Так или иначе, жизнь на нашей планете обязана своим возникновением сочетанию космических и планетарных условий, а теперь она в результате долгой эволюции и в лице своего представителя, человека, сама выходит непосредственно во Вселенную. Такова, видимо, закономерность развития жизни, относящаяся уже не к прошлому, а к будущему. Космос, планета и снова космос - вот вселенский цикл жизни, демонстрируемый ныне человечеством. Рожденная на Земле жизнь, выходя за пределы планеты, тем самым обнаруживает свою космическую устремленность. Таково «эволюционное» значение переживаемого нами космического века.
Земные микроорганизмы можно встретить на высоте до 100 километров. Этот рубеж обозначает предел естественной экспансии земной жизни в сторону космического пространства. Однако человек с помощью ракетно-космической техники, то есть «искусственно», не только сам выходит в космос, но и берет с собой животных и растения. Вначале (и это совершается уже теперь) исследуется воздействие условий космического полета на представителей земной жизни, а в перспективе предстоит освоение нового жизненного пространства, его обживание.
Цели биологических опытов в космосе многоплановы, они служат решению таких практических задач космонавтики, как определение степени опасности орбитального полета для живого существа (включая, разумеется, и самого человека), определение и создание возможности включать растения в систему жизнеобеспечения, использовать их в космических рейсах в качестве поглотителей углекислого газа, поставщиков кислорода и продуктов питания. Кроме того, космические биоэксперименты имеют фундаментальное научное значение. Они, например, помогают выяснить влияние радиации и невесомости на один из таинственных механизмов живого - генетический код, на «запись» наследственных признаков, передаваемых от родителей к детям, от одного живого организма к другому.
Безусловно, важны и для практики, и для науки также исследования поведения организмов, находящихся в длительном состоянии невесомости. В земных условиях такое состояние можно лишь имитировать (скажем, тренировки космонавтов в скафандрах в водной среде) или частично создать всего на несколько минут (тренировки в круто снижающемся, «падающем» самолете). Ученые считают, что, познав реакцию живого на невесомость, можно экспериментально выявить роль гравитации в зарождении и становлении жизни на Земле, то есть решить важнейшую научную и мировоззренческую проблему - проверить ту самую космологическую гипотезу о гравитации как определителе главных этапов развития жизни, о которой мы говорили.
Биологические эксперименты в космосе - дело тонкое и весьма специфическое. Начнем с того, что часто такие опыты проводятся без непосредственного участия исследователей, на автоматических спутниках. Для этого применяется сложное и в то же время максимально легкое и компактное оборудование – таково непременное требование выведения на орбиту полезного груза. Для высших животных, например, создаются автоматические системы, поставляющие кислород для дыхания, пищу и питье, удаляющие отходы жизнедеятельности. Первым живым существом, покинувшим планету, была собака Лайка, запущенная в 1957 году на втором советском спутнике спустя месяц после запуска знаменитого первого Спутника. Собаки запускались и после, возвращаясь уже живыми и здоровыми. А в 1983 и 1985 годах в космос летали и тоже благополучно возвращались на Землю обезьяны.
В пилотируемые полеты космонавты пока не берут с собой высших животных. Сложны и очень трудны космические эксперименты на живом материале. В корабле, с его невесомостью, не разложишь на столе инструменты, подопытных животных или даже растения, не расставишь баночки с питательным, проращивающим и фиксирующим растворами. Не успеешь оглянуться, как все это окажется в воздухе, разлетится по отсеку. И это не только срыв опыта, но и угроза всей программе полета, а может быть, и здоровью членов экипажа. Взвешенные в воздухе мельчайшие капли жидкости могут попасть в дыхательные пути человека, нарушить работу сложной аппаратуры. Да и не все вещества здесь можно держать в открытых сосудах. Те, которые даже в малой степени вредны человеку (а с такими веществами биологам нередко приходится иметь дело), требуют строгой герметизации. К этому надо добавить, что работа космонавтов даже в длительных, многомесячных полетах расписана буквально по минутам; помимо биологических, они выполняют множество других программ. Отсюда - еще одно непременное требование ко всем экспериментам: максимальная простота операций.
О том, как ученые распутывают этот клубок противоречий между задачами исследования и жесткой ограничительностью условий его проведения, как ставят интересные опыты, мы расскажем на примере экспериментов с плодовой мушкой - дрозофилой.
Эти насекомые, ветераны космобиологических исследований, стартовали в биоспутниках, в пилотируемых кораблях, совершали путешествия к Луне и обратно на автоматических аппаратах «Зонд». Содержание мушек в космосе особых хлопот не доставляет. Они не нуждаются в специальных блоках с системой жизнеобеспечения. Достаточно хорошо чувствуют они себя в обыкновенной пробирке, на дно которой налито немного питательного бульона.
На станциях «Салют» эксперименты с дрозофилой проводились в специальных термостатах при постоянной, строго контролируемой температуре. Биоконтейнер, предназначенный для опытов на развивающихся личинках и куколках, состоит из четырех пластмассовых пробирок, вставленных в гнезда прямоугольной подставки из пенопласта. Пробирки устанавливают в термостат, в котором автоматически поддерживается температура +25 градусов. Прибор этот, летавший на «Союзах» И «Салютах», легок и компактен, никаких особых действий и наблюдений в полете не требует. По завершении эксперимента, когда выращено одно поколение мушек, биоконтейнер вынимается из термостата и пересылается в очередном транспортном корабле на Землю.
Однако гораздо интереснее получить в невесомости несколько поколений дрозофил: получились бы самые настоящие «эфирные существа», если воспользоваться терминологией Циолковского, которые не только развиваются, но и рождаются в космосе. Да и не в терминологии тут дело, а в экспериментальном подтверждении одной из смелейших гипотез калужского ученого.
Для экспериментов такого рода создан другой прибор. Представляет он собой пластмассовый куб с гранью длиной около 10 сантиметров, собранный из секций с питательной средой и дверками между ними. В Полете космонавты вынимают в нужное время этот куб из термостата и открывают насекомым, находящимся в первой секции, доступ во вторую. Мушки откладывают на новой «жилплощади» яички, давая жизнь следующему поколению. Из таких яичек выходят уже чисто космические личинки. Они, в свою очередь, превращаются в куколок, затем в мух, которые переводятся в следующий отсек прибора и там выводят очередное космическое потомство.
Именно так и происходило в действительности. Живые существа, пусть пока только мухи-дрозофилы, способны жить и размножаться вне Земли. Этот важный и многообещающий вывод, сделанный на основе космического эксперимента, доказывает, что жизнь и космос друг другу не противопоказаны.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
основная общеобразовательная школа №8
Областной конкурс «Космонавтика»
Номинация «Космическая биология и медицина»
«Человек и космос: биологические и медицинские исследования в космосе»
Работу выполнила
Виниченко Наталья Васильевна
учитель математики и физики
город Донецк Ростовской области
2016 год.
Введение Космическая биология и медицина - комплексная наука, изучающая особенности жизнедеятельности человека и других организмов в условиях космического полета. Основной задачей исследований в области космической биологии и медицины является разработка средств и методов жизнеобеспечения, сохранения здоровья и работоспособности членов экипажей космических кораблей и станций в полетах различной продолжительности и степени сложности. Космическая биология и медицина неразрывно связана с космонавтикой, астрономией, астрофизикой, геофизикой, биологией, авиационной медициной и многими другими науками.
Актуальность темы довольно большая в наш современный и стремительный XXI век.
Тема «Медицинские и биологические исследований в космосе» нас заинтересовала и мы решили сделать исследовательскую работу на эту тему.
2016 год является юбилейным – 55 лет со дня первого человеческого полета в космос. С глубокой древности человека манило и привлекало к себе звёздное небо. Мечта о создании летательных аппаратов нашла своё отражение в мифах, легендах и сказаниях практически всех народов мира. Человеку очень хотелось летать. Сначала он решил сделать себе крылья, как у птицы. Забирался повыше в горы и прыгал с такими крыльями вниз. Но в результате только ломал руки, ноги, однако это не заставило человека отказаться от своей мечты. И он придумал металлическую птицу с неподвижными крыльями и назвал её самолёт. Прошли годы, развивалась современная авиация. Её развитие - целая история с множеством прекрасных и очень интересных страниц науки. Во все концы Земли идут экспедиции. Учёные ищут, находят и вновь исследуют неведомое, чтобы отдать его людям. Проникнув в космос, люди открыли не просто новое пространство, открыт огромный, необычный мир, подобный неизведанному материку. Уникальные условия - вакуум, невесомость, низкие температуры - создали новые отрасли науки и производства.
