Kosmosa bioloģijas attīstības sasniegumi un perspektīvas. Projekts par astronomiju un bioloģiju par tēmu "kosmonautika". Dzērums un garīgi traucējumi

20. gadsimta otrā puse tika atzīmēta ne tikai ar teorētisko pētījumu veikšanu, lai atrastu veidus, kā izpētīt kosmosu, bet arī ar praktisku automātisku transportlīdzekļu izveidi un palaišanu Zemes orbītās un uz citām planētām, pirmo pilotējamo lidojumu kosmosā un ilgtermiņa lidojumus. orbitālajās stacijās un cilvēka nosēšanās uz Mēness virsmas. Teorētiskie pētījumi kosmosa tehnoloģiju jomā un vadāmu lidmašīnu projektēšana krasi stimulēja daudzu zinātņu attīstību, tostarp jaunas zināšanu nozares - kosmosa medicīna.

Kosmosa medicīnas galvenie uzdevumi ir šādi:

kosmosa lidojumu apstākļu ietekmes uz cilvēka ķermeni izpēte, tai skaitā fizioloģisko parametru nobīdes rašanās fenomenoloģijas un mehānismu izpēte kosmosa lidojumā;

kosmonautu atlases un apmācības metožu izstrāde;

Kosmosa medicīna savā vēsturiskajā attīstībā ir gājusi no kosmosa lidojumu faktoru modelēšanas laboratorijas apstākļos un dzīvnieku lidojumu laikā ar raķetēm un satelītiem līdz pētījumiem, kas saistīti ar orbitālo staciju un starptautisko apkalpju lidojumiem.

Kosmosa bioloģijas un medicīnas veidošanā un attīstībā PSRS kosmonautikas pamatlicēju K. E. Ciolkovska, F. A. Zandera un citu darbi, kuri formulēja vairākas bioloģiskas problēmas, kuru risināšanai bija jābūt izpētes priekšnoteikumam. cilvēka kosmosa izplatības, bija liela nozīme. Kosmosa bioloģijas un medicīnas teorētiskie aspekti balstās uz tādu dabaszinātņu pamatlicēju kā I. M. Sečenova, K. A. Timirjazeva, I. P. Pavlova, V. V. Dokučajeva, L. A. Orbeli u.c. klasiskajiem noteikumiem, kuru darbos doktrīna par organisma mijiedarbību un ārējā vide tiek atspoguļota kā sarkans pavediens, un tiek izstrādāti fundamentālie jautājumi par organisma pielāgošanos mainīgajiem vides apstākļiem.

Svarīga loma vairāku kosmosa medicīnas noteikumu un sadaļu veidošanā bija darbam aviācijas medicīnas jomā, kā arī pētījumiem par biofizikālajām raķetēm un kosmosa kuģiem 50.-60.

Praktiskā kosmosa izpēte ar pilotējamu lidojumu palīdzību sākās ar pasaulē pirmā kosmonauta Ju.A.Gagarina vēsturisko lidojumu 1961.gada 12.aprīlī ar kosmosa kuģi "Vostok". Mēs visi atceramies viņa vienkāršo cilvēcisko frāzi. “Ejam”, izrunājoties kosmosa kuģa Vostok palaišanas laikā, šī frāze kodolīgi un tajā pašā laikā diezgan ietilpīgi raksturoja cilvēces lielāko sasniegumu. Cita starpā Ju.A.Gagarina lidojums bija brieduma pārbaudījums gan kosmonautikai kopumā, gan jo īpaši kosmosa medicīnai.

Pirms šī lidojuma veiktie biomedicīnas pētījumi un uz to pamata izstrādātā dzīvības uzturēšanas sistēma nodrošināja kosmosa kuģa kabīnē normālus dzīves apstākļus, kas nepieciešami astronautam, lai pabeigtu lidojumu. Līdz tam laikam izveidotā kosmonautu atlases un apmācības sistēma, cilvēka lidojuma stāvokļa un darbaspēju biotelemetriskā monitoringa sistēma un kabīnes higiēniskie parametri noteica lidojuma iespējamību un drošību.

Tomēr viss iepriekšējais darbs, visi daudzie dzīvnieku lidojumi uz kosmosa kuģiem, nevarēja atbildēt uz dažiem jautājumiem, kas saistīti ar cilvēka lidojumu. Tā, piemēram, pirms Ju.A.Gagarina lidojuma nebija zināms, kā bezsvara apstākļi ietekmē tīri cilvēka funkcijas: domāšanu, atmiņu, kustību koordināciju, apkārtējās pasaules uztveri un daudz ko citu. Tikai pirmā cilvēka lidojums kosmosā parādīja, ka šīs funkcijas bezsvara stāvoklī būtiski nemainās. Tāpēc Ju.A.Gagarins visā pasaulē tiek dēvēts par "zvaigžņu ceļu" pionieri, cilvēku, kurš bruģēja ceļu visiem turpmākajiem pilotējamiem lidojumiem.

20 gadu laikā, kas pagājuši kopš Ju. A. Gagarina lidojuma, cilvēce ir nepārtraukti un visaptveroši turpinājusi izpētīt kosmosu. Un saistībā ar šo krāšņo jubileju ir iespēja ne tikai analizēt mūsdienu kosmosa medicīnas sasniegumus, bet arī veikt vēsturisku atkāpi pagātnē un iepriekšējās desmitgadēs.

Kosmosa lidojumus visā to attīstībā var nosacīti iedalīt vairākos posmos. Pirmais posms ir pilotēta lidojuma sagatavošana kosmosā, tas aptvēra ievērojamu laika posmu. To papildināja tādi pētījumi kā: 1) fizioloģijas un aviācijas medicīnas datu vispārināšana, kas pētīja nelabvēlīgu vides faktoru ietekmi uz dzīvnieku un cilvēku organismu; 2) veicot daudzus laboratoriskos pētījumus, kuros imitēti daži kosmosa lidojumu faktori un pētīta to ietekme uz cilvēka organismu; 3) speciāli sagatavoti eksperimenti ar dzīvniekiem raķešu lidojumos atmosfēras augšējos slāņos, kā arī orbitālos lidojumos uz mākslīgajiem Zemes pavadoņiem.

Galvenie uzdevumi tolaik bija vērsti uz jautājuma izpēti par pilotējamā lidojuma kosmosā fundamentālo iespēju un problēmu risināšanu tādu sistēmu radīšanā, kas nodrošina cilvēka uzturēšanos kosmosa kuģa kabīnē orbitālā lidojuma laikā. Fakts ir tāds, ka tajā laikā bija zināms vairāku diezgan autoritatīvu zinātnieku viedoklis par cilvēka dzīves nesaderību ar ilgstoša bezsvara stāvokļa apstākļiem, jo ​​​​tas, iespējams, var izraisīt būtiskus elpošanas un asinsrites traucējumus. Turklāt viņi baidījās, ka cilvēks varētu neizturēt lidojuma radīto psiholoģisko stresu.

turklāt bezsvara stāvokļa ilgums atkarībā no lidojuma augstuma svārstījās no 4 līdz 10 minūtēm. Šo pētījumu rezultātu analīze parādīja, ka, lidojot ar raķetēm, tika novērotas tikai mērenas fizioloģisko parametru izmaiņas, kas izpaudās kā sirdsdarbības ātruma palielināšanās un asinsspiediena paaugstināšanās, pakļaujot paātrinājumam raķetes pacelšanās un nolaišanās laikā (ar tieksme normalizēt vai pat samazināt šos rādītājus uzturēšanās laikā bezsvara stāvoklī).

Kopumā raķešu lidojuma faktoru ietekme neizraisīja būtiskus traucējumus dzīvnieku fizioloģiskās funkcijās. Bioloģiskie eksperimenti ar vertikālām raķešu palaišanām ir parādījuši, ka suņi var apmierinoši izturēt diezgan lielas pārslodzes un īslaicīgu bezsvara stāvokli.

1957. gadā PSRS ar suni Laiku palaida otro mākslīgo Zemes pavadoni. Šim notikumam bija fundamentāla nozīme kosmosa medicīnā, jo tas pirmo reizi ļāva augsti organizētam dzīvniekam diezgan ilgu laiku palikt bezsvara stāvoklī. Rezultātā tika konstatēts, ka dzīvnieki ir apmierinoši toleranti pret kosmosa lidojumu apstākļiem. Turpmākie eksperimenti ar sešiem suņiem otrā, trešā, ceturtā un piektā padomju satelītkuģa lidojuma laikā, kas atgriezās uz Zemes, ļāva iegūt daudz materiālu par augsti organizētu dzīvnieku organisma galveno fizioloģisko sistēmu reakcijām (gan lidojums un uz Zemes, ieskaitot periodu pēc lidojuma).

mazi saglabājušies trušu un cilvēku ādas plankumi, kukaiņi, melnbaltās laboratorijas peles un žurkas, jūrascūciņas. Visi pētījumi, kas veikti ar satelītkuģu palīdzību, sniedza plašu eksperimentālu materiālu, kas stingri pārliecināja zinātniekus par cilvēka lidojumu drošību (no veselības viedokļa) kosmosā.

Tajā pašā laika posmā tika atrisināti arī astronautu dzīvības uzturēšanas sistēmu izveides uzdevumi - sistēma skābekļa padevei salonā, oglekļa dioksīda un kaitīgo piemaisījumu izvadīšanai, kā arī uztura, ūdens apgādes, medicīniskās kontroles un cilvēka radīto atkritumu izvešanai. . Vistiešāk šajos darbos piedalījās kosmosa medicīnas speciālisti.

Otrajam posmam, kas sakrīt ar pirmo pilotējamo lidojumu desmitgadi (1961-1970), bija raksturīgi īslaicīgi cilvēku lidojumi kosmosā (no vienas orbītas 108 minūtēs līdz 18 dienām). Tas sākas ar Ju. A. Gagarina vēsturisko lidojumu.

Šajā laikā veikto biomedicīnas pētījumu rezultāti ir droši pierādījuši ne tikai iespēju cilvēkam uzturēties kosmosa lidojuma apstākļos, bet arī pietiekamu darbaspēju saglabāšanu, veicot dažādus uzdevumus ierobežota tilpuma kosmosa kuģa kabīnē un strādājot. neatbalstītā telpā ārpus kosmosa kuģa. Tomēr tika atklātas vairākas izmaiņas motoriskajā sfērā, sirds un asinsvadu sistēmā, asins sistēmā un citās cilvēka ķermeņa sistēmās.

Tika arī konstatēts, ka kosmonautu pielāgošanās parastajiem sauszemes eksistences apstākļiem pēc kosmosa lidojumiem, kas ilgst no 18 dienām, norit ar zināmām grūtībām un to pavada izteiktāka regulējošo mehānismu spriedze nekā astronauta pielāgošanās bezsvara stāvoklim. Līdz ar to, turpmāk palielinoties lidojuma laikam, bija nepieciešams izveidot atbilstošu profilaktisko pasākumu sistēmas, pilnveidot medicīniskās kontroles sistēmas un izstrādāt metodes apkalpes locekļu stāvokļa prognozēšanai lidojumā un pēc tā.

Pilotu lidojumu laikā saskaņā ar šīm programmām kopā ar apkalpju medicīnisko izpēti tika veikti arī bioloģiskie eksperimenti. Tātad uz kuģiem "Vostok-3", "Vostok-6", "Voskhod", "Voskhod-2", "Sojuz" bija tādi bioloģiski objekti kā lizogēnās baktērijas, hlorella, tradescantia, hella šūnas; cilvēka normālās un vēža šūnas, žāvētas augu sēklas, bruņurupuči.

Pilotu kosmosa lidojumu trešais posms ir saistīts ar ilgstošiem kosmonautu lidojumiem uz orbitālajām stacijām; tas sakrīt ar pēdējo desmit gadu (1971-1980). Pilotu lidojumu īpatnība šajā posmā papildus ievērojamajam cilvēka uzturēšanās laikam lidojumā ir brīvās telpas palielināšanās dzīvojamās telpās - no kosmosa kuģa kabīnes līdz plašām dzīvojamām zonām orbitālās stacijas iekšienē. . Pēdējam apstāklim kosmosa medicīnā bija divējāda nozīme: no vienas puses, radās iespēja stacijā novietot dažādus biomedicīnas pētījumu aprīkojumu un līdzekļus bezsvara stāvokļa nelabvēlīgo seku novēršanai, no otras puses, būtiski. samazināt motorisko aktivitāti ierobežojošo faktoru ietekmi uz cilvēka ķermeni - hipokinēziju (t.i., kas saistīta ar mazo brīvās vietas izmēru).

Jāteic, ka orbitālajās stacijās var izveidot komfortablākus dzīves apstākļus, personīgo higiēnu utt.. Un profilaktisko pasākumu kompleksa pielietošana var būtiski izlīdzināt organisma nevēlamās reakcijas uz bezsvara stāvokli, kam ir liela pozitīva ietekme. Taču, no otras puses, tas zināmā mērā izlīdzina cilvēka ķermeņa reakcijas uz bezsvara stāvokli, kas apgrūtina no tā izrietošo nobīdes analīzi dažādām bezsvara apstākļiem raksturīgām cilvēka ķermeņa sistēmām.

Pirmo reizi ilgtermiņa orbitālā stacija (Salyut) PSRS tika palaista 1971. gadā. Turpmākajos gados pilotēti lidojumi tika veikti uz orbitālajām stacijām Salyut-3, -4, -5, -6 (turklāt ceturtā galvenā Salyut-6 ekspedīcija atradās kosmosā 185 dienas). Daudzi biomedicīnas pētījumi, kas veikti orbitālo staciju lidojuma laikā, ir parādījuši, ka, palielinoties cilvēka uzturēšanās ilgumam kosmosā, kopumā netika novērota ķermeņa reakciju smaguma pakāpe uz lidojuma apstākļiem.

Izmantotie profilaktisko pasākumu kompleksi nodrošināja laba kosmonautu veselības stāvokļa un darba spēju saglabāšanu šādu lidojumu laikā, kā arī veicināja reakciju izlīdzināšanu un atviegloja pielāgošanos sauszemes apstākļiem pēclidojuma periodā. Svarīgi atzīmēt, ka veiktajos medicīniskajos pētījumos nav atklātas nekādas izmaiņas kosmonautu ķermenī, kas neļautu sistemātiski palielināt lidojumu ilgumu. Tajā pašā laikā no malas tika konstatēts, ka dažās ķermeņa sistēmās ir funkcionālas izmaiņas, kas ir turpmākas izskatīšanas priekšmets.

Līdz šim 99 cilvēki no dažādām valstīm jau ir veikuši lidojumus kosmosā uz 78 kosmosa kuģiem un 6 ilgtermiņa orbitālajām stacijām2. Kopējais ceļojuma laiks bija aptuveni 8 cilvēkgadi. Līdz 1981. gada 1. janvārim PSRS bija veikti 46 pilotēti kosmosa lidojumi, kuros piedalījās 49 padomju kosmonauti un 7 sociālisma valstu kosmonauti. Tādējādi divu gadu desmitu ilgo pilotējamo kosmosa lidojumu laikā cilvēka iekļūšanas kosmosā temps un mērogs ir strauji pieaudzis.

