Prestationer och framtidsutsikter för utvecklingen av rymdbiologi. Projekt om astronomi och biologi på temat "kosmonautik". Fylleri och psykiska störningar

Andra hälften av 1900-talet präglades inte bara av utförandet av teoretisk forskning för att hitta sätt att utforska yttre rymden, utan också av praktiskt skapande och uppskjutande av automatiska fordon i omloppsbanor nära jorden och till andra planeter, den första bemannade flygningen ut i rymden och långtidsflygningar vid orbitalstationer och människans landning på månens yta. Teoretisk forskning inom rymdteknikområdet och utformningen av kontrollerade flygplan stimulerade kraftigt utvecklingen av många vetenskaper, inklusive en ny kunskapsgren - rymdmedicin.

Rymdmedicinens huvuduppgifter är följande:

studie av effekterna av rymdflygförhållanden på människokroppen, inklusive studiet av fenomenologin och mekanismerna för förekomsten av förändringar i fysiologiska parametrar i rymdflygning;

utveckling av metoder för urval och träning av kosmonauter;

Rymdmedicinen i sin historiska utveckling har gått från att modellera faktorerna för rymdflygning under laboratorieförhållanden och under djurflygningar på raketer och satelliter till forskning relaterad till långtidsflygningar av orbitalstationer och flygningar av internationella besättningar.

I bildandet och utvecklingen av rymdbiologi och medicin i Sovjetunionen, verk av grundarna av kosmonautiken K. E. Tsiolkovsky, F. A. Zander och andra, som formulerade ett antal biologiska problem, vars lösning skulle vara en nödvändig förutsättning för utforskningen av yttre rymden av människan, var av stor betydelse. De teoretiska aspekterna av rymdbiologi och medicin är baserade på de klassiska bestämmelserna från sådana grundare av naturvetenskap som I. M. Sechenov, K. A. Timiryazev, I. P. Pavlov, V. V. Dokuchaev, L. A. Orbeli och andra, i vars verk läran om växelverkan mellan organismen och den yttre miljön reflekteras som en röd tråd, och de grundläggande frågorna om organismens anpassning till förändrade miljöförhållanden utvecklas.

En viktig roll i bildandet av ett antal bestämmelser och sektioner av rymdmedicin spelades av det arbete som utfördes inom flygmedicinen, samt forskning som utfördes på biofysiska raketer och rymdfarkoster på 50-60-talet.

Den praktiska utforskningen av yttre rymden med hjälp av bemannade flygningar började med den historiska flygningen av Yu. A. Gagarin, världens första kosmonaut, den 12 april 1961 med rymdfarkosten Vostok. Vi minns alla hans enkla mänskliga fras. "Låt oss gå", yttrade under uppskjutningen av rymdfarkosten Vostok, denna fras kännetecknade kortfattat och samtidigt ganska rymligt mänsklighetens största prestation. Yu. A. Gagarins flygning var bland annat ett mognadsprov för både kosmonautik i allmänhet och rymdmedicin i synnerhet.

Biomedicinska studier utförda före denna flygning, och livsuppehållande systemet som utvecklats på grundval av dem, gav normala levnadsförhållanden i rymdfarkostens kabin, nödvändiga för att astronauten skulle kunna genomföra flygningen. Systemet för urval och utbildning av kosmonauter som skapades vid den tiden, systemet för biotelemetrisk övervakning av tillståndet och arbetskapaciteten för en person under flygning och de hygieniska parametrarna för kabinen bestämde möjligheten och säkerheten för flygningen.

Men allt tidigare arbete, alla de många flygningar av djur på rymdskepp, kunde inte svara på några frågor relaterade till mänsklig flygning. Så, till exempel, innan Yu. A. Gagarins flykt var det inte känt hur tyngdlöshetstillstånd påverkar rent mänskliga funktioner: tänkande, minne, koordination av rörelser, uppfattning om omvärlden och mer. Endast den första mannens flykt ut i rymden visade att dessa funktioner inte genomgår betydande förändringar i viktlöshet. Det är därför Yu. A. Gagarin över hela världen kallas pionjären för "stjärnvägar", mannen som banade väg för alla efterföljande bemannade flygningar.

Under de 20 år som har gått sedan Yu. A. Gagarins flykt har mänskligheten stadigt och heltäckande fortsatt att utforska yttre rymden. Och i samband med detta ärofyllda jubileum finns det en möjlighet att inte bara analysera dagens landvinningar inom rymdmedicin, utan också att göra en historisk utvikning till de senaste och föregående decennierna.

Rymdflygningar under deras utveckling kan villkorligt delas upp i flera steg. Det första steget är förberedelsen av en bemannad flygning ut i rymden, den omfattade en betydande tidsperiod. Den åtföljdes av sådana studier som: 1) generalisering av fysiologiska och flygmedicinska data som studerade påverkan av negativa miljöfaktorer på organismen hos djur och människor; 2) att utföra ett flertal laboratoriestudier där vissa faktorer av rymdflygning imiterades och deras inverkan på människokroppen studerades; 3) speciellt förberedda experiment på djur under raketflygningar in i den övre atmosfären, samt under orbitalflygningar på konstgjorda jordsatelliter.

Huvuduppgifterna vid den tiden var inriktade på att studera frågan om den grundläggande möjligheten för bemannad flygning i rymden och lösa problemet med att skapa system som säkerställer att en man stannar i cockpiten på ett rymdskepp under en omloppsflygning. Faktum är att det vid den tiden fanns en viss åsikt från ett antal ganska auktoritativa forskare om oförenligheten av mänskligt liv med tillstånd av långvarig viktlöshet, eftersom detta påstås kunna orsaka betydande kränkningar av andnings- och blodcirkulationsfunktionen. Dessutom befarade de att en person kanske inte skulle kunna stå emot den psykiska påfrestningen från flygningen.

dessutom varierade viktlöshetens varaktighet, beroende på flyghöjden, från 4 till 10 minuter. En analys av resultaten av dessa studier visade att när man flyger på raketer observerades endast måttliga förändringar i fysiologiska parametrar, manifesterade i en ökning av hjärtfrekvensen och en ökning av blodtrycket när de exponerades för accelerationer under start och landning av raketen (med en tendens att normalisera eller till och med minska dessa indikatorer under vistelse i viktlöshet).

I allmänhet orsakade inte påverkan av raketflygningsfaktorer signifikanta störningar i djurens fysiologiska funktioner. Biologiska experiment med vertikala raketuppskjutningar har visat att hundar på ett tillfredsställande sätt kan utstå ganska stora överbelastningar och kortvarig viktlöshet.

1957 lanserade Sovjetunionen den andra konstgjorda jordsatelliten med hunden Laika. Denna händelse var av grundläggande betydelse för rymdmedicinen, eftersom den för första gången tillät ett välorganiserat djur att stanna i viktlöshet under ganska lång tid. Som ett resultat visade sig djuren vara tillfredsställande toleranta mot rymdflygningsförhållanden. Efterföljande experiment med sex hundar under flygningarna av det andra, tredje, fjärde och femte sovjetiska satellitfartyget som återvände till jorden gjorde det möjligt att erhålla mycket material om reaktionerna hos de huvudsakliga fysiologiska systemen i organismen hos högorganiserade djur (både i flygning och på jorden, inklusive perioden efter flygning).

små bevarade fläckar av kanin- och människohud, insekter, svarta och vita laboratoriemöss och -råttor, marsvin. Alla studier som utfördes med hjälp av satellitfartyg gav omfattande experimentellt material som starkt övertygade forskarna om säkerheten för mänsklig flygning (ur hälsosynpunkt) ut i rymden.

Under samma period löstes också uppgifterna med att skapa livsuppehållande system för astronauter - ett system för att tillföra syre till kabinen, ta bort koldioxid och skadliga föroreningar, samt näring, vattenförsörjning, medicinsk kontroll och bortskaffande av mänskliga avfallsprodukter . Specialister på rymdmedicin tog den mest direkta del i dessa arbeten.

Den andra etappen, som sammanföll med det första decenniet av bemannade flygningar (1961-1970), kännetecknades av kortvariga mänskliga rymdflygningar (från en omloppsbana på 108 minuter till 18 dagar). Det börjar med Yu. A. Gagarins historiska flygning.

Resultaten av biomedicinsk forskning som utförts under denna tid har tillförlitligt bevisat inte bara möjligheten för en person att vistas i rymdflygförhållanden, utan också bevarandet av tillräcklig arbetskapacitet för honom när han utför olika uppgifter i en rymdfarkostshytt begränsad i volym och när han arbetar. i ett ostödd utrymme utanför rymdfarkosten. . Men ett antal förändringar avslöjades i den motoriska sfären, det kardiovaskulära systemet, blodsystemet och andra system i människokroppen.

Man fann också att anpassningen av kosmonauter till de vanliga förhållandena för jordbunden existens efter rymdflygningar som varar från 18 dagar fortsätter med vissa svårigheter och åtföljs av en mer uttalad spänning av regleringsmekanismer än anpassningen av en astronaut till viktlöshet. Således, med en ytterligare ökning av flygtiden, var det nödvändigt att skapa system med lämpliga förebyggande åtgärder, förbättra medicinska kontrollsystem och utveckla metoder för att förutsäga besättningsmedlemmarnas tillstånd under och efter det.

Under de bemannade flygningarna under dessa program, tillsammans med medicinska studier av besättningarna, genomfördes även biologiska experiment. Så ombord på fartygen Vostok-3, Vostok-6, Voskhod, Voskhod-2, Soyuz fanns det sådana biologiska föremål som lysogena bakterier, chlorella, tradescantia, hella-celler; mänskliga normala celler och cancerceller, torkade växtfrön, sköldpaddor.

Det tredje steget av bemannade rymdflygningar är förknippat med långvariga flygningar av kosmonauter ombord på orbitalstationer; det sammanfaller med det senaste decenniet (1971-1980). Ett utmärkande drag för bemannade flygningar i detta skede, förutom den betydande varaktigheten av en persons vistelse under flygning, är ökningen av mängden ledigt utrymme i bostadsutrymmen - från cockpiten på en rymdfarkost till omfattande bostadsområden inuti orbitalstationen . Den sistnämnda omständigheten hade en dubbel betydelse för rymdmedicinen: å ena sidan blev det möjligt att placera ombord på stationen en mängd olika utrustningar för biomedicinsk forskning och medel för att förhindra de negativa effekterna av tyngdlöshet, och å andra sidan att väsentligt minska påverkan på människokroppen från faktorer som begränsar motorisk aktivitet - hypokinesi (dvs förknippad med den lilla storleken på ledigt utrymme).

Det bör sägas att bekvämare levnadsförhållanden, personlig hygien etc. kan skapas vid orbitalstationer. Och användningen av ett komplex av förebyggande åtgärder kan avsevärt jämna ut kroppens negativa reaktioner på viktlöshet, vilket har en stor positiv effekt. Men å andra sidan jämnar detta ut människokroppens reaktioner på viktlöshet i viss utsträckning, vilket gör det svårt att analysera de resulterande förändringarna för olika system i människokroppen som är karakteristiska för viktlösa tillstånd.

För första gången lanserades en långtidsomloppsstation (Salyut) i Sovjetunionen 1971. Under de följande åren genomfördes bemannade flygningar ombord på Salyut-3, -4, -5, -6 orbitalstationer (desutom, den fjärde huvudexpeditionen av Salyut- 6” var i rymden i 185 dagar). Flera biomedicinska studier utförda under flygningen av orbitalstationer har visat att med en ökning av varaktigheten av en persons vistelse i rymden observerades i allmänhet ingen progression i svårighetsgraden av kroppens reaktioner på flygförhållanden.

Komplexen av profylaktiska åtgärder som användes säkerställde upprätthållandet av ett gott hälsotillstånd och arbetsförmåga hos kosmonauterna under sådana flygningar, och bidrog också till att utjämna reaktioner och underlättade anpassningen till markförhållanden under perioden efter flygningen. Det är viktigt att notera att de genomförda medicinska studierna inte avslöjade några förändringar i kosmonauternas kropp som förhindrar en systematisk ökning av varaktigheten av flygningar. Samtidigt, från utsidan, visade sig vissa kroppssystem ha funktionsförändringar som är föremål för ytterligare överväganden.