Наш замечательный учёный К. Э. Циолковский говорил:
«…Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство».
Сейчас мы являемся свидетелями того, как сбываются пророческие слова учёного. Бурное развитие науки и техники сделало возможным выведение на околоземную орбиту в октябре 1957 года первого искусственного спутника Земли. В 1961 году человек впервые шагнул из своей «колыбели» в бескрайние просторы вселенной. А спустя четыре года вышел за порог космического корабля и взглянул на Землю, со стороны, через тонкое стекло скафандра. Так началась космическая эра человечества, началось освоение космоса, началось становление новой особой профессии - космонавт. Начало этой профессии было положено полётом первого космонавта планеты Ю. А. Гагарина.
Космонавт-это человек, который испытывает космическую технику и работает на ней в космосе.
Космонавт-это исследователь. Каждый день на орбите - это экспериментальная работа в космической лаборатории.
Космонавт исполняет роль биолога, проводя наблюдения за живыми организмами.
Космонавт-это медик, когда участвуют в медицинских исследованиях здоровья членов экипажа.
Космонавт-это строитель, монтажник.
Учёные убедились, что живые существа могут жить в невесомости. Путь в космос был открыт. А полёт Гагарина доказал, что человек может подняться в космос и невредимым вернуться на Землю.
Начало. Медико-биологические исследования в середине XX века.
Отправными в становлении космической биологии и медицины считаются следующие вехи: 1949 г. - впервые появилась возможность проведения биологических исследований при полетах ракет; 1957 г. - впервые живое существо (собаку Лайку) отправили в околоземный орбитальный полет на втором искусственном спутнике Земли; 1961 г. - первый пилотируемый полет в космос, совершенный Ю. А. Гагариным. С целью научного обоснования возможности безопасного в медицинском отношении полета человека в космос исследовалась переносимость воздействий, характерных для старта, орбитального полета, спуска и посадки на Землю космических летательных аппаратов, а также испытывалась работа биотелеметрической аппаратуры и систем обеспечения жизнедеятельности космонавтов. Основное внимание уделялось изучению влияния на организм невесомости и космического излучения. Лайка (собака-космонавт) 1957 г. Р езультаты, полученные при проведении биологических экспериментов на ракетах, втором искусственном спутнике (1957 г.), вращаемых космических кораблях-спутниках (1960-1961 гг.), в совокупности с данными наземных клинических, физиологических, психологических, гигиенических и других исследований фактически открыли путь человеку в космос. Кроме этого, биологические эксперименты в космосе на этапе подготовки первого космического полета человека позволили выявить ряд функциональных изменений, возникающих в организме при действии факторов полета, что явилось основанием для планирования последующих экспериментов на животных и растительных организмах в полетах пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций и биоспутников. Первый в мире биологический спутник с подопытным животным - собакой «Лайкой». Выведен на орбиту 03.11.1957 г. И находился там 5 месяцев. Спутник просуществовал на орбите до 14.04.1958 г. На спутнике имелось два радиопередатчика, телеметрическая система, программное устройство, научные приборы для исследования излучения Солнца и космических лучей, системы регенерации и терморегулирования для поддержания в кабине условий, необходимых для существования животного. Получены первые научные сведения о состоянии живого организма в условиях космического полета .
Мало кто знает, что перед тем как отправить в космос человека, проводились многочисленные эксперименты на животных с целью выявления воздействия на живой организм невесомости, радиации, длительного полета и других факторов. Первые полёты животные совершили в стратосферу. В первый полет на воздушном шаре человек отправил барана, петуха и утку. С 1951 г. по 1960 г. были проведены серии экспериментов по изучению реакции живого организма на перегрузки, вибрации и невесомость во время запусков геофизических ракет. Во второй серии запусков в 1954-1956 гг. на высоту 110 км целью экспериментов было опробование скафандров для животных в условиях разгерметизации кабины. Были проведены катапультирования животных в скафандрах: одной собаки – с высоты 75-86 км, второй – с высоты 39-46 км. Полёты с животными не прекращены и сегодня. Полеты в космос животных и сейчас дают массу полезной информации. Так, полет спутника «Бион-М» с разными живыми организмами на борту, длившийся один месяц, дал много материала для изучения воздействия радиации и длительной невесомости на жизнедеятельность организма.
Ес ли раньше учёных интересовало воздействие перегрузок и космической радиации на живые организмы, то теперь основное внимание уделяется работе нервной и иммунной систем. Не менее важно изучение влияния факторов космического полета на регенеративные и репродуктивные функции организма. Особенно интересна задача воссоздания полного цикла биологического воспроизводства в условиях невесомости. Почему? Рано или поздно, нас ждут поселения в космосе и сверхдальние полеты к другим звездам.
Но до того, как полеты в космос удались, 18 собак погибли при испытаниях. Их смерть не была бесполезной. Только благодаря животным полеты в космос стали возможны и человеку. А то, что космос необходим людям, сегодня не сомневается никто. Перед первым длительным полетом на 18 суток Николаева и Севастьянова в космос отправили собак Ветерка и Уголька на 22 дня. Интересно, что в космос всегда отправляли только дворняжек. Причина? Более сообразительны и выносливы, чем их породистые собратья. Вернулись из космоса Ветерок и Уголек совершенно голые. То есть без шерсти, которая осталась в плохо подогнанных скафандрах, о которые собаки все эти нескончаемые дни терлись. Показано, что основным экологическим фактором наблюдаемых в организме сдвигов в космических полетах является невесомость. Однако она не вызывает генных и хромосомных мутаций, механизм клеточного деления, как правило, не нарушается естествознания.
22 марта 1990 года перепеленок, пробивший скорлупу пестренького серо-коричневого яичка в специальном космическом инкубаторе, был первым живым существом, родившимся в космосе. Это была сенсация! Конечная цель опытов с японскими перепелами в невесомости - создание системы жизнеобеспечения экипажей космических кораблей во время сверх длительных межпланетных космических полетов. С грузовым кораблем на орбитальную станцию «Мир» отправился контейнер с 48 яичками перепела, который космонавты аккуратно поместили в космическое «гнездо». Ожидание было напряженным, но точно на 17-й день лопнуло на орбите первое пятнистое яичко. Новый космический житель массой всего 6 граммов проклюнул скорлупку. К радости биологов, то же произошло и в контрольном инкубаторе на Земле. За первым цыпленком появился второй, третий... Здоровенькие, шустрые, они хорошо реагировали на звук и свет, обладали клевательным рефлексом. Однако в космосе мало родиться, нужно приспособиться к его жестким условиям. Увы...
Перепелята не смогли адаптироваться к невесомости. Они, как пушинки, хаотически летали внутри каюты, не умея зацепиться за решетку. Из-за отсутствия фиксации тела в пространстве они не смогли самостоятельно кормиться и впоследствии погибли. Впрочем, 3 птенца вернулись на Землю, пережив еще и перелет обратно. Но, по словам биологов, в этом эксперименте было доказано главное - невесомость не оказалась непреодолимым препятствием для развития организма.
До полёта людей в космос в целях изучения биологического воздействия космических путешествий в орбитальные и суборбитальные полёты в космическое пространство запускали некоторых животных, в том числе наиболее близких к человеку по физиологии многочисленных обезьян. В процессе подготовки к полетам ученые выяснили, что обезьянки для полета в космосе осваивают задание всего за 2 месяца и действительно кое в чем превосходят людей. Например, в скорости реакции. На выполнение упражнения «тушение мишеней» обезьянке требовалось 19 минут. А человеку на то же задание - час! Испытания в процессе полетов ракет и первых искусственных спутников Земли открыли путь человеку в космос и во многом предопределили развитие пилотируемой космонавтики. Были обнаружены следующие изменения: инактивация клеток; появление генных и хромосомных мутаций; возникновение потенциальных повреждений, которые лишь спустя некоторое время реализуются в мутации; нарушения протекания митоза.
