Космічна фізіологія

Визначення і загальна характеристика

КОСМІ́ЧНА ФІЗІОЛО́ГІЯ — роз­діл фізіології, що ви­вчає особливості реакції живих систем на пере­бува­н­ня у космосі. Перші виведе­н­ня на навколоземну орбіту біол. супутників здійснено з метою ви­вчити мож­­ливість збереже­н­ня за таких умов осн. жит­тєвих функцій рос­­лин і тварин. Дослідж. були необхідні для виріше­н­ня про­блеми забезпече­н­ня пере­бува­н­ня людини у космосі. На початк. етапі формува­н­ня К. ф. (1949) вчені використовували геофіз. ракети, які досягали висот від 100 до 450 км. Дослідж. проводили на лаборатор. тваринах. Тривалість польотів була невеликою — стан невагомості продовжувався від 4 до 8 хв. На високих орбітах істотною стає радіац. небезпека. У той період існувала думка, що навіть на навколозем. орбітах проникаюче космічне ви­промінюва­н­ня мо­­же бути небезпеч. для біол. основ жит­тєдіяльності. Вважалося також, що тривале пере­бува­н­ня в стані невагомості може викликати поруше­н­ня функ­­ціонува­н­ня ЦНС, атрофію мʼязів та кісток, виникне­н­ня ускладнень після поверне­н­ня організму в умови земного тяжі­н­ня. Подальші дослідж. довели, що такі припуще­н­ня були істотно пере­більшені.

Стійкість організму тварин і людини до радіал. або ліній. при­скорень під­вищують шляхом по­­перед. тренува­н­ня організму. Поруше­н­ня від­чу­т­тя рівноваги й положе­н­ня тіла в просторі (мо­­зочк. реакції) зменшують за рахунок дублюючого візуал. конт­­ролю. Крім того, навіть у таких не­звич. умовах, як пере­бува­н­ня на навколозем. орбіті, організм людини протягом перших діб адаптується до нових умов існува­н­ня. Від­сутність земного тяжі­н­ня по­збавляє організм великої кількості нерв.-мʼязових про­пріорецептив. та інтерорецептив. по­дразнень. Виникає т. зв. сенсорне голодува­н­ня, що негативно впливає на психіку людини. Тому тривале одноосіб­­не пере­бува­н­ня в кабіні косміч. корабля небезпечніше, ніж колектив. політ. Важливе значе­н­ня мають по­стій. радіозвʼязок із центром назем. керува­н­ня польотом і контроль адекватності стану ЦНС екіпажу, що частково компенсує недо­статність внутр. по­дразників.

Під­бір психологічно суміс. членів екіпажу виявився необхід. елементом успішності польоту. Чим тривалішим є пере­бува­н­ня в стані невагомості, тим складніші адаптивні пере­будови опорно-рухового апарату організму. Від­сутність звич. навантаже­н­ня на мʼязи і кістки створює умови для атрофії мʼязів, роз­смоктува­н­ня солей кальцію у кістках та часткової втрати їхньої міцності. Для запобіга­н­ня роз­витку цієї патології (остеопенії) роз­роблено сис­­теми т. зв. навантажувал. костюмів (статичне навантажен­­ня) та динаміч. фіз. вправ, спро­­можних під­вищити метаболізм мʼязів та аксіальні навантаже­н­ня кісток. У стані невагомості шлунк.-кишк. апарат по­збавлений гравітац. навантажень та звич. їжі, що зумовлює спец. ви­­моги до харчува­н­ня космонавтів. Парціал. тиск кисню у штуч. атмо­сфері герметич. кабіни кос­­міч. корабля також ві­ді­грає важ­­ливу роль у під­триман­ні актив. стану ЦНС, збережен­ні меж водного обміну. Фізіол. дослідж. усіх систем організму дали під­стави для роз­робле­н­ня газових режимів, спец. дієт та харч. раціонів, склад яких дає змогу компенсувати частину труднощів, створюваних косміч. простором. На­ступ. етап роз­витку космонавтики — між­планетні по­дорожі, тривалість яких істотно більша. За таких умов знач. за­грозою для здоровʼя екіпажу є космічне іонізуюче ви­промінюва­н­ня (галактичне, сонячне, ра­­діац. оболонка Земної кулі). У між­планет. просторі доза галактич. ви­промінюва­н­ня становить від 50 до 100 бер на рік. Сонячне ви­промінюва­н­ня за ме­­жами магніто­сфери Землі, особливо за умов спалахів на Сонці, може досягати десятків і сотень бер за спалах. Під час потуж. спалахів на Сонці космонавти повин­ні пере­бувати в захищених від радіації від­сіках корабля.