Hittills har 99 personer från olika länder redan gjort rymdfärder ombord på 78 rymdfarkoster och 6 långvariga orbitalstationer2. Den totala restiden var cirka 8 årsverken. Den 1 januari 1981 hade 46 bemannade rymdflygningar genomförts i Sovjetunionen, där 49 sovjetiska kosmonauter och 7 kosmonauter från socialistiska länder deltog. Under loppet av två decennier av bemannade rymdfärder har således takten och omfattningen av mänsklig penetration i yttre rymden ökat snabbt.

Därefter överväger vi de viktigaste resultaten av rymdmedicinsk forskning som utfördes under denna tid. Under rymdflygningar kan människokroppen utsättas för olika negativa faktorer, vilka villkorligt kan delas in i följande grupper: 1) karaktärisera yttre rymden som en slags fysisk miljö (extremt lågt barometertryck, syrebrist, joniserande strålning, etc.) .); 2) på grund av flygplanets dynamik (acceleration, vibration, viktlöshet); 3) associerad med astronauters vistelse i rymdfarkostens tryckkabin (konstgjord atmosfär, kostvanor; hypokinesi, etc.); 4) psykologiska egenskaper hos rymdfärd (emotionell spänning, isolering, etc.).

livstöd skapar de nödvändiga förutsättningarna för liv och arbete i kabinutrymmet. Ett undantag i denna grupp av faktorer är kosmisk strålning: under vissa solflammor kan nivån av kosmisk strålning öka så mycket att kabinväggarna inte kan skydda astronauten från inverkan av kosmiska strålar.

och att forskare ännu inte har lärt sig hur man simulerar hela spektrumet av kosmisk strålning under jordförhållanden. Detta skapar naturligtvis betydande svårigheter att studera den biologiska effekten av kosmisk strålning och att utveckla skyddsåtgärder.

I denna riktning genomförs olika studier för att skapa ett elektrostatiskt skydd för en rymdfarkost, d.v.s. försök görs att skapa ett elektromagnetiskt fält runt rymdfarkosten, vilket kommer att avleda laddade partiklar och hindra dem från att passera till kabinen. En stor mängd arbete utförs också i utvecklingen av farmakokemiska medel för förebyggande och behandling av strålskador.

De flesta av faktorerna i den andra gruppen modelleras framgångsrikt under villkoren för det terrestra experimentet och har studerats under lång tid (vibrationer, buller, överbelastningar). Deras effekt på människokroppen är ganska tydlig, och följaktligen är åtgärderna för att förebygga möjliga störningar också tydliga. Viktlöshetsfaktorn är den viktigaste och mest specifika faktorn vid rymdfärd. Det bör noteras att i fallet med en långsiktig åtgärd kan den endast studeras under verkliga flygförhållanden, eftersom dess simulering på jorden i detta fall är mycket ungefärlig.

Slutligen, den tredje och fjärde gruppen av flygfaktorer är inte så mycket kosmiska, men villkoren för rymdflyg bidrar så mycket av sina egna, endast inneboende i denna typ av aktivitet, att studiet av de psykologiska egenskaper som uppstår i detta fall , liksom arbetssätt och vila, psykologisk kompatibilitet och andra faktorer är ett separat och mycket komplext problem.

Det är ganska uppenbart att mångsidigheten hos problemen med rymdmedicin inte tillåter oss att uttömmande överväga dem alla, och här kommer vi bara att fokusera på några av dessa problem.

Medicinsk kontroll och medicinsk forskning under flygning

I komplexet av åtgärder som säkerställer säkerheten för kosmonauter under flygning hör en viktig roll till medicinsk kontroll, vars uppgift är att bedöma och förutsäga hälsotillståndet för besättningsmedlemmar och utfärda rekommendationer för förebyggande och terapeutiska åtgärder.

Ett kännetecken för medicinsk kontroll vid rymdflygning är att läkarnas "patienter" är friska, fysiskt väl förberedda människor. I detta fall är uppgiften för medicinsk kontroll främst att identifiera funktionella adaptiva förändringar som kan inträffa i människokroppen under påverkan av rymdflygningsfaktorer (främst viktlöshet), att utvärdera och analysera dessa förändringar, för att bestämma indikationer för användning av profylaktisk agenter, och även i; att välja de mest optimala användningssätten.

Generalisering av resultaten av medicinsk forskning inom rymdflyg och många studier med modellering av flygfaktorer under jordförhållanden gör det möjligt att få data om effekten av olika belastningar på människokroppen, om tillåtna gränser för fluktuationer i fysiologiska parametrar och om egenskaperna hos kroppens reaktioner under dessa förhållanden.

Det bör betonas att sådana studier inom rymdmedicin, som klargör vår kunskap om de normala manifestationerna av människokroppens vitala aktivitet och tydligare skiljer mellan dess normala och förändrade reaktioner, är av stor betydelse för att identifiera de initiala tecknen på avvikelser som inte endast i rymdfarkoster under flygning, men också i klinisk praxis, i analysen av initiala och latenta former av sjukdomar och deras förebyggande.

Som informationskällor används data från samtal mellan läkare och astronauter, astronauternas rapporter om deras välbefinnande och resultaten av själv- och ömsesidig kontroll, analys av radiosamtal (inklusive spektralanalys av tal). Viktiga informationskällor är data för objektiv registrering av fysiologiska parametrar, miljöindikatorer i rymdfarkostens kabin (tryck, syre- och koldioxidhalt, fuktighet, temperatur, etc.), samt analys av resultaten av de mest komplexa fartygskontrolloperationer och vetenskapliga och tekniska experiment.

Med hjälp av telemetrisystem skickas denna information till flygledningscentralen där den bearbetas med hjälp av datorer och analyseras av läkare. Fysiologiska parametrar som ska registreras och överföras till jorden bestäms i enlighet med funktionerna i flygprogrammet och specifikationerna för besättningens aktiviteter. Vid bedömning av astronauters hälsotillstånd är information om tillståndet för de mest vitala systemen i människokroppen (andning och blodcirkulation), såväl som förändringar i astronauternas fysiska prestanda, av största vikt.

i en ovanlig livsmiljö hjälper de till att belysa mekanismerna för förändringar i fysiologiska funktioner och anpassning av kroppen till tyngdlöshet. Allt detta är nödvändigt för att utveckla förebyggande åtgärder och för att planera medicinskt stöd för efterföljande flygningar.

Volymen medicinsk information som överfördes med biotelemetri till jorden var inte densamma vid olika flygningar. Under de första flygningarna under Vostok- och Voskhod-programmen, när vår kunskap om effekten av rymdflygningsfaktorer på människokroppen var mycket begränsad, registrerades ett ganska brett spektrum av fysiologiska parametrar, eftersom det inte bara var nödvändigt att övervaka hälsotillståndet av astronauter, men också att studera det utförligt fysiologiska svar på flygförhållanden. Under flygningar under Soyuz-programmet är antalet fysiologiska indikatorer som överförs till jorden begränsat och var optimalt för att övervaka kosmonauternas hälsa.

vilket var innan, under flygningar vid orbitalstationerna, gjordes periodiska djupgående medicinska undersökningar var 7-10:e dag. Det sistnämnda omfattade kliniska elektrokardiografiska undersökningar (i vila och vid funktionstester), registrering av artär- och ventryck, studie av hjärtcykelns fasstruktur enligt kinetokardiografi, studier av hjärtats stroke och minutvolym, pulserad blodtillförsel till olika delar av kroppen (med hjälp av reografimetoden) och ett antal andra undersökningar.

Som funktionstester användes en doserad fysisk belastning av kosmonautens kropp på en cykelergometer ("rymdcykel"), samt ett test med applicering av undertryck på underkroppen. I det senare fallet, med hjälp av "Chibis" vakuumkit, som är en korrugerad "byxa", skapades undertryck i nedre delen av buken och nedre extremiteterna, vilket orsakade en ström av blod till dessa områden, liknande det som inträffar på jorden under en persons vistelse upprätt.

En sådan imitation av en vertikal hållning gör det möjligt att få ytterligare information om besättningens förväntade tillstånd under perioden efter flygningen. Denna omständighet tycks vara extremt viktig, eftersom, som konstaterats vid tidigare flygningar, en lång vistelse i viktlöshet åtföljs av en minskning av den så kallade ortostatiska stabiliteten, vilket visar sig som uttalade förändringar i indikatorerna för det kardiovaskulära systemet när en personen är i upprätt läge.

Vid omloppsstationen Salyut-6 (se tabell) mättes en persons kroppsvikt, underbenets volym studerades och även tillståndet för den vestibulära apparaten och funktionen av extern andning. Under flygningen togs prover av blod och andra kroppsvätskor, mikrofloran i det yttre integumentet, mänskliga slemhinnor och stationsytor studerades och luftprover analyserades. Material som tagits under flygningen för forskning levererades med besöksexpeditioner till jorden för detaljerad analys.

Forskningsmetoder vid rymdflyg

Rymdfarkoster Uppskjutningsår Fysiologiska mätmetoder

"Easts" 1961-1963 Elektrokardiografi (1-2 avledningar, pnemografi, seismokardiografi och kinetokardiografi (karakteriserar hjärtats mekaniska funktion), elektrookulografi (registrering av ögonrörelser), elektroencefalografi (registrering av bioströmmar i hjärnbarkens reflex), galvanisk hudreflex .

"Sunrise" 1964-1965 Elektrokardiografi, pneumografi, seismokardiografi, elektroencefalografi, registrering av motoriska skrivhandlingar.

singel 1967-1970 Elektrokardiografi, pneumografi, seismokardiografi, kroppstemperatur.

tachooscillografi (för att mäta blodtryck), flebografi (för att registrera halsvenens pulskurva och bestämma venöst tryck, regrafi (för att studera hjärtats stroke och minutvolym och pulsera blodtillförseln till olika delar av kroppen), mäta kroppsvikt, smalbensvolym, blodprovstagning, studera yttre andning, mikrobiologiska studier, samt studier av vatten-saltmetabolism m.m.

Under långa flygningar på Salyut-Soyuz orbitalkomplex lades stor vikt vid medicinsk ledning. Medicinsk ledning är en del (delsystem) av ett mer generellt system "besättning - fartyg - flygkontrollcenter", och dess funktioner syftar till att upprätthålla den maximala organisationen av hela systemet som helhet genom att upprätthålla en god hälsa hos besättningen och dess nödvändig prestation. För detta ändamål arbetade sjukvården nära med besättningen och planerare av flygprogram. Det arbetande kontrollorganet var den medicinska stödgruppen i flygledningscentralen, som tog ömsesidig kontakt med besättningen, med rådgivnings- och prognosgruppen och med andra grupper av flygledningscentralen.

Resultaten av undersökningarna och rekommendationerna som bildades på grundval av användningen av profylaktiska medel, arbets- och viloregimen och andra medicinska åtgärder diskuterades systematiskt med besättningen och accepterades av dem för utförande. Allt detta skapade en atmosfär av välvilja och affärsmässigt samarbete mellan den medicinska stödgruppen och besättningen för att lösa problemet med att upprätthålla hälsan hos besättningen under flygning och för att förbereda sitt möte med jorden.

Förebyggande medel

en förutsättning för utveckling av förebyggande åtgärder och ett rationellt system för medicinsk kontroll vid långvariga rymdflygningar. De data som finns tillgängliga hittills tillåter oss att formulera några arbetshypoteser som kan betraktas som en plan för vidare forskning.

Huvudlänken i patogenesen av effekten av viktlöshetsfaktorn är uppenbarligen en minskning av den funktionella belastningen på ett antal system i människokroppen på grund av bristen på vikt och den associerade mekaniska stressen av kroppsstrukturer. Den funktionella underbelastningen av människokroppen i ett tillstånd av viktlöshet manifesterar sig troligen som en förändring i afferentationen från mekanoreceptorer, såväl som en förändring i distributionen av flytande media och en minskning av belastningen på astronautens muskuloskeletala system och hans tonic muskler.

det finns alltid en spänning av strukturer på grund av viktens kraft. Samtidigt är ett stort antal muskler, såväl som ligament, vissa leder, som motverkar denna trend, ständigt under belastning, oberoende av människokroppens position. Under påverkan av vikt tenderar de inre organen också att förskjutas mot jorden, vilket sträcker ligamenten som fixerar dem.

Många nervuppfattande enheter (receptorer) som finns i muskler, ligament, inre organ, blodkärl etc. skickar impulser till det centrala nervsystemet och signalerar kroppens position. Samma signaler kommer från den vestibulära apparaten som finns i innerörat, där koldioxidsaltkristaller (stoliter), som förskjuter nervändarna under påverkan av deras vikt, signalerar kroppens rörelse.