Все это указывает на то, что факторы космического полета способны вызывать весь объем генетических изменений в хромосомах. Достижения в области космической биологии и медицины внесли существенный вклад в решение проблем общей биологии и медицины. Большое влияние космическая биология оказала на экологию, в первую очередь экологию человека и изучение взаимосвязи процессов жизнедеятельности с абиотическими факторами окружающей среды. Работы по космической биологии ведутся на различных видах живых организмов, начиная с вирусов и кончая млекопитающими. Для исследований в космическом пространстве в СССР уже использовано свыше 56, а в США свыше 36 видов биологических объектов.
У этого биологического исследования долгая история, длившаяся последние 40 лет, где НАСА и Россия сотрудничают на протяжении всего этого времени, что довольно примечательно", сообщает Николь Рауль, руководитель части проекта НАСА. Пока проект находится в ведении Роскосмоса, международная группа ученых наблюдает за экспериментами миссии. Бион-М1 является первой миссией России, посвященной запуску животных в космос за 17 лет. Последняя миссия Бион отправила макак-резусов, гекконов и амфибий на орбиту на 15 дней в 1996 году.
Бион-М1 предназначен помочь ученым понять, как могут повлиять длительные полеты в космос на астронавтов. "Уникальная природа этой миссии в том, что это 30-дневная миссия. Большинство других миссий не отправляли на столь длительный срок животных в космос", сообщает Рауль. "Большое значение для нас является то, что мы получим данные для сравнения с уже имеющимися на сегодня» Один из экспериментов НАСА посвящен тому, как микрогравитация и излучение влияет на подвижность сперматозоидов у мышей. Если люди собираются посетить другие планеты во время длительных перелетов, важно понять, будут ли они в состоянии производить потомство в космосе. На некоторые миссии могут уйти десятилетия, поэтому космическое воспроизведение может быть необходимостью. Хотя один из ученых НАСА будет изучать подвижность сперматозоидов у мышей, нет никаких шансов, что животные будут спаривать во время полета, поэтому для этого путешествия были отобраны лишь самцы. Помимо научного аппарата «Бион-М» ракета «Союз-2.1а» выведет на орбиту шесть малых спутников, среди которых российский АИСТ, американский Dove-2, южнокорейский спутник G.O.D.Sat, немецкие BeeSat-2, Beesat-3 и SOMP.
В полете «Союза-13» исследовалось влияние факторов космического полета на развитие низших растений - хлореллы и ряски. Проводилось изучение особенностей развития двух видов микроорганизмов - водородных бактерий и уробактерий - в условиях невесомости и получение в результате эксперимента белковой массы для последующего анализа ее биохимического состава. Межпланетные перелеты могут стать реальностью, лишь когда будут созданы надежные системы жизнеобеспечения с замкнутым циклом. Выполненные эксперименты способствовали решению этой сложной проблемы. На борту «Союза-13» действовала замкнутая экологическая система «Оазис-2» - биолого-техническая система для культивирования некоторых видов микроорганизмов. Эта установка представляла собой два цилиндра, ферментеры для микроорганизмов, в которых находились жидкость и газ, переходивший из одного цилиндра в другой. В один из ферментеров помещались водородоокисляющие бактерии - микроорганизмы, использующиеся в качестве источника энергии для роста, в основном свободный водород, полученный в результате электролиза воды. В другом ферментере находились уробактерии, способные разлагать мочевину. Они поглощали кислород, образовавшийся в первом цилиндре, и выделяли углекислоту. В свою очередь, углекислота использовалась водородоокисляющими бактериями для синтеза биомассы. Таким образом действовала замкнутая система, происходило постоянное восстановление двух видов микроорганизмов Система полностью была изолирована от атмосферы корабля, но в принципе микроорганизмы с таким же успехом могли поглощать углекислоту из атмосферы кабины, а биомасса служить пищей для космонавтов. Пробы массы, отобранные членами экипажа, были доставлены на Землю для тщательного изучения. Биомасса микробной культуры в системе «Оазис-2» увеличилась за время полета более чем в 35 раз. Результаты этого эксперимента стали важным шагом для создания новых систем жизнеобеспечения.
1 этап биологических исследований .
В 1940-1950гг проводились полеты собак с целью изучения: Герметичности кабины. Методы катапультирования и парашютирования с большой высоты. Биологическое действие космического излучения
Вывод: Переносимость высокоорганизованных животных режимов ускорения при ракетном полете и в состоянии динамической невесомости до 20 минут
2 этап исследований. Длительный полет собаки Лайки на советском ИСЗ-2.
3 этап биологических исследований связан с созданием космических кораблей-спутников (ККС), позволивших резко расширить «экипаж» новых биологических объектов собаках, крысах, мышах, морских свинках, лягушках, мухах-дрозофилах, высших растениях (традесканция, семена пшеницы, гороха, лука, кукурузы, нигеллы, проростки растений в разных стадиях развития), на икре улитки, одноклеточных водорослях (хлорелла), культуре тканей человека и животных, бактериальных культурах, вирусах, фагах, некоторых ферментах.
программы исследований на трассе Земля - Луна - Земля
Исследования осуществлялись станций серии «3онд» с сентября 1968 по октябрь станций размещали черепах, дрозофил, лук репчатый, семена растений, разные штаммы хлореллы, кишечной палочки
Изучали влияние излучения ионизирующих излучений.
В результате большое число перестроек хромосом отмечалось у семян сосны, ячменя, увеличение числа мутантов - у хлореллы . Сальмонелла стала агрессивней. Комплекс экспериментов с различными биообъектами (семена, высшие растения, икра лягушек, микроорганизмы и т. д.) был проведён на советском ИСЗ «Космос-368» (1970).
В результате проведённых биологических исследований установлено, что человек может жить и работать в условиях космического полёта сравнительно продолжительное время.
Так как человечество собирается в относительно недалеком будущем все-таки начать колонизацию Луны и других космических тел нашей Солнечной системы, то, скорее всего, вы хотели бы узнать о тех рисках и проблемах со здоровьем, которые могут с определенной долей вероятности проявиться у космических колонистов?
Исследования показали 10 самых вероятных проблем со здоровьем, с которыми придется столкнуться (если мы их не решим до этого момента) пионерам эры человеческих космических колонизаций.
Проблемы с сердцем
Западное медицинское исследование и наблюдение за 12 астронавтами показало, что при продолжительном нахождении в условиях микрогравитации сердце человека на 9,4 процента сильнее приобретает сферическую форму, что в свою очередь может вызывать самые различные проблемы с его работой. Особенно актуальной эта проблема может стать при длительных космических путешествиях, например, к Марсу.
«Сердце в космосе работает совсем не так, как оно работает в условиях земной гравитации, что в свою очередь может привести к утрате его мышечной массы», - говорит доктор Джемс Томас из NASA.
«Все это повлечет за собой серьезные последствия после возвращения на Землю, поэтому в настоящий момент мы ищем возможные способы, которые позволят избежать или по крайней мере снизить эту потерю мышечной массы».
Специалисты отмечают, что после возвращения на Землю сердце обретает свою изначальную форму, однако никому не известно, как один из важнейших органов нашего организма поведет себя после долгих перелетов. Докторам уже известны случаи, когда вернувшиеся обратно астронавты испытывали головокружение и дезориентацию. В некоторых случаях отмечается резкое изменение в артериальном давлении (происходит его резкое снижение), особенно когда человек пытается встать на ноги. Помимо этого, у некоторых астронавтов во время миссий наблюдается аритмия (нарушение сердечного ритма).
Исследователи отмечают необходимость в разработке методов и правил, которые позволят путешественникам дальнего космоса избежать данные виды проблем. Как отмечается, такие методы и правила могли бы пригодиться не только космонавтам, но и обычным людям на Земле - испытывающим проблемы работы сердца, а также тем, кому прописан постельный режим.
В настоящий момент началась пятилетняя исследовательская программа, задачей которой будет определение уровня воздействия космоса на ускорение развития у космонавтов атеросклероза (болезнь кровеносных сосудов).
