонавта в отличие от земных были более выраженными, что указывало на развитие явлений ортостатической детренированности. Вместе с тем переносимость проб с физической нагрузкой в полугодовых полетах практически во всех обследованиях оценивалась как хорошая, и реакции качественно не отличались от предполетного периода. Это свидетельствовало о том, что с помощью профилактических мероприятий удается стабилизировать реакцию организма на функциональные пробы и даже в ряде случаев достигнуть их меньшей выраженности, чем в предполетном периоде.

В послеполетном периоде при переходе из горизонтального положения в вертикальное, а также при проведении ортостатической пробы (пассивное вертикальное положение на наклонном столе) выраженность реакций больше, чем до полета. Это объясняется тем, что в условиях Земли кровь снова обретает свой вес и устремляется к нижним конечностям и вследствие снижения у космонавтов тонуса сосудов и мышц здесь может скапливаться больше крови, чем обычно. В результате происходит отток крови от мозга.

может резко снизиться артериальное давление, мозг будет испытывать недостаток крови, а следовательно, и кислорода.

солей после полета. Сразу после полетов уменьшается выведение жидкости почками и увеличивается выведение ионов кальция и магния, а также ионов калия. Отрицательный баланс калия в сочетании с увеличением выведения азота, вероятно, указывает на уменьшение клеточной массы и снижение способности клеток в полном объеме ассимилировать калий. Исследования некоторых функций почек с помощью нагрузочных проб выявили рассогласование в системе ионорегуляции в виде разнонаправленного изменения экскреции жидкости и некоторых ионов. При анализе полученных данных складывается впечатление, что сдвиги в водно-солевом балансе обусловлены изменением систем регуляции и гормонального статуса под влиянием фактора полета.

Уменьшение минеральной насыщенности костной ткани (потеря кальция и фосфора костями) отмечено в ряде полетов. Так, после 175- и 185-суточных полетов эти потери составляли 3,2-8,3%, что существенно меньше, чем после длительного постельного режима. Такое относительно небольшое уменьшение минеральных компонентов в костной ткани является весьма существенным обстоятельством, поскольку рядом ученых деминерализация костной ткани рассматривалась как один из факторов, который может явиться препятствием для увеличения длительности космических полетов.

Биохимические исследования показали, что под влиянием длительных космических полетов происходит перестройка процессов метаболизма, обусловленная приспособлением организма космонавта к условиям невесомости. Выраженных изменений обмена веществ при этом не наблюдается.

и восстанавливается примерно через 1-1,5 месяца после полета. Исследования содержания эритроцитов в крови во время и после полетов представляют большой интерес, поскольку, как известно, средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 сут.

объема плазмы крови. В результате включаются компенсаторные механизмы, стремящиеся сохранить основные константы циркулирующей крови, что приводит (вследствие уменьшения объема плазмы крови) к адекватному уменьшению эритроцитарной массы. Быстрое же восстановление эритроцитарной массы после возвращения на Землю невозможно, поскольку образование эритроцитов происходит медленно, в то время как жидкая часть крови (плазма) восстанавливается! значительно быстрее. Такое быстрое восстановление объема циркулирующей крови приводит к кажущемуся дальнейшему уменьшению содержания эритроцитов, которое восстанавливается через 6-7 недель после окончания полета.

Таким образом, результаты гематологических исследований, полученные во время и после длительных космических полетов, позволяют оптимистически оценивать возможность приспособления системы крови космонавта к условиям полета и ее восстановление в послеполетном периоде. Это обстоятельство является чрезвычайно важным, поскольку в специальной литературе возможные гематологические изменения, ожидаемые в длительных космических полетах, рассматриваются как одна из проблем, способная воспрепятствовать дальнейшему увеличению продолжительности полетов.

после полета. Необходимо все же сказать, что мы еще не все знаем о реакциях космонавтов в длительном полете, не со всеми неблагоприятными явлениями можем бороться. Работы в этом плане предстоит еще много.

