„Są ludzie, których praca - leżące w wannie”: jak zbadać wpływ nieważkości na zdrowie astronautów

Są ludzie, których praca - leżące w wannie. Leżeć przez kilka godzin, a nawet dni na końcu (i zarabiać na nim). Jednak ich nie zazdroszczę - mówimy o uczestników skomplikowanych eksperymentów naukowych, w której lekarze z Instytut Problemów Biomedycznych Rosyjskiej Akademii Nauk studium ludzkich warunków ekspozycji podobnych do warunków nieważkość. Przez siebie, to doświadczenie, jak każdy długi pobyt w przestrzeni kosmicznej, w wyniku nieprawidłowego funkcjonowania organizmu.

O tym, jak i dlaczego został wynaleziony w drodze „na sucho” zanurzenie i jakie badania wyników pozwala dostać, poprosiliśmy o rozmowę z personelem IBMP RAS Miłości Ilya Amirov i Rukavishnikov. Ponadto, proponujemy zapoznanie się z uczestnikami dziennik „nurkowania”, która trwała pięć dni, inżynier i popularyzator kosmonautyki Alexander Khokhlov. Nagrania zostały wykonane bezpośrednio w czasie eksperymentu.

---

Przebywanie w przestrzeni, nawet w dobrze chronionym statku kosmicznego, niekorzystnie wpływa na zdrowie astronautów. W lotów kosmicznych prawie wszystko dla ciała dziwne i wrogie - zwiększone promieniowanie tła, mikrograwitacji, izolacja, sztuczna atmosfera i oświetlenie, a monotonia bodźców czuciowych do jazdy w tęsknota. Wśród tych czynników jest specyficzna tylko mikrograwitacji z lotów kosmicznych i mało powtarzalne w warunkach lądowych.

U zarania ery eksploracji kosmosu został uznany za główne zagrożenie nie jest mikrograwitacji, a przeciążenie, i to do niego aktywnie przygotowuje astronautów. Wraz z rozwojem technologii przeloty coraz bardziej trwałe, aw czerwcu 1970 roku, radziecki kosmonauci Andrijan Nikołajew i Witalij Siewastjanow zrobić pierwszy długi 18-dniowy lot kosmiczny, ustaw rekord czasu trwania ciągłego filtra i wrócił na Ziemię... nie wytrzymam i chodzić. Stan astronautów było przygnębiające: zanik mięśni, negatywne reakcje ze strony układu sercowo-naczyniowego.

Taki stan rzeczy doprowadził mnie do dwóch wniosków naukowców. Po pierwsze, potrzeba opracowania systemu zapobiegania (do takiego zdarza się raz!), A po drugie, aby zbadać wpływ nieważkości na organizm człowieka (w celu zrozumienia podstawowych praw wpływem nieważkość). Stało się jasne, że bez dużej ilości danych o zmianach w każdym systemie narządów wysłać astronautów w przestrzeń jest niemożliwe. Ale jak zbadać wpływ nieważkości na organizm człowieka bez przestrzeni?

Zanurzenie w stanie nieważkości

Zrobić naukowcy odkryli Solomonic rozwiązanie tego problemu - symulacja warunkach nieważkości na Ziemi. Takie eksperymenty symulujące lot kosmiczny o nazwie modelu (lub modeli), a ich wpływ na organizm podobny do skutków nieważkości. Od głównych czynników wpływających na kondycję astronautów, stają się fizycznie rozładunku przesunięcia płynu i brak wsparcia i one stanowiły podstawę modelowych.

We współczesnej nauce, nikt wzór eksperymentu nie można w pełni odtworzyć warunki nieważkości, więc W zależności od tego, co naukowcy planują zbadać starannie wybrany przedmiot badania i eksperymentalne Model. Dość często w roli „tematy” są zwierzęta laboratoryjne, takie jak myszy i szczury, ale najbardziej cenne informacje, aby dać doświadczeniach modelowych na ludzi - wolontariuszy przetestowane.

Aby zbadać wpływ nieważkości na organizm człowieka, istnieje kilka sposobów. Na przykład, można to zrobić w wypadku na parabolicznej trajektorii samolotu. To właśnie czas trwania fazy nieważkości w tym przypadku jest tak mała, że ​​nie możemy mówić o skutkach długoterminowych.

Aby osiągnąć silniejsze efekty można po prostu położyć się na łóżku, w której koniec głowa zostanie pominięty. Reszta łóżko doprowadzi do zaniku mięśni i stałych szuwarów krwi do głowy przyniesie stan układu sercowo-naczyniowego z zastrzeżeniem, że na astronautów. Jednakże kłamstwo będzie musiał długo - przynajmniej kilka tygodni, najlepiej kilka miesięcy.

