«Эволюция взгляда на медицинские риски космических полетов»
СОДЕРЖАНИЕ: Вот почему я интересовался тем, что не давало мне ни хлеба, ни силы, но я надеюсь, что мои работы, может быть скоро, а может быть и в отдалённом будущем – дадут обществу горы хлеба и бездну могущества”Гимназия №18
пос.Томилино
Люберецкий район
Московская область
Реферат на тему:
«Эволюция взгляда на медицинские риски космических полетов».
Ученицы 10-Б класса
Скомороховой Елены
Сентябрь 2007 года.
Живая природа, человек всегда были предметом исследований Константина Эдуардовича Циолковского. И это не случайно. “Основной мотив моей жизни, – писал Циолковский, – сделать что-нибудь полезное для людей, не прожить даром жизнь, продвинуть человечество хотя бы немного вперёд.. Вот почему я интересовался тем, что не давало мне ни хлеба, ни силы, но я надеюсь, что мои работы, может быть скоро, а может быть и в отдалённом будущем – дадут обществу горы хлеба и бездну могущества”.
В 18776 –1878 годах учёный стал делать опыты с цыплятами, на центробежной машине он усиливал их вес в 5 раз, ни малейшего вреда они не получали, такие же опыты ещё раньше он проводил с насекомыми, определял безопасную высоту падения для человека (удвоенный рост) и для мелких животных и насекомых, которые остаются невредимыми даже после падения с очень большой высоты.
Чтобы совершить полёт в мировое пространство, необходимо, как образно говорил Циолковский, преодолеть “панцирь тяготения Земли”. Для этого космический корабль должен развить вторую космическую скорость – 11,2 км/сек. Для полётов вокруг Земли на искусственных спутниках космический корабль должен приобрести первую космическую скорость – 8 км/сек. Циолковский пришёл к заключению, что сама по себе скорость, как бы велика она ни была, при равномерном движении не должна оказывать какого-либо неблагоприятного влияния на организм. Учённый писал: “Мы тысячи лет неслись по пространству в бесколёсном экипаже со скоростью 27 вёрст в секунду, а может быть и больше, без толчков и шума, но до Галилея и Коперника не замечали этого движения потому, что у нас не болела спина”.
А вот начальный и конечный этапы космического полёта – когда корабль набирает скорость, а потом период его торможения при посадке – заслуживают, по мнению Циолковского, большого внимания врачей и физиологов.
Учёный считал, что ответ на вопрос о том, как влияет ускорение на организм животных и человека, можно получить лишь эксперименте. Он писал: “Только опыт может определить наибольшую относительную тяжесть, которую может безопасно для своего здоровья вынести человек при тех или других условиях”.
Важнейшей научной заслугой Циолковского являются его исследования проблем невесомости:
а) он первый показал, что в соответствии с законами классической механики Ньютона в космических полётах после прекращения работы двигателей неизбежно будет возникать состояние невесомости. И в 1883 году в статье “Свободное пространство” дал ответ: возможна ли жизнь в этом состоянии? Основной вывод, к которому пришёл Циолковский, хорошо известен: жизнь в условиях невесомости будет продолжаться!
б) Циолковский пришёл к заключению, что в основе жизни лежат процессы обмена вещества, которые осуществляются благодаря непрерывному поступлению в организм необходимых для жизни химических соединений из внешней среды – кислорода и несущих энергию белков, жиров и углеводов. Учёный полагал, что если транспортировка этих веществ к клеткам организма не будет существенно нарушена, то жизнь сохранится. В поисках ответа на этот вопрос Циолковский определил, что поступление в клетки необходимых веществ обеспечивают два основных физических процесса – диффузия и “волосность” (то есть движение жидкости по капиллярам), и подчеркнул, что в невесомости оба процесса будут осуществляться.
в) сегодня: кратковременная невесомость человеку не страшна. Потеря кальция костями – устраняется , нарушение работы вестибулярного аппарата – временное.
г) но длительная невесомость – очень опасна. Человек конструктивно связан с весом Р, а есть два фундаментальных закона природы:
I Закон– Стремление к минимизации деятельности: организм действует экономично – если можно не делать, то организм делать не будет.