Tālāk mēs aplūkojam galvenos šajā laikā veikto kosmosa medicīnas pētījumu rezultātus. Kosmosa lidojumu laikā cilvēka ķermenis var tikt pakļauts dažādiem nelabvēlīgiem faktoriem, kurus nosacīti var iedalīt šādās grupās: 1) raksturojot kosmosu kā sava veida fizisko vidi (ārkārtīgi zems barometriskais spiediens, skābekļa trūkums, jonizējošais starojums u.c. .); 2) lidaparāta dinamikas dēļ (paātrinājums, vibrācija, bezsvara stāvoklis); 3) saistīta ar astronautu uzturēšanos kosmosa kuģa zem spiediena salonā (mākslīgā atmosfēra, uztura paradumi; hipokinēzija utt.); 4) kosmosa lidojuma psiholoģiskās iezīmes (emocionālā spriedze, izolācija utt.).

dzīvības atbalsts rada nepieciešamos apstākļus dzīvei un darbam salona telpā. Izņēmums šajā faktoru grupā ir kosmiskais starojums: dažu saules uzliesmojumu laikā kosmiskā starojuma līmenis var pieaugt tik daudz, ka kabīnes sienas nevar pasargāt astronautu no kosmisko staru iedarbības.

un ka zinātnieki vēl nav iemācījušies simulēt visu kosmiskā starojuma spektru Zemes apstākļos. Tas, protams, rada ievērojamas grūtības kosmiskā starojuma bioloģiskās ietekmes izpētē un aizsardzības pasākumu izstrādē.

Šajā virzienā tiek veikti dažādi pētījumi, lai kosmosa kuģim izveidotu elektrostatisko aizsardzību, t.i., ap kosmosa kuģi tiek mēģināts izveidot elektromagnētisko lauku, kas novirzīs lādētās daļiņas, neļaujot tām nokļūt salonā. Liels darbs tiek veikts arī farmakoķīmisko līdzekļu izstrādē radiācijas traumu profilaksei un ārstēšanai.

Lielākā daļa otrās grupas faktoru ir veiksmīgi modelēti sauszemes eksperimenta apstākļos un ir ilgstoši pētīti (vibrācija, troksnis, pārslodzes). To ietekme uz cilvēka organismu ir visai saprotama, un līdz ar to ir skaidri arī pasākumi iespējamo traucējumu novēršanai. Bezsvara faktors ir vissvarīgākais un specifiskākais faktors kosmosa lidojumā. Jāatzīmē, ka ilgstošas ​​darbības laikā to var pētīt tikai reālos lidojuma apstākļos, jo šajā gadījumā tā simulācija uz Zemes ir ļoti aptuvena.

Visbeidzot, trešā un ceturtā lidojuma faktoru grupa nav tik daudz kosmiska, taču kosmosa lidojuma apstākļi tik daudz veicina, kas raksturīgi tikai šāda veida aktivitātēm, ka šajā gadījumā rodas psiholoģisko īpašību izpēte. , kā arī darba un atpūtas režīmi, psiholoģiskā saderība un citi faktori ir atsevišķa un ļoti sarežģīta problēma.

Ir pilnīgi skaidrs, ka kosmosa medicīnas problēmu daudzpusība neļauj mums tās visas izsmeļoši aplūkot, un šeit mēs pievērsīsimies tikai dažām no šīm problēmām.

Medicīniskā kontrole un medicīniskā izpēte lidojuma laikā

Pasākumu kompleksā, kas nodrošina kosmonautu drošību lidojumā, svarīga loma ir medicīniskajai kontrolei, kuras uzdevums ir novērtēt un prognozēt apkalpes locekļu veselības stāvokli un sniegt ieteikumus profilaktiskajiem un ārstnieciskajiem pasākumiem.

Medicīniskās kontroles iezīme kosmosa lidojumos ir tāda, ka ārstu "pacienti" ir veseli, fiziski labi sagatavoti cilvēki. Šajā gadījumā medicīniskās kontroles uzdevums galvenokārt ir identificēt funkcionālās adaptīvās izmaiņas, kas var rasties cilvēka organismā kosmosa lidojumu faktoru ietekmē (galvenokārt bezsvara stāvoklis), izvērtēt un analizēt šīs izmaiņas, noteikt indikācijas profilaktisko līdzekļu lietošanai. aģentiem, kā arī iekšā; izvēloties optimālākos to izmantošanas veidus.

Medicīnisko pētījumu rezultātu vispārināšana kosmosa lidojumos un daudzi pētījumi ar lidojuma faktoru modelēšanu Zemes apstākļos ļauj iegūt datus par dažādu slodžu ietekmi uz cilvēka ķermeni, par pieļaujamajām fizioloģisko parametru svārstību robežām un ķermeņa reakciju īpašības šajos apstākļos.

Jāuzsver, ka tādiem pētījumiem kosmosa medicīnā, kas precizē mūsu zināšanas par cilvēka organisma vitālās aktivitātes normālām izpausmēm un skaidrāk nošķir tās normālās un izmainītās reakcijas, ir liela nozīme, lai identificētu sākotnējās novirzes pazīmes. tikai kosmosa kuģu apkalpēs lidojuma laikā, bet arī klīniskajā praksē slimību sākotnējo un latento formu analīzē un to profilaksē.

Kā informācijas avoti tiek izmantoti ārsta un astronautu sarunu dati, astronautu ziņojumi par pašsajūtu un paškontroles un savstarpējās kontroles rezultāti, radiosarunu analīze (t.sk. runas spektrālā analīze). Svarīgi informācijas avoti ir fizioloģisko parametru objektīvas reģistrācijas dati, vides rādītāji kosmosa kuģa kabīnē (spiediens, skābekļa un oglekļa dioksīda saturs, mitrums, temperatūra u.c.), kā arī sarežģītāko rezultātu analīze. kuģu kontroles operācijas un zinātniskie un tehniskie eksperimenti.

Ar telemetrijas sistēmu palīdzību šī informācija tiek nosūtīta uz lidojumu vadības centru, kur to apstrādā ar datoru palīdzību un analizē ārsti. Reģistrējamie un uz Zemi pārraidāmie fizioloģiskie parametri tiek noteikti atbilstoši lidojuma programmas īpatnībām un apkalpes darbības specifikai. Vērtējot astronautu veselības stāvokli, ļoti svarīga ir informācija par cilvēka organisma svarīgāko sistēmu (elpošanas un asinsrites) stāvokli, kā arī astronautu fiziskās veiktspējas izmaiņām.

neparastā vidē tie palīdz noskaidrot fizioloģisko funkciju izmaiņu un organisma pielāgošanās bezsvara apstākļiem mehānismus. Tas viss nepieciešams profilaktisko pasākumu izstrādei un medicīniskā atbalsta plānošanai turpmākajiem lidojumiem.

Ar biotelemetriju uz Zemi pārraidītās medicīniskās informācijas apjoms dažādos lidojumos nebija vienāds. Pirmajos Vostok un Voskhod programmu lidojumos, kad mūsu zināšanas par kosmosa lidojumu faktoru ietekmi uz cilvēka ķermeni bija ļoti ierobežotas, tika reģistrēts diezgan plašs fizioloģisko parametru klāsts, jo bija nepieciešams ne tikai uzraudzīt veselības stāvokli. astronautu, bet arī to plaši pētīt.fizioloģiskās reakcijas uz lidojuma apstākļiem. Lidojumu laikā Sojuz programmas ietvaros uz Zemi pārraidīto fizioloģisko rādītāju skaits ir ierobežots un bija optimāls kosmonautu veselības uzraudzībai.

kas bija iepriekš, lidojumu laikā orbitālajās stacijās periodiski tika veiktas padziļinātas medicīniskās pārbaudes ik pēc 7-10 dienām. Pēdējais ietvēra klīniskos elektrokardiogrāfiskos izmeklējumus (miera stāvoklī un funkcionālo pārbaužu laikā), arteriālā un venozā spiediena reģistrēšanu, sirds cikla fāzes struktūras izpēti pēc kinetokardiogrāfijas, sirds insulta un minūtes tilpuma izpēti, pulsa asins piegādi dažādas ķermeņa zonas (izmantojot reogrāfijas metodi) un vairākas citas aptaujas.

Kā funkcionālie testi tika izmantota kosmonauta ķermeņa dozētā fiziskā slodze uz veloergometra ("kosmosa velosipēds"), kā arī tests ar negatīva spiediena pielietošanu ķermeņa lejasdaļā. Pēdējā gadījumā ar vakuuma komplekta “Chibis” palīdzību, kas ir gofrētas “bikses”, tika izveidots negatīvs spiediens vēdera lejasdaļā un apakšējās ekstremitātēs, kas izraisīja asiņu pieplūdumu šajās vietās, līdzīgi kā notiek uz Zemes laikā, kad cilvēks atrodas vertikāli.

Šāda vertikālas stājas imitācija ļauj iegūt papildu informāciju par apkalpes sagaidāmo stāvokli pēclidojuma periodā. Šis apstāklis ​​šķiet ārkārtīgi nozīmīgs, jo, kā konstatēts iepriekšējos lidojumos, ilgstoša uzturēšanās bezsvara stāvoklī ir saistīta ar tā sauktās ortostatiskās stabilitātes samazināšanos, kas izpaužas kā izteiktas sirds un asinsvadu sistēmas rādītāju nobīdes, kad cilvēks atrodas vertikālā stāvoklī.

Orbitālajā stacijā Salyut-6 (skat. tabulu) tika izmērīts cilvēka ķermeņa svars, pētīts apakšstilba tilpums, pētīts arī vestibulārā aparāta stāvoklis un ārējās elpošanas funkcija. Lidojuma laikā tika ņemti asins un citu ķermeņa šķidrumu paraugi, pētīta ārējā apvalka mikroflora, cilvēka gļotādas un stacijas virsmas, kā arī analizēti gaisa paraugi. Materiāli, kas tika ņemti lidojuma laikā izpētei, tika piegādāti vizīšu ekspedīcijās uz Zemi detalizētai analīzei.

Pētniecības metodes kosmosa lidojumos

Kosmosa kuģa palaišanas gadi Fizioloģiskās mērīšanas metodes

"Austrumi" 1961-1963 Elektrokardiogrāfija (1-2 novadījumi, pnemogrāfija, seismokardiogrāfija un kinetokardiogrāfija (raksturo sirds mehānisko funkciju), elektrookulogrāfija (acs kustību reģistrēšana), elektroencefalogrāfija (smadzeņu garozas biostrāvu reģistrēšana), galvaniskais ādas reflekss .

"Saullēkts" 1964-1965 Elektrokardiogrāfija, pneimogrāfija, seismokardiogrāfija, elektroencefalogrāfija, rakstīšanas motorisko aktu reģistrācija.

viens 1967-1970 Elektrokardiogrāfija, pneimogrāfs, seismokardiogrāfija, ķermeņa temperatūra.

tahooscilogrāfija (lai mērītu asinsspiedienu), flebogrāfija (lai reģistrētu jūga vēnu pulsa līkni un noteiktu venozo spiedienu, regrāfija (lai pētītu sirds triekas un minūtes tilpumu un pulsa asins piegādi dažādām ķermeņa zonām), mērītu ķermeņa svaru, apakšstilbu tilpums, asins paraugu ņemšana, ārējās elpošanas izpēte, mikrobioloģiskie pētījumi, kā arī ūdens-sāļu metabolisma pētījumi u.c.

Garajos lidojumos uz Salyut-Soyuz orbitālajiem kompleksiem liela nozīme tika piešķirta medicīnas vadībai. Medicīniskā vadība ir vispārīgākas sistēmas "apkalpe - kuģis - lidojumu vadības centrs" sastāvdaļa (apakšsistēma), un tās funkcijas ir vērstas uz visas sistēmas maksimālu organizētību kopumā, saglabājot apkalpes un tās veselību. nepieciešamo sniegumu. Šajā nolūkā medicīnas dienests cieši sadarbojās ar apkalpi un lidojumu programmu plānotājiem. Kontroles darba struktūra bija medicīniskā atbalsta grupa lidojumu vadības centrā, kas noslēdza savstarpēju kontaktu ar apkalpi, ar konsultatīvo un prognozējošo grupu un citām lidojumu vadības centra grupām.

Pārbaužu rezultāti un uz to pamata veidotie ieteikumi par profilaktisko līdzekļu lietošanu, darba un atpūtas režīmu un citiem medicīniskajiem pasākumiem tika sistemātiski apspriesti ar apkalpi un pieņemti izpildei. Tas viss radīja labestības un lietišķas sadarbības gaisotni starp mediķu atbalsta grupu un apkalpi, risinot apkalpes veselības saglabāšanas problēmu lidojumā un gatavojoties tās tikšanās reizei ar Zemi.

Profilakses līdzekļi

priekšnoteikums profilaktisko pasākumu un racionālas medicīniskās kontroles sistēmas attīstībai ilgtermiņa kosmosa lidojumos. Līdz šim pieejamie dati ļauj formulēt dažas darba hipotēzes, kuras var uzskatīt par plānu turpmākiem pētījumiem.

Galvenā saikne bezsvara faktora ietekmes patoģenēzē acīmredzot ir funkcionālās slodzes samazināšanās vairākām cilvēka ķermeņa sistēmām svara trūkuma un ar to saistītās ķermeņa struktūru mehāniskās slodzes dēļ. Cilvēka ķermeņa funkcionālā nepietiekama slodze bezsvara stāvoklī, iespējams, izpaužas kā aferentācijas izmaiņas no mehānoreceptoriem, kā arī šķidro barotņu sadalījuma izmaiņas un astronauta muskuļu un skeleta sistēmas slodzes un viņa toniku samazināšanās. muskuļus.

vienmēr pastāv konstrukciju sasprindzinājums svara spēka dēļ. Tajā pašā laikā liels skaits muskuļu, kā arī saites, dažas locītavas, kas neitralizē šo tendenci, ir pastāvīgi zem slodzes neatkarīgi no cilvēka ķermeņa stāvokļa. Smaguma ietekmē arī iekšējie orgāni mēdz novirzīties uz Zemes pusi, stiepjot saites, kas tos nostiprina.

Daudzas nervu uztveres ierīces (receptori), kas atrodas muskuļos, saitēs, iekšējos orgānos, asinsvados utt., sūta impulsus centrālajai nervu sistēmai, signalizējot par ķermeņa stāvokli. Tie paši signāli nāk no iekšējā ausī izvietotā vestibulārā aparāta, kur oglekļa dioksīda sāls kristāli (stoliti), sava svara ietekmē izspiežot nervu galus, signalizē par ķermeņa kustību.