Недостаток сна и использование снотворных
Десятилетнее исследование показало, что последние недели перед запуском и во время начала космических миссий астронавты явно недосыпают. Среди опрошенных три из четырех признавались, что употребляли медицинские средства, которые помогали им уснуть, даже невзирая на то, что употребление подобных медикаментов могло быть опасным во время управления космическим аппаратом и при работе с другим оборудованием. Опаснее всего ситуация в таком случае могла бы оказаться тогда, когда астронавты принимали одно и то же лекарство и в одно и то же время. В таком случае в момент возникшей чрезвычайной ситуации, требующей экстренного решения, они могли бы ее просто проспать.
Несмотря на то, что NASA приписало каждому астронавту спать как минимум восемь с половиной часов в день, большинство из них каждодневно отдыхали всего около шести часов во время выполнения миссий. Серьезность такой нагрузки на организм усугублялась еще и тем, что в течение последних трех месяцев тренировок перед полетом люди ежедневно спали менее шести с половиной часов.
«Будущие миссии на Луну, Марс и дальше потребуют разработки более эффективных мер для решения вопросов нехватки сна и оптимизации производительности человека во время космического полета», - говорит старший исследователь данного вопроса доктор Чарльз Кзейлер.
«Эти меры могут включать изменения графика работ, которые будут выполняться с учетом воздействия на человека определенных световых волн, а также изменения в поведенческой стратегии экипажа для более комфортного входа в состояние сна, которое обязательно необходимо для восстановления здоровья, сил и хорошего настроения на следующий день».
Потеря слуха
Исследования показали, что еще со времен миссий космических шаттлов у некоторых астронавтов отмечались случаи временной значительной и менее значительной потери слуха. Отмечались они чаще всего при воздействии на людей высоких звуковых частот. У членов экипажа советской космической станции «Салют-7» и российского «Мира» также регистрировались незначительные или весьма значительные эффекты снижения слуха после возвращения на Землю. Опять же во всех этих случаях причиной частичной или полной временной потери слуха являлось воздействие высоких звуковых частот.
Экипажу Международной космической станции предписано каждодневное ношение беруш. Для снижения шума на борту МКС, помимо прочих мер, было предложено использование специальных звукоизоляционных прокладок внутри стен станции, а также установка более тихих вентиляторов.
Однако, помимо шумного фона, на потерю слуха могут влиять и другие факторы: например, состояние атмосферы внутри станции, повышение внутричерепного давления, а также повышенный уровень углекислого газа внутри станции.
В 2015 году NASA, с помощью экипажа МКС начал изучение возможных способов избегания эффектов потери слуха во время годичных миссий. Ученые хотят посмотреть, насколько долго можно избегать подобных эффектов, и выяснить приемлемый риск, связанный с потерей слуха. Ключевой задачей эксперимента будет определение того, как минимизировать потерю слуха полностью, а не только во время конкретно взятой космической миссии.
Камни в почках
У каждого десятого человека на Земле рано или поздно проявляется проблема камней в почках. Однако данный вопрос становится гораздо острее, когда речь заходит об астронавтах, потому как в условиях космоса кости организма начинают терять полезные вещества еще быстрее, чем на Земле. Внутрь организма выделяются соли (фосфат кальция), которые проникают через кровь и накапливаются в почках. Эти соли могут утрамбовываться и обретать форму камней. При этом размер этих камней может варьироваться от микроскопического до вполне себе серьезного - вплоть до размера с грецкий орех. Проблема заключается в том, что эти камни могут блокировать сосуды и другие потоки, которые питают орган или выводят из почек лишние вещества.
Для астронавтов риск развития почечных каменей опаснее тем, что в условия микрогравитации может снижаться объем крови внутри организма. Кроме того, многие астронавты не пьют по 2 литра жидкостей в день, которые, в свою очередь, могли бы обеспечить полную гидратацию их организма и не позволять камням застаиваться в почках, выводя их частички вместе с мочой.
Отмечается, что как минимум у 14 американских астронавтов развилась проблема с камнями в почках практически разу же после завершения их космических миссий. В 1982 году был зафиксирован случай острой боли у члена экипажа на борту советской станции «Салют-7». Космонавт в течение двух дней мучился от сильнейших болей, в то время как его товарищу ничего не оставалось, как беспомощно наблюдать за страданиями своего коллеги. Сначала все подумали на острый аппендицит, однако через время вместе с мочой у космонавта вышел небольшой почечный камень.
Ученые весьма долгое время разрабатывали специальную ультразвуковую машину размером с настольный компьютер, которая позволяет обнаруживать камни в почках и выводить их с помощью импульсов звуковых волн. Думается, на борту корабля, следующего к Марсу, такая штука могла бы определенно пригодиться.
Заболевания легких
Несмотря на то, что мы пока с точностью не знаем, какие негативные эффекты для здоровья может вызывать пыль с других планет или астероидов, ученым все же известны некоторые весьма неприятные последствия, которые могут проявляться в результате воздействия лунной пыли.
Самый серьезный эффект вдыхания пыли, вероятнее всего, отразится на легких. Однако невероятно острые частицы лунной пыли могут нанести серьезные повреждения не только легким, но и сердцу, заодно вызвав целый букет различных недугов, начиная от сильнейшего воспаления органов и заканчивая раком. Аналогичные эффекты может вызывать, например, асбест.
Острые частицы пыли могут нанести вред не только внутренним органам, но и вызывать воспаление и ссадины на коже. Для защиты необходимо использование специальных многослойных кевлароподобых материалов. Лунная пыль может с легкостью повредить роговицы глаз, что в свою очередь может оказаться наиболее серьезной экстренной ситуацией для человека в космосе.
Ученые с сожалением отмечают, что неспособны смоделировать лунный грунт и провести полный набор тестов, необходимых для определения воздействия лунной пыли на организм. Одна из сложностей в решении этой задачи заключается в том, что на Земле частицы пыли не находятся в вакууме и не подвергаются постоянному воздействию радиации. Лишь дополнительные исследования пыли непосредственно на поверхности самой Луны, а не в лаборатории, смогут обеспечить ученых необходимыми данными для разработки эффективных методов защиты от этих крошечных токсичных убийц.
Сбой иммунной системы
Наша иммунная система меняется и отвечает на любые, даже самые малейшие изменения в нашем организме. Недостаток сна, недостаточный прием питательных веществ или даже обычный стресс - все это ослабляет нашу иммунную систему. Но это на Земле. Изменение же иммунной системы в космосе может в конечном итоге обернуться обычной простудой либо нести потенциальную опасность в развитии куда более серьезных заболеваний.
В космосе распределение иммунных клеток в организме изменяется не сильно. Куда большую угрозу для здоровья могут повлечь за собой изменения в функционировании этих клеток. Когда функционирование клетки снижается, уже подавленные вирусы, находящиеся в человеческом организме, могут заново пробудиться. И сделать это фактически скрытно, без проявления симптомов болезни. При повышении активности иммунных клеток иммунная система слишком остро реагирует на раздражители, вызывая аллергические реакции и другие побочные эффекты вроде сыпи на коже.
«Такие вещи, как радиация, микробы, стресс, микрогравитация, нарушение сна и даже изоляция - все они могут повлиять на изменение работы иммунной системы членов экипажа», - говорит иммунолог NASA Брайан Крушин.
«В рамках долгих космических миссий будет повышаться риск развития инфекций, гиперчувствительности, а также аутоиммунных проблем у астронавтов».
Для решения проблем с иммунной системой NASA планирует использовать новые методы антирадиационной защиты, новый подход к сбалансированному питанию и лекарствам.
Радиационные угрозы
Нынешнее очень необычное и весьма продолжительное отсутствие солнечной активности может способствовать опасным изменениям уровня радиации в космосе. Ничего подобного не происходило почти в течение последних 100 лет.
«Несмотря на то, что подобные события необязательно являются останавливающим фактором для долгих миссий к Луне, астероидам и даже к Марсу, галактическая космическая радиация сама по себе является тем фактором, который может ограничить запланированное время проведения этих миссий», - говорит Нэйтан Швадрон из Института земных, океанических и космических исследований.
Последствия такого рода воздействия могут быть самыми разными, начиная от лучевой болезни и заканчивая развитием рака или поражением внутренних органов. Кроме того, опасные уровни радиационного фона сокращают эффективность антирадиационной защиты космического корабля примерно на 20 процентов.
