4 фактора, подрывающие здоровье космонавтов
22 марта 1995 года космонавт Валерий Поляков вернулся из космоса после 438 суток полета. Этот рекорд продолжительности не побит до сих пор. Он стал возможен в результате постоянно проводимых на орбите исследований влияния космических факторов на человеческий организм.
1. Перегрузки при старте и посадке
Пожалуй, именно Поляков как никто другой был подготовлен к тому, чтобы пробыть на орбите полтора года. И не потому, что у него якобы феноменальное здоровье. И предполетной подготовкой он занимался не более других. Просто Поляков, будучи профессиональным врачом — кандидатом медицинских наук, работавшим в Институте медико-биологических проблем РАН, как никто другой в отряде космонавтов знал «устройство человека», реакции организма на дестабилизирующие факторы и методы их компенсации. Какие же они?
При старте космического корабля перегрузки лежат в диапазоне от 1g до 7g. Это крайне опасно, если перегрузка действует по вертикальной оси, то есть от головы к ногам. В таком положении у человека даже при перегрузке в 3g, действующей три секунды, возникают серьезные нарушения периферического зрения. При превышении этих значений изменения могут стать необратимыми, а человек гарантированно теряет сознание.
Поэтому кресло в корабле размещается так, что ускорение действует в горизонтальной плоскости. Также космонавт использует специальный компенсационный костюм. Это дает возможность поддерживать нормальное мозговое кровообращение при длительных перегрузках в 10g, а кратковременных — до 25g. Крайне важной также оказывается скорость нарастания ускорения. Если она превышает определенную границу, то губительными для космонавта могут стать даже незначительные перегрузки.
После длительного пребывания на орбите растренированный организм переносит перегрузки, возникающие при посадке, куда тяжелее, чем при старте. Поэтому космонавт за несколько дней до посадки готовится по специальной методике, предполагающей физические упражнения и медикаментозные средства. При посадке имеет огромное значение такая ориентация корабля в плотных слоях атмосферы, чтобы ось перегрузки располагалась горизонтально. Во время первых космических полетов достичь должной стабилизации корабля не удавалось, в связи с чем космонавты при посадке порой теряли сознание.
Невесомость является куда более сложным испытанием для организма, чем перегрузки. Потому что действует длительно и беспрерывно, вызывая изменения ряда жизненных функций в организме человека. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализаторных систем (вестибулярного аппарата, мышечно-суставного аппарата, кровеносных сосудов) в необычные условия функционирования. В результате замедляется кровоток, кровь скапливается в верхней части туловища.
«Подлость» невесомости состоит в том, что приспособительные процессы в физиологических системах, степень их проявления практически не зависит от индивидуальных особенностей организма, а только лишь от продолжительности пребывания в невесомости. То есть, как бы человек ни готовился к ней на земле, каким бы могучим ни был его организм, на процесс адаптации это мало влияет.
Правда, к невесомости человек довольно быстро привыкает: прекращаются головокружения и прочие негативные явления. Плоды невесомости космонавт «вкушает», вернувшись на землю.
Если на орбите не использовать никаких методов противостояния разрушительному действию невесомости, то в первые несколько суток у приземлившегося космонавта наблюдаются следующие изменения:
1. Нарушение процессов обмена веществ, особенно водно-солевого обмена, что сопровождается относительным обезвоживанием тканей, снижением объема циркулирующей крови, уменьшением содержания в тканях ряда элементов, в частности калия и кальция;
2. Нарушение кислородного режима организма при физических нагрузках;
3. Нарушение способности поддерживать вертикальную позу в статике и динамике; ощущение тяжести частей тела (окружающие предметы воспринимаются как необычно тяжелые; наблюдается растренированность в дозировании мышечных усилий);
4. Нарушение гемодинамики при работе средней и высокой интенсивности; возможны предобморочные и обморочные состояния после перехода из горизонтального положения в вертикальное;
5. Снижение иммунитета.