Tomēr ilga lidojuma laikā un tā neaizstājamā atribūtā - bezsvara stāvoklī - ķermeņa un tā atsevišķu daļu svara nav. Muskuļu, iekšējo orgānu, saišu, asinsvadu receptori, atrodoties bezsvara stāvoklī, darbojas it kā “citādi”. Informācija par ķermeņa stāvokli galvenokārt nāk no vizuālā analizatora, un tiek traucēta kosmosa analizatoru mijiedarbība, kas izstrādāta visā cilvēka ķermeņa attīstībā (redze, vestibulārais aparāts, muskuļu sajūta utt.). Tiek samazināti muskuļi, tonuss un slodze uz muskuļu sistēmu kopumā, jo nav nepieciešams tiem pretoties ar svara spēku.

Tā rezultātā nulles gravitācijas apstākļos samazinās kopējais impulsu apjoms no uztverošajiem elementiem (receptoriem), kas nonāk centrālajā nervu sistēmā. Tas noved pie centrālās nervu sistēmas aktivitātes samazināšanās, kas, savukārt, ietekmē iekšējo orgānu regulējumu un citas cilvēka ķermeņa funkcijas. Taču cilvēka ķermenis ir ārkārtīgi plastiska struktūra, un pēc brīža, kad cilvēks atrodas bezsvara stāvoklī, viņa ķermenis pielāgojas šiem apstākļiem, un iekšējo orgānu darbs jau notiek pie jauna, atšķirīga (salīdzinot ar Zeme) funkcionālais mijiedarbības līmenis starp sistēmām.

sava svara dēļ tiecas uz zemāk esošajām ķermeņa daļām (kājām, vēdera lejasdaļā). Šajā sakarā astronauta ķermenis izstrādā mehānismu sistēmu, kas novērš šādu kustību. Bezsvara stāvoklī nav spēka, izņemot sirds impulsa enerģiju, kas veicinātu asiņu kustību uz ķermeņa apakšējām daļām. Tā rezultātā asinis pieplūst uz galvas un krūškurvja orgāniem.

vēnas un ātriji. Tas ir iemesls signālam centrālajai nervu sistēmai par mehānismu iekļaušanu, kas palīdz samazināt lieko šķidrumu asinīs. Tā rezultātā notiek vairākas refleksu reakcijas, kas izraisa šķidruma un līdz ar to arī sāļu izdalīšanos no organisma. Galu galā var samazināties ķermeņa svars un mainīties dažu elektrolītu, īpaši kālija, saturs, kā arī sirds un asinsvadu sistēmas stāvoklis.

Asins pārdale acīmredzot spēlē noteiktu lomu vestibulāro traucējumu (kosmiskā kustības slimības forma) attīstībā sākotnējā bezsvara stāvoklī. Tomēr galvenā loma šeit joprojām, iespējams, ir maņu orgānu labi koordinēta darba pārkāpums bezsvara apstākļos, kas veic telpisko orientāciju.

līdz atbilstošām izmaiņām tā sauktajos pretgravitācijas muskuļos, to tonusa samazināšanās, atrofijas gadījumā. Muskuļu tonusa un spēka samazināšanās savukārt veicina vertikālās stājas regulējuma pasliktināšanos un astronauta gaitas pārkāpumu pēclidojuma periodā. Tajā pašā laikā šo parādību cēlonis var būt arī motora stereotipa pārstrukturēšana procesā.

Iepriekš minētās idejas par dažu cilvēka ķermeņa funkciju izmaiņu mehānismu bezsvara apstākļos, protams, ir diezgan shematiskas un vēl nav eksperimentāli apstiprinātas visās to saitēs. Šīs diskusijas esam veikuši tikai ar mērķi parādīt visu astronauta organisma funkciju savstarpējo saistību, kad izmaiņas vienā saitē izraisa veselu virkni dažādu sistēmu reakciju. No otras puses, ir svarīgi uzsvērt izmaiņu atgriezeniskumu, plašās iespējas pielāgot cilvēka ķermeni visneparastāko vides faktoru darbībai.

Aprakstītās izmaiņas astronauta ķermeņa funkcijās bezsvara stāvoklī var uzskatīt par cilvēka adaptīvo reakciju uz jauniem eksistences apstākļiem - uz svara spēka neesamību - atspoguļojumu. Likumsakarīgi, ka šīs izmaiņas lielā mērā nosaka atbilstošās reakcijas no cilvēka ķermeņa daļas, kas notiek astronautam atgriežoties uz Zemes un pēc tam viņa ķermeņa pielāgošanās Zemes apstākļiem vai, kā saka ārsti, readaptācijas laikā.

Vairāku kosmonauta organisma funkciju nobīdes, kas atklājušās pēc īslaicīgiem lidojumiem kosmosā, progresējot, palielinoties lidojumu ilgumam, radīja jautājumu par līdzekļu izstrādi bezsvara stāvokļa nelabvēlīgo seku novēršanai. Teorētiski varētu pieņemt, ka mākslīgās gravitācijas (IGF) izmantošana būtu radikālākais aizsardzības līdzeklis pret bezsvara stāvokli. Tomēr IKT izveide rada vairākas fizioloģiskas problēmas, kas saistītas ar atrašanos rotējošā sistēmā, kā arī tehniskas problēmas, kurām būtu jānodrošina IKT izveide kosmosa lidojumā.

Šajā sakarā pētnieki jau ilgi pirms kosmosa lidojumu sākuma sāka meklēt citus veidus, kā novērst nelabvēlīgas izmaiņas cilvēka organismā kosmosa lidojuma laikā. Šo pētījumu gaitā tika pārbaudītas daudzas metodes bezsvara stāvokļa nelabvēlīgo seku novēršanai, kas nav saistītas ar IKT izmantošanu. Tie ietver, piemēram, fiziskas metodes, kuru mērķis ir samazināt asins pārdali astronauta ķermenī lidojuma laikā vai pēc tā, kā arī stimulēt neirorefleksos mehānismus, kas regulē asinsriti ķermeņa vertikālā stāvoklī. Šim nolūkam negatīva spiediena pielikšana ķermeņa lejasdaļai, piepūšamās aproces uz rokām un kājām, uzvalki pozitīva spiediena starpības radīšanai, rotācija uz maza rādiusa centrifūgas, inerces trieciens, muskuļu elektriskā stimulācija. apakšējās ekstremitātes, elastīgie un anti-g tērpi utt.

Starp citām šādas profilakses metodēm mēs atzīmējam fiziskās aktivitātes, kuru mērķis ir uzturēt ķermeņa piemērotību un stimulēt noteiktas receptoru grupas (fiziskā sagatavotība, slodzes tērpi, slodze uz skeletu); ietekme, kas saistīta ar uztura regulēšanu (sāļu, olbaltumvielu un vitamīnu pievienošana pārtikai, uztura un ūdens patēriņa normēšana); mērķtiecīga ietekme ar tā saukto medikamentu un modificētas gāzes vides palīdzību.

Profilaktiskie līdzekļi pret jebkādām nelabvēlīgām izmaiņām kosmonauta organismā var būt efektīvi tikai tad, ja tie tiek nozīmēti, ņemot vērā šo traucējumu mehānismu. Attiecībā uz bezsvara stāvokli profilaktiskajiem pasākumiem galvenokārt jābūt vērstiem uz muskuļu aktivitātes deficīta kompensēšanu, kā arī uz to efektu reproducēšanu, ko Zemes apstākļos nosaka asins un audu šķidruma svars.

fiziskie vingrinājumi uz skrejceliņa un veloergometra, kā arī spēka vingrinājumi ar espanderiem; 2) pastāvīgas slodzes radīšana kosmonauta muskuļu un skeleta sistēmai un skeleta muskuļiem (ikdienas uzturēšanās 10-16 stundas slodzes tērpos); 3) apmācība ar negatīvu spiedienu uz ķermeņa lejasdaļu, kas tiek veikta lidojuma beigās; 4) ūdens-sāls piedevu lietošana lidojuma beigu dienā; 5) pēclidojuma anti-g tērpa lietošana.

Ar speciālu tērpu un gumijas amortizatoru sistēmas palīdzību, veicot "telpas uzlādi", tika radīta 50 kg slodze virsbūves garenass virzienā, kā arī statiskā slodze uz galvenajām amortizatoru grupām. antigravitācijas muskuļi.

Fiziskā apmācība tika veikta arī uz veloergometra - ierīces, kas līdzīga velosipēdam, bet stāvot uz vietas. Uz tā astronauti minēja pedāļus ar kājām vai rokām, tādējādi radot atbilstošu slodzi attiecīgajām muskuļu grupām.

Slodzes tērpi atveidoja pastāvīgu statisku slodzi uz astronauta muskuļu un skeleta sistēmu un skeleta muskuļiem, kas zināmā mērā kompensē Zemes gravitācijas trūkumu. Strukturāli kostīmi ir izgatavoti kā daļēji blakus kombinezoni, kas ietver elastīgus elementus, piemēram, gumijas amortizatorus.

Lai radītu negatīvu spiedienu uz ķermeņa lejasdaļu, tika izmantots vakuuma komplekts bikšu veidā, kas ir hermētisks maisiņš uz rāmja, kurā var izveidot vakuumu. Samazinoties spiedienam, tiek radīti apstākļi asiņu aizplūšanai uz kājām, kas veicina to izplatīšanos, kas raksturīga cilvēkam, kurš Zemes apstākļos atrodas vertikālā stāvoklī.

Ūdens-sāls piedevas bija paredzētas, lai saglabātu ūdeni organismā un palielinātu asins plazmas tilpumu. Profilaktiskais tērps pēc lidojuma, kas tika nēsāts zem skafandra pirms nolaišanās, bija paredzēts, lai radītu pārmērīgu spiedienu uz kājām, kas neļauj asinīm uzkrāties apakšējās ekstremitātēs uz Zemes ķermeņa vertikālā stāvoklī un veicina normālas asinsrites uzturēšanu pārejot no horizontāla stāvokļa uz vertikālu.

Cilvēka ķermeņa pamatfunkciju maiņa bezsvara stāvoklī

Kosmosa izpētes galvenais rezultāts (no medicīnas viedokļa) bija pierādījums ne tikai cilvēka ilgstošas ​​uzturēšanās iespējamībai kosmosa lidojumā, bet arī viņa daudzpusīgajām aktivitātēm. Tas tagad dod tiesības uzskatīt kosmosu par vidi nākotnes cilvēku dzīvesvietai, bet kosmosa kuģi un pašu lidojumu kosmosā par visefektīvāko, tiešāko veidu, kā pētīt cilvēka ķermeņa reakcijas šādos apstākļos. Līdz šim ir uzkrāts diezgan daudz informācijas par dažādu kosmonauta ķermeņa fizioloģisko sistēmu reakcijām dažādās lidojuma fāzēs un pēclidojuma periodā.

Simptomu komplekss, kas ārēji līdzīgs kustību slimībai (samazināta ēstgriba, reibonis, pastiprināta siekalošanās, slikta dūša un dažreiz vemšana, telpiskas ilūzijas) dažādās smaguma pakāpēs tiek novērots aptuveni katram trešajam kosmonautam un izpaužas pirmajās 3-6 lidojuma dienās. Ir svarīgi atzīmēt, ka pašlaik joprojām nav iespējams ticami prognozēt šo parādību izpausmes pakāpi kosmonautiem lidojuma laikā. Dažiem kosmonautiem pirmajā dienā pēc atgriešanās uz Zemes bija arī kustības slimības pazīmes. Kustības slimības simptomu kompleksa attīstība lidojuma laikā šobrīd tiek skaidrota ar astronauta vestibulārā aparāta funkcionālā stāvokļa izmaiņām un viņa sensoro sistēmu mijiedarbības pārkāpumiem, kā arī ar hemodinamiskajām iezīmēm (asins pārdali) bezsvara apstākļos. .

Asins pārdales simptomu komplekss ķermeņa augšdaļā rodas gandrīz visiem astronautiem lidojuma laikā, rodas pirmajā dienā un pēc tam dažādos laikos, vidēji nedēļas laikā, pakāpeniski izlīdzinās (bet ne vienmēr pilnībā izzūd) . Šis simptomu komplekss izpaužas kā asiņu pieplūduma sajūta un smaguma sajūta galvā, aizlikts deguns, grumbu izlīdzināšana un sejas pietūkums, palielināta asins piegāde un spiediens kakla vēnās un asins piepildīšanās rādītāji. galva. Samazinās kājas apjoms. Aprakstītās parādības ir saistītas ar asiņu pārdali svara trūkuma dēļ bezsvara stāvoklī, kā rezultātā samazinās asins uzkrāšanās apakšējās ekstremitātēs un palielinās asins plūsma uz ķermeņa augšdaļu.

dažas darba operācijas un ir grūti novērtēt muskuļu piepūli, kas nepieciešama vairāku kustību veikšanai. Taču jau pirmajās lidojuma dienās šīs kustības atgūst nepieciešamo precizitāti, samazinās nepieciešamie centieni to veikšanai un palielinās motora veiktspējas efektivitāte. Atgriežoties uz Zemes, subjektīvi palielinās priekšmetu un paša ķermeņa svars, mainās vertikālās stājas regulējums. Motoriskās sfēras pētījums kosmonautiem pēc lidojuma atklāj apakšējo ekstremitāšu tilpuma samazināšanos, nelielu muskuļu masas zudumu un pretgravitācijas muskuļu, galvenokārt garo un plato muguras muskuļu, subatrofiju.

Sirds un asinsvadu sistēmas funkciju izmaiņas ilgstošu kosmosa lidojumu laikā izpaužas kā tendence nedaudz pazemināties atsevišķiem arteriālā spiediena rādītājiem, venozā spiediena paaugstināšanās kakla vēnu rajonā un tā samazināšanās. apakšstilba reģions. Asins izmešana sirds kontrakcijas laikā (insulta tilpums) sākotnēji palielinās, un asinsrites minūtes tilpums lidojuma laikā mēdz pārsniegt pirmslidojuma vērtības. Galvas asins piepildījuma rādītāji parasti paaugstinājās, to normalizēšanās notika 3-4 lidojuma mēnešos un pazeminājās apakšstilba rajonā.

Sirds un asinsvadu sistēmas reakcija uz funkcionāliem testiem ar negatīvu spiedienu uz ķermeņa lejasdaļu un fiziskām aktivitātēm lidojuma laikā piedzīvoja dažas izmaiņas. Pārbaudes laikā ar negatīva spiediena pielietošanu astronauta reakcijas, atšķirībā no sauszemes, bija izteiktākas, kas liecināja par ortostatiskas atslodzes parādību attīstību. Tajā pašā laikā gandrīz visās aptaujās fiziskās slodzes tolerance sešu mēnešu lidojumu laikā novērtēta kā laba, un reakcijas kvalitatīvi neatšķīrās no pirmslidojuma perioda. Tas norādīja, ka ar profilaktisko pasākumu palīdzību ir iespējams stabilizēt organisma reakciju uz funkcionālajiem testiem un pat atsevišķos gadījumos sasniegt to mazāku smagumu nekā pirmslidojuma periodā.