В рамках всего лишь одной миссии на Марс астронавт может подвергнуться 2/3 той безопасной дозы излучения, которой человек может подвергнуться в худшем случае в течение всей своей жизни. Это излучение может вызвать изменения в ДНК и увеличить риск развития рака.
«Если говорить о накопительной дозе, то это тоже самое, что проводить полное КТ-сканирование организма каждые 5-6 дней», - говорит ученый Кэри Цейтлин.
Когнитивные проблемы
При симуляции состояния нахождения в космосе ученые обнаружили, что воздействие высоко заряженных частиц даже в малых дозах заставляет лабораторных крыс реагировать на окружение гораздо медленнее, и при этом грызуны становятся более раздражительными. Наблюдение за крысами также показало изменение в составе белка в их мозге.
Однако ученые спешат отметить, что не на всех крысах проявлялись одинаковые эффекты. Если это правило действительно и в случае с астронавтами, то, по мнению исследователей, они смогли бы определить биологический маркер, указывающий и предсказывающий скорое проявление этих эффектов у астронавтов. Возможно, этот маркер даже позволил бы найти способ снизить негативные последствия от воздействия радиации.
Более серьезную проблему представляет болезнь Альцгеймера.
«Воздействие уровня радиации, эквивалентного тому, которое придется испытать человеку во время полета на Марс, может способствовать развитию когнитивных проблем и ускорять изменения в работе мозга, которые чаще всего ассоциируют с болезнью Альцгеймера», - говорит невролог Керри О’Бэнион.
«Чем дольше находишься в космосе, тем больше риск развития заболевания».
Один из утешительных фактов заключается в том, что ученые уже успели исследовать один из самых неудачных сценариев воздействия излучения. Они за один раз подвергли лабораторных мышей такому уровню излучения, которое являлось бы характерным для всего времени в рамках миссии на Марс. В свою очередь, люди при полете на Марс будут подвергаться излучению дозированно, в течение трех лет полета. Ученые считают, что человеческий организм может адаптироваться к таким небольшим дозам.
Помимо этого, отмечается, что пластик и легковесные материалы могут обеспечить людям более эффективную защиту от излучения, по сравнению с используемым сейчас алюминием.
Потеря зрения
У некоторых астронавтов отмечается развитие серьезных проблем со зрением после пребывания в космосе. Чем дольше длится космическая миссия, тем вероятнее шанс подобных печальных последствий.
По крайней мере среди 300 американских астронавтов, проходивших медицинскую проверку с 1989 года, проблемы со зрением наблюдались у 29 процентов людей, находившихся в космосе в течение двухнедельных космических миссий, и у 60 процентов людей, которые в течение нескольких месяцев работали на борту Международной космической станции.
Врачи из Техасского университета провели сканирование мозга у 27 астронавтов, проведших в космосе более месяца. У 25 процентов из них наблюдалось уменьшение объема передне-задней оси одного или сразу двух глазных яблок. Такое изменение приводит к дальнозоркости зрения. Опять же отмечалось, чем дольше человек находится в космосе, тем вероятнее данное изменение.
Ученые считают, что объясняться этот негативный эффект может подъемом жидкости к голове в условиях мигрогравитации. В данном случае в черепной коробке начинает накапливаться цереброспинальная жидкость, повышается внутричерепное давление. Просачиваться сквозь кость жидкость не может, поэтому начинает создавать давление на внутреннюю часть глаз. Исследователи пока не уверены, будет ли уменьшаться данный эффект у астронавтов, прибывающих в космосе более шести месяцев. Однако вполне очевидно, что выяснить это будет нужно до того момента, как засылать людей на Марс.
Если проблема вызвана исключительно внутричерепным давлением, то одним из возможных вариантов ее решения будет создание условий искусственной гравитации, каждый день по восемь часов, во время сна астронавтов. Однако говорить о том, поможет ли данный метод или нет - пока рано.
«Эта проблема требует решения, потому что в противном случае она может оказаться главной причиной невозможности длительных космических путешествий», - говорит ученый Марк Шелхамер.
Медицинские исследования костей проведены в космосе
В 2011 году с Байконура в МСК стартовал второй российский цифровой корабль "Союз" с интернациональным экипажем МКС-28/29 в составе россиянина Сергея Волкова, астронавта японского космического агентства Сатоси Фурукава и астронавта НАСА Майкла Фоссума. В программу пребывания в космосе были включены медицинские исследования. Известно, что для проведения экспериментов, в числе которых опыты по изучению воздействия космической радиации на организмы, космонавты доставят на орбиту фрагменты человеческих костей для проведения изысканий. Цель научной работы - выяснить причину и отследить динамику процесса вымывания кальция из костной ткани. С данной проблемой сталкиваются все специалисты, работающие в космосе. Врачи не могли детально изучить эту проблему, ведь они не в состоянии брать на анализ фрагменты костей живых космонавтов, вернувшихся с МКС. Поэтому в арсенале медиков был лишь анализ мочи, который не дает возможность широко посмотреть на данный вопрос.
Также известно, что космонавт Волков вывел на орбиту новые штаммы бактерий. В его пенале содержатся различные виды клеток растений для проведения биотехнологического эксперимента "Женьшень-2". Ученые планируют использовать их биомассу для приготовления медицинских препаратов и в косметологии.
Волков принял участие и в эксперименте "Матрешка", направленном на определение степени воздействия космической радиации на критически важные органы человека. Это позволило создать эффективные способы защиты. В частности, продолжить испытания так называемой защитной шторки. Согласно информации, в зависимости от удаленности шторки от внешней стенки станции доза радиации уменьшается на 20-60%.
Заключение.
Достижения в области космической биологии и медицины внесли существенный вклад в решение проблем общей биологии и медицины. Расширились представления о границах жизни в пределах биосферы, а созданные экспериментальные модели искусственных биогеоценозов - относительно замкнутым круговоротом веществ позволили дать определенную количественную оценку антропогенных воздействий на биосферу. Большое влияние космическая биология оказала на экологию, в первую очередь экологию человека и изучение взаимосвязи процессов жизнедеятельности с абиотическими факторами окружающей среды. Проведенные исследования позволили лучше познать биологию человека и животных, механизмы регуляции и функционирования многих систем организма.
Исследования в области космической биологии и медицины будут и впредь особенно нужны для решения ряда вопросов, в частности для биологической разведки новых космических трасс. Чрезвычайно важную роль космическая биология и медицины сыграет и в разработке необходимых для длительных полётов биокомплексов, или замкнутых экологических систем. Космос в настоящее время становится ареной международного сотрудничества. Подписано в 1972 году соглашение между правительствами СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, предусматривает, в частности, сотрудничество в области космической биологии.
Таким образом, в ближайшие десятилетия будет реализован ряд сложных космических программ, направленных на улучшение жизни в космосе и на Земле. Станут серьезнее требования сохранения здоровья космонавтов, обеспечения эффективной профессиональной деятельности и высокой работоспособности космонавтов, обусловленные увеличением длительности космических экспедиций, объема вне корабельной деятельности и монтажных работ, усложнением исследовательской деятельности. При осуществлении экспедиций на Луну и, особенно, на Марс, значительно возрастет риск по сравнению с пребыванием на околоземных орбитах. Поэтому многие медико-биологические проблемы будут решаться с учетом новых реалий. Приоритетное развитие "наук о жизни" позволит не только обеспечить успешное решение перспективных задач, стоящих перед космонавтикой, но и внесет неоценимый вклад в земное здравоохранение, на благо каждого человека .
Список использованной литературы:
1.Большая Детская Энциклопедия Вселенная: Научно-популярное издание. - Русское энциклопедическое товарищество, 1999.
2. Большая энциклопедия Вселенная. - М. : Изд-во «Астрель», 1999.
3.Сайт http://spacembi.nm.ru/
4. Энциклопедия Вселенная (“РОСМЭН”)
5. Сайт Wikipedia (картинки)
6.Космос на рубеже тысячелетий. Документы и материалы. М., Международные отношения (2000г.)