Западное медицинское исследование и наблюдение за 12 астронавтами показало, что при продолжительном нахождении в условиях микрогравитации сердце человека на 9,4 процента сильнее приобретает сферическую форму, что в свою очередь может вызывать самые различные проблемы с его работой. Особенно актуальной эта проблема может стать при длительных космических путешествиях, например, к Марсу.

«Сердце в космосе работает совсем не так, как оно работает в условиях земной гравитации, что в свою очередь может привести к утрате его мышечной массы», — говорит доктор Джемс Томас из NASA.

«Все это повлечет за собой серьезные последствия после возвращения на Землю, поэтому в настоящий момент мы ищем возможные способы, которые позволят избежать или по крайней мере снизить эту потерю мышечной массы».

Специалисты отмечают, что после возвращения на Землю сердце обретает свою изначальную форму, однако никому не известно, как один из важнейших органов нашего организма поведет себя после долгих перелетов. Докторам уже известны случаи, когда вернувшиеся обратно астронавты испытывали головокружение и дезориентацию. В некоторых случаях отмечается резкое изменение в артериальном давлении (происходит его резкое снижение), особенно когда человек пытается встать на ноги. Помимо этого, у некоторых астронавтов во время миссий наблюдается аритмия (нарушение сердечного ритма).

Исследователи отмечают необходимость в разработке методов и правил, которые позволят путешественникам дальнего космоса избежать данные виды проблем. Как отмечается, такие методы и правила могли бы пригодиться не только космонавтам, но и обычным людям на Земле — испытывающим проблемы работы сердца, а также тем, кому прописан постельный режим.

В настоящий момент началась пятилетняя исследовательская программа, задачей которой будет определение уровня воздействия космоса на ускорение развития у космонавтов атеросклероза (болезнь кровеносных сосудов).

Пьянство и психические расстройства

Несмотря на то, что проведенный NASA анонимный опрос снял подозрения в частом употреблении астронавтами алкогольных напитков, в 2007 году произошли два случая, когда фактически пьяных астронавтов из NASA допустили для полета внутри российского космического корабля «Союз». При этом лететь людям разрешили даже после того, как медики, готовившие этих астронавтов к полету, а также другие участники миссии рассказали начальству о весьма горячей кондиции своих коллег.

Согласно политике безопасности того времени, NASA говорило об официальном запрете употребления астронавтами алкоголя за 12 часов перед тренировочными полетами. Действие этого правила также негласно предполагалось и на время космических полетов. Однако после вышеописанного инцидента, NASA возмутила такая беспечность астронавтов, что агентство решило сделать это правило в отношении космических полетов официальным.

Бывший астронавт Майк Маллэйн рассказал однажды о том, что астронавты употребляли алкоголь перед полетом для дегидратации организма (алкоголь обезвоживает), чтобы в конечном итоге снизить нагрузку на мочевой пузырь и в момент запуска внезапно не захотеть в туалет.

Свое место среди опасностей в рамках космических миссий имел также и психологический аспект. Во время космической миссии Skylab 4 астронавтам настолько «надоело» общаться с центром управления космическими полетами, что они почти на сутки отключили радиосвязь и игнорировали поступающие от NASA сообщения. После этого инцидента ученые стараются определить и решить потенциальные негативные психологические эффекты, которые могут возникнуть в рамках более стрессовых и продолжительных миссий к Марсу.

Недостаток сна и использование снотворных

Десятилетнее исследование показало, что последние недели перед запуском и во время начала космических миссий астронавты явно недосыпают. Среди опрошенных три из четырех признавались, что употребляли медицинские средства, которые помогали им уснуть, даже невзирая на то, что употребление подобных медикаментов могло быть опасным во время управления космическим аппаратом и при работе с другим оборудованием. Опаснее всего ситуация в таком случае могла бы оказаться тогда, когда астронавты принимали одно и то же лекарство и в одно и то же время. В таком случае в момент возникшей чрезвычайной ситуации, требующей экстренного решения, они могли бы ее просто проспать.