Men under en lång flygning och dess oumbärliga egenskap - viktlöshet - är vikten av kroppen och dess individuella delar frånvarande. Receptorerna för muskler, inre organ, ligament, blodkärl, medan de i tyngdlöshet fungerar, så att säga, "på ett annat sätt". Information om kroppens position kommer huvudsakligen från den visuella analysatorn, och interaktionen mellan rymdanalysatorer som utvecklats under hela utvecklingen av människokroppen (syn, vestibulär apparat, muskelsensation etc.) störs. Muskel, tonus och belastning på muskelsystemet som helhet minskar, eftersom det inte finns något behov av att motstå dem med viktens kraft.

Som ett resultat, i noll gravitation, minskar den totala volymen av impulser från de uppfattande elementen (receptorer), som går till centrala nervsystemet. Detta leder till en minskning av aktiviteten i det centrala nervsystemet, vilket i sin tur påverkar regleringen av inre organ och andra funktioner i människokroppen. Men människokroppen är en extremt plastisk struktur, och efter ett tag av en person i ett tillstånd av tyngdlöshet anpassar sig hans kropp till dessa förhållanden, och de inre organens arbete äger redan rum på ett nytt, annorlunda (jämfört med jorden) funktionell nivå av interaktion mellan system.

på grund av sin vikt tenderar att de underliggande delarna av kroppen (ben, nedre delen av buken). I detta avseende utvecklar astronautens kropp ett system av mekanismer som förhindrar en sådan rörelse. I tyngdlöshet finns det ingen kraft, förutom energin från hjärtimpulsen, som skulle bidra till blodets förflyttning till de nedre delarna av kroppen. Som ett resultat blir det en ström av blod till huvudet och bröstorganen.

vener och förmak. Detta är anledningen till signalen till det centrala nervsystemet om införandet av mekanismer som hjälper till att minska överflödig vätska i blodet. Som ett resultat uppstår ett antal reflexreaktioner, vilket leder till en ökning av utsöndringen av vätska, och med det, salter från kroppen. I slutändan kan kroppsvikten minska och innehållet av vissa elektrolyter, särskilt kalium, kan förändras, liksom tillståndet i det kardiovaskulära systemet.

Omfördelningen av blod spelar tydligen en viss roll i utvecklingen av vestibulära störningar (kosmisk form av åksjuka) under den inledande perioden av vistelse i viktlöshet. Men den ledande rollen här tillhör förmodligen fortfarande kränkningen av sinnesorganens välkoordinerade arbete under tyngdlöshetsförhållanden, som utför rumslig orientering.

till en motsvarande förändring i de så kallade antigravitationsmusklerna, en minskning av deras tonus, atrofi. En minskning av muskeltonus och styrka bidrar i sin tur till en försämring av regleringen av den vertikala hållningen och en kränkning av astronautens gång under perioden efter flygningen. Samtidigt kan omstruktureringen av den motoriska stereotypen i processen också vara orsaken till dessa fenomen.

Ovanstående idéer om förändringsmekanismen i vissa funktioner i människokroppen under viktlösa förhållanden är naturligtvis ganska schematiska och har ännu inte experimentellt bekräftats i alla deras länkar. Vi har endast genomfört dessa diskussioner i syfte att visa kopplingen mellan alla funktioner i astronautens organism, när förändringar i en länk orsakar en hel rad reaktioner från olika system. Å andra sidan är det viktigt att betona reversibiliteten av förändringar, de breda möjligheterna att anpassa människokroppen till verkan av de mest ovanliga miljöfaktorerna.

De beskrivna förändringarna i funktionerna hos astronautens kropp i ett tillstånd av viktlöshet kan betraktas som en återspegling av en persons adaptiva reaktioner på nya existensvillkor - till frånvaron av viktkraft. Naturligtvis bestämmer dessa förändringar till stor del motsvarande reaktioner från människokroppen som äger rum när en astronaut återvänder till jorden och under den efterföljande anpassningen av hans kropp till jordens förhållanden, eller, som läkare säger, under återanpassning.

Förändringarna i ett antal funktioner hos kosmonautens organism som avslöjades efter kortvariga flygningar i rymden, som fortskrider med ökande flyglängd, väckte frågan om att utveckla metoder för att förhindra de negativa effekterna av viktlöshet. Teoretiskt kan man anta att användningen av artificiell gravitation (IGF) skulle vara det mest radikala skyddsmedlet mot viktlöshet. Men skapandet av en IKT ger upphov till ett antal fysiologiska problem förknippade med att vara i ett roterande system, såväl som tekniska problem som bör säkerställa skapandet av en IKT i rymdflygning.

I detta sammanhang började forskare, långt före starten av rymdflygningar, söka efter andra sätt att förhindra negativa förändringar i människokroppen under rymdfärd. Under dessa studier testades många metoder för att förebygga de negativa effekterna av tyngdlöshet, inte relaterade till användningen av IKT. Dessa inkluderar till exempel fysiska metoder som syftar till att minska omfördelningen av blod i astronautens kropp under eller efter slutet av flygningen, samt att stimulera de neuroreflexmekanismer som reglerar blodcirkulationen i kroppens vertikala position. För detta, applicering av negativt tryck på den nedre delen av kroppen, uppblåsbara manschetter applicerade på armar och ben, dräkter för att skapa en positiv tryckskillnad, rotation på en centrifug med liten radie, tröghetspåverkan, elektrisk stimulering av musklerna i nedre extremiteter, elastiska och anti-g dräkter, etc. .

Bland andra metoder för sådant förebyggande noterar vi fysisk aktivitet som syftar till att upprätthålla kroppens kondition och stimulera vissa grupper av receptorer (fysisk träning, belastningsdräkter, belastning på skelettet); effekter förknippade med reglering av näring (tillsats av salter, proteiner och vitaminer till mat, ransonering av näring och vattenkonsumtion); målmedveten påverkan med hjälp av så kallade mediciner och en modifierad gasmiljö.

Profylaktiska medel mot eventuella ogynnsamma förändringar i kosmonautens kropp kan endast vara effektiva om de ordineras med hänsyn till mekanismen för dessa störningar. När det gäller viktlöshet bör profylaktiska åtgärder i första hand inriktas på att fylla på bristen på muskelaktivitet, samt att återskapa de effekter som under jordförhållanden bestäms av vikten av blod och vävnadsvätska.

fysiska övningar på ett löpband och en cykelergometer, samt styrkeövningar med expanders; 2) skapa en konstant belastning på muskuloskeletala systemet och skelettmusklerna hos astronauten (daglig vistelse i 10-16 timmar i lastdräkter); 3) träning med applicering av negativt tryck på underkroppen, utförd i slutet av flygningen; 4) användning av vatten-salttillsatser på dagen för slutet av flygningen; 5) användning av en anti-g-dräkt efter flygning.

Med hjälp av speciella dräkter och ett system av gummistötdämpare skapades en belastning på 50 kg i riktning mot kroppens längdaxel, såväl som en statisk belastning på huvudgrupperna vid utförande av "utrymmesladdning". antigravitationsmuskler.

Fysisk träning genomfördes också på en cykelergometer - en anordning som liknar en cykel, men som står still. På den trampade astronauterna med sina fötter eller händer och skapade därigenom en lämplig belastning på motsvarande muskelgrupper.

Lastdräkter återgav en konstant statisk belastning på astronautens muskuloskeletala system och skelettmuskler, vilket till viss del kompenserade för frånvaron av jordens gravitation. Strukturellt är dräkterna gjorda som halvangränsande overaller, som inkluderar elastiska element som gummistötdämpare.

För att skapa undertryck på den nedre delen av kroppen användes ett vakuumset i form av byxor, som är en hermetisk påse på en ram där vakuum kan skapas. Med en minskning av trycket skapas förutsättningar för utflöde av blod till benen, vilket bidrar till dess distribution, vilket är typiskt för en person som är i vertikal position under jordförhållanden.

Vatten-salttillskott var avsedda att hålla kvar vatten i kroppen och öka blodplasmavolymen. Den profylaktiska dräkten efter flygning, som bärs under rymddräkten före nedstigning, designades för att skapa överdrivet tryck på benen, vilket förhindrar ansamling av blod i de nedre extremiteterna på jorden i en vertikal position av kroppen och gynnar bibehållande av normal blodcirkulation när röra sig från horisontellt till vertikalt läge.

Att förändra människokroppens grundläggande funktioner i viktlöshet

Huvudresultatet av studien av yttre rymden (ur medicinsk synvinkel) var beviset på möjligheten av inte bara en lång vistelse för en person i rymdflygning, utan också hans mångsidiga aktiviteter där. Detta ger nu rätten att betrakta yttre rymden som miljön för den framtida mänskliga bosättningen, och rymdskeppet och själva flygningen ut i rymden som det mest effektiva, direkta sättet att studera människokroppens reaktioner under dessa förhållanden. Hittills har ganska mycket information ackumulerats om reaktionerna från olika fysiologiska system i kosmonautens kropp i olika faser av flygningen och under perioden efter flygningen.

Ett symtomkomplex som utåt liknar åksjuka (minskad aptit, yrsel, ökad salivutsöndring, illamående och ibland kräkningar, rumsliga illusioner) observeras i varierande svårighetsgrad hos ungefär var tredje kosmonaut och visar sig under de första 3-6 dagarna av flygningen. Det är viktigt att notera att det för närvarande fortfarande är omöjligt att på ett tillförlitligt sätt förutsäga graden av manifestation av dessa fenomen hos kosmonauter under flygning. Vissa kosmonauter visade också tecken på åksjuka den första dagen efter att de återvänt till jorden. Utvecklingen av symtomkomplexet av åksjuka under flygning förklaras för närvarande av en förändring i det funktionella tillståndet hos astronautens vestibulära apparat och en kränkning av interaktionen mellan hans sensoriska system, såväl som av hemodynamiska egenskaper (blodomfördelning) under viktlösa förhållanden .

Symtomkomplexet av omfördelning av blod till den övre delen av kroppen förekommer hos nästan alla astronauter under flygning, inträffar den första dagen och sedan vid olika tidpunkter, i genomsnitt inom en vecka, gradvis jämnas ut (men försvinner inte alltid helt) . Detta symtomkomplex manifesteras av en känsla av en ström av blod och tyngd i huvudet, nästäppa, utjämning av rynkor och svullnader i ansiktet, en ökning av blodtillförseln och trycket i halsens vener och indikatorer på blodfyllning av huvudet. Benets volym reduceras. De beskrivna fenomenen är förknippade med omfördelningen av blod på grund av bristen på dess vikt i viktlöshet, vilket leder till en minskning av blodansamlingen i de nedre extremiteterna och en ökning av blodflödet till överkroppen.

vissa arbetsoperationer och det är svårt att bedöma den muskelansträngning som krävs för att utföra ett antal rörelser. Men redan under de första dagarna av flygningen återfår dessa rörelser den nödvändiga noggrannheten, de nödvändiga ansträngningarna för att utföra dem minskar och effektiviteten i motorprestanda ökar. När man återvänder till jorden ökar vikten av föremål och den egna kroppen subjektivt, och regleringen av den vertikala hållningen förändras. En studie efter flygning av motorsfären hos kosmonauter avslöjar en minskning av volymen av de nedre extremiteterna, viss förlust av muskelmassa och subatrofi av antigravitationsmusklerna, främst de långa och breda musklerna i ryggen.

Förändringar i det kardiovaskulära systemets funktioner under långvariga rymdflygningar visar sig som en tendens till en lätt minskning av vissa indikatorer på artärtrycket, en ökning av ventrycket i området av venerna i nacken och en minskning av det i nacken. regionen av underbenet. Utstötningen av blod under sammandragningen av hjärtat (slagvolymen) ökar initialt, och minutvolymen av blodcirkulationen tenderar att överstiga preflight-värdena under flygningen. Indikatorerna för blodfyllning av huvudet ökade vanligtvis, deras normalisering inträffade vid 3-4 månaders flygning och minskade i underbensområdet.