Pēclidojuma periodā, pārejot no horizontālā stāvokļa uz vertikālo, kā arī ortostatiskā testa laikā (pasīvā vertikālā pozīcija uz slīpa galda) reakciju smagums ir lielāks nekā pirms lidojuma. Tas skaidrojams ar to, ka Zemes apstākļos asinis atgūst svaru un steidzas uz apakšējām ekstremitātēm, un astronautiem asinsvadu un muskuļu tonusa pazemināšanās rezultātā šeit var uzkrāties vairāk asiņu nekā parasti. Tā rezultātā notiek asiņu aizplūšana no smadzenēm.

asinsspiediens var strauji pazemināties, smadzenēs būs asiņu un līdz ar to skābekļa trūkums.

sāls pēc lidojuma. Uzreiz pēc lidojumiem samazinās šķidruma izdalīšanās caur nierēm un palielinās kalcija un magnija jonu, kā arī kālija jonu izdalīšanās. Negatīvs kālija bilance apvienojumā ar slāpekļa izvadīšanas palielināšanos, iespējams, norāda uz šūnu masas samazināšanos un šūnu spējas pilnībā asimilēt kāliju samazināšanos. Dažu nieru funkciju pētījumi, izmantojot stresa testus, atklāja neatbilstību jonoregulācijas sistēmā daudzvirzienu izmaiņu veidā šķidruma un dažu jonu izdalīšanā. Analizējot iegūtos datus, rodas iespaids, ka ūdens-sāls līdzsvara nobīdes ir saistītas ar regulējošo sistēmu un hormonālā stāvokļa izmaiņām lidojuma faktora ietekmē.

Vairākos lidojumos tika novērota kaulu audu minerālvielu piesātinājuma samazināšanās (kalcija un fosfora zudums kaulos). Tādējādi pēc 175 un 185 dienu lidojumiem šie zaudējumi sastādīja 3,2-8,3%, kas ir ievērojami mazāk nekā pēc ilgstoša gultas režīma. Tik salīdzinoši neliels minerālvielu komponentu samazinājums kaulaudos ir ļoti nozīmīgs apstāklis, jo vairāki zinātnieki uzskatījuši kaulaudu demineralizāciju par vienu no faktoriem, kas var būt šķērslis kosmosa lidojumu ilguma palielināšanai.

Bioķīmiskie pētījumi ir parādījuši, ka ilgstošu kosmosa lidojumu ietekmē vielmaiņas procesi tiek reorganizēti, pateicoties kosmonauta ķermeņa pielāgošanai bezsvara apstākļiem. Šajā gadījumā nav novērotas izteiktas metabolisma izmaiņas.

un atveseļojas aptuveni 1-1,5 mēnešus pēc lidojuma. Liela interese ir par eritrocītu satura pētījumiem asinīs lidojumu laikā un pēc tam, jo, kā zināms, eritrocītu vidējais dzīves ilgums ir 120 dienas.

asins plazmas tilpums. Rezultātā tiek aktivizēti kompensējošie mehānismi, cenšoties saglabāt cirkulējošo asiņu pamatkonstantes, kas izraisa (asins plazmas tilpuma samazināšanās dēļ) adekvātu eritrocītu masas samazināšanos. Ātra eritrocītu masas atjaunošana pēc atgriešanās uz Zemes nav iespējama, jo eritrocītu veidošanās notiek lēni, kamēr tiek atjaunota šķidrā asins daļa (plazma)! ievērojami ātrāk. Šī straujā cirkulējošā asins tilpuma atjaunošana izraisa acīmredzamu turpmāku sarkano asins šūnu skaita samazināšanos, kas atjaunojas 6-7 nedēļas pēc lidojuma beigām.

Tādējādi hematoloģisko pētījumu rezultāti, kas iegūti ilgstošu kosmosa lidojumu laikā un pēc tiem, ļauj optimistiski novērtēt astronauta asins sistēmas adaptācijas iespēju lidojuma apstākļiem un tās atjaunošanos pēclidojuma periodā. Šis apstāklis ​​ir ārkārtīgi būtisks, jo speciālajā literatūrā iespējamās hematoloģiskās izmaiņas, kas sagaidāmas ilgstošos kosmosa lidojumos, tiek uzskatītas par vienu no problēmām, kas var novērst lidojumu ilguma turpmāku palielināšanos.

pēc lidojuma. Tomēr jāsaka, ka mēs joprojām nezinām visu par astronautu reakcijām ilgā lidojumā, mēs nevaram cīnīties pret visām nelabvēlīgajām parādībām. Šajā ziņā vēl ir daudz darāmā.

Rietumu medicīnas pētījums un 12 astronautu novērojumi parādīja, ka, ilgstoši pakļaujoties mikrogravitācijas iedarbībai, cilvēka sirds kļūst par 9,4 procentiem sfēriskāka, kas savukārt var radīt dažādas problēmas tās darbā. Šī problēma var kļūt īpaši aktuāla ilgstošu kosmosa ceļojumu laikā, piemēram, uz Marsu.

"Sirds kosmosā darbojas ļoti atšķirīgi no tā, kā tā darbojas Zemes gravitācijā, kas savukārt var novest pie tās muskuļu masas zuduma," saka doktors Džeimss Tomass no NASA.

"Tam visam būs nopietnas sekas pēc atgriešanās uz Zemes, tāpēc mēs šobrīd meklējam iespējamos veidus, kā izvairīties no šī muskuļu masas zuduma vai vismaz to samazināt."

Speciālisti atzīmē, ka pēc atgriešanās uz Zemes sirds iegūst sākotnējo formu, taču neviens nezina, kā pēc ilgiem lidojumiem uzvedīsies viens no svarīgākajiem mūsu ķermeņa orgāniem. Mediķiem jau ir zināmi gadījumi, kad atgriežoties astronautiem bija reibonis un dezorientācija. Atsevišķos gadījumos ir krasas asinsspiediena izmaiņas (ir krasi pazeminās), īpaši, ja cilvēks mēģina piecelties. Turklāt daži astronauti misiju laikā piedzīvo aritmiju (neparastu sirds ritmu).

Pētnieki atzīmē nepieciešamību izstrādāt metodes un noteikumus, kas ļaus dziļā kosmosa ceļotājiem izvairīties no šāda veida problēmām. Kā minēts, šādas metodes un noteikumi varētu būt noderīgi ne tikai astronautiem, bet arī parastajiem cilvēkiem uz Zemes – tiem, kam ir sirds problēmas, kā arī tiem, kam noteikts gultas režīms.

Tagad ir sākusies piecu gadu pētniecības programma, lai noteiktu kosmosa ietekmes līmeni, lai paātrinātu aterosklerozes (asinsvadu slimības) attīstību astronautiem.

Dzērums un garīgi traucējumi

Lai gan NASA anonīmā aptauja noskaidroja aizdomas par astronautu biežo alkoholisko dzērienu lietošanu, 2007. gadā tika konstatēti divi gadījumi, kad faktiski iereibušiem NASA astronautiem tika atļauts lidot Krievijas kosmosa kuģī Sojuz. Tajā pašā laikā cilvēki drīkstēja lidot arī pēc tam, kad ārsti, kuri sagatavoja šos astronautus lidojumam, kā arī citi misijas dalībnieki, varas iestādēm pastāstīja par kolēģu ļoti karsto stāvokli.

Saskaņā ar tā laika drošības politiku NASA runāja par oficiālu aizliegumu astronautiem lietot alkoholu 12 stundas pirms treniņu lidojumiem. Šī noteikuma darbība tika netieši pieņemta arī kosmosa lidojumu laikā. Tomēr pēc iepriekš aprakstītā incidenta NASA bija sašutusi par astronautu neuzmanību, ka aģentūra nolēma šo noteikumu attiecībā uz kosmosa lidojumiem padarīt oficiālu.

Bijušais astronauts Maiks Mullane reiz teica, ka astronauti pirms lidojuma dzēra alkoholu, lai atūdeņotu ķermeni (alkohols dehidrē), lai galu galā samazinātu urīnpūšļa slodzi un pēkšņi palaišanas brīdī negribētu iet uz tualeti.

Arī psiholoģiskajam aspektam bija sava vieta starp kosmosa misiju briesmām. Skylab 4 kosmosa misijas laikā astronauti bija tik ļoti “noguruši” no saziņas ar kosmosa lidojumu vadības centru, ka gandrīz uz dienu izslēdza radiosakarus un ignorēja NASA ziņojumus. Kopš šī incidenta zinātnieki ir mēģinājuši identificēt un novērst iespējamos negatīvos psiholoģiskos efektus, kas varētu rasties saspringtākas, ilgākas misijas uz Marsu.

Miega trūkums un miega zāļu lietošana

10 gadus ilgs pētījums ir parādījis, ka astronauti nepārprotami cieš no miega trūkuma pēdējās nedēļās pirms palaišanas un kosmosa misiju sākuma laikā. No aptaujātajiem trīs no četriem atzina, ka lietojuši medikamentus, kas viņiem palīdzēja aizmigt, lai gan šādu medikamentu lietošana varētu būt bīstama, lidojot ar kosmosa kuģi un strādājot ar citu aprīkojumu. Visbīstamākā situācija šajā gadījumā varētu būt, kad astronauti lietoja vienas un tās pašas zāles un vienlaicīgi. Šādā gadījumā ārkārtas situācijā, kad nepieciešams ārkārtas risinājums, viņi to varētu vienkārši pārgulēt.

Neskatoties uz to, ka NASA katram astronautam bija norīkojis gulēt vismaz astoņarpus stundas dienā, vairums no viņiem misijās katru dienu atpūtās tikai aptuveni sešas stundas. Šādas slodzes nopietnību ķermenim pastiprināja tas, ka pēdējos trīs treniņu mēnešus pirms lidojuma cilvēki gulēja mazāk par sešarpus stundām dienā.

"Nākotnes misijās uz Mēnesi, Marsu un citur būs jāizstrādā efektīvāki pasākumi, lai novērstu miega trūkumu un optimizētu cilvēka veiktspēju lidojuma laikā kosmosā," sacīja vecākais pētnieks par šo tēmu Dr. Čārlzs Kseilers.

"Šie pasākumi var ietvert izmaiņas darbu grafikā, kas tiks veikts, ņemot vērā cilvēka pakļaušanu noteiktiem gaismas viļņiem, kā arī izmaiņas apkalpes uzvedības stratēģijā ērtākai iekļūšanai miega stāvoklī, kas ir būtiskas veselības, spēka un laba garastāvokļa atjaunošanai nākamajā dienā.

dzirdes zaudēšana

ir parādījuši, ka kopš kosmosa kuģu misiju laikiem daži astronauti ir piedzīvojuši īslaicīgus nozīmīgus un mazāk nozīmīgus dzirdes zudumus. Visbiežāk tie tika atzīmēti, kad cilvēki tika pakļauti augstām skaņas frekvencēm. Arī padomju kosmosa stacijas Salyut 7 un Krievijas Mir apkalpes locekļi pēc atgriešanās uz Zemes piedzīvoja vieglu vai smagu dzirdes zudumu. Atkal visos šajos gadījumos daļēja vai pilnīga īslaicīga dzirdes zuduma cēlonis bija pakļaušana augstām skaņas frekvencēm.

Starptautiskās kosmosa stacijas apkalpei katru dienu ir jāvalkā ausu aizbāžņi. Lai samazinātu troksni uz SKS, cita starpā tika ierosināts stacijas sienās izmantot īpašus skaņu izolējošus paliktņus, kā arī uzstādīt klusākus ventilatorus.

Tomēr papildus trokšņainajam fonam dzirdes zudumu var ietekmēt arī citi faktori: piemēram, atmosfēras stāvoklis stacijas iekšienē, paaugstināts intrakraniālais spiediens, kā arī paaugstināts oglekļa dioksīda līmenis stacijas iekšienē.

2015. gadā NASA plāno sākt pētīt veidus, kā ar ISS apkalpes palīdzību izvairīties no dzirdes zuduma sekām gadu ilgās misijās. Zinātnieki vēlas noskaidrot, cik ilgi no šīm sekām var izvairīties un kāds ir pieņemams risks, kas saistīts ar dzirdes zudumu. Eksperimenta galvenais mērķis būs noteikt, kā samazināt dzirdes zudumu kopumā, nevis tikai konkrētas kosmosa misijas laikā.

Akmeņi nierēs

Katrs desmitais cilvēks uz Zemes agrāk vai vēlāk attīstās nierakmeņu problēma. Taču, ja runa ir par astronautiem, šis jautājums kļūst daudz asāks, jo kosmosā ķermeņa kauli noderīgās vielas sāk zaudēt pat ātrāk nekā uz Zemes. Ķermeņa iekšpusē izdalās sāļi (kalcija fosfāts), kas iekļūst caur asinīm un uzkrājas nierēs. Šos sāļus var saspiest un iegūt akmeņu formā. Tajā pašā laikā šo akmeņu izmērs var atšķirties no mikroskopiskiem līdz diezgan nopietniem - līdz pat valrieksta izmēram. Problēma ir tāda, ka šie akmeņi var bloķēt traukus un citas plūsmas, kas baro orgānu vai izvada liekās vielas no nierēm.

Kosmonautiem risks saslimt ar nierakmeņiem ir bīstamāks, jo mikrogravitācijas apstākļos asins tilpums organismā var samazināties. Turklāt daudzi astronauti dienā neizdzer 2 litrus šķidruma, kas savukārt varētu nodrošināt viņu ķermeņa pilnīgu hidratāciju un neļaut akmeņiem stagnēt nierēs, izvadot to daļiņas ar urīnu.

Tiek atzīmēts, ka vismaz 14 amerikāņu astronautiem gandrīz uzreiz pēc kosmosa misijas pabeigšanas radās problēma ar nierakmeņiem. 1982. gadā akūtu sāpju gadījums tika reģistrēts kādam apkalpes loceklim uz padomju stacijas Salyut-7. Kosmonauts divas dienas cieta no stiprām sāpēm, kamēr viņa biedram nekas cits neatlika, kā bezpalīdzīgi vērot kolēģa ciešanas. Sākumā visi domāja, ka tas ir akūts apendicīts, bet pēc kāda laika kopā ar urīnu astronauts ieguva nelielu nierakmeņu.

Zinātnieki jau sen ir izstrādājuši īpašu galddatora izmēra ultraskaņas iekārtu, kas var noteikt nierakmeņus un izvadīt tos, izmantojot skaņas viļņu impulsus. Šķiet, ka uz kuģa, kas dodas uz Marsu, tāda lieta noteikti varētu noderēt.

plaušu slimības

Lai gan mēs vēl precīzi nezinām, kādu negatīvu ietekmi uz veselību var izraisīt putekļi no citām planētām vai asteroīdiem, zinātnieki zina dažas ļoti nepatīkamas sekas, kas var rasties Mēness putekļu iedarbības rezultātā.