Najbardziej niezwykłym, a jednocześnie najbardziej zbliżone do efektów modelu zerowej grawitacji - „suchy” zanurzenia (z ang. zanurzenie - „zanurzenie”), w którym człowiek, przez kilka dni lub tygodni, zanurza się w wodzie.

Wynalazek, następujący model obserwacja pomógł - długi pobyt w wodzie wpływa na ludzkie ciało podobny do nieważkości sposób. Pierwszy zanurzeniowy zanurzenie były „na mokro” - przedmiot się w basenie z wodą przez kilka dni.

Z jednej strony naukowcy spekulują na temat podobieństwa obserwowane zmiany zostały potwierdzone, ale z drugiej strony, ze względu na stały kontakt z wodą w ludzi dosłownie zaczęły zdarcie skóry. Testery ochotnicy nie pomoże maść ochronną, a przy basenie stało się czarne od nasevshego nimi i utlenionego sebum. Ponadto, badani nie są one utopiony, nie wolno było spać w basenie, a na lekarzy dostawczych zostały zmuszone do zamknięcia ich budzić.

Stało się jasne, że eksperyment w takich warunkach nie da się modelować i wymaga znacznej poprawy. Najbardziej elegancka wersja jego poprawa była oferowana w Instytucie Problemów Biomedycznych E. B. Shulzhenko i I. F. Wil Williams we wczesnych latach 70-tych. Basen wodoodpornej tkaniny pokryte dużą powierzchnię, że przedmiot został całkowicie zanurzone w toni wodnej, ale nie dotykać ścianki i dno miski. Na powierzchni, pozostawiając tylko głowę i ręce pacjenta.

Tryb „profesora DOWELL Głowa”, pod ścisłym nadzorem lekarza i naukowcy wolontariuszy życia podczas trwania eksperymentu. Wyjątkiem jest podczas wieczornej higieny - Brud nie jest poważany wśród naukowców. Przed udaniem się na badania snu jest wyjęte z kąpieli zanurzeniowej, zanurzone w noszach pomyvochnaya i przewieziony do prysznica. „Relax” jest nie więcej niż 15 minut, pozwolono na ciężkim dniu pracy. Od modelu „na sucho” zanurzenie stosowane praktycznie niezmienione.

W przestrzeni, dobrze, że świat jest lepszy

Człowiek, z dala od miejsca biologii, może się wydawać, że historia ponad 55 lat od załogowej eksploracji kosmosu człowieka w przestrzeni studiował daleko i szeroko. Ale to tylko częściowo prawda.

Tak, podstawowe prawa, które zdarzają się na astronautów w locie, są znane - w stanie nieważkości w inny sposób pracę serca i naczyń krwionośnych, zmniejsza ilość płynów w organizmie, jest osłabienie mięśni i silnik iluzja. Ale żaden naukowiec powie, że wszystkie otwarte zmiany są szczegółowo opisane i nie wymagają dalszych badań.

Pomimo faktu, że w przestrzeni odwiedziłem setki ludzi, najbardziej rozległe badania biologiczne rzadko zawierać więcej niż 15-20 astronautów. Nawet tak mała, jeśli chodzi o analizę statystyczną, grupa trwa kilka lat prac przygotowawczych, często tworząc nowy Sprzęt (nadaje się do rygorystycznych wymogów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej) i szkolenia astronautów wszystkich subtelności biologiczny ankiet.

Z dala od zgiełku badań Ziemi stateczny i mierzone - zwykle przez rok w jednym eksperyment może uczestniczy od trzech do pięciu astronautów, a od momentu powstania hipotezy jej owoców, tak, że można go zabrać pół tuzina lat.

Wiele badań są często prowadzone równolegle, zarówno w przestrzeni, jak iw zanurzeniu „na sucho”, która pozwala na porównanie obserwowanych zmian. Na przykład, wykazano, że siedem dni lotów kosmicznych, a siedem dni zanurzenia powodować podobne zmiany w układzie sercowo-naczyniowym związanym ze zmianami równowagi płynów w organizmie.

Prawie identyczne zmiany w locie kosmicznym i zanurzenie wystąpić z mięśni: zredukowane swój ton i zmniejsza moc. W obu przypadkach prowadzi to do braku wsparcia. Jak się okazało, nośnik niezbędne do normalnego funkcjonowania układu mięśniowo-szkieletowego - Bone bez obciążenia udarowe, które występują na Ziemi podczas chodzenia i biegania, tracą wapń i stają kruche. W nieważkości kruche kości nie są niebezpieczne, ale po powrocie na Ziemię, a w przypadku przeciążenia może spowodować obrażenia.