На орбите используется целый комплекс мер борьбы с разрушающим организм действием невесомости. Повышенное потребление калия и кальция. Отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела для оттока крови. Барокомпенсационное белье. Электростимуляция мышц. Дозированный прием медикаментов. Тренировка на беговой дорожке и других тренажерах.
Беговая дорожка и различные тренажеры мускулатуры используются и для борьбы с гиподинамией. На орбите она неизбежна, поскольку движения в условиях невесомости требуют значительно меньших усилий, чем на земле. И вернувшись на землю даже после ежедневных изнурительных тренировок, у космонавтов наблюдается снижение мышечной массы. Помимо этого физическая нагрузка благотворно действует на сердце, которое, как известно, также является мышцей.
Действие этого фактора на человеческий организм прекрасно изучено. Всемирная организация здравоохранения выработала нормативы доз радиации, превышение которых вредно для здоровья. На космонавтов эти нормативы не распространяются.
Считается, что человек может проходить флюорографию не более одного раза в год. При этом он получает дозу в 0,8 мЗв (миллизиверт). Космонавт ежедневно получает дозу до 3,5 мЗв. Однако по меркам космической медицины такой радиационный фон считается допустимым. Поскольку в определенной мере он нейтрализуется медикаментозно. Ежедневная доза облучения не является константой. У каждого космонавта имеется индивидуальный дозиметр, который ведет подсчет накапливающихся в организме миллизивертов. За год пребывания в космосе можно получить от 100 до 300 мЗв.
«Конечно, это не подарок, — утверждает заведующий лабораторией методов и средств космической дозиметрии Института медико-биологических проблем РАН Вячеслав Шуршаков, — но такова специфика профессии космонавтов».
При этом ежегодная пороговая доза — 500 мЗв. Что в 25 превышает порог для сотрудников атомных электростанций, который составляет 20 мЗв.
Ну, а суммарная доза, после которой космонавта не допускают к полетам, — 1000 мЗв. В те же времена, когда летал Гагарин, эта цифра равнялась 4000 мЗв. Наиболее близко подошел к порогу Сергей Авдеев, в общей сложности налетавший 747 суток. Полученная им доза составляет 380 мЗв.
Источник
Перегрузки, нулевая гравитация. Что убивает здоровье астронавтов
Человечество готовится к первым экспедициям на Марс. Что будет с колонистами Красной планеты?
Согласно рассчетам и планам NASA и SpaceX, первые люди отправятся к Марсу уже через каких-то 15-20 лет. Но перед этим человечеству предстоит решить массу задач, которые ставит перед ними самое дальнее космическое путешествие в истории.
Одна из важнейших задач — сохранение работоспособности и нормального функционирования организма во время длительного нахождения в невесомости. Сейчас, как и многие годы назад, космонавты должны отличаться хорошим здоровьем. Все не потому, что при выходе на орбиту их ждут нереальные перегрузки, а из-за того, что само по себе космическое путешествие наносит вред организму.
Все живое на планете Земля так или иначе зависит от земного притяжения. Пребывая на околоземной орбите длительный срок, человек теряет мышечную массу и даже вырастает на несколько сантиметров. Все дело в том, что межпозвоночные диски уже переносят на себе воздействия гравитации и постепенно расправляются. Что же в этом плохого? При создании космических аппаратов все оборудование создается в условиях жесткой экономии места, поэтому выросший на 5-7 см космонавт может, к примеру, не влезть в скафандр или кресло спускаемого аппарата.
В невесомости кровь в основном концентрируется вокруг грудной клетки и головы, что вынуждает космонавтов носить специальные костюмы, нормализующие кровоток и давление. Если этого не делать, то долгое пребывание на орбите после возвращения на Землю аукнется потерей сознания или чувством слабости при попытке встать на ноги. Кроме того, отсутствие нужды опираться на пол приводит к стремительной деградации мышц и костей ног.
Еще со времен станции «Мир» и первых длительных космических экспедиций экипажи орбитальных космических аппаратов начали активно заниматься спортом. И в случае с космонавтами это не просто тренировки по часу 2-3 раза в неделю, как у рядовых землян, а ежедневные двухчасовые силовые и кардиотренировки.