Несмотря на то, что NASA приписало каждому астронавту спать как минимум восемь с половиной часов в день, большинство из них каждодневно отдыхали всего около шести часов во время выполнения миссий. Серьезность такой нагрузки на организм усугублялась еще и тем, что в течение последних трех месяцев тренировок перед полетом люди ежедневно спали менее шести с половиной часов.

«Будущие миссии на Луну, Марс и дальше потребуют разработки более эффективных мер для решения вопросов нехватки сна и оптимизации производительности человека во время космического полета», — говорит старший исследователь данного вопроса доктор Чарльз Кзейлер.

«Эти меры могут включать изменения графика работ, которые будут выполняться с учетом воздействия на человека определенных световых волн, а также изменения в поведенческой стратегии экипажа для более комфортного входа в состояние сна, которое обязательно необходимо для восстановления здоровья, сил и хорошего настроения на следующий день».

Потеря слуха

показали, что еще со времен миссий космических шаттлов у некоторых астронавтов отмечались случаи временной значительной и менее значительной потери слуха. Отмечались они чаще всего при воздействии на людей высоких звуковых частот. У членов экипажа советской космической станции «Салют-7» и российского «Мира» также регистрировались незначительные или весьма значительные эффекты снижения слуха после возвращения на Землю. Опять же во всех этих случаях причиной частичной или полной временной потери слуха являлось воздействие высоких звуковых частот.

Экипажу Международной космической станции предписано каждодневное ношение беруш. Для снижения шума на борту МКС, помимо прочих мер, было предложено использование специальных звукоизоляционных прокладок внутри стен станции, а также установка более тихих вентиляторов.

Однако, помимо шумного фона, на потерю слуха могут влиять и другие факторы: например, состояние атмосферы внутри станции, повышение внутричерепного давления, а также повышенный уровень углекислого газа внутри станции.

В 2015 году NASA планирует с помощью экипажа МКС начать изучение возможных способов избегания эффектов потери слуха во время годичных миссий. Ученые хотят посмотреть, насколько долго можно избегать подобных эффектов, и выяснить приемлемый риск, связанный с потерей слуха. Ключевой задачей эксперимента будет определение того, как минимизировать потерю слуха полностью, а не только во время конкретно взятой космической миссии.

Камни в почках

У каждого десятого человека на Земле рано или поздно проявляется проблема камней в почках. Однако данный вопрос становится гораздо острее, когда речь заходит об астронавтах, потому как в условиях космоса кости организма начинают терять полезные вещества еще быстрее, чем на Земле. Внутрь организма выделяются соли (фосфат кальция), которые проникают через кровь и накапливаются в почках. Эти соли могут утрамбовываться и обретать форму камней. При этом размер этих камней может варьироваться от микроскопического до вполне себе серьезного — вплоть до размера с грецкий орех. Проблема заключается в том, что эти камни могут блокировать сосуды и другие потоки, которые питают орган или выводят из почек лишние вещества.

Для астронавтов риск развития почечных каменей опаснее тем, что в условия микрогравитации может снижаться объем крови внутри организма. Кроме того, многие астронавты не пьют по 2 литра жидкостей в день, которые, в свою очередь, могли бы обеспечить полную гидратацию их организма и не позволять камням застаиваться в почках, выводя их частички вместе с мочой.

Отмечается, что как минимум у 14 американских астронавтов развилась проблема с камнями в почках практически разу же после завершения их космических миссий. В 1982 году был зафиксирован случай острой боли у члена экипажа на борту советской станции «Салют-7». Космонавт в течение двух дней мучился от сильнейших болей, в то время как его товарищу ничего не оставалось, как беспомощно наблюдать за страданиями своего коллеги. Сначала все подумали на острый аппендицит, однако через время вместе с мочой у космонавта вышел небольшой почечный камень.

Ученые весьма долгое время разрабатывали специальную ультразвуковую машину размером с настольный компьютер, которая позволяет обнаруживать камни в почках и выводить их с помощью импульсов звуковых волн. Думается, на борту корабля, следующего к Марсу, такая штука могла бы определенно пригодиться.