Радіац. оболонка Землі має зовн. і внутр. частини. Енергія протонів внутр. зони сягає кількох сотень МеВ. Вона знаходиться на від­стані кількох тисяч кілометрів від поверх­ні Землі. Радіац. небезпека в межах цієї зони залежить від траєкторії та тривалості пере­бува­н­ня у ній косміч. корабля. Навіть кілька місяців пере­бува­н­ня космонавтів у цій зоні за сумар. дозою опроміне­н­ня не пере­вищує рівня опроміне­н­ня спів­роб. ядер. елек­­тро­станцій за рік. Для зменше­н­ня негатив. впливу іоні­зуючої ра­­діації у кабіні використовують штучну атмо­сферу зі зниженим парціал. тиском кисню. Ві­домо, що людина не від­чуває зниже­н­ня вмісту кисню у вдихуваному повітрі при зменшен­ні його від 21 до 16 %, тобто до рівня Ро₂ бл. 120 мм рт. ст. Така атмо­­­сфера не пригнічує активність ЦНС, навіть під­вищує її збудливість та усуває процеси гальмува­н­ня, повʼязані з сенсор. де­привацією космонавта на орбіті. Склад керованої атмо­сфери досліджував А. Генін, який роз­глядав лише нормоксич. та гіпероксич. варіанти газових сумішей. Згодом учені встановили, що стан нормобарич. або гіпобарич. дозованої гіпоксії мо­­же бути альтернативою для атмо­сфери кабіни косміч. кораб­­лів. Доцільним вважають варіант динаміч. атмо­сфери з різним рівнем парціал. тиску кисню у періоди активності й від­починку. Після запуску першого штуч. супутника Землі в Ін­ституті фізіології АН УРСР (Київ) з ініціативи М. Сиротиніна 1961 створ. лаб. косміч. фізіології, серед осн. напрямів діяльності якої — ви­вче­н­ня біол. кругообігу речовин у герметично за­мкненому просторі, можливості від­новле­н­ня функцій організму після клін. смерті в умовах екс­тремал. ста­­нів (аноксія, радіал. пере­вантаже­н­ня, невагомість), впливу пе­­ревантаже­н­ня на організм тварин і людини у різних станах (гальмува­н­ня кори головного мозку, гіпотермія тощо). Спів­роб. лаб. встановили, що після адап­­тації до умов високогірʼя істотно під­вищується резистентність білих щурів до дії радіал. при­скорень (В. Дударев); роз­роб­­и­­ли методику оживле­н­ня собак, які загинули в умовах радіал. при­скоре­н­ня (В. Янковський, А. Морозов, М. Адаменко); вста­­новили мікро- та макро­структурні зміни в тканинах унаслідок дії радіал. при­скоре­н­ня, довели можливість регенерації клітин мозку (І. Торська). 1962–66 здійснено 3 екс­педиції до ви­­сокогірʼя Ельбрусу з метою дослідж. впливу високогір. клімату на стійкість організму до екс­тремал. чин­ників; за­пропонова­­но систему ступінчастої адаптації до гіпоксії, яка усуває роз­виток патол. реакцій на не­стачу кисню; ви­вчено можливість жит­­тя на висотах 3–5 тис. м над р. м. з метою від­творе­н­ня умов існува­н­ня на най­ближчих планетах. Фізіол. дослідж. із залуче­н­ням тварин дали змогу зʼя­­сувати особливості жит­тєдіяль­­ності організму в умовах косміч. польоту, роз­робити засоби й режими пере­дполіт. під­готовки космонавтів та під­трима­н­ня фізіол. стану організму на орбіті.

Літ.: Сиротинин Н. Н. Влияние гра­­витацион­ных сил на организм в ран­них стадиях онтогенеза // Патол. физиология. 1961. № 5; Генин А. М., Гуровский Н. Н., Емельянов М. Д. и др. Человек в космосе. Москва, 1963; Новиков B. C., Лустин С. И. Гипобаричес­­кая гипоксия как метод кор­рекции функционального со­стояния // Авиакосмич. и экол. медицина. 1994. № 1; Григорьев А. И., Воложин А. И., Ступаков Г. П. Минеральный обмен у человека в условиях изменен­ной гравитации // Пробл. космич. биологии. Т. 74. Москва, 1994; Модельный экспери­­мент с длительной изоляцией: про­блемы и до­стижения. Москва, 2001; Литовка И. Г. Дозирован­ная гипоксия как фактор кор­­рекции остеопении без­действия // Кос­­мічна наука і технологія. 2002. Т. 8, № 4; Оганов В. С. Костная система, невесомость и остеопороз. Москва, 2003.

В. Я. Березовський

Завантажити статтю