Источник
Космические нагрузки: 6 самых жестоких испытаний космонавтов
Полет в космос связан с фантастическими перегрузками, к которым космонавт должен быть готов. Поэтому перед полетом организм каждого претендента подвергают жестоким испытаниям — рассказываем о самых тяжелых из них.
Центрифуга
Готовность к перегрузкам воспитывается в будущих космонавтах с помощью центрифуги — огромной установки, напоминающей карусель со специальной капсулой на конце. Вращается она с безумной скоростью, достигающей 70 оборотов в минуту. Во время тренировок на центрифуге плохо подготовленный человек может потерять не только содержимое желудка, но и сознание. Американские космонавты перед запуском кораблей «Аполлон» в течение 40 недель проводили в центрифуге до 10 часов.
Барокамера
Космонавт должен быть готов столкнуться с нехваткой кислорода и резкими перепадами давления. Эта готовность проверяется с помощью барокамеры — специального отсека, в котором создаются условия, соответствующие высоте в 5 тысяч метров, причем испытуемых лишают кислородной маски. В таких условиях обычно выявляются все скрытые патологии организма.
Термокамера
Скафандры космонавтов оснащены системой терморегулирования, но если она вдруг откажет в открытом космосе, то организм должен быть готов к повышенным температурам. Поэтому всех кандидатов в космонавты проверяют в термокамере, температура в которой составляет 60 градусов по Цельсию, а влажность — 50%. Продержаться в таких условиях нужно в течение одного часа.
Сурдокамера
Космонавты — люди не только с отличным здоровьем, но и с выдающейся психикой. Чтобы проверить ее, претендентов помещают в сурдокамеру — комнату со слабым искусственным освещением и полной звукоизоляцией. Думаете, это легко? Абсолютная тишина — это гораздо страшнее, чем вы думаете. Мировой рекорд по нахождению в безэховой камере составляет всего 45 минут, а среднестатистический человек начинает рваться наружу уже через 10 минут. Кроме того, история знает немало случаев, когда после пребывания в абсолютной тишине человек сходил с ума.
Прыжки с парашютом
Для многих прыжки с парашютом — это развлечение, а не испытание, но только не для космонавтов. В процессе свободного падения с высоты в несколько тысяч метров они должны выполнять различные задания, например, по выложенным на земле знакам определить или рассчитать время раскрытия парашюта. Стоит сделать это чуть раньше, чем нужно — экзамен завален. Чуть позже, чем нужно — и ты труп. Разумеется, условный труп, поскольку если парашютист не откроет парашют вовремя, это сделает за него автомат.
Пробы на выживаемость
Пробы на выживаемость — заключительный этап подготовки, который связан уже не с космическими перегрузками, а с проблемами земными, которые могут возникнуть в случае приземления космонавта в дикой местности. Кандидатов в космонавты высаживают в тайге, в пустыне или в океане с минимальным запасом провизии и снаряжения. Их цель — выжить в этих условиях в течение нескольких дней и суметь добраться до лагеря, где их ждет подмога.
Источник
Перегрузки, испытываемые космонавтами в невесомости. Справка
При совершении космического полета космонавт подвергается воздействию ряда факторов: невесомость, перегрузки, шумы, вибрации, ограничение подвижности, изоляция, существование в замкнутом ограниченном пространстве и пр.
Ни одна профессиональная деятельность человека не связана с воздействием на него всех этих факторов в тех количественных соотношениях, как при полетах в космос. Так, состояние длительной невесомости, которое испытывает космонавт, не может быть испытано человеком в земных условиях.
В земных условиях человек может испытать только состояние кратковременной невесомости, например, если человек находится в лифте, движущемся по вертикали вниз с ускорением a = g. Где g – ускорение свободного падения, т.е. ускорение силы тяжести.
Как и сила тяжести, ускорение свободного падения зависит от широты места j и высоты его над уровнем моря Н. Приблизительно ускорение свободного падения = 978,049 (1 + 0,005288 sin2j – 0,000006 sin22 j – 0,0003086 Н. На широте Москвы на уровне моря g = 981,56 см/сек.