Visnopietnākā putekļu ieelpošanas ietekme, visticamāk, ir plaušās. Taču neticami asas mēness putekļu daļiņas var radīt nopietnus bojājumus ne tikai plaušām, bet arī sirdij, vienlaikus izraisot veselu kaudzi dažādu kaišu, sākot no smagiem orgānu iekaisumiem un beidzot ar vēzi. Līdzīgu ietekmi var izraisīt, piemēram, azbests.

Asas putekļu daļiņas var kaitēt ne tikai iekšējiem orgāniem, bet arī izraisīt iekaisumu un nobrāzumus uz ādas. Aizsardzībai nepieciešams izmantot īpašus daudzslāņu kevlaram līdzīgus materiālus. Mēness putekļi var viegli sabojāt acu radzeni, kas savukārt var būt nopietnākā ārkārtas situācija cilvēkam kosmosā.

Zinātnieki ar nožēlu atzīmē, ka viņi nespēj simulēt Mēness augsni un veikt pilnu testu komplektu, kas nepieciešams, lai noteiktu Mēness putekļu ietekmi uz ķermeni. Viena no grūtībām šīs problēmas risināšanā ir tā, ka uz Zemes putekļu daļiņas neatrodas vakuumā un nav pastāvīgi pakļautas starojumam. Tikai vairāk pētījumu par putekļiem uz paša Mēness virsmas, nevis laboratorijā, sniegs zinātniekiem nepieciešamos datus, lai izstrādātu efektīvas aizsardzības metodes pret šiem mazajiem toksiskajiem slepkavām.

Imūnās sistēmas mazspēja

Mūsu imūnsistēma mainās un reaģē uz jebkādām, pat vismazākajām izmaiņām mūsu organismā. Miega trūkums, nepietiekama barības vielu uzņemšana vai pat parasts stress vājina mūsu imūnsistēmu. Bet tas ir uz Zemes. Imūnsistēmas maiņa kosmosā galu galā var pārvērsties par saaukstēšanos vai radīt potenciālus draudus daudz nopietnāku slimību attīstībai.
Kosmosā imūnšūnu sadalījums organismā īpaši nemainās. Daudz lielākus draudus veselībai var radīt izmaiņas šo šūnu darbībā. Kad šūnas darbība ir samazināta, cilvēka organismā jau nomāktie vīrusi var atmosties no jauna. Un darīt to faktiski slepeni, bez slimības simptomu izpausmēm. Kad imūnās šūnas kļūst pārāk aktīvas, imūnsistēma pārmērīgi reaģē uz kairinātājiem, izraisot alerģiskas reakcijas un citas blakusparādības, piemēram, ādas izsitumus.

"Tādas lietas kā starojums, mikrobi, stress, mikrogravitācija, miega traucējumi un pat izolācija var mainīt apkalpes locekļu imūnsistēmas darbību," saka NASA imunologs Braiens Krušins.

"Ilgtermiņa kosmosa misijas palielinās astronautiem infekciju, paaugstinātas jutības un autoimūnu problēmu risku."

Lai atrisinātu problēmas ar imūnsistēmu, NASA plāno izmantot jaunas pretradiācijas aizsardzības metodes, jaunu pieeju sabalansētam uzturam un zālēm.

Radiācijas draudi

Pašreizējā ļoti neparastā un ļoti ilgstoša saules aktivitātes neesamība var veicināt bīstamas radiācijas līmeņa izmaiņas kosmosā. Nekas tāds nav noticis gandrīz 100 gadus.

"Lai gan šādi notikumi ne vienmēr ir apstāšanās faktors ilgām misijām uz Mēnesi, asteroīdiem un pat Marsu, galaktikas kosmiskais starojums pats par sevi ir viens no faktoriem, kas var ierobežot plānoto laiku šīm misijām," saka Neitans Švadrons no Sauszemes, okeāna un okeāna institūta. kosmosa izpēte.

Šādas iedarbības sekas var būt ļoti dažādas, sākot no staru slimības līdz vēža attīstībai vai iekšējo orgānu bojājumiem. Turklāt bīstams fona starojuma līmenis samazina kosmosa kuģa pretradiācijas aizsardzības efektivitāti par aptuveni 20 procentiem.

Tikai vienā misijā uz Marsu astronauts varēja tikt pakļauts 2/3 no drošās radiācijas devas, kādai cilvēks sliktākajā gadījumā varētu tikt pakļauts visas dzīves laikā. Šis starojums var izraisīt izmaiņas DNS un palielināt vēža risku.

"Ja mēs runājam par kumulatīvo devu, tad tas ir tas pats, kas veikt pilnīgu ķermeņa CT skenēšanu ik pēc 5-6 dienām," saka zinātnieks Kerijs Zeitlins.

kognitīvās problēmas

Simulējot atrašanās kosmosā stāvokli, zinātnieki atklājuši, ka ļoti lādētu daļiņu iedarbība pat nelielās devās liek laboratorijas žurkām daudz lēnāk reaģēt uz savu vidi, un tajā pašā laikā grauzēji kļūst uzbudināmāki. Žurku novērojumi liecināja arī par olbaltumvielu sastāva izmaiņām to smadzenēs.

Tomēr zinātnieki steidzas norādīt, ka ne visām žurkām bija vienādas sekas. Ja šis noteikums attiecas arī uz astronautiem, pētnieki domā, ka viņi varētu identificēt bioloģisko marķieri, kas norāda un prognozē, ka astronauti drīz attīstīs šīs sekas. Varbūt šis marķieris pat ļautu mums atrast veidu, kā samazināt starojuma iedarbības negatīvās sekas.

Alcheimera slimība ir nopietnāka problēma.

"Pakļaušana starojuma līmenim, kas ir līdzvērtīgs tam, ko piedzīvo cilvēks, kas atrodas misijā uz Marsu, var veicināt kognitīvās problēmas un paātrināt smadzeņu izmaiņas, kas visbiežāk saistītas ar Alcheimera slimību," saka neirozinātnieks Kerijs O'Banions.

"Jo ilgāk atrodaties kosmosā, jo lielāks ir slimības attīstības risks."

Viens no iepriecinošajiem faktiem ir tas, ka zinātniekiem jau ir izdevies izpētīt vienu no visneveiksmīgākajiem radiācijas iedarbības scenārijiem. Viņi vienā reizē pakļāva laboratorijas peles tādam starojuma līmenim, kāds būtu raksturīgs visam Marsa misijas laikam. Savukārt, lidojot uz Marsu, cilvēki tiks pakļauti starojuma iedarbībai dozētā veidā, trīs lidojuma gados. Zinātnieki uzskata, ka cilvēka organisms spēj pielāgoties tik mazām devām.

Turklāt tiek atzīmēts, ka plastmasa un vieglie materiāli var nodrošināt cilvēkiem efektīvāku aizsardzību pret radiāciju nekā pašlaik izmantotais alumīnijs.

redzes zudums

Dažiem astronautiem pēc uzturēšanās kosmosā ir radušās nopietnas redzes problēmas. Jo ilgāk kosmosa misija ilgst, jo lielāka ir šādu neveiksmīgu seku iespējamība.

No vismaz 300 ASV astronautiem, kuriem kopš 1989. gada ir veiktas medicīniskās pārbaudes, 29 procentiem cilvēku, kuri ir bijuši kosmosā divu nedēļu kosmosa misijās, un 60 procentiem cilvēku, kuri vairākus mēnešus strādājuši Starptautiskajā kosmosa stacijā, ir bijuši redzes traucējumi. ..

Teksasas universitātes ārsti veica smadzeņu skenēšanu 27 astronautiem, kuri kosmosā atradās vairāk nekā mēnesi. 25 procentos no tiem tika novērots viena vai divu acs ābolu priekšējās-aizmugurējās ass tilpuma samazināšanās. Šīs izmaiņas noved pie tālredzības. Atkal tika atzīmēts, ka jo ilgāk cilvēks atrodas kosmosā, jo lielāka iespējamība, ka šīs izmaiņas ir.

Zinātnieki uzskata, ka šī negatīvā ietekme ir izskaidrojama ar šķidruma paaugstināšanos galvā migrācijas apstākļos. Šajā gadījumā galvaskausā sāk uzkrāties cerebrospinālais šķidrums, paaugstinās intrakraniālais spiediens. Šķidrums nevar izsūkties caur kaulu, tāpēc tas sāk radīt spiedienu uz acu iekšpusi. Pētnieki vēl nav pārliecināti, vai šis efekts samazināsies astronautiem, kuri kosmosā uzturas ilgāk par sešiem mēnešiem. Tomēr ir pilnīgi skaidrs, ka tas būs jānoskaidro pirms cilvēku sūtīšanas uz Marsu.

Ja problēmu izraisa tikai intrakraniālais spiediens, tad viens no iespējamiem risinājumiem būtu mākslīgās gravitācijas apstākļu radīšana katru dienu astoņas stundas, kamēr astronauti guļ. Tomēr ir pāragri spriest, vai šī metode palīdzēs vai nē.

"Šī problēma ir jārisina, jo pretējā gadījumā tas varētu būt galvenais iemesls ilgtermiņa kosmosa ceļojumu neiespējamībai," saka zinātnieks Marks Šelhamers.

Bioloģijas zinātnē ir daudz dažādu nodaļu, lielu un mazu meitasuzņēmumu. Un katrs no tiem ir svarīgs ne tikai cilvēka dzīvē, bet arī visai planētai kopumā.

Jau otro gadsimtu cilvēki cenšas pētīt ne tikai zemes dzīvības daudzveidību visās tās izpausmēs, bet arī noskaidrot, vai ārpus planētas, kosmosā, pastāv dzīvība. Ar šiem jautājumiem nodarbojas īpaša zinātne – kosmosa bioloģija. Tas tiks apspriests mūsu pārskatā.

nodaļa

Šī zinātne ir salīdzinoši jauna, bet ļoti intensīvi attīstās. Pētījuma galvenie aspekti ir:

1. Kosmosa faktori un to ietekme uz dzīvo būtņu organismiem, visu dzīvo sistēmu vitālo darbību kosmosā vai lidmašīnās.
2. Dzīvības attīstība uz mūsu planētas ar kosmosa līdzdalību, dzīvo sistēmu evolūcija un biomasas pastāvēšanas iespējamība ārpus mūsu planētas.
3. Slēgtu sistēmu veidošanas iespējas un reālu dzīves apstākļu radīšana tajās ērtai organismu attīstībai un augšanai kosmosā.

Kosmosa medicīna un bioloģija ir cieši saistītas zinātnes, kas kopīgi pēta dzīvo būtņu fizioloģisko stāvokli kosmosā, to izplatību starpplanētu telpās un evolūciju.

Pateicoties šo zinātņu pētījumiem, radās iespēja izvēlēties optimālos apstākļus cilvēku atrašanai kosmosā, neradot nekādu kaitējumu veselībai. Ir savākts milzīgs materiāls par dzīvības klātbūtni kosmosā, augu un dzīvnieku (vienšūnu, daudzšūnu) spēju dzīvot un attīstīties bezsvara stāvoklī.

Zinātnes attīstības vēsture

Kosmosa bioloģijas saknes meklējamas senos laikos, kad filozofi un domātāji - dabaszinātnieki Aristotelis, Heraklits, Platons un citi - vēroja zvaigžņotās debesis, cenšoties identificēt Mēness un Saules attiecības ar Zemi, izprast to cēloņus. ietekme uz lauksaimniecības zemi un dzīvniekiem.

Vēlāk, viduslaikos, sākās mēģinājumi noteikt Zemes formu un izskaidrot tās rotāciju. Ilgu laiku pastāvēja Ptolemaja radītā teorija. Viņa runāja par to, ka Zeme ir un visas pārējās planētas un debess ķermeņi pārvietojas ap to

Tomēr tika atrasts cits zinātnieks polis Nikolajs Koperniks, kurš pierādīja šo apgalvojumu maldīgumu un ierosināja savu, heliocentrisko pasaules uzbūves sistēmu: centrā ir Saule, un visas planētas pārvietojas. Saule arī ir zvaigzne. Viņa uzskatus atbalstīja Džordāno Bruno, Ņūtona, Keplera, Galileo sekotāji.

Tomēr kosmosa bioloģija kā zinātne parādījās daudz vēlāk. Tikai 20. gadsimtā krievu zinātnieks Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis izstrādāja sistēmu, kas ļauj cilvēkiem iekļūt kosmosa dzīlēs un lēnām tos izpētīt. Viņu pamatoti uzskata par šīs zinātnes tēvu. Tāpat liela nozīme kosmobioloģijas attīstībā bija Einšteina, Bora, Planka, Landau, Fermi, Kapitsas, Bogoļubova un citu atklājumiem fizikā un astrofizikā, kvantu ķīmijā un mehānikā.

Jauni zinātniski pētījumi, kas ļāva cilvēkiem veikt ilgi plānotus lidojumus kosmosā, ļāva izcelt īpašus medicīniskus un bioloģiskus pamatojumus ārpuszemes apstākļu drošībai un ietekmei, ko formulēja Ciolkovskis. Kāda bija viņu jēga?

1. Zinātniekiem tika sniegts teorētisks pamatojums bezsvara stāvokļa ietekmei uz zīdītāju organismiem.
2. Viņš modelēja vairākas iespējas telpas apstākļu radīšanai laboratorijā.
3. Viņš piedāvāja iespējas astronautiem iegūt pārtiku un ūdeni ar augu palīdzību un vielu apriti.

Tādējādi tieši Ciolkovskis noteica visus astronautikas pamatpostulātus, kas mūsdienās nav zaudējuši savu aktualitāti.

Bezsvara stāvoklis

Mūsdienu bioloģiskie pētījumi dinamisko faktoru ietekmes uz cilvēka ķermeni izpētes jomā kosmosa apstākļos ļauj astronautiem maksimāli atbrīvoties no šo pašu faktoru negatīvās ietekmes.

Ir trīs galvenie dinamiskie raksturlielumi:

• vibrācija;
• paātrinājums;
• bezsvara stāvoklis.

Bezsvara stāvoklis ir visneparastākais un svarīgākais, ņemot vērā tā ietekmi uz cilvēka ķermeni. Tas ir stāvoklis, kurā gravitācijas spēks pazūd un tas netiek aizstāts ar citām inerciālām ietekmēm. Šajā gadījumā cilvēks pilnībā zaudē spēju kontrolēt ķermeņa stāvokli telpā. Šāds stāvoklis sākas jau kosmosa zemākajos slāņos un saglabājas visā telpā.

Medicīniskie un bioloģiskie pētījumi ir parādījuši, ka cilvēka ķermenī bezsvara stāvoklī notiek šādas izmaiņas:

1. Sirdsdarbība paātrinās.
2. Muskuļi atslābinās (tonuss pazūd).
3. Samazināta veiktspēja.
4. Iespējamas telpiskas halucinācijas.