Det kardiovaskulära systemets svar på funktionstester med applicering av negativt tryck på underkroppen och fysisk aktivitet genomgick vissa förändringar under flygningen. Under testet med applicering av negativt tryck var astronautens reaktioner, i motsats till de terrestra, mer uttalade, vilket indikerade utvecklingen av ortostatiska detraining-fenomen. Samtidigt bedömdes träningstoleransen under sex månaders flygningar som god i nästan alla undersökningar och reaktionerna skilde sig inte kvalitativt från perioden före flygningen. Detta indikerade att det med hjälp av förebyggande åtgärder är möjligt att stabilisera kroppens svar på funktionstester och även i vissa fall uppnå deras mindre svårighetsgrad än under perioden före flygningen.

Under perioden efter flygning, under övergången från en horisontell till en vertikal position, såväl som under ett ortostatiskt test (passiv vertikal position på ett lutande bord), är reaktionernas svårighetsgrad större än före flygningen. Detta förklaras av det faktum att blod under jordförhållanden återtar sin vikt och rusar till de nedre extremiteterna, och som ett resultat av en minskning av tonen i blodkärl och muskler hos astronauter kan mer blod samlas här än vanligt. Som ett resultat uppstår ett utflöde av blod från hjärnan.

blodtrycket kan sjunka kraftigt, hjärnan kommer att uppleva brist på blod, och därför syre.

salt efter flygningen. Omedelbart efter flygningar minskar utsöndringen av vätska från njurarna och utsöndringen av kalcium- och magnesiumjoner, samt kaliumjoner, ökar. En negativ kaliumbalans i kombination med en ökad kväveutsöndring tyder troligen på en minskning av cellmassa och en minskning av cellers förmåga att till fullo assimilera kalium. Studier av vissa njurfunktioner med hjälp av stresstester visade en missmatchning i jonoregleringssystemet i form av flerriktade förändringar i utsöndringen av vätska och vissa joner. När man analyserar de erhållna uppgifterna får man intrycket att förskjutningarna i vatten-saltbalansen beror på förändringar i regelsystemen och hormonell status under påverkan av flygfaktorn.

En minskning av mineralmättnaden i benvävnaden (förlust av kalcium och fosfor i benen) noterades vid ett antal flygningar. Efter 175- och 185-dagarsflyg uppgick alltså dessa förluster till 3,2-8,3 %, vilket är betydligt mindre än efter långvarig sängvila. En så relativt liten minskning av mineralkomponenter i benvävnad är en mycket betydande omständighet, eftersom ett antal forskare har ansett demineralisering av benvävnad som en av de faktorer som kan vara ett hinder för att öka varaktigheten av rymdflygningar.

Biokemiska studier har visat att under påverkan av långvariga rymdflygningar omorganiseras de metaboliska processerna på grund av anpassningen av kosmonautens kropp till tyngdlöshetsförhållanden. I detta fall observeras inga uttalade förändringar i metabolismen.

och återhämtar sig cirka 1-1,5 månader efter flygningen. Studier av innehållet av erytrocyter i blodet under och efter flygningar är av stort intresse, eftersom den genomsnittliga livslängden för erytrocyter som bekant är 120 dagar.

blodplasmavolym. Som ett resultat aktiveras kompensatoriska mekanismer som försöker upprätthålla de grundläggande konstanterna för cirkulerande blod, vilket leder (på grund av en minskning av blodplasmavolymen) till en adekvat minskning av erytrocytmassan. En snabb återhämtning av erytrocytmassan efter att ha återvänt till jorden är omöjlig, eftersom bildningen av erytrocyter sker långsamt, medan den flytande delen av blodet (plasma) återställs! betydligt snabbare. Denna snabba återställning av den cirkulerande blodvolymen leder till en uppenbar ytterligare minskning av antalet röda blodkroppar, som återställs efter 6-7 veckor efter slutet av flygningen.

Således möjliggör resultaten av hematologiska studier som erhållits under och efter långvariga rymdflygningar en optimistisk bedömning av möjligheten för en astronauts blodsystem att anpassa sig till flygförhållandena och dess återhämtning under perioden efter flygningen. Denna omständighet är extremt viktig, eftersom de möjliga hematologiska förändringarna som förväntas vid långvariga rymdflygningar i speciallitteraturen betraktas som ett av de problem som kan förhindra en ytterligare ökning av flygtidens varaktighet.

efter flygningen. Ändå måste det sägas att vi fortfarande inte vet allt om astronauternas reaktioner under en lång flygning, vi kan inte kämpa mot alla ogynnsamma fenomen. Det återstår fortfarande mycket arbete i detta avseende.

En västerländsk medicinsk studie och observation av 12 astronauter visade att med långvarig exponering för mikrogravitation blir det mänskliga hjärtat 9,4 procent mer sfäriskt, vilket i sin tur kan orsaka en mängd olika problem med dess arbete. Detta problem kan bli särskilt akut under långvariga rymdresor, till exempel till Mars.

"Hjärtat i rymden fungerar väldigt annorlunda än hur det fungerar i jordens gravitation, vilket i sin tur kan leda till förlust av dess muskelmassa", säger Dr James Thomas från NASA.

"Allt detta kommer att få allvarliga konsekvenser när vi återvänder till jorden, så vi tittar för närvarande på möjliga sätt att undvika eller åtminstone minska denna förlust av muskelmassa."

Experter noterar att efter att ha återvänt till jorden tar hjärtat sin ursprungliga form, men ingen vet hur ett av de viktigaste organen i vår kropp kommer att bete sig efter långa flygningar. Läkare är redan medvetna om fall då återvändande astronauter upplevde yrsel och desorientering. I vissa fall finns det en kraftig förändring i blodtrycket (det finns en kraftig minskning av det), särskilt när en person försöker stå upp. Dessutom upplever vissa astronauter arytmi (onormal hjärtrytm) under uppdrag.

Forskarna noterar behovet av att utveckla metoder och regler som gör att rymdresenärer kan undvika den här typen av problem. Som nämnts kan sådana metoder och regler vara användbara inte bara för astronauter, utan också för vanliga människor på jorden - de som har hjärtproblem, såväl som de som har ordinerats sängläge.

Ett femårigt forskningsprogram har nu börjat för att fastställa nivån av rymdpåverkan för att påskynda utvecklingen av ateroskleros (blodkärlssjukdom) hos astronauter.

Fylleri och psykiska störningar

Även om NASA:s anonyma undersökning klarade upp misstankar om astronauters frekventa drickande av alkoholhaltiga drycker, fanns det två fall under 2007 då faktiskt berusade NASA-astronauter fick flyga inuti rymdfarkosten Soyuz. Samtidigt fick människor flyga även efter att läkarna som förberedde dessa astronauter för flygningen, liksom andra deltagare i uppdraget, berättade för myndigheterna om det mycket heta tillståndet för sina kollegor.

Enligt dåtidens säkerhetspolicy talade NASA om att officiellt förbjuda astronauter att dricka alkohol 12 timmar före träningsflyg. Funktionen av denna regel antogs också implicit under rymdflygningarnas varaktighet. Men efter ovanstående incident blev NASA upprörd över astronauternas slarv som byrån beslutade att göra denna regel om rymdflyg till officiell.

Den tidigare astronauten Mike Mullane sa en gång att astronauter drack alkohol före en flygning för att torka ut kroppen (alkohol torkar), för att i slutändan minska belastningen på urinblåsan och plötsligt inte vill gå på toaletten vid uppskjutningen.

Den psykologiska aspekten hade också sin plats bland farorna i rymduppdrag. Under rymduppdraget Skylab 4 var astronauterna så "trötta" på att kommunicera med rymdflygets kontrollcenter att de stängde av radiokommunikation i nästan ett dygn och ignorerade meddelanden från NASA. Sedan denna incident har forskare försökt identifiera och ta itu med de potentiella negativa psykologiska effekterna som kan komma med mer stressande, längre uppdrag till Mars.

Sömnbrist och användning av sömntabletter

En 10-årig studie har visat att astronauter är klart sömnberövade under de sista veckorna före uppskjutning och under starten av rymduppdrag. Bland de intervjuade erkände tre av fyra att de använt mediciner som hjälpte dem att sova, även om användningen av sådana mediciner kan vara farlig när de flyger rymdfarkosten och när de arbetar med annan utrustning. Den farligaste situationen i det här fallet kan vara när astronauterna tog samma medicin och samtidigt. I det här fallet, vid tidpunkten för en nödsituation som kräver en nödlösning, kan de helt enkelt försov den.

Trots det faktum att NASA tilldelade varje astronaut att sova minst åtta och en halv timme om dagen, fick de flesta av dem bara cirka sex timmars vila varje dag när de var på uppdrag. Allvaret i en sådan belastning på kroppen förvärrades av det faktum att under de sista tre månaderna av träning före flygningen sov folk mindre än sex och en halv timme om dagen.

"Framtida uppdrag till månen, Mars och bortom kommer att kräva utveckling av mer effektiva åtgärder för att ta itu med sömnbrist och optimera mänsklig prestation under rymdfärd", säger seniorforskare i ämnet, Dr Charles Kseiler.

"Dessa åtgärder kan inkludera förändringar i arbetsschemat som kommer att utföras med hänsyn till mänsklig exponering för vissa ljusvågor, såväl som förändringar i besättningens beteendestrategi för en bekvämare inträde i sömntillståndet, vilket är viktigt för att återställa hälsa, styrka och gott humör nästa dag."

hörselnedsättning

har visat att sedan tiden för rymdfärjans uppdrag har vissa astronauter upplevt fall av tillfällig betydande och mindre betydande hörselnedsättning. De noterades oftast när människor utsattes för höga ljudfrekvenser. Besättningsmedlemmar på den sovjetiska rymdstationen Salyut 7 och ryska Mir upplevde också mild till svår hörselnedsättning efter att ha återvänt till jorden. Återigen, i alla dessa fall var orsaken till partiell eller fullständig tillfällig hörselnedsättning exponering för höga ljudfrekvenser.

Besättningen på den internationella rymdstationen måste bära öronproppar varje dag. För att minska bullret ombord på ISS, bland andra åtgärder, föreslogs det att använda speciella ljudisolerade kuddar innanför stationens väggar, samt installation av tystare fläktar.

Men förutom den bullriga bakgrunden kan även andra faktorer påverka hörselnedsättningen: till exempel atmosfärens tillstånd inuti stationen, ökat intrakraniellt tryck, samt ökade halter av koldioxid inne i stationen.

Under 2015 planerar NASA att börja utforska sätt att undvika effekterna av hörselnedsättning under årslånga uppdrag med hjälp av ISS-besättningen. Forskarna vill se hur länge dessa effekter kan undvikas och den acceptabla risken förknippad med hörselnedsättning. Ett centralt mål med experimentet kommer att vara att fastställa hur man minimerar hörselnedsättningen i sin helhet, och inte bara under ett specifikt rymduppdrag.

Stenar i njurarna

Var tionde person på jorden utvecklar förr eller senare problemet med njursten. Denna fråga blir dock mycket mer akut när det gäller astronauter, för i rymden börjar kroppens ben förlora användbara ämnen ännu snabbare än på jorden. Inuti kroppen frigörs salter (kalciumfosfat) som tränger in genom blodet och ansamlas i njurarna. Dessa salter kan komprimeras och ta formen av stenar. Samtidigt kan storleken på dessa stenar variera från mikroskopiska till ganska allvarliga - upp till storleken på en valnöt. Problemet är att dessa stenar kan blockera kärlen och andra flöden som matar organet eller ta bort överflödiga ämnen från njurarna.

För astronauter är risken att utveckla njursten farligare eftersom under mikrogravitationsförhållanden kan blodvolymen inuti kroppen minska. Dessutom dricker många astronauter inte 2 liter vätska om dagen, vilket i sin tur kan säkerställa att deras kropp är helt återfuktad och inte tillåter att stenar stagnerar i njurarna och tar bort deras partiklar med urin.

Det noteras att minst 14 amerikanska astronauter utvecklade ett problem med njursten nästan omedelbart efter slutförandet av deras rymduppdrag. 1982 registrerades ett fall av akut smärta hos en besättningsmedlem ombord på den sovjetiska Salyut-7-stationen. Kosmonauten led av svår smärta i två dagar, medan hans kamrat inte hade något annat val än att hjälplöst titta på sin kollegas lidande. Först trodde alla att det var akut blindtarmsinflammation, men efter ett tag fick astronauten tillsammans med urinen en liten njursten.

Forskare har länge utvecklat en speciell ultraljudsmaskin i skrivbordsstorlek som kan upptäcka njursten och driva ut dem med hjälp av pulser av ljudvågor. Det verkar som att ombord på ett fartyg på väg till Mars kan en sådan sak definitivt komma till användning.

lungsjukdom

Även om vi ännu inte vet exakt vilka negativa hälsoeffekter damm från andra planeter eller asteroider kan orsaka, vet forskarna några mycket obehagliga effekter som kan uppstå som ett resultat av exponering för måndamm.