W przypadku braku wsparcia bodziec wpływa nie tylko kości, ale także mięśnie. Gdy astronauta przechodzi w stan nieważkości, jego mięśnie zaczynają tracić sygnał, że w ciągu kilku tygodni i prowadzi do zmian funkcjonalnych. Pod wpływem „na sucho” zanurzenie, to samo dzieje się - z dnia na dzień stracić mięśni i siły, a po wyjęciu z atmosferą testu zanurzenia jak ryba wyjęta z wody.

Jednokierunkowe zmiany pozwalają naukowcom na prowadzenie bardziej szczegółowych badań na Ziemi, zwalniając czas na inne zadania astronautów.

Innym ważnym czynnikiem lotów kosmicznych - spadek aktywności fizycznej. Pomimo faktu, że każdego dnia astronauci wykonywania dużej ilości pracy dość aktywnie poruszać na stacjach i angażują się w ćwiczenia fizyczne, obciążenia na ciele pozostaje zasadniczo mniej ziemia. Wszystko, z którymi współdziałają, nie ma masy, nawet sami. Dlatego, aby osiągnąć cele silnika wymaga niewiele wysiłku.

W kontekście zanurzenie jest zabronione tester generuje niepotrzebnego wysiłku, a to było ściśle monitorowane naukowcy. W zamian za przedmiot otrzyma polecenie od 3-4 osób wykonujących jak dżinów, ich potrzeby i pragnienia.

Ważne jest, aby zrozumieć, że pomimo postępu w technologii, nie wszystkie badania mogą być przeprowadzone w przestrzeni. W modelu „suchych” zanurzenia takich ograniczeń znacznie mniej. Na przykład, rezonans magnetyczny (MRI Skaner na orbicie - brzmi fantastycznie!) I przezczaszkowa stymulacja magnetyczna nieważkość nie zostanie przeprowadzona jeszcze raz, ale dzięki danymi uzyskanymi w zanurzeniu, naukowcy ma pojęcia, czego się spodziewać w przestrzeń.

Są to te badania, które stwierdzenie jest nie tylko trudne technicznie, ale pociąga za sobą również zagrożenia dla astronautów. Na przykład, przypominam biopsja - usunięcie małego kawałka tkanki. Badanie to wymaga sterylnych warunkach eksploatacji doświadczonego chirurga i ręce, ale nawet ze wszystkimi warunkami istnieje małe prawdopodobieństwo wystąpienia powikłań. Dla astronautów na orbicie to niepotrzebne ryzyko. Niemniej jednak, takie badania są przeprowadzane w zanurzeniu i zapraszamy do odkrywania sekretów niezwykle trudnym umieszczonym mięśniach szkieletowych.

wyższy

Powiedzieć dokładnie, jakie wyniki można osiągnąć dzięki „suchego” modelu zanurzenie, przebywania w serii badań poświęconych na zbadanie bólu pleców i zwiększenia wzrostu astronauci w czasie przejścia do nieważkość.

Ból pleców występują u astronautów w pierwszych dniach lotu, jak również w teście w „suchym” zanurzenie. Dotychczasowe badania nie wykazały, że w warunkach nieważkości z powodu zmian Transport odżywczych międzykręgowych dysków wzrasta, a wewnątrz swoich struktur zgromadzonych cieczy. Ponadto ból może wynikać z wpływu na wrażliwych korzeni rdzenia kręgowego w wyniku wzrostu długości kręgosłupa.

Przyczyną tych chorób, jak pokazano w badaniach prowadzonych w SSC RF - IBMP RAS przez wiele lat, może być zmniejszenie napięcia mięśniowego, z powrotem prostowników. Założeniem obecności mięśni biorących udział w utrzymaniu postawy, została wysunięta przez V. S. Gurfinkel więcej w 1965 roku.

Zmiana tonu w mięśniach - prostowników nóg regularnie rejestrowane w poprzednich badaniach modelowych. Tak było domniemywać, że pod warunkach nieważkości zmniejsza także napięcie mięśni pleców, że uczestniczy w utrzymaniu postawy na świecie (są one nazywane „wewnątrz”), gdzie obciążenie grawitacyjne powoduje, że pozostają w dobrej kondycji.