Cilvēks bezsvara stāvoklī bez kaitējuma veselībai spēj noturēties līdz 86 dienām. Tas ir empīriski pierādīts un apstiprināts no medicīniskā viedokļa. Taču viens no kosmosa bioloģijas un medicīnas uzdevumiem mūsdienās ir pasākumu kompleksa izstrāde, lai novērstu bezsvara stāvokļa ietekmi uz cilvēka organismu kopumā, novērstu nogurumu, palielinātu un nostiprinātu normālu sniegumu.

Ir vairāki nosacījumi, ko astronauti ievēro, lai pārvarētu bezsvara stāvokli un saglabātu kontroli pār ķermeni:

Lai sasniegtu labus rezultātus bezsvara pārvarēšanā, astronauti uz Zemes iziet pamatīgu apmācību. Bet diemžēl līdz šim mūsdienīgie neļauj radīt šādus apstākļus laboratorijā. Uz mūsu planētas nav iespējams pārvarēt gravitācijas spēku. Tas ir arī viens no nākotnes izaicinājumiem kosmosa un medicīniskās bioloģijas jomā.

G spēki kosmosā (paātrinājumi)

Vēl viens svarīgs faktors, kas ietekmē cilvēka ķermeni kosmosā, ir paātrinājums jeb pārslodze. Šo faktoru būtība ir samazināta līdz nevienmērīgai ķermeņa slodzes pārdalei spēcīgu ātrgaitas kustību laikā kosmosā. Ir divi galvenie paātrinājuma veidi:

• īstermiņa;
• garš.

Kā liecina biomedicīnas pētījumi, abiem paātrinājumiem ir ļoti liela nozīme kosmonauta ķermeņa fizioloģiskā stāvokļa ietekmēšanā.

Tātad, piemēram, īslaicīgu paātrinājumu ietekmē (tie ilgst mazāk nekā 1 sekundi) organismā var notikt neatgriezeniskas izmaiņas molekulārā līmenī. Tāpat, ja orgāni nav trenēti, pietiekami vāji, pastāv to membrānu plīsuma risks. Šādas ietekmes var veikt kapsulas atdalīšanas laikā ar astronautu kosmosā, viņa izmešanas laikā vai kosmosa kuģa nosēšanās laikā orbītā.

Tāpēc ir ļoti svarīgi, lai astronauti pirms lidojuma kosmosā izietu rūpīgu medicīnisko pārbaudi un noteiktu fizisko sagatavotību.

Ilgstošas ​​darbības paātrinājums notiek raķetes palaišanas un nosēšanās laikā, kā arī lidojuma laikā atsevišķās telpiskās vietās kosmosā. Šādu paātrinājumu ietekme uz ķermeni, saskaņā ar zinātnisko medicīnisko pētījumu datiem, ir šāda:

• palielināts pulss un sirdsdarbība;
• elpošana paātrina;
• ir slikta dūša un vājums, ādas bālums;
• redze cieš, acu priekšā parādās sarkana vai melna plēve;
• iespējama sāpju sajūta locītavās, ekstremitātēs;
• muskuļu tonuss samazinās;
• neirohumorālās regulācijas izmaiņas;
• gāzes apmaiņa plaušās un organismā kopumā kļūst atšķirīga;
• var rasties svīšana.

G slodzes un bezsvara stāvoklis liek medicīnas zinātniekiem nākt klajā ar dažādām metodēm. ļaujot pielāgoties, apmācīt astronautus, lai tie spētu izturēt šo faktoru iedarbību bez sekām uz veselību un bez efektivitātes zuduma.

Viens no efektīvākajiem veidiem, kā apmācīt astronautus paātrināties, ir centrifūgas aparāts. Tieši tajā jūs varat novērot visas izmaiņas, kas notiek organismā pārslodzes ietekmē. Tas arī ļauj trenēties un pielāgoties šī faktora ietekmei.

Kosmosa lidojumi un medicīna

Kosmosa lidojumiem noteikti ir ļoti liela ietekme uz cilvēku veselību, īpaši tiem, kuri nav apmācīti vai kuriem ir hroniskas slimības. Tāpēc svarīgs aspekts ir visu lidojuma smalkumu, visu ķermeņa reakciju uz visdažādākajām un neticamākajām ārpuszemes spēku sekām medicīniskā izpēte.

Lidojums bezsvara stāvoklī liek mūsdienu medicīnai un bioloģijai izdomāt un formulēt (tajā pašā laikā, protams, īstenot) pasākumu kopumu, lai nodrošinātu astronautiem normālu uzturu, atpūtu, skābekļa piegādi, darbaspēju saglabāšanu utt.

Turklāt medicīna ir paredzēta, lai sniegtu kosmonautiem cienīgu palīdzību neparedzētu, ārkārtas situāciju gadījumā, kā arī aizsargātu pret citu planētu un telpu nezināmu spēku ietekmi. Tas ir diezgan grūti, tas prasa daudz laika un pūļu, lielu teorētisko bāzi, izmantot tikai jaunāko moderno aprīkojumu un sagatavošanās darbus.

Turklāt medicīnas, kā arī fizikas un bioloģijas uzdevums ir aizsargāt astronautus no kosmosa apstākļu fiziskajiem faktoriem, piemēram:

• temperatūra;
• starojums;
• spiediens;
• meteorīti.

Tāpēc visu šo faktoru un pazīmju izpēte ir ļoti svarīga.

bioloģijā

Kosmosa bioloģijai, tāpat kā jebkurai citai bioloģijas zinātnei, ir noteikts metožu kopums, kas ļauj veikt pētījumus, uzkrāt teorētisko materiālu un apstiprināt to ar praktiskiem secinājumiem. Šīs metodes laika gaitā nepaliek nemainīgas, tās tiek atjauninātas un modernizētas atbilstoši pašreizējam laikam. Tomēr vēsturiski izveidotās bioloģijas metodes joprojām ir aktuālas līdz mūsdienām. Tie ietver:

1. novērojums.
2. Eksperimentējiet.
3. Vēsturiskā analīze.
4. Apraksts.
5. Salīdzinājums.

Šīs bioloģiskās izpētes metodes ir pamata, aktuālas jebkurā laikā. Taču ir arī vairāki citi, kas radušies zinātnes un tehnoloģiju, elektroniskās fizikas un molekulārās bioloģijas attīstībā. Tos sauc par moderniem un tiem ir vislielākā loma visu bioloģiski ķīmisko, medicīnisko un fizioloģisko procesu izpētē.

Mūsdienu metodes

1. Gēnu inženierijas un bioinformātikas metodes. Tas ietver agrobaktēriju un ballistisko transformāciju, PCR (polimerāzes ķēdes reakcijas). Šāda veida bioloģisko pētījumu loma ir liela, jo tieši tie ļauj atrast uztura un skābekļa piesātinājuma problēmas risināšanas iespējas un kajītes ērtam astronautu stāvoklim.
2. Olbaltumvielu ķīmijas un histoķīmijas metodes. Tie ļauj kontrolēt olbaltumvielas un fermentus dzīvās sistēmās.
3. Fluorescences mikroskopijas izmantošana, superizšķirtspējas mikroskopija.
4. Molekulārās bioloģijas un bioķīmijas lietojumi un to pētniecības metodes.
5. Biotelemetrija- metode, kas ir inženieru un ārstu darba kombinācijas rezultāts uz bioloģiskā pamata. Tas ļauj attālināti kontrolēt visas fizioloģiski svarīgās ķermeņa funkcijas, izmantojot cilvēka ķermeņa radiosakaru kanālus un datora ierakstītāju. Kosmosa bioloģija izmanto šo metodi kā galveno metodi, lai izsekotu kosmosa apstākļu ietekmi uz astronautu organismiem.
6. Starpplanētu telpas bioloģiskā indikācija. Ļoti svarīga kosmosa bioloģijas metode, kas dod iespēju novērtēt vides starpplanētu stāvokļus, iegūt informāciju par dažādu planētu īpašībām. Pamats šeit ir dzīvnieku izmantošana ar iebūvētiem sensoriem. Tieši eksperimentālie dzīvnieki (peles, suņi, pērtiķi) iegūst informāciju no orbītām, ko sauszemes zinātnieki izmanto analīzei un secinājumiem.

Mūsdienu bioloģiskās izpētes metodes ļauj atrisināt progresīvas ne tikai kosmosa bioloģijas problēmas, bet arī universālas.

Kosmosa bioloģijas problēmas

Visas iepriekš minētās biomedicīnas pētījumu metodes, diemžēl, vēl nav spējušas atrisināt visas kosmosa bioloģijas problēmas. Ir vairāki aktuāli jautājumi, kas joprojām ir aktuāli līdz pat šai dienai. Apskatīsim galvenās problēmas, ar kurām saskaras kosmosa medicīna un bioloģija.

1. Apmācīta personāla atlase lidojumam kosmosā, kura veselības stāvoklis varētu atbilst visām ārstu prasībām (tai skaitā ļaut kosmonautiem izturēt stingru apmācību un apmācību lidojumiem).
2. Pienācīgs apmācības līmenis un nodrošinājums ar visu nepieciešamo darba telpu apkalpēm.
3. Nodrošinot drošību visos aspektos (tostarp no nezināmiem vai svešiem citu planētu ietekmes faktoriem) līdz strādājošiem kuģiem un gaisa kuģu konstrukcijām.
4. Kosmonautu psihofizioloģiskā rehabilitācija viņu atgriešanās laikā uz Zemes.
5. Veidu izstrāde, kā aizsargāt astronautus un no
6. Normālu dzīves apstākļu nodrošināšana kajītēs kosmosa lidojumu laikā.
7. Modernizētu datortehnoloģiju izstrāde un pielietošana kosmosa medicīnā.
8. Kosmosa telemedicīnas un biotehnoloģijas ieviešana. Izmantojot šo zinātņu metodes.
9. Medicīnisko un bioloģisko problēmu risināšana ērtiem astronautu lidojumiem uz Marsu un citām planētām.
10. Farmakoloģisko līdzekļu sintēze, kas atrisinās skābekļa piegādes problēmu kosmosā.

Izstrādātas, pilnveidotas un sarežģītas biomedicīnas pētījumu metodes noteikti ļaus atrisināt visus uzdevumus un esošās problēmas. Taču, kad tas būs, ir sarežģīts un diezgan neprognozējams jautājums.

Jāpiebilst, ka ar visiem šiem jautājumiem nodarbojas ne tikai Krievijas zinātnieki, bet arī visu pasaules valstu Akadēmiskā padome. Un tas ir liels pluss. Galu galā kopīgi pētījumi un meklējumi dos nesamērīgi lielāku un ātrāku pozitīvu rezultātu. Cieša globāla sadarbība kosmosa problēmu risināšanā ir panākumu atslēga ārpuszemes telpas izpētē.

Mūsdienu sasniegumi

Tādu sasniegumu ir daudz. Galu galā katru dienu tiek veikts intensīvs, rūpīgs un rūpīgs darbs, kas ļauj atrast arvien jaunus materiālus, izdarīt secinājumus un formulēt hipotēzes.

Viens no nozīmīgākajiem 21. gadsimta atklājumiem kosmoloģijā bija ūdens atklāšana uz Marsa. Tas uzreiz radīja desmitiem hipotēžu par dzīvības esamību vai neesamību uz planētas, par zemes iedzīvotāju pārvietošanas iespējamību uz Marsu utt.

Vēl viens atklājums bija tas, ka zinātnieki ir noteikuši vecuma ierobežojumus, kuros cilvēks var atrasties kosmosā pēc iespējas ērtāk un bez nopietnām sekām. Šis vecums sākas no 45 gadiem un beidzas aptuveni 55-60 gadu vecumā. Jaunieši, kas dodas kosmosā, pēc atgriešanās uz Zemes cieš ārkārtīgi psiholoģiski un fizioloģiski, viņiem ir grūti pielāgoties un atjaunoties.

Ūdens tika atklāts arī uz Mēness (2009). Uz Zemes pavadoņa tika atrasts arī dzīvsudrabs un liels daudzums sudraba.

Bioloģiskās izpētes metodes, kā arī inženiertehniskie un fizikālie rādītāji ļauj ar pārliecību secināt par jonu starojuma un iedarbības kosmosā nekaitīgumu (vismaz ne kaitīgāku kā uz Zemes).

Zinātniskie pētījumi ir pierādījuši, ka ilgstoša uzturēšanās kosmosā neietekmē astronautu fizisko veselību. Tomēr psiholoģiskas problēmas joprojām pastāv.

Ir veikti pētījumi, kas pierāda, ka augstākie augi atšķirīgi reaģē uz atrašanos kosmosā. Dažu augu sēklas pētījumā neuzrādīja nekādas ģenētiskas izmaiņas. Citi, gluži pretēji, uzrādīja acīmredzamas deformācijas molekulārā līmenī.

Eksperimenti, kas veikti ar dzīvo organismu (zīdītāju) šūnām un audiem, pierādīja, ka telpa neietekmē šo orgānu normālu stāvokli un darbību.

Dažādu veidu medicīniskie pētījumi (tomogrāfija, MRI, asins un urīna analīzes, kardiogramma, datortomogrāfija utt.) ļāva secināt, ka cilvēka šūnu fizioloģiskās, bioķīmiskās un morfoloģiskās īpašības paliek nemainīgas, atrodoties kosmosā līdz 86 dienām. .

Laboratorijas apstākļos tika atjaunota mākslīga sistēma, kas ļauj pēc iespējas tuvāk nokļūt bezsvara stāvoklim un tādējādi izpētīt visus šī stāvokļa ietekmes uz ķermeni aspektus. Tas savukārt ļāva izstrādāt vairākus preventīvus pasākumus, lai novērstu šī faktora ietekmi cilvēka lidojuma laikā bez gravitācijas.

Eksobioloģijas rezultāti ir kļuvuši par datiem, kas liecina par organisko sistēmu klātbūtni ārpus Zemes biosfēras. Līdz šim ir kļuvis iespējams tikai teorētisks šo pieņēmumu formulējums, taču drīzumā zinātnieki plāno iegūt praktiskus pierādījumus.

Pateicoties biologu, fiziķu, mediķu, ekologu un ķīmiķu pētījumiem, atklājās dziļi cilvēka ietekmes mehānismi uz biosfēru. Lai to panāktu, kļuva iespējams, izveidojot mākslīgas ekosistēmas ārpus planētas un izdarot uz tām tādu pašu ietekmi kā uz Zemes.

Tie nav visi mūsdienu kosmosa bioloģijas, kosmoloģijas un medicīnas sasniegumi, bet tikai galvenie. Tur ir liels potenciāls, kura realizācija ir uzskaitīto zinātņu nākotnes uzdevums.

Dzīve kosmosā

Saskaņā ar mūsdienu idejām dzīvība kosmosā var pastāvēt, jo nesenie atklājumi apstiprina, ka uz dažām planētām ir piemēroti apstākļi dzīvības rašanās un attīstībai. Tomēr zinātnieku viedokļi par šo jautājumu ir sadalīti divās kategorijās:

• nekur nav dzīvības, izņemot Zemi, nekad nav bijusi un nekad nebūs;
• kosmosa plašajos plašumos ir dzīvība, bet cilvēki to vēl nav atklājuši.