Но при а = g – тело и лифт совершают свободное падение и никаких взаимных давлений друг на друга не оказывают, в результате организм воспринимает оказываемое на него давление как состояние невесомости.
Состояние космической невесомости имеет отличия от состояния невесомости в земных условиях, что вызывает изменения ряда его жизненных функций в организме человека. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализаторных систем (вестибулярного аппарата, мышечно-суставного аппарата, кровеносных сосудов) в необычные условия функционирования. Поэтому невесомость рассматривают как специфический интегральный раздражитель, действующий на организм человека и животного в течение всего орбитального полета. Ответом на этот раздражитель являются приспособительные процессы в физиологических системах; степень их проявления зависит от продолжительности невесомости и в значительно меньшей степени от индивидуальных особенностей организма.
С наступлением состояния невесомости у космонавта могут возникнуть вестибулярные расстройства, длительное время сохраняется чувство тяжести в области головы (за счет усиленного притока крови к ней). Вместе с тем адаптация к невесомости происходит, как правило, без серьезных осложнений: человек сохраняет работоспособность и успешно выполняет различные рабочие операции, в том числе те из них, которые требуют тонкой координации или больших затрат энергии. Двигательная активность в состоянии невесомости требует гораздо меньших энергетических затрат, чем аналогичные движения в условиях весомости.
Если в полете не применяются средства профилактики, то в первые часы и сутки после приземления (период реадаптации к земным условиям) у человека, совершившего длительный космический полет, наблюдается следующий комплекс изменений:
1. Нарушение процессов обмена веществ, особенно водно-солевого обмена, что сопровождается относительным обезвоживанием тканей, снижением объема циркулирующей крови, уменьшением содержания в тканях ряда элементов, в частности калия и кальция;
2. Нарушение кислородного режима организма при физических нагрузках;
3. Нарушение способности поддерживать вертикальную позу в статике и динамике; ощущение тяжести частей тела (окружающие предметы воспринимаются как необычно тяжелые; наблюдается растренированность в дозировании мышечных усилий);
4. Нарушение гемодинамики при работе средней и высокой интенсивности; возможны предобморочные и обморочные состояния после перехода из горизонтального положения в вертикальное;
5. Снижение иммунобиологической резистентности (ослабление иммунитета);
вестибуловегетативные расстройства.
Нарушения работы организма человека, вызванные невесомостью, обратимы. Ускоренное восстановление нормальных функций может быть достигнуто с помощью физиотерапии и лечебной физкультуры, а также применением лекарственных препаратов. Неблагоприятное влияние невесомости на организм человека в полете можно предупредить или ограничить с помощью различных средств и методов (мышечная тренировка, электростимуляция мышц, отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела, фармакологические и др. средства).
Другим фактором, оказывающим значительное влияние на человеческий организм при совершении космического полета, являются перегрузки.
Перегрузки космонавт испытывает при старте и возвращении космического корабля.
При старте на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. Другими словами, вес космонавта во время запуска корабля как бы увеличивается в семь раз.
Человек легче всего переносит перегрузки, действующие в горизонтальной плоскости, хуже – в вертикальной. Однако способность переносить перегрузки (величина допустимых перегрузок) у разных людей различна и зависит от ряда факторов, например от скорости нарастания перегрузки, температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и даже от эмоционального состояния космонавта. Существуют, несомненно, и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не совсем выяснено.
Перегрузки, связанные с ускорением, вызывают значительное ухудшение функционального состояния организма человека: замедляется ток крови в системе кровообращения, снижаются острота зрения и мышечная активность.
Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, длящемся более 3 секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения.
С увеличением перегрузок острота зрения уменьшается, поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности. При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести.
При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта так называемая окологиральная иллюзия является следствием воздействия перегрузок на полукружные каналы (органы внутреннего уха).
Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси.
Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.
При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.
Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.
По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4g.
Источник