Невесомость и ее последствия: какие изменения происходят в организме в условиях космоса?
Основным результатом космических исследований в области медицины стало подтверждение того, что человек способен не только выживать во время длительных космических миссий, но и активно действовать в условиях невесомости. Это открытие позволяет рассматривать космическое пространство как потенциальное место проживания для человечества. Рассказываем про влияние невесомости на организм человека, особенности кровотока в условиях космоса и другие эффекты длительного космического полета.
Что такое невесомость?
Невесомость — состояние, когда тело не оказывает давления на опору. В таких условиях человек или объект могут двигаться без ощущения силы тяжести. Но это не означает, что в космосе нет гравитации. Дело в том, что на высоте 400 км, где Международная космическая станция (МКС) движется со скоростью около 8 км/с, гравитационное притяжение составляет около 90% от притяжения на поверхности Земли.
Правда в том, что космонавты и предметы внутри МКС постоянно испытывают состояние свободного падения, которое представляет из себя движение под действием гравитации без сопротивления. Хотя земная гравитация продолжает притягивать станцию к себе, ее быстрое движение вокруг Земли нейтрализует это падение, позволяя МКС оставаться примерно на одном и том же расстоянии от планеты. В результате, находясь внутри станции, космонавты ощущают состояние невесомости и могут перемещаться в любом направлении без чувства верха или низа.
Как невесомость влияет на организм человека?
Основной причиной развития патологий в состоянии невесомости считается снижение нагрузки на различные системы организма из-за отсутствия интенсивного гравитационного влияния. Это приводит к уменьшению механического воздействия на ткани тела и недостаточной стимуляции организма.
В условиях невесомости рецепторы мышц, внутренних органов, связок и сосудов функционируют иначе. Основная информация о положении тела в пространстве в значительной степени поступает визуально, что нарушает естественное взаимодействие зрения, вестибулярного аппарата и мышечной системы. В невесомости нагрузка на мышцы снижается, так как у человека нет необходимости противостоять силе тяжести. Из-за этого у космонавтов происходит уменьшение объема мышечной массы, а также снижение силы и выносливости, особенно в нижних конечностях. Вместе с воздействием микрогравитации на соединительные ткани и необходимостью осуществления разнообразных интенсивных действий, эти изменения в работе мышц увеличивают риск утомления и получения травм.
Микрогравитация также оказывает влияние на нейровестибулярную систему, поэтому ее эффект часто сопровождается дезориентацией и снижением нервно-мышечной координации после возвращения из длительных космических миссий. В результате сразу после посадки у космонавтов могут возникать проблемы с устойчивостью при стоянии, фиксацией взгляда, а также с ходьбой и поворотами. Кроме того, в невесомости снижается общее количество импульсаций от рецепторов, идущей в центральную нервную систему (ЦНС). Это приводит к уменьшению ее активности, что влияет на регуляцию внутренних органов. Однако постепенно человек способен адаптироваться к этим условиям.
У каждого третьего космонавта в течение первых трех-шести суток полета наблюдается комплекс симптомов, аналогичный болезни укачивания. Он включает в себя снижение аппетита, головокружение, увеличение слюноотделения, тошноту, иногда рвоту, а также пространственные иллюзии. Эти симптомы связаны с изменениями в функционировании вестибулярного аппарата, кровообращении и нарушением взаимодействия сенсорных систем. У некоторых космонавтов эти признаки сохранялись и в первые сутки после возвращения на Землю.
Как изменяется поведение крови в условиях невесомости?
Отсутствие веса крови в космосе приводит к ряду изменений в организме. В условиях на Земле, особенно когда человек находится в вертикальном положении, кровь под действием своего веса стремится к нижним частям тела. Однако в условиях невесомости этого не происходит, в результате чего наблюдается прилив крови к голове и органам грудной клетки.
В начальном периоде пребывания космонавта в состоянии невесомости происходит приток жидкости из тканей в кровяное русло, приводящий к увеличению объема циркулирующей крови. Это приводит к активации механизмов ЦНС, направленных на снижение избытка жидкости в крови. В результате возникает цепь рефлекторных реакций, которые стимулируют выведение избыточной жидкости и солей из организма. В конечном счете это может привести к уменьшению веса тела и изменению уровня электролитов, а также негативно воздействовать на состояние сердечно-сосудистой системы.
В ноябре 2019 года ученые выяснили, что у космонавтов во время пребывания на орбите происходит замедление скорости кровотока в венах, а в некоторых случаях даже возникает обратное движение крови. В рамках исследования ученые измерили объем яремной вены, отводящей кровь от головы к сердцу, и скорость кровотока у 11 космонавтов до, после и во время пребывания на МКС. В результате ученые обнаружили значительные изменения в скорости тока крови: в невесомости у многих космонавтов кровоток был пульсирующим, а у семи из 11 участников эксперимента врачи отметили застой крови. Также у двух космонавтов был обнаружен ретроградный ток крови, когда она двигалась в обратную сторону — к голове.
Кроме того, у одной участницы исследования обнаружили тромб. После возвращения космонавтов на Землю исследователи провели повторный анализ данных и обнаружили тромб еще у одного члена экипажа. Оба случая представляли потенциальную угрозу для жизни космонавтов. Ученые установили, что причиной образования кровяных сгустков у испытуемой могли стать эстрогенсодержащие контрацептивы, в то время как у мужчины дополнительных факторов риска выявлено не было. Это свидетельствует о возможности появления незамеченных тромбов у членов экипажа МКС и ранее.
В марте 2024 года в рамках эксперимента «ЛАЗМА» российские ученые обнаружили, что в первые двое-трое суток пребывания космонавтов в невесомости кровь перемещается в верхнюю часть тела, однако к шестому дню полета кровообращение восстанавливается. Для проведения исследования использовались устройства «ЛАЗМА ПФ». Этот эксперимент проводится на борту МКС с декабря 2021 года и будет завершен в 2025 году.
Как невесомость влияет на работу вестибулярного аппарата?
В марте 2024 года канадские ученые провели эксперимент, чтобы понять, как длительный космический полет влияет на пространственную ориентацию астронавтов внутри МКС. В исследовании приняли участие 12 человек — шесть мужчин и шесть женщин. Их показатели сравнивали с данными контрольных испытаний 20 человек на Земле. Перед вылетом и после возвращения на Землю космонавтов тестировали в разных позах — сидя или лежа на спине. В космосе они находились в состоянии невесомости, но были привязаны к спинке стула.
Исследование показало, что воздействие невесомости на работу вестибулярного аппарата носит временный характер, так как после космического полета астронавты немного ошибались в оценке расстояния при выполнении визуальных задач по сравнению с предполетным периодом. Однако эти различия с течением времени постепенно исчезали.
Также было установлено, что в среднем космонавты, находясь в специальных шлемах, не изменили своего восприятия пройденного расстояния виртуальным коридором ни во время пребывания в космосе, ни через неделю, ни спустя 85 дней после возвращения. Исследователи сделали вывод, что нахождение в невесомости не оказывает долгосрочного влияния на способность человека оценивать пройденное расстояние.