7. Циолковский К. Э., Путь к звёздам, М., 1960;
8.Газенко О. Г., Некоторые проблемы космической биологии, «Вестник АН СССР», 1962, №1;
9. Газенко О. Г., Космическая биология, в кн.: Развитие биологии в СССР, М., 1967; Газенко О. Г., Парфенов Г. П., Результаты и перспективы исследований в области космической генетики, «Космическая биология и медицина».
Содержание.
1. Введение
2. Начало. медико-биологических исследований в середине XX века.
Животные, проложившие путь человеку в космос.
3. Этапы биологических исследований.
4. Перспективы развития исследований.
10 медицинских проблем, способных помешать исследованию дальнего космоса
5. Заключение
6. Список использованных источников.
Вторая половина XX в. ознаменовалась не только проведением теоретических исследований по изысканию путей освоения космического пространства, но и практическим созданием и запуском автоматических аппаратов на околоземные орбиты и на другие планеты, первым полетом человека в космос и длительными полетами на орбитальных станциях, высадкой человека на поверхность Луны. Теоретические исследования в области космической техники и конструирования управляемых летательных аппаратов резко стимулировали развитие многих наук, в том числе новой отрасли знаний - космической медицины.
Основными задачами космической медицины являются следующие:
обеспечение жизнедеятельности и безопасности космонавта на всех этапах космического полета, сохранение состояния его здоровья и высокой работоспособности;
исследование влияний условий космического полета на организм человека, включая изучение феноменологии и механизмов возникновения сдвигов физиологических показателей в космическом полете;
разработка способов профилактики и оказания лечебной помощи космонавту при возникновении неблагоприятных явлений, связанных с воздействием условий полета на организм человека;
разработка методов отбора и подготовки космонавтов;
Космическая медицина в своем историческом развитии прошла путь от моделирования факторов космического полета в лабораторных условиях и при полетах животных на ракетах и спутниках до исследований, связанных с длительными полетами орбитальных станций и полетами международных экипажей.
В становлении и развитии космической биологии и медицины в СССР важное значение имели труды основоположников космонавтики К.Э. Циолковского, Ф.А. Цандера и других, сформулировавших ряд биологических проблем, разрешение которых должно было явиться необходимой предпосылкой для освоения человеком космического пространства. Теоретические аспекты космической биологии и медицины зиждется на классических положениях таких основоположников естествознания, как И.М. Сеченов, К.А. Тимирязев, И.П. Павлов, В.В. Докучаев, Л.А. Орбели и других, в трудах которых красной нитью отражено учение о взаимодействии организма и внешней среды, разработаны принципиальные вопросы приспособления организма к изменяющимся условиям внешней среды.
Большую роль для формирования ряда положений и разделов космической медицины сыграли работы, выполненные в области авиационной медицины, а также исследования, проведенные на биофизических ракетах и космических кораблях в 50-60-х годах.
Практическое освоение космического пространства с помощью пилотируемых полетов началось с исторического полета Ю.А. Гагарина, первого в мире космонавта, совершенного 12 апреля 1961 г. на корабле «Восток». Все мы помним его простую человеческую фразу. «Поехали», произнесенную во время старта космического корабля «Восток», В этой фразе лаконично и в то же время достаточно емко охарактеризовалось величайшее достижение человечества. Помимо всего прочего, полет Ю.А. Гагарина был экзаменом на зрелость как космонавтики в целом, так и космической медицины в частности.
Медико-биологические исследования, проведенные до этого полета, и разработанная на их основе система жизнеобеспечения обеспечили нормальные условия обитания в кабине космического корабля, необходимые космонавту для выполнения полета. Созданная к этому времени система отбора и подготовки космонавтов, система биотелеметрического контроля за состоянием и работоспособностью человека в полете и гигиеническими параметрами кабины определили возможность и безопасность полета.
Однако вся предшествующая работа, все многочисленные полеты животных на космических кораблях не могли ответить на некоторые вопросы, связанные с полетом человека. Так, например, до полета Ю.А. Гагарина не было известно, как условия невесомости влияют на чисто человеческие функции: мышление, память, координацию движений, восприятие окружающего мира и другое. Только полет первого человека в космос показал, что эти функции не претерпевают существенных изменений в невесомости. Вот почему Ю.А. Гагарина во всем мире называют первооткрывателем «звездных дорог», человеком, проложившим путь всем последующим пилотируемым полетам.
За 20 лет, прошедших с полета Ю.А. Гагарина, человечество неуклонно и всесторонне продолжало осваивать космическое пространство. И в связи с этим славным юбилеем представляется удобный случай не только проанализировать сегодняшние достижения космической медицины, но и сделать исторический экскурс в прошедшее и предшествующее ему десятилетия.
Космические полеты на всем своем развитии можно условно разделить на несколько этапов. Первый этап - это подготовка полета человека в космическое пространство, он охватывал значительный период времени. Его сопровождали такие исследования, как: 1) обобщение данных физиологии и авиационной медицины, изучавших влияние неблагоприятных факторов внешней среды на организм животных и человека; 2) проведение многочисленных лабораторных исследований, в которых имитировались некоторые факторы космического полета и исследовалось их влияние на человеческий организм; 3) специально подготовленные эксперименты на животных при полетах на ракетах в верхние слои атмосферы, а также во время орбитальных полетов на искусственных спутниках Земли.
Основные тогда задачи были направлены на изучение вопроса о принципиальной возможности полета человека в космос и решение проблемы создания систем, обеспечивающих пребывание человека в кабине космического корабля во время орбитального полета. Дело в том, что в то время существовало определенное мнение ряда достаточно авторитетных ученых о несовместимости жизни человека с условиями длительной невесомости, так как при этом могли якобы возникать значительные нарушения функции дыхания и кровообращения. Кроме того, опасались, что человек мог бы не выдержать психологическую напряженность полета.
В нашей стране с начала 50-х годов была осуществлена серия исследований с животными при вертикальном запуске ракет на высоты 100, 200 и 450 км. Всего на ракетах в Советском Союзе было запущено 52 собаки, причем продолжительность невесомости в зависимости от высоты полета составляла от 4 до 10 мин. Анализ результатов этих исследований показал, что при полете на ракетах наблюдались лишь умеренные изменения физиологических показателей, проявлявшиеся в учащении пульса и увеличении артериального давления при воздействии ускорений во время взлета и посадки ракеты (с тенденцией к нормализации или даже снижению этих показателей во время пребывания в невесомости).
В целом воздействие факторов полета на ракетах не вызывало существенных нарушений физиологических функций животных. Биологические эксперименты при вертикальных запусках ракет показали, что собаки удовлетворительно переносят достаточно большие перегрузки и кратковременную невесомость.
В 1957 г. в СССР был осуществлен запуск второго искусственного спутника Земли с собакой Лайкой. Это событие имело принципиальное значение для космической медицины, поскольку впервые позволяло высокоорганизованному животному достаточно длительное время находиться в условиях невесомости. В результате была установлена удовлетворительная переносимость животным условий космического полета. Последующие эксперименты с шестью собаками во время полетов второго, третьего, четвертого и пятого советских кораблей-спутников, возвращаемых на Землю, позволили получить большой материал о реакциях основных физиологических систем организма высокоорганизованных животных (как в полете, так и на Земле, включая послеполетный период).
В кабинах этих же кораблей-спутников размещались различные по сложности организации биологические объекты: микроорганизмы, семена различных растений, культуры эпителиальных опухолевых клеток человека, небольшие консервированные участки кожи кролика и человека, насекомые, черные и белые лабораторные мыши и крысы, морские свинки. Все исследования, проведенные с помощью кораблей-спутников, дали обширный экспериментальный материал, твердо убедивший ученых в безопасности полета человека (с точки зрения здоровья) в космос.
К аналогичным выводам пришли и американские ученые, несколько позже осуществившие исследования на обезьянах, во время суборбитального и орбитального (два витка) полетов космических аппаратов (1961 г.).
В тот же период были решены и задачи по созданию систем жизнеобеспечения космонавтов - системы подачи кислорода в кабину, удаления углекислого газа и вредных примесей, а также питания, водообеспечения, врачебного контроля и утилизации продуктов жизнедеятельности человека. В этих работах принимали самое непосредственное участие специалисты космической медицины.
Второй этап, совпавший с первым десятилетием пилотируемых полетов (1961-1970 гг.), характеризовался кратковременными космическими полетами человека (от одного витка за 108 мин до 18 сут). Он начинается с исторического полета Ю.А. Гагарина.