W celu zbadania tej hipotezy, serię eksperymentów symulacji z „suchą” zanurzenie innym czasie - z sześciu godzin do pięciu dni. Jednocześnie badano napięcia mięśniowego plecy pomiar stopnia sztywności poprzecznej; Równoległe środki rezonansu Vibrographs, miotonometry MRI badano zmiany kręgosłupa. Ponadto, naukowcy zmierzona wysokość i charakter pojawiających oceniano ból.

Wyniki wykazały, że ból nie jest związany z korzeniowej ból mięśni i charakteru, bez naświetlania. Pozostaje pod wyładowania ciężkości towarzyszy zmniejszenie napięcia (lub sztywność poprzeczną) wznoszący, należący do grupy mięśni posturalnych, robi to w ciągu pierwszych godzin i dni, proces ten idzie zwłaszcza Wyrażenie.

Zmiany te spowodowały wzrost dynamiki astronautów w warunkach mikrograwitacji. W odcinku lędźwiowym kręgosłupa, według MRI, aby zwiększyć wysokość krążków międzykręgowych i wygładza lordozy lędźwiowej.

Zespół badawczy, który stosowany środek zapobiegania, takie jak kostium osiowego obciążenia „Pingwina” i sprzętowej złożonej Miostymulacja i ocena nasilenia bólu, a także większe szybkości były niższe w porównaniu z grupą „czystej” zanurzenie bez użycia środków profilaktyka.

Nie tylko dla przestrzeni

Model „na sucho” zanurzenie dość dobrze odwzorowuje zakłócenia kosmiczne, ale poza tym, bardziej i pomaga zwalczać pewnych chorób. Na przykład, kąpiele zanurzeniowe Oczywiście przynosi ulgę osobom cierpiącym na nadmiernie zwiększonym napięciem mięśni i zapobiega ich pełnego ruchu.

Weź kąpiel zanurzeniową - dobry sposób na obniżenie ciśnienia krwi. Mechanizm tego procesu jest prosty: Osoba otoczenia wyciska wodę z naczyń krwionośnych i limfatycznych w centralnej przepływu obwodowego krwi Jest to odbierane przez organizm jako nadmiar płynu, co prowadzi do jej usunięcia (naturalnie - zwiększone oddawanie moczu), a dolna ciśnienie. Nawiasem mówiąc, aby osiągnąć ten efekt, zanurzenie nie trzeba być „na sucho” - być może, wielu zauważyli, że podczas rejsu zaczyna się chce do toalety, a teraz wiem, dlaczego.

Model eksperymenty przeprowadzane są w specjalnych placówkach medycznych lub naukowych wyposażonych w unikalny sprzęt pod nadzorem wysoko wykwalifikowanych naukowców. Obecnie SSC RF - IBMP RAS eksperymentuje z wykorzystaniem pięciu dni „na sucho” zanurzenie.

Co ciekawe, zmiany zachodzące w organizmie w zanurzeniu może symulować nie tylko lotów kosmicznych, ale także stan starczej sarcopenia - związane z wiekiem zanik mięśni szkieletowych. To zanurzenie jest używany po raz pierwszy mięśni electromyostimulation niskiej częstotliwości nóg mających na celu zapobieganie niekorzystnym zmianom w mięśniach. Badania nad młodymi, ale detrenirovannyh ochotników test zostanie wybrany najskuteczniejszym protokoły stymulacji elektrycznej.

Po zakończeniu testu zanurzenia musi przejść szereg testów, które oceniają, jak zmienił napięcie mięśni, ich struktury, jak również stojak pionowy i wolontariusze chodu.

Publikacje, dedykowane do eksperymentów medycznych i biologicznych w przestrzeni i ich modelowania, są rzadkie. Ten artykuł został uznany tylko niewielka część tej ogromnej tematów, w tym zdrowia astronautów na pokładzie stacji, wystrzeliwania satelitów, małe zwierzęta, model eksperymenty z udziałem naczelnych i technologii kosmicznej w rehabilitacji pacjentów.

literatura

I. B. Kozlovsky D. A. Maksimov, Yu I. Voronkov, MI Sund V. N. Ardashev, IA G. Dorogan-Sushchev, IA V. Rukavishnikov. Zmiany w bólu kręgosłupa lędźwiowego i ostry z powrotem, gdy narażone na 3-dniowym „na sucho” zanurzenie // medycyna Kreml. Gazette kliniczny. — 2015. — № 2.

I. V. Rukavishnikov, LA E. Amirov T. B. Kukoba E. S. Tomilovskaya, IA B. Kozłowski. Wpływem grawitacji rozładować napięcia mięśni pleców // Fizjologii Człowieka. — 2017. — № 3.