Kura no hipotēzēm ir pareiza, ir katra paša ziņā. Pierādījumu un atspēkojuma pietiek gan vienam, gan otram.

GOU licejs Nr.000

Sanktpēterburgas Kaļiņinskas rajons

Pētījumi

Biomedicīnas pētījumi kosmosā

Gurševs Oļegs

Vadītājs: bioloģijas skolotājs

Sanktpēterburga, 2011. gads

2. ievads

Biomedicīnas pētījumu sākums 20. gadsimta vidū. 3

Kosmosa lidojuma ietekme uz cilvēka ķermeni. 6

Eksobioloģija. desmit

Pētniecības attīstības perspektīvas. četrpadsmit

Izmantoto avotu saraksts. 17

Pielietojums (prezentācija, eksperimenti) 18

Ievads

Kosmosa bioloģija un medicīna- sarežģīta zinātne, kas pēta cilvēka un citu organismu dzīves iezīmes kosmosa lidojumā. Galvenais pētniecības uzdevums kosmosa bioloģijas un medicīnas jomā ir līdzekļu un metožu izstrāde dzīvības uzturēšanai, kosmosa kuģu un staciju apkalpes locekļu veselības un veiktspējas uzturēšanai dažāda ilguma un sarežģītības pakāpes lidojumu laikā. Kosmosa bioloģija un medicīna ir nesaraujami saistītas ar astronautiku, astronomija, astrofizika, ģeofizika, bioloģija, aviācijas medicīna un daudzas citas zinātnes.

Tēmas aktualitāte ir diezgan liela mūsu modernajā un straujajā XXI gs.

Tēma “Medicīniskie un bioloģiskie pētījumi” mani interesē pēdējos divus gadus, kopš izlēmu par profesijas izvēli, tāpēc nolēmu veikt pētniecisko darbu par šo tēmu.

2011. gads ir jubilejas gads – aprit 50 gadi kopš pirmā cilvēka lidojuma kosmosā.

Biomedicīnas pētījumu sākums vidūXXgadsimtā

Par kosmosa bioloģijas un medicīnas attīstības sākumpunktiem tiek uzskatīti šādi pavērsieni: 1949. gads - pirmo reizi parādījās iespēja veikt bioloģiskos pētījumus raķešu lidojumu laikā; 1957. gads - pirmo reizi dzīva būtne (suns Laika) tika nosūtīta uz tuvu Zemei orbitālo lidojumu ar otro mākslīgo Zemes pavadoni; 1961. gads - pirmais pilotētais lidojums kosmosā, ideāls. Lai zinātniski pamatotu medicīniski droša cilvēka lidojuma kosmosā iespējamību, tika pētīta kosmosa kuģa (SCV) palaišanai, orbitālajam lidojumam, nolaišanās un nolaišanās uz Zemes raksturīgo triecienu tolerance un biotelemetrisko iekārtu darbība. un tika pārbaudītas astronautu dzīvības uzturēšanas sistēmas. Galvenā uzmanība tika pievērsta bezsvara stāvokļa un kosmiskā starojuma ietekmes uz ķermeni pētīšanai.

Laika (suns astronauts) 1957. gads

R Rezultāti, kas iegūti bioloģisko eksperimentu gaitā ar raķetēm, otro mākslīgo pavadoni (1957), rotētiem kosmosa kuģiem-satelītiem (1960-1961), apvienojumā ar datiem no uz zemes veiktiem klīniskiem, fizioloģiskiem, psiholoģiskiem, higiēniskiem un citiem pētījumiem. pavēra cilvēkam ceļu kosmosā. Turklāt bioloģiskie eksperimenti kosmosā, gatavojoties pirmajam cilvēka kosmosa lidojumam, ļāva identificēt vairākas funkcionālas izmaiņas, kas organismā notiek lidojuma faktoru ietekmē, kas bija pamats turpmāko eksperimentu plānošanai ar dzīvniekiem. un augu organismiem pilotējamu kosmosa kuģu, orbitālo staciju un biosatelītu lidojumu laikā. Pasaulē pirmais bioloģiskais pavadonis ar izmēģinājuma dzīvnieku - suni "Laika". Palaists orbītā 1957. gada 11. martā un noturējies tur 5 mēnešus. Satelīts orbītā pastāvēja līdz 1958. gada 14. aprīlim. Satelītam bija divi radio raidītāji, telemetrijas sistēma, programmēšanas iekārta, zinātniskie instrumenti saules starojuma un kosmisko staru pētīšanai, reģenerācijas un termiskās kontroles sistēmas, lai uzturētu salonā nepieciešamos apstākļus dzīvnieka esamība. Ir iegūta pirmā zinātniskā informācija par dzīvā organisma stāvokli kosmosa lidojuma apstākļos.

Sasniegumi kosmosa bioloģijas un medicīnas jomā lielā mērā noteica panākumus pilotējamās astronautikas attīstībā. Kopā ar lidojumu , kas izdarīts 1961. gada 12. aprīlī, jāatzīmē tādi epohāli notikumi astronautikas vēsturē kā nosēšanās 1969. gada 21. jūlijā. astronauti Ārmstrongs(N. Ārmstrongs) un Aldrīns(E. Aldrin) uz Mēness virsmu un vairāku mēnešu (līdz gadam) apkalpes lidojumi orbitālajās stacijās Salyut un Mir. Tas kļuva iespējams, pateicoties kosmosa bioloģijas un medicīnas teorētisko pamatu izstrādei, medicīnisko un bioloģisko pētījumu veikšanas metodikai kosmosa lidojumos, astronautu atlases un pirmslidojuma apmācības metožu pamatojumam un ieviešanai, kā arī dzīvības uzturēšanas, medicīniskās kontroles attīstīšana, apkalpes locekļu veselības un darbaspēju saglabāšana lidojuma laikā.

Apollo 11 komanda (no kreisās uz labo): Nīls. A. Ārmstrongs, komandas moduļa pilots Maikls Kolinss, komandieris Edvīns (Buzz) E. Oldrins.

Kosmosa lidojuma ietekme uz cilvēka ķermeni

Kosmosa lidojumā cilvēka ķermeni ietekmē faktoru komplekss, kas saistīts ar lidojuma dinamiku (paātrinājums, vibrācija, troksnis, bezsvara stāvoklis), atrašanos slēgtā ierobežota tilpuma telpā (izmainīta gāzu vide, hipokinēzija, neiroemocionāls stress u.c. .), kā arī kosmosa kā biotopa faktori (kosmiskais starojums, ultravioletais starojums u.c.).

Kosmosa lidojuma sākumā un beigās ķermeni ietekmē lineāri paātrinājumi . To lielums, kāpuma gradients, laiks un darbības virziens kosmosa kuģa palaišanas un ievietošanas Zemes orbītā laikā ir atkarīgi no raķetes un kosmosa kompleksa īpašībām, bet atgriešanās uz Zemi periodā - no ballistiskajām īpašībām. par lidojumu un kosmosa kuģa veidu. Veicot manevrus orbītā, pavada arī paātrinājumu ietekme uz ķermeni, tomēr to lielumi mūsdienu kosmosa kuģu lidojumu laikā ir nenozīmīgi.

Kosmosa kuģa Sojuz TMA-18 palaišana uz Starptautisko kosmosa staciju no Baikonuras kosmodroma

Pamatinformācija par paātrinājumu ietekmi uz cilvēka ķermeni un veidiem, kā aizsargāties pret to nelabvēlīgo ietekmi, tika iegūta, veicot pētījumus aviācijas medicīnas, kosmosa bioloģijas un medicīnas jomā, šo informāciju tikai papildināja. Tika konstatēts, ka uzturēšanās bezsvara stāvoklī, īpaši ilgstoša, noved pie organisma pretestības samazināšanās pret paātrinājumu darbību. Šajā sakarā dažas dienas pirms nolaišanās no orbītas kosmonauti pāriet uz īpašu fiziskās sagatavotības režīmu, un tieši pirms nolaišanās viņi saņem ūdens-sāls piedevas, lai palielinātu ķermeņa hidratācijas pakāpi un cirkulējošo asiņu daudzumu. . Ir izstrādāti speciāli krēsli - namiņi un anti-g tērpi, kas nodrošina paātrinājumu tolerances palielināšanos astronautu atgriešanās laikā uz Zemes.

Starp visiem kosmosa lidojuma faktoriem bezsvara stāvoklis ir nemainīgs un praktiski neatkārtojams laboratorijas apstākļos. Tās ietekme uz ķermeni ir daudzveidīga. Pastāv gan nespecifiskas adaptīvas reakcijas, kas raksturīgas hroniskam stresam, gan dažādas specifiskas izmaiņas, ko izraisa ķermeņa maņu sistēmu mijiedarbības pārkāpums, asiņu pārdale ķermeņa augšdaļā, dinamikas samazināšanās. un gandrīz pilnīga statisko slodžu noņemšana uz muskuļu un skeleta sistēmas.

ISS 2008. gada vasara

Kosmonautu pārbaudes un daudzi eksperimenti ar dzīvniekiem Kosmosa biosatelītu lidojumu laikā ļāva konstatēt, ka vadošā loma specifisku reakciju rašanās gadījumā, kas apvienota kustības slimības (kustību slimības) kosmosa formas simptomu kompleksā, pieder vestibulārajai sistēmai. aparātu. Tas ir saistīts ar otolīta un pusloku kanālu receptoru uzbudināmības palielināšanos bezsvara apstākļos un vestibulārā analizatora un citu ķermeņa sensoro sistēmu mijiedarbības traucējumiem. Bezsvara apstākļos cilvēkiem un dzīvniekiem ir sirds un asinsvadu sistēmas vājuma pazīmes, asins tilpuma palielināšanās krūšu kurvja traukos, sastrēgumi aknās un nierēs, izmaiņas smadzeņu asinsritē un plazmas tilpuma samazināšanās. Sakarā ar to, ka bezsvara apstākļos mainās antidiurētiskā hormona, aldosterona sekrēcija un nieru funkcionālais stāvoklis, attīstās organisma hipohidratācija. Tajā pašā laikā samazinās ekstracelulārā šķidruma saturs un palielinās kalcija, fosfora sāļu izdalīšanās no organisma. slāpeklis, nātrijs, kālijs un magnijs. Izmaiņas muskuļu un skeleta sistēmā notiek galvenokārt tajos departamentos, kuri normālos dzīves apstākļos uz Zemes nes vislielāko statisko slodzi, tas ir, muguras un apakšējo ekstremitāšu muskuļi, apakšējo ekstremitāšu kaulos un skriemeļos. Notiek to funkcionalitātes samazināšanās, periosta kaula veidošanās ātruma palēnināšanās, sūkļveida vielas osteoporoze, atkaļķošanās un citas izmaiņas, kas izraisa kaulu mehāniskās izturības samazināšanos.

Sākotnējā adaptācijas bezsvara stāvoklī periodā (vidēji aptuveni 7 dienas) aptuveni katram otrajam kosmonautam ir reibonis, slikta dūša, kustību koordinācijas traucējumi, ķermeņa stāvokļa uztvere telpā, asiņu pieplūduma sajūta galvā, grūtības ar degunu. elpošana, apetītes zudums. Dažos gadījumos tas noved pie vispārējā snieguma samazināšanās, kas apgrūtina profesionālo pienākumu veikšanu. Jau sākotnējā lidojuma posmā parādās sākotnējās ekstremitāšu muskuļu un kaulu izmaiņu pazīmes.

Palielinoties uzturēšanās ilgumam bezsvara stāvoklī, daudzas nepatīkamas sajūtas pazūd vai izlīdzinās. Tajā pašā laikā praktiski visiem kosmonautiem, ja netiek veikti atbilstoši pasākumi, progresē sirds un asinsvadu sistēmas stāvokļa izmaiņas, vielmaiņa, muskuļu un kaulu audi. Lai novērstu nelabvēlīgas izmaiņas, tiek izmantots plašs profilaktisko pasākumu un līdzekļu klāsts: vakuums ietilpība, veloergometrs, skrejceļš, treniņu slodzes tērpi, elektromiostimulators, treniņu espanderi, sāls piedevu uzņemšana uc Tas ļauj uzturēt labu veselību un augstu apkalpes locekļu efektivitātes līmeni ilgstošos kosmosa lidojumos.

Jebkura kosmosa lidojuma neizbēgams blakusfaktors ir hipokinēzija - motoriskās aktivitātes ierobežojums, kas, neskatoties uz intensīvu fizisko sagatavotību lidojuma laikā, bezsvara apstākļos izraisa vispārēju ķermeņa atslābināšanos un astēniju. Neskaitāmi pētījumi ir pierādījuši, ka ilgstoša hipokinēzija, kas rodas, paliekot gultā ar noliektu galvas galu (-6°), uz cilvēka organismu atstāj gandrīz tādu pašu ietekmi kā ilgstošam bezsvara stāvoklim. Šī metode dažu bezsvara fizioloģisko efektu modelēšanai laboratorijas apstākļos tika plaši izmantota PSRS un ASV. Maksimālais šāda modeļa eksperimenta ilgums, kas tika veikts PSRS Veselības ministrijas Biomedicīnas problēmu institūtā, bija viens gads.

Īpaša problēma ir kosmiskā starojuma ietekmes uz ķermeni izpēte. Dozimetriskā un radiobioloģiskais Eksperimenti ļāva izveidot un ieviest praksē kosmosa lidojumu radiācijas drošības nodrošināšanas sistēmu, kas ietver dozimetriskās kontroles un lokālās aizsardzības līdzekļus un radioaizsardzības preparātus (radioprotektorus).

Orbitālā stacija "MIR"

Kosmosa bioloģijas un medicīnas uzdevumi ietver bioloģisko principu un metožu izpēti mākslīgā biotopa izveidei uz kosmosa kuģiem un stacijām. Šim nolūkam tiek atlasīti dzīvie organismi, kas ir perspektīvi iekļaušanai slēgtā ekoloģiskajā sistēmā kā saites, tiek pētīta šo organismu populāciju produktivitāte un stabilitāte, tiek modelētas eksperimentāli vienotas dzīvo un nedzīvo komponentu sistēmas - biogeocenozes, to funkcionālās īpašības. un noteiktas praktiskās izmantošanas iespējas kosmosa lidojumos.

Veiksmīgi attīstās arī tāds kosmosa bioloģijas un medicīnas virziens kā eksobioloģija, kas pēta dzīvās vielas klātbūtni, izplatību, īpatnības un evolūciju Visumā. Pamatojoties uz zemes modeļu eksperimentiem un pētījumiem kosmosā, tika iegūti dati, kas liecina par organisko vielu teorētisko eksistences iespējamību ārpus telpām. biosfēra. Tiek īstenota arī programma ārpuszemes civilizāciju meklēšanai, reģistrējot un analizējot radiosignālus, kas nāk no kosmosa.