Den allvarligaste effekten av inandning av damm är troligen i lungorna. Otroligt vassa partiklar av måndamm kan dock orsaka allvarliga skador inte bara på lungorna, utan också på hjärtat, samtidigt som de orsakar en hel massa olika åkommor, allt från svår inflammation i organen till cancer. Liknande effekter kan orsakas till exempel av asbest.

Vassa dammpartiklar kan skada inte bara inre organ, utan också orsaka inflammation och skrubbsår på huden. För skydd är det nödvändigt att använda speciella flerskiktiga Kevlar-liknande material. Måndamm kan lätt skada ögonens hornhinnor, vilket i sin tur kan vara den allvarligaste nödsituationen för en person i rymden.

Forskare noterar med beklagande att de inte kan simulera månens jord och genomföra hela uppsättningen av tester som är nödvändiga för att fastställa effekterna av måndamm på kroppen. En av svårigheterna med att lösa detta problem är att dammpartiklar på jorden inte befinner sig i ett vakuum och inte ständigt utsätts för strålning. Bara mer forskning om dammet på själva månens yta, snarare än i ett labb, kommer att förse forskare med de data de behöver för att utveckla effektiva metoder för försvar mot dessa små giftiga mördare.

Immunförsvarsfel

Vårt immunförsvar förändras och reagerar på alla, även de minsta förändringar i vår kropp. Brist på sömn, otillräckligt näringsintag eller till och med vanlig stress försvagar alla våra immunförsvar. Men det här är på jorden. Att förändra immunförsvaret i rymden kan så småningom förvandlas till en vanlig förkylning eller innebära en potentiell fara i utvecklingen av mycket allvarligare sjukdomar.
I rymden förändras inte fördelningen av immunceller i kroppen mycket. Ett mycket större hot mot hälsan kan orsakas av förändringar i dessa cellers funktion. När cellens funktion reduceras kan redan undertryckta virus i människokroppen återuppväckas. Och att göra detta i hemlighet, utan manifestation av symtom på sjukdomen. När immuncellerna blir överaktiva överreagerar immunsystemet på irriterande ämnen, vilket orsakar allergiska reaktioner och andra biverkningar som hudutslag.

"Saker som strålning, mikrober, stress, mikrogravitation, sömnstörningar och till och med isolering kan alla förändra hur immunsystemet hos besättningsmedlemmar fungerar", säger NASA-immunolog Brian Krushin.

"Långsiktiga rymduppdrag kommer att öka risken för infektioner, överkänslighet och autoimmuna problem hos astronauter."

För att lösa problem med immunförsvaret planerar NASA att använda nya metoder för antistrålskydd, ett nytt tillvägagångssätt för balanserad kost och läkemedel.

Strålningshot

Den nuvarande mycket ovanliga och mycket långa frånvaron av solaktivitet kan bidra till farliga förändringar av strålningsnivåerna i rymden. Inget liknande har hänt på nästan 100 år.

"Även om sådana händelser inte nödvändigtvis är en stoppfaktor för långa uppdrag till månen, asteroider och till och med Mars, är galaktisk kosmisk strålning i sig en faktor som kan begränsa den planerade tiden för dessa uppdrag", säger Nathan Schwadron från Institutet för terrestrial, oceanic och rymdforskning.

Konsekvenserna av denna typ av exponering kan vara mycket olika, allt från strålsjuka till utveckling av cancer eller skador på inre organ. Dessutom minskar farliga nivåer av bakgrundsstrålning effektiviteten av rymdfarkostens antistrålskydd med cirka 20 procent.

På bara ett uppdrag till Mars kunde en astronaut utsättas för 2/3 av den säkra stråldos som en person i värsta fall skulle kunna utsättas för under hela sin livstid. Denna strålning kan orsaka förändringar i DNA och öka risken för cancer.

"Om vi ​​pratar om den kumulativa dosen, så är detta detsamma som att göra en fullständig datortomografi av kroppen var 5-6 dag", säger vetenskapsmannen Cary Zeitlin.

kognitiva problem

När man simulerar tillståndet att vara i rymden har forskare funnit att exponering för högt laddade partiklar, även i små doser, gör att laboratorieråttor reagerar mycket långsammare på sin miljö och samtidigt blir gnagarna mer irriterade. Observation av råttor visade också en förändring i sammansättningen av proteinet i deras hjärnor.

Men forskarna är snabba med att påpeka att inte alla råttor visade samma effekter. Om denna regel gäller även för astronauter, tror forskarna att de kan identifiera en biologisk markör som indikerar och förutspår att astronauter snart kommer att utveckla dessa effekter. Kanske skulle denna markör till och med tillåta oss att hitta ett sätt att minska de negativa effekterna av exponering för strålning.

Alzheimers sjukdom är ett allvarligare problem.

"Exponering för strålningsnivåer motsvarande den som upplevs av en människa på ett uppdrag till Mars kan bidra till kognitiva problem och påskynda hjärnförändringar som oftast förknippas med Alzheimers sjukdom", säger neuroforskaren Kerry O'Banion.

"Ju längre du är i rymden, desto större är risken att utveckla sjukdomen."

En av de tröstande fakta är att forskare redan har lyckats undersöka ett av de mest olyckliga scenarierna för exponering för strålning. De exponerade laboratoriemöss för en strålningsnivå vid ett tillfälle som skulle vara typisk för hela tiden för uppdraget till Mars. När de flyger till Mars kommer människor i sin tur att utsättas för strålning på ett doserat sätt, under flygets tre år. Forskare tror att människokroppen kan anpassa sig till så små doser.

Dessutom noteras att plast och lättviktsmaterial kan ge människor ett effektivare skydd mot strålning än aluminium som för närvarande används.

synförlust

Vissa astronauter har utvecklat allvarliga synproblem efter att ha varit i rymden. Ju längre rymduppdraget pågår, desto mer sannolikt är chansen för sådana olyckliga konsekvenser.

Av minst 300 amerikanska astronauter som har undersökts medicinskt sedan 1989, har 29 procent av människor som har varit i rymden på två veckors rymduppdrag och 60 procent av människor som har arbetat ombord på den internationella rymdstationen i flera månader haft synproblem ...

Läkare från University of Texas genomförde hjärnskanningar på 27 astronauter som varit i rymden i mer än en månad. Hos 25 procent av dem observerades en minskning av volymen av den främre-posteriora axeln på ett eller två ögonglober. Denna förändring leder till framsynthet. Återigen noterades det att ju längre en person är i rymden, desto mer sannolikt är denna förändring.

Forskare tror att denna negativa effekt kan förklaras av ökningen av vätska till huvudet under migravitationsförhållanden. I detta fall börjar cerebrospinalvätska att ackumuleras i kraniet, det intrakraniella trycket stiger. Vätskan kan inte sippra genom benet, så det börjar skapa tryck på insidan av ögonen. Forskare är ännu inte säkra på om denna effekt kommer att minska hos astronauter som vistas i rymden i mer än sex månader. Det är dock ganska uppenbart att det kommer att bli nödvändigt att ta reda på det innan man skickar folk till Mars.

Om problemet enbart orsakas av intrakraniellt tryck, skulle en möjlig lösning vara att skapa artificiella gravitationsförhållanden, varje dag i åtta timmar, medan astronauterna sover. Det är dock för tidigt att säga om denna metod kommer att hjälpa eller inte.

"Det här problemet måste åtgärdas, för annars kan det vara huvudorsaken till omöjligheten av långvariga rymdresor", säger forskaren Mark Shelhamer.

Biologivetenskapen omfattar en mängd olika sektioner, stora och små dotterbolag. Och var och en av dem är viktig inte bara i mänskligt liv, utan också för hela planeten som helhet.

För andra århundradet i rad har människor försökt studera inte bara livets jordiska mångfald i alla dess manifestationer, utan också att ta reda på om det finns liv utanför planeten, i yttre rymden. Dessa frågor behandlas av en speciell vetenskap - rymdbiologi. Det kommer att diskuteras i vår recension.

Kapitel

Denna vetenskap är relativt ung, men mycket intensivt utvecklande. Huvudaspekterna i studien är:

1. Faktorer i yttre rymden och deras inflytande på levande varelsers organismer, den vitala aktiviteten för alla levande system i rymden eller flygplan.
2. Utvecklingen av liv på vår planet med deltagande av rymden, utvecklingen av levande system och sannolikheten för förekomsten av biomassa utanför vår planet.
3. Möjligheterna att bygga slutna system och skapa verkliga levnadsförhållanden i dem för bekväm utveckling och tillväxt av organismer i yttre rymden.

Rymdmedicin och biologi är närbesläktade vetenskaper som tillsammans studerar det fysiologiska tillståndet hos levande varelser i rymden, deras förekomst i interplanetära rum och evolution.

Tack vare forskningen inom dessa vetenskaper blev det möjligt att välja de optimala förhållandena för att hitta människor i rymden, och utan att skada hälsan. Stort material har samlats in om närvaron av liv i rymden, växters och djurs (encelliga, flercelliga) förmåga att leva och utvecklas i viktlöshet.

Historia om vetenskapens utveckling

Rymdbiologins rötter går tillbaka till antiken, när filosofer och tänkare - naturforskare Aristoteles, Herakleitos, Platon och andra - tittade på stjärnhimlen och försökte identifiera månen och solens förhållande till jorden för att förstå orsakerna till deras påverkan på jordbruksmark och djur.

Senare, på medeltiden, började försök att bestämma jordens form och förklara dess rotation. Länge fanns det en teori skapad av Ptolemaios. Hon pratade om det faktum att jorden är och alla andra planeter och himlakroppar rör sig runt den

Men en annan vetenskapsman, polen Nicolaus Copernicus, hittades, som bevisade felaktigheten i dessa uttalanden och föreslog sitt eget heliocentriska system av världens struktur: i mitten är solen, och alla planeter rör sig. Solen är också en stjärna. Hans åsikter stöddes av anhängare av Giordano Bruno, Newton, Kepler, Galileo.

Men rymdbiologi som vetenskap dök upp mycket senare. Först på 1900-talet utvecklade den ryske forskaren Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ett system som låter människor tränga in i rymdens djup och långsamt studera dem. Han anses med rätta vara fadern till denna vetenskap. Också upptäckter inom fysik och astrofysik, kvantkemi och mekanik av Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitsa, Bogolyubov och andra spelade en stor roll i utvecklingen av kosmobiologi.

Ny vetenskaplig forskning, som gjorde det möjligt för människor att göra länge planerade flygningar ut i rymden, gjorde det möjligt att lyfta fram specifika medicinska och biologiska motiveringar för säkerheten och effekterna av utomjordiska förhållanden som Tsiolkovsky formulerade. Vad var deras poäng?

1. Forskare fick en teoretisk motivering för effekten av viktlöshet på däggdjursorganismer.
2. Han modellerade flera alternativ för att skapa utrymmesförhållanden i laboratoriet.
3. Han föreslog alternativ för att skaffa mat och vatten av astronauter med hjälp av växter och cirkulation av ämnen.

Således var det Tsiolkovsky som lade ner alla grundläggande postulat för astronautiken, som inte har förlorat sin relevans idag.

Tyngdlöshet

Modern biologisk forskning inom området för att studera påverkan av dynamiska faktorer på människokroppen under rymdförhållanden gör att astronauter kan bli av med den negativa inverkan av dessa faktorer maximalt.

Det finns tre huvudsakliga dynamiska egenskaper:

• vibration;
• acceleration;
• tyngdlöshet.

Viktlöshet är den mest ovanliga och viktiga när det gäller dess effekt på människokroppen. Detta är ett tillstånd där tyngdkraften försvinner och den inte ersätts av andra tröghetsinfluenser. I det här fallet förlorar en person helt förmågan att kontrollera kroppens position i rymden. Ett sådant tillstånd börjar redan i de lägre skikten av kosmos och består i hela dess rymd.

Medicinska och biologiska studier har visat att följande förändringar sker i människokroppen i ett tillstånd av viktlöshet:

1. Hjärtslaget ökar.
2. Musklerna slappnar av (tonus försvinner).
3. Minskad prestanda.
4. Rumsliga hallucinationer är möjliga.