II Закон – Атрофия при бездеятельности: если функция не нужна, то она отмирает.
Вывод учёных: надо искусственно создавать вес.
Ещё в 1891 году Циолковский уделял большое внимание проблеме защиты живых организмов от действия перегрузок.
В наше время влияние ускорений на организм животных и человека изучается с помощью центробежных машин – центрифуг.
Отправляя первого космонавта, учёные с завода “Звезда” опасались:
1) кратковременной невесомости,
2) жёсткой посадки,
3) психологических проблем (одиночество и ограниченность движения),
4) сложностей внекорабельной деятельности при выходе в космос.
Однако, после запуска собак, затем Гагарина, стало ясно, что человек сравнительно хорошо переносит невесомость и жёсткую посадку с помощью парашютов, но появились новые риски (риск потери зрения, а затем сознания).
При а=12g человек теряет зрение. Всё дело в гидростатическом давлении Р= рgh, g – увеличивается, увеличивается отток крови от сердца вниз. Эластичные сосуды ног расширяются, а в мозг и голову крови поступает меньше. Наступает кислородное голодание и отказ работы мозга.
В глазу, как в любой камере, существует избыток давления (22 мм. рт. ст.) и когда Р22, кровь в глаз не поступает, а глаз не может видеть, если сетчатка не снабжается кровью. Аналогично, мозг не может работать без питания кислородом из крови.
В 1961 году космонавт находился под углом 65 к основному направлению действия силы F (cos 65 = 0,42).
Многочисленные эксперименты на центрифуге показали (1961 – 1963 гг.), что наилучшее положение человека к вектору действия сил под углом 78 (cos 78 = 0,21).
Почему не положить космонавта горизонтально? Этого нельзя делать из-за конструктивных особенностей человеческого организма, т. к. нарушается подвеска внутренних органов и возникает перегрузка связок. Прошли десятилетия, но нет ни одного случая потери сознания у космонавта при угле 78 .
Большую помощь оказывает комбинезон “Пингвин” ( в 1972 году в нём полетели в космос), который превращает человека как в верблюда. Он имеет систему эластичных тяг, облегающих тело по принципу мышц антогонистов, и не даёт крови застаиваться внизу. Благодаря “Пингвину” космонавту можно задать в невесомости позу при которой коленные и тазобедренные суставы образуют угол 135 , как у человека плавающего в воде. Любое движение в комбинезоне является нагрузкой до 400 Н. Эта нагрузка ведёт к уменьшению потери: 1) кальция костями; 2) не даёт мышцам атрофироваться от бездеятельности. С 1990 года “Пингвин” используют в клинической больнице Москвы N 18 для лечения детей с церебральным параличом и людей, получивших мозговую травму. Он обучает мозг правильно работать, в 93 случаях из 100 результат положительный.
Выдающиеся научные и технические достижения XX в. в первую очередь наук о космосе и космонавтики, привели к появлению новой области естествознания – космической биологии, которая изучает биологическое действие разнообразных факторов космического пространства на живые организмы, разрабатывает методы и мероприятия по обеспечению нормальной жизнедеятельности в космическом полете, занимается поисками форм жизни, что, вероятно, существует не только на Земле, и разрабатывает меры пресечений против заноса земных форм жизни на другие планеты и в космос. Круг проблем этой молодой космической науки чрезвычайно широкий, а сами проблемы достаточно специфические. Здесь и разработка биологических и физико-химических методов обеспечения необходимых жизненных условий в кабинах космических кораблей, и изучение физиологического действия невесомости, которая возникает во время орбитального полета космического аппарата, биологического действия космической радиации, и исследования длительного пребывания в замкнутой экологической среде и многое другое.