Sojuz TMA-6

Eksobioloģija

Viena no kosmosa bioloģijas jomām; nodarbojas ar dzīvo vielu un organisko vielu meklējumiem kosmosā un uz citām planētām. Eksobioloģijas galvenais mērķis ir iegūt tiešus vai netiešus datus par dzīvības esamību kosmosā. Pamats tam ir komplekso organisko molekulu (ciānūdeņražskābes, formaldehīda u.c.) prekursoru atradumi, kas atklāti kosmosā ar spektroskopiskām metodēm (kopā konstatēti līdz 20 organiskiem savienojumiem). Eksobioloģijas metodes ir dažādas un paredzētas ne tikai svešzemju dzīvības izpausmju noteikšanai, bet arī dažu iespējamo ārpuszemes organismu īpašību iegūšanai. Lai liktu domāt par dzīvības esamību ārpuszemes apstākļos, piemēram, uz citām Saules sistēmas planētām, ir svarīgi noskaidrot organismu spēju izdzīvot šo apstākļu eksperimentālā pavairošana. Daudzi mikroorganismi var pastāvēt temperatūrā, kas ir tuvu absolūtai nullei, un augstā (līdz 80-95 °C) temperatūrā; to sporas iztur dziļu vakuumu un ilgu žāvēšanas laiku. Tie nes daudz lielākas jonizējošā starojuma devas nekā kosmosā. Ārpuszemes organismiem, iespējams, vajadzētu būt labāk pielāgoties dzīvībai vidē, kurā ir neliels ūdens daudzums. Anaerobie apstākļi nekalpo par šķērsli dzīvības attīstībai, tāpēc teorētiski var pieņemt, ka telpā eksistē pēc īpašībām visdažādākie mikroorganismi, kas varētu pielāgoties neparastiem apstākļiem, izstrādājot dažādas aizsargierīces. PSRS un ASV veiktie eksperimenti neliecināja par dzīvības eksistenci uz Marsa, uz Veneras un Merkūrija dzīvības nav, maz ticams arī uz milzu planētām, kā arī uz to pavadoņiem. Saules sistēmā dzīvība, iespējams, ir tikai uz Zemes. Saskaņā ar dažām idejām dzīvība ārpus Zemes ir iespējama tikai uz ūdens-oglekļa bāzes, kas ir raksturīgs mūsu planētai. Cits viedoklis neizslēdz silīcija-amonjaka bāzi, tomēr cilvēcei vēl nav metožu ārpuszemes dzīvības formu noteikšanai.

"Vikings"

Vikingu programma

Vikingu programma- NASA kosmosa programma Marsa izpētei, jo īpaši dzīvības klātbūtnei uz šīs planētas. Programma ietvēra divu identisku kosmosa kuģu - "Viking-1" un "Viking-2" - palaišanu, kuriem bija paredzēts veikt pētījumus orbītā un uz Marsa virsmas. Vikingu programma bija kulminācija vairākām Marsa izpētes misijām, kas sākās 1964. gadā ar Mariner 4, kam sekoja Mariner 6 un Mariner 7 1969. gadā un Mariner 9 orbitālās misijas 1971. un 1972. gadā. Vikingi ieņēma savu vietu Marsa izpētes vēsturē kā pirmais amerikāņu kosmosa kuģis, kas droši nolaidās uz virsmas. Tā bija viena no informatīvākajām un veiksmīgākajām misijām uz sarkano planētu, lai gan tai neizdevās atklāt dzīvību uz Marsa.

Abi transportlīdzekļi tika palaisti 1975. gadā no Kanaveralas zemesraga, Florida. Pirms lidojuma desantnieki tika rūpīgi sterilizēti, lai novērstu Marsa piesārņošanu ar sauszemes dzīvības formām. Lidojuma laiks aizņēma nedaudz mazāk par gadu un uz Marsu viņi ieradās 1976. gadā. Vikingu misiju ilgums bija plānots 90 dienas pēc nosēšanās, taču katra ierīce darbojās krietni vairāk par šo periodu. Orbiter "Viking-1" strādāja līdz 7. augusts 1980. gada piezemētājs - pirms tam 11. novembris 1982 Viking-2 orbīta darbojās līdz 25. jūlijs 1978. gada piezemētājs - pirms tam 11. aprīlis 1980. gads

Sniega klāts tuksnesis uz Marsa. Viking-2 momentuzņēmums

BION programma

BION programma ietver kompleksu dzīvnieku un augu organismu izpēti specializētu satelītu (biosatelītu) lidojumos kosmosa bioloģijas, medicīnas un biotehnoloģijas interesēs. No 1973. līdz 1996. gadam kosmosā tika palaisti 11 biosatelīti.

Vadošā zinātniskā institūcija: Krievijas Federācijas Valsts zinātniskais centrs - Krievijas Zinātņu akadēmijas Biomedicīnas problēmu institūts (Maskava)
Dizaina nodaļa: SNP RCC "TsSKB-Progress" (Samara)
Lidojuma ilgums: no 5 līdz 22,5 dienām.
Palaišanas vieta: Plesetskas kosmodroms
Piezemēšanās zona: Kazahstāna
Iesaistītās valstis: PSRS, Krievija, Bulgārija, Ungārija, Vācija, Kanāda, Ķīna, Nīderlande, Polija, Rumānija, ASV, Francija, Čehoslovākija

Pētījumi ar žurkām un pērtiķiem biosatelītu lidojumos ir parādījuši, ka bezsvara stāvokļa iedarbība izraisa nozīmīgas, bet atgriezeniskas funkcionālas, strukturālas un vielmaiņas izmaiņas zīdītāju muskuļos, kaulos, miokardā un neirosensorajā sistēmā. Tiek aprakstīta fenomenoloģija un pētīts šo izmaiņu attīstības mehānisms.

Pirmo reizi biopavadoņu "BION" lidojumos tika īstenota ideja par mākslīgā gravitācijas spēka (IGF) izveidi. Eksperimentos ar žurkām tika konstatēts, ka IST, kas izveidots, rotējot dzīvniekus centrifūgā, novērš nelabvēlīgu izmaiņu attīstību muskuļos, kaulos un miokardā.

Krievijas Federālās kosmosa programmas 2006.-2015.gadam ietvaros. sadaļā "Kosmosa instrumenti fundamentālajiem kosmosa izpēte» plānots BION programmas turpinājums, kosmosa kuģa BION-M palaišana paredzētas 2010., 2013. un 2016. gadā.

"BION"

Pētniecības attīstības perspektīvas

Pašreizējo kosmosa izpētes un izpētes posmu raksturo pakāpeniska pāreja no ilgstošiem orbitālajiem lidojumiem uz starpplanētu lidojumiem, no kuriem tuvākais ir redzams. ekspedīcija uz Marsu. Šajā gadījumā situācija radikāli mainās. Tas mainās ne tikai objektīvi, kas saistīts ar ievērojamu uzturēšanās ilguma palielināšanos kosmosā, nolaišanos uz citas planētas un atgriešanos uz Zemes, bet arī, kas ir ļoti svarīgi, subjektīvi, jo, atstājot Zemes orbītu, kas jau ir astronauti paliks (ļoti īsā laikā) savas grupas lielumā Kolēģi) "vientuļš" Visuma plašajos plašumos.

Tajā pašā laikā rodas principiāli jaunas problēmas, kas saistītas ar krasu kosmiskā starojuma intensitātes pieaugumu, nepieciešamību izmantot atjaunojamos skābekļa, ūdens un pārtikas avotus un, pats galvenais, psiholoģisko un medicīnisko problēmu risināšanu.

Mercury" href="/text/category/mercury/" rel="bookmark">Mercury -Redstone 3" ar Alanu Šepardu.

Grūtības kontrolēt šādu sistēmu ierobežotā hermētiski slēgtā apjomā ir tik lielas, ka nevar cerēt uz tās agrīnu ieviešanu praksē. Visticamāk, pāreja uz bioloģisko dzīvības atbalsta sistēmu notiks pakāpeniski, kad tās atsevišķās saites būs gatavas. Pirmajā BSZhO izstrādes posmā ir acīmredzams, ka skābekļa iegūšanas un oglekļa dioksīda izmantošanas fizikāli ķīmiskā metode tiks aizstāta ar bioloģisko metodi. Kā zināms, galvenie skābekļa "piegādātāji" ir augstākie augi un fotosintēzes vienšūnu organismi. Grūtāks uzdevums ir papildināt ūdens un pārtikas krājumus.

Dzeramais ūdens acīmredzot vēl ļoti ilgu laiku būs “sauszemes izcelsmes”, un tehniskais ūdens (izmanto sadzīves vajadzībām) jau tiek papildināts, atjaunojot atmosfēras mitruma kondensātu (CDA), urīnu un citus avotus.

Neapšaubāmi, nākotnes slēgtās ekoloģiskās sistēmas galvenā sastāvdaļa ir augi. Pētījumi par augstākiem augiem un fotosintēzes vienšūnu organismiem uz kosmosa kuģa ir parādījuši, ka kosmosa lidojuma apstākļos augi iziet visas attīstības stadijas, sākot no sēklu dīgtspējas līdz primāro orgānu veidošanai, ziedēšanai, apaugļošanai un jaunas sēklu paaudzes nobriešanai. Tādējādi eksperimentāli tika pierādīta fundamentālā iespēja realizēt pilnu augu attīstības ciklu (no sēklas līdz sēklai) mikrogravitācijas apstākļos. Kosmosa eksperimentu rezultāti bija tik iepriecinoši, ka jau astoņdesmito gadu sākumā ļāva secināt, ka bioloģisko dzīvības uzturēšanas sistēmu izstrāde un ekoloģiski slēgtas sistēmas izveide uz tās pamata ierobežotā hermētiskā apjomā nav nemaz tik grūts uzdevums. . Tomēr laika gaitā kļuva skaidrs, ka problēmu nevar atrisināt pilnībā, vismaz līdz brīdim, kad tiek noteikti (aprēķināti vai eksperimentāli) galvenie parametri, kas ļauj līdzsvarot šīs sistēmas masas un enerģijas plūsmas.

Lai atjaunotu pārtikas krājumus, sistēmā nepieciešams ieviest arī dzīvniekus. Protams, pirmajos posmos tiem vajadzētu būt "maza izmēra" dzīvnieku pasaules pārstāvjiem - mīkstmiešiem, zivīm, putniem un vēlāk, iespējams, trušiem un citiem zīdītājiem.

Tādējādi starpplanētu lidojumu laikā astronautiem ir ne tikai jāiemācās audzēt augus, turēt dzīvniekus un kultivēt mikroorganismus, bet arī jāizstrādā uzticams veids, kā kontrolēt "kosmosa šķirstu". Un šim nolūkam vispirms ir jānoskaidro, kā viens organisms aug un attīstās kosmosa lidojuma apstākļos, un pēc tam kādas prasības sabiedrībai izvirza katrs atsevišķais slēgtas ekoloģiskās sistēmas elements.

Mans galvenais uzdevums pētnieciskajā darbā bija noskaidrot, cik interesanti un aizraujoši ir bijuši kosmosa pētījumi un cik ilgi tai vēl ir jāiet!

Ja jūs tikai iedomājaties, kāda ir visa dzīvība uz mūsu planētas, tad ko tad var pieņemt par kosmosu ...

Visums ir tik liels un nezināms, ka šāda veida pētījumi ir ļoti svarīgi mums, kas dzīvojam uz planētas Zeme. Bet mēs esam tikai pašā ceļojuma sākumā, un mums ir tik daudz ko zināt un redzēt!

Pa visu laiku, kad darīju šo darbu, uzzināju tik daudz interesantu lietu, par kurām pat nenojautu, uzzināju par tādiem izciliem pētniekiem kā Karls Sagans, uzzināju par interesantākajām kosmosa programmām 20. gadsimtā gan ASV, gan PSRS es daudz uzzināju par tādām modernām programmām kā BION un daudz ko citu.

Pētījumi turpinās...

Izmantoto avotu saraksts

Big Children's Encyclopedia Universe: populārzinātnisks izdevums. - Krievijas enciklopēdijas asociācija, 1999. Vietne http://spacembi. *****/ Lielās enciklopēdijas Visums. - M.: Izdevniecība "Astrel", 1999.

4. Enciklopēdijas Visums (“ROSMEN”)

5. Wikipedia vietne (attēli)

6.Kosmoss tūkstošgades mijā. Dokumenti un materiāli. M., Starptautiskās attiecības (2000)

Pielikums.

"Marsa pārvietošana"

"Marsa pārvietošana" Viena no nākotnes astronautu bioloģiskās un tehniskās dzīvības uzturēšanas sistēmas saitēm izstrāde.

Mērķis: Jaunu datu iegūšana par gāzes-šķidruma padeves procesiem sakņu apdzīvotās vidēs kosmosa lidojuma laikā

Uzdevumi: Kapilāru koeficientu eksperimentālā noteikšana difūzija mitrums un gāzes

Paredzamie rezultāti: Instalācijas izveide ar sakņotu vidi augu audzēšanai saistībā ar mikrogravitācijas apstākļiem

· Komplekts "Eksperimentālā kivete" mitruma pārneses īpašību noteikšanai (impregnēšanas frontes ātrums un mitruma saturs atsevišķās zonās)

Video komplekss LIV impregnēšanas frontes kustības video ierakstīšanai

Mērķis: Jaunu datortehnoloģiju izmantošana, lai uzlabotu astronauta uzturēšanās komfortu ilgstoša kosmosa lidojuma laikā.

Uzdevumi: Konkrētu smadzeņu zonu aktivizēšana, kas ir atbildīgas par astronauta vizuālajām asociācijām, kas saistītas ar viņa dzimtajām vietām un ģimeni uz Zemes, vēl vairāk palielinot viņa veiktspēju. Astronauta stāvokļa analīze orbītā, pārbaudot pēc īpašām metodēm.

Lietots zinātniskais aprīkojums:

EGE2 bloks (individuāls astronauta cietais disks ar fotoalbumu un anketu)

"veste" Datu iegūšana, lai izstrādātu pasākumus, lai novērstu lidojuma apstākļu nelabvēlīgo ietekmi uz ISS apkalpes veselību un veiktspēju.

Mērķis: Jaunas integrētas dažāda veida materiālu apģērbu sistēmas novērtējums izmantošanai kosmosa lidojumu apstākļos.

Uzdevumi:

valkā apģērbu "VEST", kas īpaši paredzēts itāļu kosmonauta R. Vittori lidojumam ISS RS; saņemt atsauksmes no astronauta par psiholoģisko un fizioloģisko labsajūtu, tas ir, komfortu (ērtību), apģērba valkājamību; viņas estētika; karstumizturības un fiziskās higiēnas efektivitāte stacijā.

Paredzamie rezultāti: Jaunās integrētās apģērbu sistēmas "VEST" funkcionalitātes apstiprinājums, tai skaitā tās ergonomiskā veiktspēja kosmosa lidojumā, kas samazinās apģērba svaru un apjomu, ko plānots izmantot ilgtermiņa kosmosa lidojumos uz SKS.