En person i viktlöshet kan stanna upp till 86 dagar utan att skada hälsan. Detta har bevisats empiriskt och bekräftats ur medicinsk synvinkel. En av rymdbiologins och medicinens uppgifter idag är dock utvecklingen av en uppsättning åtgärder för att förhindra effekten av viktlöshet på människokroppen i allmänhet, eliminera trötthet, öka och konsolidera normal prestanda.

Det finns ett antal tillstånd som astronauter observerar för att övervinna viktlöshet och behålla kontrollen över kroppen:

För att uppnå goda resultat för att övervinna tyngdlöshet genomgår astronauter grundlig träning på jorden. Men tyvärr tillåter inte moderna att skapa sådana förhållanden i laboratoriet. På vår planet är det inte möjligt att övervinna tyngdkraften. Det är också en av framtidens utmaningar för rymd- och medicinsk biologi.

G-krafter i rymden (accelerationer)

En annan viktig faktor som påverkar människokroppen i rymden är acceleration eller överbelastning. Kärnan i dessa faktorer reduceras till en ojämn omfördelning av belastningen på kroppen under starka höghastighetsrörelser i rymden. Det finns två huvudtyper av acceleration:

• kortsiktigt;
• lång.

Som biomedicinska studier visar är båda accelerationerna mycket viktiga för att påverka det fysiologiska tillståndet hos kosmonautens kropp.

Så, till exempel, under verkan av kortvariga accelerationer (de varar mindre än 1 sekund), kan irreversibla förändringar inträffa i kroppen på molekylär nivå. Dessutom, om organen inte är tränade, tillräckligt svaga, finns det risk för bristning av deras membran. Sådana influenser kan utföras under separationen av kapseln med astronauten i rymden, under hans utstötning eller under landningen av rymdfarkosten i omloppsbanor.

Därför är det mycket viktigt att astronauter genomgår en grundlig läkarundersökning och viss fysisk träning innan de flyger ut i rymden.

Långverkande acceleration uppstår under uppskjutning och landning av en raket, såväl som under flygning på vissa rumsliga platser i rymden. Effekten av sådana accelerationer på kroppen, enligt data från vetenskaplig medicinsk forskning, är följande:

• ökad hjärtfrekvens och puls;
• andningen påskyndar;
• det finns förekomst av illamående och svaghet, blekhet i huden;
• synen blir lidande, en röd eller svart film visas framför ögonen;
• möjlig känsla av smärta i leder, armar och ben;
• muskeltonus minskar;
• neurohumorala regleringsförändringar;
• gasutbytet i lungorna och i kroppen som helhet blir annorlunda;
• svettning kan förekomma.

G-belastningar och viktlöshet tvingar medicinska forskare att komma på olika metoder. möjliggöra anpassning, utbilda astronauter så att de kan motstå inverkan av dessa faktorer utan konsekvenser för hälsan och utan förlust av effektivitet.

Ett av de mest effektiva sätten att träna astronauter att accelerera är centrifugapparaten. Det är i det du kan observera alla förändringar som sker i kroppen under verkan av överbelastning. Det låter dig också träna och anpassa dig till påverkan av denna faktor.

Rymdfärd och medicin

Rymdflyg har verkligen en mycket stor inverkan på människors hälsa, särskilt de som är otränade eller har kroniska sjukdomar. Därför är en viktig aspekt den medicinska forskningen av alla subtiliteter i flygningen, alla kroppens reaktioner på de mest olikartade och otroliga effekterna av utomjordiska krafter.

Flyg i tyngdlöshet tvingar modern medicin och biologi att uppfinna och formulera (samtidigt för att naturligtvis implementera) en uppsättning åtgärder för att förse astronauterna med normal näring, vila, syretillförsel, bibehålla arbetsförmåga och så vidare.

Dessutom är medicin designad för att ge kosmonauter anständig hjälp i händelse av oförutsedda nödsituationer, såväl som skydd mot effekterna av okända krafter från andra planeter och utrymmen. Det är ganska svårt, det kräver mycket tid och ansträngning, en stor teoretisk bas, användningen av endast den senaste moderna utrustningen och förberedelserna.

Dessutom har medicin, tillsammans med fysik och biologi, till uppgift att skydda astronauter från de fysiska faktorerna i rymdförhållandena, såsom:

• temperatur;
• strålning;
• tryck;
• meteoriter.

Därför är studiet av alla dessa faktorer och funktioner mycket viktigt.

i biologi

Rymdbiologi, som all annan biologisk vetenskap, har en viss uppsättning metoder som gör det möjligt att bedriva forskning, ackumulera teoretiskt material och bekräfta det med praktiska slutsatser. Dessa metoder förblir inte oförändrade över tid, de uppdateras och moderniseras i enlighet med aktuell tid. Men de historiskt etablerade metoderna för biologi är fortfarande relevanta än i dag. Dessa inkluderar:

1. observation.
2. Experimentera.
3. Historisk analys.
4. Beskrivning.
5. Jämförelse.

Dessa metoder för biologisk forskning är grundläggande, relevanta när som helst. Men det finns ett antal andra som har uppstått med utvecklingen av vetenskap och teknik, elektronisk fysik och molekylärbiologi. De kallas moderna och spelar den största rollen i studiet av alla biologisk-kemiska, medicinska och fysiologiska processer.

Moderna metoder

1. Metoder för genteknik och bioinformatik. Detta inkluderar agrobakteriell och ballistisk transformation, PCR (polymeraskedjereaktioner). Rollen för biologisk forskning av detta slag är stor, eftersom det är de som gör det möjligt att hitta alternativ för att lösa problemet med näring och syremättnad och hytter för astronauternas bekväma tillstånd.
2. Metoder för proteinkemi och histokemi. De tillåter kontroll av proteiner och enzymer i levande system.
3. Användning av fluorescensmikroskopi, superupplösningsmikroskopi.
4. Användning av molekylärbiologi och biokemi och deras forskningsmetoder.
5. Biotelemetri- en metod som är resultatet av en kombination av ingenjörers och läkares arbete på biologisk grund. Det låter dig kontrollera alla kroppens fysiologiskt viktiga funktioner på avstånd med hjälp av människokroppens radiokommunikationskanaler och en datorinspelare. Rymdbiologi använder denna metod som huvudmetod för att spåra effekterna av rymdförhållanden på astronauternas organismer.
6. Biologisk indikation på interplanetärt rymd. En mycket viktig metod för rymdbiologi, som gör det möjligt att bedöma de interplanetära tillstånden i miljön, för att få information om olika planeters egenskaper. Grunden här är användningen av djur med inbyggda sensorer. Det är försöksdjur (möss, hundar, apor) som extraherar information från banor, som används av terrestra forskare för analys och slutsatser.

Moderna metoder för biologisk forskning tillåter att lösa avancerade problem, inte bara av rymdbiologi, utan också universella.

Problem med rymdbiologi

Alla ovanstående metoder för biomedicinsk forskning har tyvärr ännu inte kunnat lösa alla problem med rymdbiologi. Det finns ett antal aktuella frågor som förblir brådskande än i dag. Låt oss överväga de huvudsakliga problemen som rymdmedicin och biologi står inför.

1. Val av utbildad personal för rymdflygning, vars hälsotillstånd skulle kunna uppfylla alla läkares krav (inklusive att tillåta kosmonauter att utstå rigorös träning och träning för flygningar).
2. Anständig nivå av utbildning och utbud av allt som behövs för arbetsutrymmesbesättningar.
3. Säkerställande av säkerhet i alla avseenden (inklusive från okända eller främmande faktorer av påverkan från andra planeter) till arbetsfartyg och flygplansstrukturer.
4. Psykofysiologisk rehabilitering av astronauter under deras återkomst till jorden.
5. Utveckling av sätt att skydda astronauter och från
6. Säkerställer normala levnadsförhållanden i hytterna under rymdfärder.
7. Utveckling och tillämpning av moderniserad datorteknik inom rymdmedicin.
8. Implementering av rymdtelemedicin och bioteknik. Använda metoderna för dessa vetenskaper.
9. Löser medicinska och biologiska problem för bekväma flygningar av astronauter till Mars och andra planeter.
10. Syntes av farmakologiska medel som kommer att lösa problemet med syretillförsel i rymden.

Utvecklade, förbättrade och komplexa tillämpningsmetoder för biomedicinsk forskning kommer säkerligen att tillåta att lösa alla uppgifter och befintliga problem. Men när detta kommer att ske är en komplex och ganska oförutsägbar fråga.

Det bör noteras att inte bara ryska forskare, utan också det akademiska rådet i alla länder i världen, hanterar alla dessa frågor. Och detta är ett stort plus. Gemensam forskning och sökningar kommer trots allt att ge ett oproportionerligt större och snabbare positivt resultat. Nära globalt samarbete för att lösa rymdproblem är nyckeln till framgång i utforskningen av utomjordiskt rymd.

Moderna prestationer

Det finns många sådana prestationer. När allt kommer omkring bedrivs ett intensivt arbete varje dag, noggrant och mödosamt, vilket gör att du kan hitta fler och fler nya material, dra slutsatser och formulera hypoteser.

En av 2000-talets viktigaste upptäckter inom kosmologin var upptäckten av vatten på Mars. Detta gav omedelbart upphov till dussintals hypoteser om närvaron eller frånvaron av liv på planeten, om möjligheten till vidarebosättning av jordbor till Mars, och så vidare.

En annan upptäckt var att forskare har bestämt åldersgränserna inom vilka en person kan vara i rymden så bekvämt som möjligt och utan allvarliga konsekvenser. Denna ålder börjar från 45 år och slutar vid cirka 55-60 år. Unga människor som går ut i rymden lider extremt psykologiskt och fysiologiskt efter att ha återvänt till jorden, de är svåra att anpassa och bygga upp igen.

Vatten upptäcktes också på månen (2009). Kvicksilver och en stor mängd silver hittades också på jordens satellit.

Metoderna för biologisk forskning, såväl som tekniska och fysiska indikatorer, gör det möjligt att med tillförsikt dra slutsatser om ofarligheten (åtminstone inte mer skadlig än på jorden) av effekterna av jonstrålning och exponering i rymden.

Vetenskaplig forskning har visat att en lång vistelse i rymden inte påverkar astronauternas fysiska hälsa. Men psykiska problem kvarstår.

Studier har genomförts som visar att högre växter reagerar olika på att vistas i rymden. Frön från vissa växter i studien visade inga genetiska förändringar. Andra, tvärtom, visade uppenbara deformationer på molekylär nivå.

Experiment utförda på celler och vävnader från levande organismer (däggdjur) visade att rymden inte påverkar det normala tillståndet och funktionen hos dessa organ.

Olika typer av medicinska studier (tomografi, MRT, blod- och urintester, kardiogram, datortomografi, och så vidare) ledde till slutsatsen att de fysiologiska, biokemiska, morfologiska egenskaperna hos mänskliga celler förblir oförändrade när de vistas i rymden i upp till 86 dagar .

Under laboratorieförhållanden återskapades ett konstgjort system, som gör det möjligt att komma så nära tillståndet av viktlöshet som möjligt och på så sätt studera alla aspekter av detta tillstånds påverkan på kroppen. Detta gjorde det i sin tur möjligt att utveckla ett antal förebyggande åtgärder för att förhindra påverkan av denna faktor under mänsklig flygning i noll gravitation.

Resultaten av exobiologi har blivit data som indikerar närvaron av organiska system utanför jordens biosfär. Hittills har bara den teoretiska formuleringen av dessa antaganden blivit möjlig, men snart planerar forskare att skaffa praktiska bevis.

Tack vare forskning från biologer, fysiker, läkare, ekologer och kemister avslöjades djupa mekanismer för mänsklig påverkan på biosfären. För att uppnå detta blev det möjligt genom att skapa artificiella ekosystem utanför planeten och utöva samma inflytande på dem som på jorden.

Dessa är inte alla prestationer av rymdbiologi, kosmologi och medicin idag, utan bara de viktigaste. Det finns en stor potential, vars förverkligande är de listade vetenskapernas uppgift för framtiden.

Livet i rymden

Enligt moderna idéer kan liv i rymden existera, eftersom nya upptäckter bekräftar närvaron på vissa planeter av lämpliga förhållanden för livets uppkomst och utveckling. Men forskarnas åsikter om denna fråga är indelade i två kategorier:

• det finns inget liv någonstans utom jorden, det har aldrig varit och kommer aldrig att finnas;
• det finns liv i de stora vidderna av yttre rymden, men människor har ännu inte upptäckt det.