Результаты медико-биологических исследований, выполненных за это время, надежно доказали не только возможность пребывания человека в условиях космического полета, но и сохранение у него достаточной работоспособности при выполнении различных заданий в ограниченной по объему кабине космического корабля и при работе в безопорном пространстве вне космического корабля. Однако при этом был выявлен ряд изменений со стороны двигательной сферы, сердечно-сосудистой системы, системы крови и других систем человеческого организма.
Было также установлено, что приспособление космонавтов к обычным условиям земного существования после космических полетов длительностью, начиная с 18 сут, протекает с известными трудностями и сопровождается более выраженным напряжением регуляторных механизмов, чем приспособление космонавта к невесомости. Таким образом, при дальнейшем увеличении времени полета требовалось создать системы соответствующих профилактических средств, усовершенствовать системы медицинского контроля и разработать методики прогноза состояния членов экипажей в полете и после его завершения.
Во время пилотируемых полетов по указанным программам, наряду с медицинскими исследованиями экипажей, проводились также и биологические эксперименты. Так, на борту кораблей «Восток-3», «Восток-6», «Восход», «Восход-2», «Союз» находились такие биологические объекты, как лизогенные бактерии, хлорелла, традесканция, клетки хелла; нормальные и раковые клетки человека, сухие семена растений, черепахи.
Третий этап пилотируемых космических полетов связан с длительными полетами космонавтов на борту орбитальных станций, он совпадает с истекшим десятилетием (1971 -1980 гг.). Отличительной особенностью пилотируемых полетов на данном этапе, кроме значительной продолжительности пребывания человека в полете, является увеличение объема свободного пространства жилых помещений - от кабины космического корабля до обширных зон обитания внутри орбитальной станции. Последнее обстоятельство имело двоякое значение для космической медицины: с одной стороны, стало возможным размещать на борту станции разнообразную аппаратуру для медико-биологических исследований и средства профилактики неблагоприятного воздействия невесомости, а с другой - значительно снизить влияние на человеческий организм со стороны факторов ограничения двигательной активности - гипокинезии (т.е. связанной с малыми размерами свободного пространства).
Следует сказать, что на орбитальных станциях могут быть созданы и более комфортные условия быта, личной гигиены и т.д. А применение комплекса профилактических средств может в значительной степени сгладить неблагоприятные реакции организма на невесомость, что имеет большой положительный эффект. Однако, с другой стороны, этим самым в определенной степени сглаживаются реакции человеческого организма на невесомость, что затрудняет анализ возникающих сдвигов для различных систем организма человека, характерных для условий невесомости.
Впервые долговременная орбитальная станция («Салют») была запущена в СССР в 1971 г. В последующие годы осуществлялись пилотируемые полеты на борту орбитальных станций «Салют-3, -4, -5, -6» (причем четвертая основная экспедиция станции «Салют-6» находилась в космосе 185 сут). Многочисленные медико-биологические исследования, выполненные во время полета орбитальных станций, показали, что с увеличением продолжительности пребывания человека в космосе прогрессирования выраженности реакций организма на условия полета в целом не наблюдалось.
Применявшиеся комплексы профилактических средств обеспечили поддержание хорошего состояния здоровья и работоспособности космонавтов в таких полетах, а также способствовали сглаживанию реакций и облегчали приспособление к земным условиям в послеполетном периоде. Важно отметить, что проведенные медицинские исследования не выявили каких-либо сдвигов в организме космонавтов, препятствующих планомерному увеличению продолжительности полетов. Вместе с тем со стороны, некоторых систем организма были обнаружены функциональные изменения, которые являются предметом дальнейшего рассмотрения.
КОСМИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА, область медицины, изучающая особенности жизнедеятельности человека при действии факторов космического полёта с целью разработки средств и методов сохранения здоровья и работоспособности экипажей космических кораблей и станций. Основные задачи космической медицины: изучение влияния на организм человека факторов космического полёта (КП); разработка средств профилактики и защиты от неблагоприятных последствий их воздействия; физиологическое и санитарно-гигиеническое обоснование требований к системе жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов, а также к средствам спасения экипажей при возникновении чрезвычайных ситуаций. Важные направления космической медицины; разработка клинических и психофизиологических методов и критериев отбора и подготовки космонавтов к полёту; разработка средств и методов медицинского контроля на всех этапах полёта; решение вопросов профилактики и лечения заболеваний в полёте и устранения неблагоприятных последствий длительных КП. Космическая медицина тесно связана с космической биологией, космической физиологией и психофизиологией, космической радиобиологией и др.
Космическая медицина восходит к авиационной медицине, а её развитие обусловлено созданием ракетной техники и достижениями космонавтики. Биологические и физиологические исследования на животных и с использованием ракет и кораблей-спутников позволили протестировать системы жизнеобеспечения, изучить физиологические эффекты факторов КП и обосновать возможность и безопасность его для человека. Деятельность отечественных учёных позволила решить ряд фундаментальных и прикладных проблем космической медицины, в том числе по созданию эффективной системы медицинского обеспечения здоровья и активной деятельности человека в пилотируемых КП. Этому способствовал большой объём выполненных в нашей стране исследований и экспериментов в 1960-1990-е годы, как в наземных модельных условиях, так и в КП на кораблях «Восток», «Восход», «Союз», орбитальных станциях серий «Салют», «Мир» и автоматических аппаратах (биологических спутниках) серии «Бион».
В КП на организм человека действуют факторы, связанные с динамикой полёта (ускорение, шум, вибрация, невесомость и др.); факторы, связанные с пребыванием в так называемом гермозамкнутом помещении малого объёма с искусственной средой обитания. Комплексное воздействие этих факторов во время КП не всегда позволяет установить строгие причинно-следственные связи регистрируемых отклонений физиологических показателей у человека на разных этапах полёта.
Среди всех факторов КП уникальным и практически не воспроизводимым в лабораторных условиях является невесомость (микрогравитация). В начальный период её действия наблюдается смещение жидких сред организма в краниальном (к голове) направлении за счёт снятия гидростатического давления, а также признаки так называемой болезни движения вследствие рассогласования в деятельности сенсорных систем и др. Медико-биологические исследования показали, что развитие приспособительных реакций практически всех физиологических систем организма к пребыванию в условиях длительной невесомости может привести к неблагоприятным последствиям - сердечнососудистой декомпенсации, ортостатической неустойчивости, атрофии мышц, остеопорозу и др. Физиологическое действие факторов КП изучают также при моделировании их эффектов в лабораторных условиях на специальных установках и стендах (центрифуги, вибростенды, барокамеры, иммерсионные стенды и др.).
Создание, запуск и расширение МКС потребовали разработки и внедрения общей системы медицинского обеспечения КП. Медицинское обеспечение - это система организационных, медицинских, санитарно-гигиенических и медико-технических мероприятий, направленных на сохранение и поддержание здоровья и работоспособности космонавтов на всех этапах их деятельности. Включает: медицинский отбор и освидетельствование космонавтов; медико-биологическую подготовку экипажей; медико-санитарное сопровождение разработки пилотируемых космических аппаратов; разработку бортовых средств медико-биологического обеспечения; медицинское обеспечение здоровья и работоспособности космонавтов; мониторинг здоровья экипажа и среды обитания в жилых отсеках орбитальных станций (санитарно-гигиенический и радиационный контроль); профилактику неблагоприятного воздействия на организм факторов КП, медицинскую помощь по показаниям; медицинское обеспечение здоровья членов экипажей в послеполётный период, в том числе проведение мероприятий по медицинской реабилитации.
Для предупреждения неблагоприятных реакций организма человека на разных этапах КП (включая послеполётный период реабилитации) применяют комплекс предполётных подготовительных и профилактических мероприятий и средств: бегущая дорожка, велоэргометр, вакуумный костюм, имитирующий отрицательное давление на нижнюю половину тела, тренировочно-нагрузочные костюмы, эспандеры, водно-солевые добавки, фармакологические средства и др. Основная цель профилактических мероприятий - противодействие адаптации к невесомости, что достигается созданием осевой нагрузки на тело, физическими тренировками, имитацией эффекта гидростатического давления крови, сбалансированным питанием с возможной его коррекцией. Эффективность этих мероприятий подтверждена длительными КП отечественных экипажей.