Заболевания легких

Несмотря на то, что мы пока с точностью не знаем, какие негативные эффекты для здоровья может вызывать пыль с других планет или астероидов, ученым все же известны некоторые весьма неприятные последствия, которые могут проявляться в результате воздействия лунной пыли.

Самый серьезный эффект вдыхания пыли, вероятнее всего, отразится на легких. Однако невероятно острые частицы лунной пыли могут нанести серьезные повреждения не только легким, но и сердцу, заодно вызвав целый букет различных недугов, начиная от сильнейшего воспаления органов и заканчивая раком. Аналогичные эффекты может вызывать, например, асбест.

Острые частицы пыли могут нанести вред не только внутренним органам, но и вызывать воспаление и ссадины на коже. Для защиты необходимо использование специальных многослойных кевлароподобых материалов. Лунная пыль может с легкостью повредить роговицы глаз, что в свою очередь может оказаться наиболее серьезной экстренной ситуацией для человека в космосе.

Ученые с сожалением отмечают, что неспособны смоделировать лунный грунт и провести полный набор тестов, необходимых для определения воздействия лунной пыли на организм. Одна из сложностей в решении этой задачи заключается в том, что на Земле частицы пыли не находятся в вакууме и не подвергаются постоянному воздействию радиации. Лишь дополнительные исследования пыли непосредственно на поверхности самой Луны, а не в лаборатории, смогут обеспечить ученых необходимыми данными для разработки эффективных методов защиты от этих крошечных токсичных убийц.

Сбой иммунной системы

Наша иммунная система меняется и отвечает на любые, даже самые малейшие изменения в нашем организме. Недостаток сна, недостаточный прием питательных веществ или даже обычный стресс — все это ослабляет нашу иммунную систему. Но это на Земле. Изменение же иммунной системы в космосе может в конечном итоге обернуться обычной простудой либо нести потенциальную опасность в развитии куда более серьезных заболеваний.
В космосе распределение иммунных клеток в организме изменяется не сильно. Куда большую угрозу для здоровья могут повлечь за собой изменения в функционировании этих клеток. Когда функционирование клетки снижается, уже подавленные вирусы, находящиеся в человеческом организме, могут заново пробудиться. И сделать это фактически скрытно, без проявления симптомов болезни. При повышении активности иммунных клеток иммунная система слишком остро реагирует на раздражители, вызывая аллергические реакции и другие побочные эффекты вроде сыпи на коже.

«Такие вещи, как радиация, микробы, стресс, микрогравитация, нарушение сна и даже изоляция — все они могут повлиять на изменение работы иммунной системы членов экипажа», — говорит иммунолог NASA Брайан Крушин.

«В рамках долгих космических миссий будет повышаться риск развития инфекций, гиперчувствительности, а также аутоиммунных проблем у астронавтов».

Для решения проблем с иммунной системой NASA планирует использовать новые методы антирадиационной защиты, новый подход к сбалансированному питанию и лекарствам.

Радиационные угрозы

Нынешнее очень необычное и весьма продолжительное отсутствие солнечной активности может способствовать опасным изменениям уровня радиации в космосе. Ничего подобного не происходило почти в течение последних 100 лет.

«Несмотря на то, что подобные события необязательно являются останавливающим фактором для долгих миссий к Луне, астероидам и даже к Марсу, галактическая космическая радиация сама по себе является тем фактором, который может ограничить запланированное время проведения этих миссий», — говорит Нэйтан Швадрон из Института земных, океанических и космических исследований.

Последствия такого рода воздействия могут быть самыми разными, начиная от лучевой болезни и заканчивая развитием рака или поражением внутренних органов. Кроме того, опасные уровни радиационного фона сокращают эффективность антирадиационной защиты космического корабля примерно на 20 процентов.