Vilken av hypoteserna som är korrekt är upp till var och en att avgöra. Det finns tillräckligt med bevis och vederlag för både det ena och det andra.

GOU Lyceum nr 000

Kalininsky-distriktet i St Petersburg

Forskning

Biomedicinsk forskning i rymden

Gurshev Oleg

Chef: biologilärare

St Petersburg, 2011

Inledning 2

Början av biomedicinsk forskning i mitten av 1900-talet. 3

Effekten av rymdfärd på människokroppen. 6

Exobiologi. tio

Utsikter för utveckling av forskning. fjorton

Lista över använda källor. 17

Tillämpning (presentation, experiment) 18

Introduktion

Rymdbiologi och medicin- en komplex vetenskap som studerar egenskaperna hos en persons och andra organismers liv under en rymdfärd. Huvuduppgiften för forskning inom området rymdbiologi och medicin är utvecklingen av medel och metoder för livsuppehållande, upprätthållande av hälsan och prestanda hos besättningsmedlemmar på rymdfarkoster och stationer under flygningar av olika varaktighet och grader av komplexitet. Rymdbiologi och medicin är oupplösligt förbundna med astronautik, astronomi, astrofysik, geofysik, biologi, flygmedicin och många andra vetenskaper.

Ämnets relevans är ganska stor i vårt moderna och snabba XXI-tal.

Ämnet "Medicinsk och biologisk forskning" har varit intressant för mig de senaste två åren, sedan jag bestämde mig för mitt yrkesval, så jag bestämde mig för att forska om detta ämne.

2011 är ett jubileumsår - 50 år sedan den första mänskliga flygningen ut i rymden.

Början av biomedicinsk forskning i mittenXXårhundrade

Följande milstolpar anses vara utgångspunkterna i utvecklingen av rymdbiologi och medicin: 1949 - för första gången dök möjligheten att bedriva biologisk forskning under raketflygningar upp; 1957 - för första gången skickades en levande varelse (hunden Laika) till en omloppsflygning nära jorden på den andra konstgjorda jordsatelliten; 1961 - den första bemannade flygningen ut i rymden, perfekt. För att vetenskapligt underbygga möjligheten av en medicinskt säker flygning för en person ut i rymden, studerades toleransen för de effekter som är karakteristiska för uppskjutning, omloppsflygning, nedstigning och landning av rymdfarkoster (SCV) på jorden, och hur biotelemetrisk utrustning fungerar. och livsuppehållande system för astronauter testades. Den huvudsakliga uppmärksamheten ägnades åt att studera effekten av viktlöshet och kosmisk strålning på kroppen.

Laika (hundastronaut) 1957

R Resultaten som erhållits under loppet av biologiska experiment på raketer, den andra konstgjorda satelliten (1957), roterade rymdfarkostsatelliter (1960-1961), i kombination med data från markbaserade kliniska, fysiologiska, psykologiska, hygieniska och andra studier, faktiskt öppnade vägen för människan ut i rymden. Dessutom gjorde biologiska experiment i rymden i förberedelsestadiet för den första mänskliga rymdflygningen det möjligt att identifiera ett antal funktionella förändringar som inträffar i kroppen under påverkan av flygfaktorer, vilket var grunden för planering av efterföljande experiment på djur och växtorganismer under flygningar av bemannade rymdfarkoster, orbitalstationer och biosatelliter. . Världens första biologiska satellit med ett försöksdjur - hunden "Laika". Lanserades i omloppsbana den 11/03/1957 och stannade där i 5 månader. Satelliten fanns i omloppsbana fram till den 14 april 1958. Satelliten hade två radiosändare, ett telemetrisystem, en programmeringsenhet, vetenskapliga instrument för att studera solstrålning och kosmiska strålar, regenerering och termiska kontrollsystem för att upprätthålla förhållanden i kabinen som är nödvändiga för att djurets existens. Den första vetenskapliga informationen om tillståndet hos en levande organism under rymdflygningsförhållanden har erhållits.

Framgångar inom området rymdbiologi och medicin var till stor del förutbestämd framgång i utvecklingen av bemannad astronautik. Tillsammans med flyg , som begicks den 12 april 1961, bör sådana epokala händelser i astronautikens historia som landningen den 21 juli 1969 noteras. astronauter Armstrong(N. Armstrong) och Aldrin(E. Aldrin) till månens yta och flermånaders (upp till ett år) besättningsflyg på Salyut- och Mir-stationerna. Detta blev möjligt tack vare utvecklingen av de teoretiska grunderna för rymdbiologi och -medicin, metodiken för att bedriva medicinsk och biologisk forskning i rymdflyg, motiveringen och implementeringen av metoder för urval och utbildning före flygning av astronauter, samt utveckling av livsuppehållande, medicinsk kontroll, upprätthållande av hälsa och arbetsförmåga för besättningsmedlemmar under flygning.

Apollo 11-teamet (vänster till höger): Neil. A. Armstrong, kommandomodulpilot Michael Collins, befälhavare Edwin (Buzz) E. Aldrin.

Effekten av rymdfärd på människokroppen

Under rymdflygning påverkas människokroppen av ett komplex av faktorer relaterade till flygdynamik (acceleration, vibrationer, buller, viktlöshet), vistelse i ett slutet rum med begränsad volym (förändrad gasmiljö, hypokinesi, neuro-emotionell stress, etc.) .), såväl som faktorer av yttre rymden som livsmiljö (kosmisk strålning, ultraviolett strålning, etc.).

I början och slutet av en rymdfärd påverkas kroppen av linjära accelerationer . Deras magnituder, stiggradient, tidpunkt och aktionsriktning under uppskjutningen och införandet av rymdfarkosten i en omloppsbana nära jorden beror på egenskaperna hos raket- och rymdkomplexet, och under återvändandeperioden till jorden - på de ballistiska egenskaperna av flygningen och typen av rymdfarkost. Att utföra manövrar i omloppsbana åtföljs också av påverkan av accelerationer på kroppen, men deras storlek under flygningar av moderna rymdfarkoster är obetydliga.

Lansering av rymdfarkosten Soyuz TMA-18 till den internationella rymdstationen från Baikonur Cosmodrome

Grundläggande information om effekten av accelerationer på människokroppen och sätt att skydda mot deras negativa effekter erhölls under forskning inom flygmedicin, rymdbiologi och medicin endast kompletterade denna information. Det visade sig att att stanna i viktlöshet, särskilt under lång tid, leder till en minskning av kroppens motstånd mot verkan av accelerationer. I detta avseende, några dagar före nedstigningen från omloppsbanan, byter kosmonauterna till en speciell regim för fysisk träning, och omedelbart före nedstigningen får de vattensalttillskott för att öka kroppens hydreringsgrad och volymen av cirkulerande blod . Speciella stolar har utvecklats - logi och anti-g-dräkter, som ger en ökning av toleransen för accelerationer under astronauternas återkomst till jorden.

Bland alla faktorer för rymdflygning är viktlöshet konstant och praktiskt taget oreproducerbar under laboratorieförhållanden. Dess inverkan på kroppen är varierande. Det finns både ospecifika adaptiva reaktioner som är karakteristiska för kronisk stress och en mängd specifika förändringar på grund av en kränkning av interaktionen mellan kroppens sensoriska system, omfördelning av blod i den övre halvan av kroppen, en minskning av dynamiskt och nästan fullständigt avlägsnande av statiska belastningar på muskuloskeletala systemet.

ISS sommaren 2008

Undersökningar av kosmonauter och många experiment på djur under flygningarna av Kosmos biosatelliter gjorde det möjligt att fastställa att den ledande rollen i förekomsten av specifika reaktioner kombinerade i symptomkomplexet av rymdformen av åksjuka (sjuka) tillhör den vestibulära apparaten . Detta beror på en ökning av excitabiliteten hos otolit- och halvcirkulära kanalreceptorer under viktlösa förhållanden och en störning i interaktionen mellan den vestibulära analysatorn och andra sensoriska system i kroppen. Under tyngdlöshetsförhållanden visar människor och djur tecken på utträning av det kardiovaskulära systemet, en ökning av blodvolymen i kärlen i bröstet, trängsel i levern och njurarna, förändringar i cerebral cirkulation och en minskning av plasmavolymen. På grund av det faktum att under förhållanden av viktlöshet förändras utsöndringen av antidiuretiskt hormon, aldosteron och njurarnas funktionella tillstånd, utvecklas hypohydrering av kroppen. Samtidigt minskar innehållet av extracellulär vätska och utsöndringen av kalcium, fosforsalter från kroppen ökar. kväve, natrium, kalium och magnesium. Förändringar i muskuloskeletala systemet sker främst i de avdelningar som under normala livsförhållanden på jorden bär den största statiska belastningen, det vill säga musklerna i ryggen och nedre extremiteterna, i benen i de nedre extremiteterna och ryggkotorna. Det finns en minskning av deras funktionalitet, en nedgång i hastigheten för periosteal benbildning, osteoporos av det svampiga ämnet, avkalkning och andra förändringar som leder till en minskning av benens mekaniska styrka.

Under den initiala anpassningsperioden till viktlöshet (tar i genomsnitt cirka 7 dagar) upplever ungefär varannan kosmonaut yrsel, illamående, rörelsestörningar, försämrad uppfattning om kroppsposition i rymden, en känsla av att blodet rinner mot huvudet, svårigheter att nasal andning och försämrad aptit. I vissa fall leder detta till en minskning av den totala prestationen, vilket gör det svårt att utföra professionella uppgifter. Redan i det inledande skedet av flygningen uppträder initiala tecken på förändringar i musklerna och benen i armar och ben.

När varaktigheten av vistelsen i viktlöshet ökar, försvinner eller jämnar ut många obehagliga förnimmelser. Samtidigt, praktiskt taget i alla astronauter, om lämpliga åtgärder inte vidtas, utvecklas förändringar i tillståndet i det kardiovaskulära systemet, metabolism, muskel- och benvävnad. För att förhindra negativa förändringar används ett brett utbud av förebyggande åtgärder och medel: Vakuum kapacitet, en cykelergometer, ett löpband, träningsbelastningsdräkter, en elektromyostimulator, träningsexpanderare, ta salttillskott, etc. Detta gör det möjligt att bibehålla god hälsa och en hög effektivitetsnivå för besättningsmedlemmar vid långvariga rymdflygningar.

En oundviklig åtföljande faktor för varje rymdflygning är hypokinesi - begränsning av motorisk aktivitet, som, trots intensiv fysisk träning under flygningen, leder till allmän avträning och asteni i kroppen under viktlösa förhållanden. Flera studier har visat att långvarig hypokinesi, skapad av att ligga i sängen med huvudänden lutad (-6°), har nästan samma effekt på människokroppen som långvarig viktlöshet. Denna metod för att modellera några fysiologiska effekter av viktlöshet i laboratorieförhållanden användes flitigt i Sovjetunionen och USA. Den maximala varaktigheten för ett sådant modellexperiment, utfört vid Institutet för biomedicinska problem vid Sovjetunionens hälsoministerium, var ett år.

Ett specifikt problem är studiet av effekterna av kosmisk strålning på kroppen. Dosimetrisk och radiobiologiska Experimenten gjorde det möjligt att skapa och omsätta ett system för att säkerställa strålsäkerheten vid rymdflygningar, vilket inkluderar medel för dosimetrisk kontroll och lokalt skydd, och strålskyddande preparat (radioskydd).

Orbital station "MIR"

Till rymdbiologins och rymdmedicinens uppgifter hör att studera biologiska principer och metoder för att skapa en artificiell livsmiljö på rymdfarkoster och stationer. För detta väljs levande organismer som är lovande för inkludering som länkar i ett slutet ekologiskt system, produktiviteten och stabiliteten hos populationer av dessa organismer studeras, experimentella enhetliga system av levande och icke-levande komponenter - biogeocenoser modelleras, deras funktionella egenskaper och möjligheter till praktisk användning vid rymdflyg bestäms.

En sådan riktning för rymdbiologi och medicin som exobiologi, som studerar närvaron, distributionen, egenskaperna och utvecklingen av levande materia i universum, utvecklas också framgångsrikt. På basis av markbaserade modellexperiment och studier i rymden erhölls data som indikerar den teoretiska möjligheten att det finns organiskt material utanför biosfär. Ett program genomförs också för att söka efter utomjordiska civilisationer genom att registrera och analysera radiosignaler som kommer från rymden.