Космическая биология возникла “на стыке” таких наук, как биология, медицина, физика, химия, астрономия, ракетная техника и ряд других, и отличается от них своей комплексностью. Действительно, чтобы развязать, например, проблему жизни обеспечения в условиях космоса, нужные не только данные биологии и медицины, но и информация других наук. Космическая биология, используя достижение многих наук, разрабатывает свои особенные методы исследований, проводит свои специфические эксперименты. Ученые моделируют на земле космические условия, то есть имитируют отдельные факторы космического полета — снижено давление, шум, вибрации, ускорения, полную изоляцию, ограниченность просторную и тому подобное.
Однако во время космического рейса человек встречается с комплексом космических факторов, которые невозможно имитировать в лаборатории, в частности, создать длительную невесомость, полный спектр космической радиации, соответствующее нервно-психическое напряжение и тому подобное. Вот почему второе направление медико – биологических исследований – это исследование не “дома”, на Земле, а в космосе – на ракетах и искусственных спутниках.
Космическая медицина – научная дисциплина, которая изучает действие разных факторов космического полета (перегрузок, невесомости, вибраций, радиации, изолированности и тому подобное) на организм человека и его работоспособность. Если быть кратким, то суть космической медицины состоит в обеспечении безопасности и благополучия человека в условиях космического полета: здоровья, высокой рентабельности — с тем, чтобы космонавт, совершающий полеты в настоящее время и в будущем, чувствовал себя хорошо и мог эффективно выполнять свою работу. Естественно, что сюда относится большое число вопросов, которые нужно решать, вопросов, прежде всего связанных с обеспечением оптимальной среды обитания человека и условий, в которых протекает его работа. Это связано с созданием обитаемых кабин космического корабля, систем жизнеобеспечения, которые предназначены для удовлетворения основных потребностей человека, а также с обеспечением его всем тем, в чем он нуждается.
Сейчас, когда полеты становятся все более и более продолжительными, это не ограничивается только предоставлением космонавтам необходимых запасов кислорода, воды и пищи, но включает в себя возможность удовлетворить и многие другие потребности человека, в том числе даже необходимые развлечения, потому что когда человек долго находится в отрыве от Земли, выполняя во время космического полета большую и напряженную работу, нужно подумать и о том, чтобы он мог надлежащим образом отдохнуть. Поэтому все, что окружает человека в условиях космического полета, является предметом тщательной заботы и внимания космической медицины. К сожалению, условия, в которых совершаются полеты, на современном этапе еще не таковы, чтобы снять или значительно сократить нагрузку на человека. Таким образом, пока нет возможности исключить возникновение и развитие приспособительных реакций – адаптацию к условиям полета. Поскольку условия космического полета предъявляют к организму человека определенную нагрузку, необходимо знать, каким образом эта нагрузка реализуется, в чем проявляется ее действие, какие сдвиги она вызывает в организме, оценить все те, что происходит с человеком, и на основе этих сведений разработать комплекс мероприятий, которые обеспечили бы благополучие человека в полете. На основе современных знаний о физиологии человека в космическом полете разрабатываются соответствующие профилактические и защитные мероприятия, формулируются требования к среде обитания человека на борту космического аппарата. Наверно было бы преждевременно говорить о том, что сейчас мы всё знаем о влиянии космоса на жизнь человека. По всей вероятности, было бы правильнее сказать, что нам известны лишь основные реакции, и, по-видимому, в большинстве случаев имеется правильная ориентировка в характере этих явлений, в их природе. Все это позволяет надеяться на то, что открыт путь к тому, чтобы уметь исправить ход неблагоприятных реакций, если возникает в этом необходимость. Например, если неблагоприятным, с нашей точки зрения, образом изменяется характер кровообращения, мы обладаем методами, с помощью которых можно эти изменения предотвратить, когда мы считаем, что эти изменения могут неблагоприятно сказаться на состоянии человека.
Сейчас в результате длительных и детальных исследований реакций человеческого организма в космическом полете разработана соответствующая система мероприятий, которая позволяет регулировать физиологическое состояние космонавта, с тем, чтобы обеспечить достаточный уровень его физиологического благополучия, хорошее самочувствие и нормальную работоспособность.