Высокая биологическая активность различных видов космического излучения определяет важность мер по созданию средств дозиметрии, определению допустимых доз во время КП, разработке средств и методов профилактики и защиты от поражающего действия космического излучения. Обеспечение радиационной безопасности приобретает особое значение при увеличении дальности и продолжительности КП, особенно межпланетных. Для обеспечения выполнения работ в открытом космосе или на поверхности планет, а также для сохранения жизни в случае разгерметизации корабля или станции используют космические скафандры с системой жизнеобеспечения.
Космическая медицина изучает также механизмы развития и методы предупреждения декомпрессионной болезни; эффекты пониженного (гипоксия) и повышенного (гипероксия) содержания кислорода; изменение суточных режимов; психологию совместимости членов экипажей. Обеспечение жизнедеятельности человека на пилотируемых космических кораблях и орбитальных станциях создаётся комплексом оборудования, результативность работы которого мониторируется санитарно-гигиеническими и микробиологическими исследованиями атмосферы, воды, поверхностей интерьера и др. Специальный раздел космической медицины посвящён отбору и подготовке космонавтов.
Российское космическое агентство координирует всю космическую деятельность в Российской Федерации, включая медицинское обеспечение КП. Медико-биологических проблем институт является ГНЦ, изучающим проблемы космической медицины и отвечающим за здоровье космонавтов в КП. Центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина - головная организация на этапах отбора и медико-биологической подготовки к КП и послеполётной реабилитации. В составе научного совета РАН по космосу работает секция по космической биологии и медицине. Проблемам космической медицины посвящён журнал «Авиакосмическая и экологическая медицина». Специальные курсы по космической физиологии и медицине включены в учебные программы медико-биологического факультета Российского государственного медицинского университета и факультета фундаментальной медицины МГУ.
В США координацией работ по проблемам космической медицины занимается НАСА; в Европе - Европейское космическое агентство (ESA); в Японии - Японское агентство по освоению космоса (JAXA); в Канаде - Канадское космическое агентство (CSA). Наиболее крупные международные организации - Комитет по исследованию космического пространства (COSPAR) и Международная астронавтическая федерация (IAF).
Лит.: Краткий справочник по космической биологии и медицине. 2-е изд. М., 1972; Основы космической биологии и медицины. Совместное советско-американское издание: В 3 т. / Под редакцией О. Г. Газенко, М. Кальвина. М., 1975; Космическая биология и медицина: Совместное советско-американское издание: В 5 т. М., 1994-2001.
Отрасль медицины, которая призвана обеспечить здоровье космонавтов, может улучшить благосостояние людей и на Земле.
Космическая медицина как отдельная дисциплина берет начало в 50-х годах прошлого века. Когда люди только начали покорять космос - среду, не предназначенную для жизни человека, она была призвана справляться с непосредственным воздействием микрогравитации на физиологию человека. Постепенно космическая медицина столкнулась и с отдаленными последствиями влияния почти полной невесомости, радиации и длительной изоляции участников экспедиций от остального мира.
Первыми космонавтами, конечно, стали военные летчики-испытатели, однако было очевидно, что в космос необходимо отправить и врачей, чтобы те могли на месте изучить реакцию организма на факторы космического полета. Первым врачом-космонавтом стал Борис Егоров - в октябре 1964 года он провел более суток на борту корабля “Восход-1” и собрал значительный материал по действию перегрузок и микрогравитации на вестибулярный аппарат.
NASA подключила врачей к разработке космических программ и оборудования (в том числе систем жизнеобеспечения, скафандров, шлюзов и т.д) в 1967 году. Первым из них стал Стори Масгрейв, который позже сам принял участие в шести полетах по программе “Спейс Шаттл”.
Хотя космическая медицина с тех пор значительно шагнула вперед, она по-прежнему в большой мере опирается на возможность вернуть космонавта на Землю в том случае, если ему требуется серьезная врачебная помощь. Однако в свете планируемых долгосрочных миссий в космос (в частности, полет на Марс), разрабатываются новые способы диагностики и лечения в условиях невесомости.
Диагностика, операции и восстановление в космосе
При возникновении той или иной медицинской ситуации на борту космического корабля или станции, для постановки диагноза может потребоваться специальное оборудование. Рентген и КТ отпадают, поскольку используют излучение, недопустимое в условиях космической среды. Самым оптимальным вариантом становится УЗИ, поскольку позволяет делать снимки различных органов и тканей и не требует тяжелой габаритной аппаратуры. Небольшие, размером с лэптоп, аппараты УЗИ уже используются NASA для проверки состояния глаз и зрительного нерва у астронавтов, которые проводят длительное время на орбите.
Сканер МРТ дает большие, чем УЗИ, возможности для диагностики, но он очень тяжел и дорог. Однако недавно сотрудники Университета Саскачевана (Канада) разработали компактный аппарат МРТ, который весит менее тонны (вес среднестатистического сканера - 11 тонн), стоит около 200 тысяч долларов и не влияет на работу электронного оборудования на борту.
Для проведения абдоминальных лапароскопических телеопераций в космосе американская компания Virtual Incision совместно с NASA разработала хирургический робот размером с кулак человека. Управлять им будет врач на Земле. Чтобы в условиях микрогравитации биологические жидкости при проведении оперативного вмешательства не распространялись по всему модулю, исследователи из Университета Карнеги-Меллона и Луисвиллского университета создали специальную хирургическую систему, AISS (Aqueous Immersion Surgical System). Она представляет собой прозрачную коробку, которая накладывается на рану и заполняется стерильным физиологическим раствором - он не позволяет крови вытекать наружу. Система позволяет хирургам работать с раной, а также, при изменении давления в ней, проводить забор крови, чтобы потом, при необходимости, ее можно было вернуть в систему кровообращения.
Космос воздействует на вирусы и бактерии так же, как на людей. Согласно проведенным исследованиям, условия микрогравитации увеличивают вирулентность таких организмов; они начинают активнее размножаться, быстрее мутируют, лучше сопротивляются антибиотикам. В качестве альтернативы последним для уничтожения вирусов и бактерий может использоваться холодная плазма. В лабораторных условиях было установлено, что она убивает большинство микроорганизмов и увеличивает скорость затягивания раны.
Общие проблемы здоровья в космосе
Врачам и космонавтам приходится столкнуться с целым рядом разнообразных проблем. Среди них - “космическая болезнь” (головокружения и потеря равновесия при выходе из земной гравитации и возвращении в нее), “космическая остеопения” (потеря костной массы во время пребывания в условиях микрогравитации, в среднем 1% в месяц), потеря мышечной массы, поскольку мускулам не требуется преодолевать гравитацию, ухудшение зрения из-за повышенного внутричерепного давления и многие другие.
Из зафиксированных на данный момент заболеваний и состояний, от которых страдали участники различных космических экспедиций, - инфекции верхних дыхательных путей, вирусный гастроэнтерит, дерматит, бессонница, “морская болезнь”, аритмия, почечная колика, однако очевидно, что во время продолжительных миссий на далекие расстояния людям придется столкнуться и с другими проблемами медицинского характера.
Каждая из них, в особенности серьезное заболевание или травма, может потенциально негативно повлиять на ход экспедиции, привести к ее провалу и потере членов экипажа. Возвращение на Землю будет либо невозможным, либо очень сложным, в зависимости от уже пройденного пути, поэтому оказание врачебной помощи (включая неотложную и психологическую) должно быть полностью или максимально автономным.
Медицина земная и космическая
Разработки, сделанные для космических экспедиций, могут пригодиться и для Земли. Некоторые из них уже стали реальностью. Например, технологии цифровой обработки изображений, которые разрабатывались в NASA для получения более качественных снимков Луны, нашли применение в аппаратах МРТ и КТ. Пеноматериал с эффектом памяти, который сегодня применяется в ортопедических матрасах и подушках, также был изначально создан для обеспечения удобства и безопасности пилотов.
И это - лишь малая часть подобных “ответвлений” космических исследований. Космическая медицина, развиваясь, может не только привести человека к звездам, но и сделать лучше его жизнь дома - на Земле.