Soyuz TMA-6

Exobiologi

Ett av rymdbiologins områden; är engagerad i sökandet efter levande materia och organiska ämnen i rymden och på andra planeter. Exobiologins huvudmål är att få direkta eller indirekta data om existensen av liv i rymden. Grunden för detta är fynden av prekursorer till komplexa organiska molekyler (blåvätesyra, formaldehyd, etc.), som detekterades i yttre rymden med spektroskopiska metoder (upp till 20 organiska föreningar hittades totalt). Metoder för exobiologi är olika och är utformade inte bara för att upptäcka främmande manifestationer av liv, utan också för att få vissa egenskaper hos möjliga utomjordiska organismer. För att antyda att det finns liv under utomjordiska förhållanden, till exempel på andra planeter i solsystemet, är det viktigt att ta reda på organismernas förmåga att överleva under experimentell reproduktion av dessa förhållanden. Många mikroorganismer kan existera vid temperaturer nära absolut noll och höga (upp till 80-95 °C) temperaturer; deras sporer tål djupt vakuum och långa torktider. De bär mycket högre doser av joniserande strålning än i yttre rymden. Utomjordiska organismer bör troligen ha en högre anpassningsförmåga till liv i en miljö som innehåller en liten mängd vatten. Anaeroba förhållanden tjänar inte som ett hinder för livets utveckling, därför kan man teoretiskt anta existensen i rymden av de mest olika mikroorganismerna när det gäller deras egenskaper, som skulle kunna anpassa sig till ovanliga förhållanden genom att utveckla olika skyddsanordningar. Experimenten som utfördes i Sovjetunionen och USA gav inte bevis på att det fanns liv på Mars, det finns inget liv på Venus och Merkurius, det är också osannolikt på jätteplaneterna, såväl som deras satelliter. I solsystemet finns förmodligen liv bara på jorden. Enligt vissa idéer är liv utanför jorden endast möjligt på vatten-kolbas, vilket är karakteristiskt för vår planet. En annan synpunkt utesluter inte kisel-ammoniakbasen, men mänskligheten har ännu inte metoder för att upptäcka utomjordiska livsformer.

"Viking"

Vikingaprogrammet

Vikingaprogrammet- NASA:s rymdprogram för att studera Mars, i synnerhet, för närvaron av liv på denna planet. I programmet ingick uppskjutning av två identiska rymdfarkoster, Viking 1 och Viking 2, som skulle bedriva forskning i omloppsbana och på Mars yta. Viking-programmet var kulmen på en serie uppdrag för att utforska Mars som började 1964 med Mariner 4, följt av Mariner 6 och Mariner 7 1969, och Mariner 9-omloppsuppdragen 1971 och 1972 Vikingarna tog sin plats i historien om utforskningen av Mars som den första amerikanska rymdfarkost som landade säkert på ytan. Det var ett av de mest informativa och framgångsrika uppdragen till den röda planeten, även om det inte lyckades upptäcka liv på Mars.

Båda fordonen lanserades 1975 från Cape Canaveral, Florida. Före flygningen steriliserades landarna noggrant för att förhindra kontaminering av Mars av jordlevande livsformer. Flygtiden tog lite mindre än ett år och de anlände till Mars 1976. Vikingauppdragen var planerade att vara 90 dagar efter landning, men varje enhet fungerade mycket mer än denna period. Orbiter "Viking-1" fungerade upp till 7 augusti 1980 lander - före 11 november 1982 Viking-2 orbiter fungerade fram till 25 juli 1978 lander - före 11 april 1980

Snötäckt öken på Mars. Ögonblicksbild av Viking-2

BION-program

BION-program omfattar komplex forskning om djur- och växtorganismer i flygningar av specialiserade satelliter (biosatelliter) i rymdbiologins, medicinens och bioteknikens intresse. Från 1973 till 1996 skickades 11 biosatelliter upp i rymden.

Ledande vetenskaplig institution: Ryska federationens statliga vetenskapliga centrum - Institutet för biomedicinska problem vid Ryska vetenskapsakademin (Moskva)
Designavdelning: SNP RCC "TsSKB-Progress" (Samara)
Flygtid: från 5 till 22,5 dagar.
Lanseringsplats: Plesetsk Cosmodrome
Landningsområde: Kazakstan
Deltagande länder: Sovjetunionen, Ryssland, Bulgarien, Ungern, Tyskland, Kanada, Kina, Nederländerna, Polen, Rumänien, USA, Frankrike, Tjeckoslovakien

Studier på råttor och apor i biosatellitflyg har visat att exponering för viktlöshet leder till betydande men reversibla funktionella, strukturella och metabola förändringar i muskler, skelett, myokard och neurosensoriska system hos däggdjur. Fenomenologin beskrivs och mekanismen för utveckling av dessa förändringar studeras.

För första gången under flygningarna av biosatelliter "BION" omsattes idén om att skapa en artificiell gravitationskraft (IGF). I experiment på råttor fann man att IST, skapad av att rotera djur i en centrifug, förhindrar utvecklingen av negativa förändringar i muskler, skelett och myokard.

Inom ramen för Rysslands federala rymdprogram för perioden 2006-2015. i avsnittet "Rymdverktyg för grundläggande rymdforskning» fortsättningen av BION-programmet är planerad, uppskjutningarna av rymdfarkosten BION-M är planerade till 2010, 2013 och 2016.

"BION"

Utsikter för utveckling av forskning

Det nuvarande stadiet av utforskning och studier av yttre rymden kännetecknas av en gradvis övergång från långvariga orbitala flygningar till interplanetära flygningar, varav den närmaste ses expedition till Mars. I det här fallet förändras situationen radikalt. Det förändras inte bara objektivt, vilket är förknippat med en betydande ökning av vistelsens varaktighet i rymden, landning på en annan planet och återvändande till jorden, utan också, vilket är mycket viktigt, subjektivt, eftersom, efter att ha lämnat jordens omloppsbana som redan har bli vana, kommer astronauter att förbli (på mycket kort tid) storleken på sin grupp kollegor) "ensam" i universums stora vidder.

Samtidigt uppstår fundamentalt nya problem i samband med en kraftig ökning av intensiteten av kosmisk strålning, behovet av att använda förnybara källor till syre, vatten och mat, och viktigast av allt, lösningen av psykologiska och medicinska problem.

Mercury" href="/text/category/mercury/" rel="bookmark">Mercury -Redstone 3" med Alan Shepard.

Svårigheten att hantera ett sådant system i en begränsad hermetiskt sluten volym är så stor att man inte kan hoppas på ett tidigt införande i praktiken. Med all sannolikhet kommer övergången till ett biologiskt livsuppehållande system att ske gradvis när dess individuella länkar är klara. I det första steget av utvecklingen av BSZhO är det uppenbart att den fysikalisk-kemiska metoden för att erhålla syre och utnyttja koldioxid kommer att ersättas med en biologisk. Som ni vet är de huvudsakliga "leverantörerna" av syre högre växter och fotosyntetiska encelliga organismer. En svårare uppgift är att fylla på vatten och mat.

Dricksvatten kommer uppenbarligen fortfarande att vara av "jordiskt ursprung" under mycket lång tid, och tekniskt vatten (används för hushållsbehov) fylls redan på genom regenerering av luftfuktighetskondensat (CDA), urin och andra källor.

Utan tvekan är huvudkomponenten i det framtida slutna ekologiska systemet växter. Studier på högre växter och fotosyntetiska encelliga organismer ombord på rymdfarkoster har visat att växter under rymdflyg går igenom alla utvecklingsstadier, från frönsgroning till bildandet av primära organ, blomning, befruktning och mognad av en ny generation frön. Således bevisades den grundläggande möjligheten att genomföra hela cykeln av växtutveckling (från frö till frö) under mikrogravitationsförhållanden experimentellt. Resultaten av rymdexperiment var så uppmuntrande att de redan i början av 1980-talet gjorde det möjligt att dra slutsatsen att utvecklingen av biologiska livsuppehållande system och skapandet på denna grund av ett ekologiskt slutet system i en begränsad hermetisk volym inte är en så svår uppgift . Men med tiden blev det uppenbart att problemet inte kan lösas helt, åtminstone förrän huvudparametrarna bestämts (beräknade eller experimentellt) som gör det möjligt att balansera mass- och energiflödena i detta system.

För att förnya livsmedelsförsörjningen är det också nödvändigt att introducera djur i systemet. Naturligtvis, i de första stadierna, bör dessa vara "småstora" representanter för djurvärlden - blötdjur, fiskar, fåglar och senare kanske kaniner och andra däggdjur.

Under interplanetära flygningar behöver astronauter alltså inte bara lära sig att odla växter, hålla djur och odla mikroorganismer, utan också utveckla ett tillförlitligt sätt att kontrollera "rymdarken". Och för detta måste du först ta reda på hur en enskild organism växer och utvecklas under rymdflygförhållanden, och sedan vilka krav varje enskilt element i ett slutet ekologiskt system ställer på samhället.

Min huvudsakliga uppgift i forskningsarbetet var att ta reda på hur intressant och spännande rymdforskning har varit och hur lång tid det fortfarande har kvar!

Om du bara föreställer dig vilken variation av allt liv som är på vår planet, vad kan då antas om kosmos ...

Universum är så stort och okänt att den här typen av forskning är livsviktig för oss som bor på planeten jorden. Men vi är bara i början av resan och vi har så mycket att veta och se!

Under hela tiden när jag gjorde det här arbetet lärde jag mig så många intressanta saker som jag aldrig misstänkte, jag lärde mig om utmärkta forskare som Carl Sagan, jag lärde mig om de mest intressanta rymdprogrammen som genomfördes under 1900-talet, både i USA och i Sovjetunionen lärde jag mig mycket om moderna program som BION och många andra saker.

Forskningen fortsätter...

Lista över använda källor

Big Children's Encyclopedia Universe: Populärvetenskaplig utgåva. - Russian Encyclopedic Association, 1999. Webbplats http://spacembi. *****/ Big Encyclopedia Universe. - M.: Förlaget "Astrel", 1999.

4. Encyclopedia Universe ("ROSMEN")

5. Wikipedia webbplats (bilder)

6.Rymden vid millennieskiftet. Dokument och material. M., Internationella relationer (2000)

Bilaga.

"Mars Transfer"

"Mars transfer" Utveckling av en av länkarna till det framtida biologiska och tekniska livsuppehållande systemet för astronauter.

Mål: Skaffa nya data om processerna för gas-vätsketillförsel i rotbefolkade medier under rymdfärd

Uppgifter: Experimentell bestämning av kapillärkoefficienterna diffusion fukt och gaser

Förväntade resultat: Skapande av en installation med en rotad miljö för att odla växter i förhållande till mikrogravitationsförhållanden

· Ställ in "Experimentell kyvett" för att bestämma egenskaperna för fuktöverföring (hastigheten på impregneringsfronten och fukthalten i separata zoner)

Videokomplex LIV för videoinspelning av impregneringsfrontens rörelse

Mål: Användningen av ny datorteknik för att förbättra komforten för en astronauts vistelse under en långvarig rymdfärd.

Uppgifter: Aktivering av specifika områden i hjärnan som är ansvariga för astronautens visuella associationer förknippade med hans hemorter och familj på jorden med en ytterligare ökning av hans prestation. Analys av tillståndet för astronauten i omloppsbana genom testning enligt speciella metoder.

Begagnad vetenskaplig utrustning:

EGE2-block (enskild astronauthårddisk med fotoalbum och frågeformulär)

"väst" Inhämtning av data för att utveckla åtgärder för att förhindra de negativa effekterna av flygförhållanden på hälsan och prestanda för ISS-besättningen.

Mål: Utvärdering av ett nytt integrerat klädsystem av olika typer av material för användning i rymdflygningsförhållanden.

Uppgifter:

bär kläder "VEST", speciellt designad för flygningen av den italienska kosmonauten R. Vittori på ISS RS; ta emot feedback från astronauten angående det psykologiska och fysiologiska välbefinnandet, det vill säga komforten (bekvämligheten), bärbarheten hos kläder; hennes estetik; effektiviteten av värmebeständighet och fysisk hygien ombord på stationen.

Förväntade resultat: Bekräftelse av funktionaliteten hos det nya integrerade klädsystemet "VEST", inklusive dess ergonomiska prestanda i rymdflyg, vilket kommer att minska vikten och volymen av kläder som planeras för användning i långvariga rymdflygningar till ISS.