По мере увеличения продолжительности полетов огромное значение приобретают проблемы медицинской психологии, психологии труда человека, проблемы эргономики, социальной психологии, взаимодействия между членами экипажа, а также между экипажем, совершающим полет, и персоналом наземных служб. Особенности космических полетов предъявляют повышенные нагрузки к организму человека, к его психике, поэтому подбор членов экипажа, регуляция психического тонуса, эмоционального состояния и другие проблемы необычайно важны.
Все это мы достаточно хорошо знаем, поскольку нередко сталкиваемся с подобного рода проблемами на работе и в быту. Поэтому несомненно то, что если космическая медицина продвинется в разработке этих проблем в интересах космонавтики, это принесет полезные результаты и для нашей земной практики.
Самое общее и, может быть, самое существенное влияние космических исследований на различные области медицины состоят в положительном, стимулирующем влиянии этих исследований на общий прогресс в науке и технике.
Специфичность задач, которые должна была решать космическая медицина, потребовала привлечения значительного числа инженеров, математиков, физиков — словом, специалистов так называемых точных наук, а это в значительной степени способствовало прогрессу в области космической медицины, в частности, при создании специальной аппаратуры, которая сейчас используется и в условиях различных клиник.
Другие примеры взаимодействия космической и земной медицин связаны с процессами обследования человека, с диагностикой состояния основных систем организма. Как известно, космической медицине еще в процессе своего становления пришлось решать задачи по отбору космонавтов к космическим полетам, по разработке требований к среде обитания в кабине космического корабля, к системам жизнеобеспечения космонавтов, а также при оценках реакций человеческого организма на воздействие условий космического полета.
Интересно, что специалисты, начавшие работу в этой области, столкнулись с таким фактом, как недостаточность наших знаний о ряде показателей, характеризующих норму: нормальные реакции здорового человека в различных условиях, нормальные показатели содержания ряда вредных примесей в атмосфере помещений (особенно — замкнутых при длительном пребывании в них человека) и т. д. Таким образом, оказалось, что хотя медицина “знает” и здорового человека, и показатели больного, но гигиена по части разработки норм крайне мало учитывала требования к нормированию среды обитания замкнутых помещений малого объема.
В связи с этим были предприняты специальные исследования в области космической медицины, направленные на уточнение допустимых колебаний физиологических показателей, возникающих при разнообразных нагрузках. Эти работы во многом способствовали углублению наших знаний о границах нормы и патологии, о пограничных состояниях между болезненными явлениями и нормальными, а это весьма существенно при клиническом лечении больных.
Кандидаты в космонавты, готовящиеся к первым полетам, должны были обладать не просто хорошим здоровьем, но и иметь большие резервные возможности реакций физиологических систем на допустимую нагрузку. Это особенно важно, поскольку один человек может переносить данную нагрузку (например, при подъеме и в барокамере, при перегрузках на центрифуге и т. д.) “уже” на пределе своих физиологических возможностей, в то время как у другого остается еще резерв (как говорят, он не полностью “выкладывается”). В связи с этим при обследовании кандидатов в космонавты были разработаны специальные методы, позволяющие определить такие резервы, а также выявлять скрытую патологию и скрытые болезни.
В гигиенической практике проведены значительные исследования, составлены и утверждены предельно допустимые концентрации вредных примесей в воздухе герметических помещений и утверждены соответствующие нормативы.
Исследования по космической биологии в принципе могут помочь ответить на вопрос, веками волновавший ученых, — существует ли жизнь на других планетах и в каких формах, что при сопоставлении с известными нам формами жизни углубит наши представления о сущности развития природы, будет способствовать углублению нашего диалектического миропонимания.
Как видим, космическая биология и медицина, решая сложнейшие проблемы, выдвигаемые стремительно развивающейся космонавтикой, служит не ей одной.
Все что делается для освоения космоса, в конечном счете, приводит к улучшению жизни людей на Земле.
Литература: О.Г.Глазенко “Космическая биология и медицина. Руководство по физиологии”; Е.А.Ильин, В.В.Антипов “Перспективы развития космической биологии”; Н.Н.Гуровский “Космическая медицина-земной”; журнал “Космческая биология и авиационная медицина” .