В рамках всего лишь одной миссии на Марс астронавт может подвергнуться 2/3 той безопасной дозы излучения, которой человек может подвергнуться в худшем случае в течение всей своей жизни. Это излучение может вызвать изменения в ДНК и увеличить риск развития рака.

«Если говорить о накопительной дозе, то это тоже самое, что проводить полное КТ-сканирование организма каждые 5-6 дней», — говорит ученый Кэри Цейтлин.

Когнитивные проблемы

При симуляции состояния нахождения в космосе ученые обнаружили, что воздействие высокозаряженных частиц даже в малых дозах заставляет лабораторных крыс реагировать на окружение гораздо медленнее, и при этом грызуны становятся более раздражительными. Наблюдение за крысами также показало изменение в составе белка в их мозге.

Однако ученые спешат отметить, что не на всех крысах проявлялись одинаковые эффекты. Если это правило действительно и в случае с астронавтами, то, по мнению исследователей, они смогли бы определить биологический маркер, указывающий и предсказывающий скорое проявление этих эффектов у астронавтов. Возможно, этот маркер даже позволил бы найти способ снизить негативные последствия от воздействия радиации.

Более серьезную проблему представляет болезнь Альцгеймера.

«Воздействие уровня радиации, эквивалентного тому, которое придется испытать человеку во время полета на Марс, может способствовать развитию когнитивных проблем и ускорять изменения в работе мозга, которые чаще всего ассоциируют с болезнью Альцгеймера», — говорит невролог Керри О’Бэнион.

«Чем дольше находишься в космосе, тем больше риск развития заболевания».

Один из утешительных фактов заключается в том, что ученые уже успели исследовать один из самых неудачных сценариев воздействия излучения. Они за один раз подвергли лабораторных мышей такому уровню излучения, которое являлось бы характерным для всего времени в рамках миссии на Марс. В свою очередь, люди при полете на Марс будут подвергаться излучению дозированно, в течение трех лет полета. Ученые считают, что человеческий организм может адаптироваться к таким небольшим дозам.

Помимо этого, отмечается, что пластик и легковесные материалы могут обеспечить людям более эффективную защиту от излучения, по сравнению с используемым сейчас алюминием.

Потеря зрения

У некоторых астронавтов отмечается развитие серьезных проблем со зрением после пребывания в космосе. Чем дольше длится космическая миссия, тем вероятнее шанс подобных печальных последствий.

По крайней мере среди 300 американских астронавтов, проходивших медицинскую проверку с 1989 года, проблемы со зрением наблюдались у 29 процентов людей, находившихся в космосе в течение двухнедельных космических миссий, и у 60 процентов людей, которые в течение нескольких месяцев работали на борту Международной космической станции.

Врачи из Техасского университета провели сканирование мозга у 27 астронавтов, проведших в космосе более месяца. У 25 процентов из них наблюдалось уменьшение объема передне-задней оси одного или сразу двух глазных яблок. Такое изменение приводит к дальнозоркости зрения. Опять же отмечалось, чем дольше человек находится в космосе, тем вероятнее данное изменение.

Ученые считают, что объясняться этот негативный эффект может подъемом жидкости к голове в условиях мигрогравитации. В данном случае в черепной коробке начинает накапливаться цереброспинальная жидкость, повышается внутричерепное давление. Просачиваться сквозь кость жидкость не может, поэтому начинает создавать давление на внутреннюю часть глаз. Исследователи пока не уверены, будет ли уменьшаться данный эффект у астронавтов, прибывающих в космосе более шести месяцев. Однако вполне очевидно, что выяснить это будет нужно до того момента, как засылать людей на Марс.

Если проблема вызвана исключительно внутричерепным давлением, то одним из возможных вариантов ее решения будет создание условий искусственной гравитации, каждый день по восемь часов, во время сна астронавтов. Однако говорить о том, поможет ли данный метод или нет — пока рано.

«Эта проблема требует решения, потому что в противном случае она может оказаться главной причиной невозможности длительных космических путешествий», — говорит ученый Марк Шелхамер.