"ישנם אנשים שעבודתם - מוטלים בתוך אמבטיה": איך ללמוד את ההשפעה של חוסר משקל על בריאות האסטרונאוטים

ישנם אנשים שעבודתם - מוטלים בתוך אמבטיה. שכבי במשך שעות, אפילו ימים שלמים (ולקבל תשלום עבור זה). עם זאת, לא מקנא בהם - אנחנו מדברים על המשתתפים של ניסויים מדעיים מורכבים, בהם רופאים מכון הבעיות ביו, בתנאי חשיפה אנושי מחקר באקדמיה רוסית למדעים דומים לתנאים חוסר משקל. על ידי עצמו, החוויה הזו, כמו כל שהות ארוכה בחלל, וכתוצאה מכך תקלה של הגוף.

אודות איך ולמה הומצא בדרך של טבילה "יבש" ומה לחקור התוצאות זה מאפשר לך לקבל, ביקשנו לשוחח עם הצוות IBMP RAS אהבה איליה Amirov ו Rukavishnikov. בנוסף, אנו מציעים להכיר את "לצלול" המשתתפים ביומן, שנמשך חמישה ימים, מהנדס popularizer של cosmonautics אלכסנדר Khokhlov. ההקלטות נעשו ישירות בזמן הניסוי.

---

השהייה בחלל, אף על ספינת חלל מוגנת היטב, משפיע לרעה על הבריאות של אסטרונאוטים. בטיסות חלל כמעט הכל עבור זר ועוין הגוף - רקע קרינה מוגברת, כבידה, בידוד, אווירה ותאורה מלאכותית, ואת המונוטוניות של גירויים חושיים לנהוג ב געגועים. בין גורמים אלה הוא ספציפי רק המיקרוגרביטציה הטיסה בחלל בקושי לשחזור בתנאים יבשתיים.

שחר של עידן חקר החלל נחשב הסכנה העיקרית היא לא כבידה, ועומס, וזה לו בהכנת האסטרונאוטים פעיל. עם התקדמות הטכנולוגיה הטיסות הפכו יותר ויותר מתמיד, ובחודש יוני 1970, המועצות קוסמונאוטים אנדרייאן ניקולאייב ו ויטלי Sevastyanov לבצע טיסה לחלל 18-יום, שיא שנקבע תחילה ארוך למשך מסנן רציף, וחזר לכדור הארץ... לא יכול לעמוד ללכת. מצב האסטרונאוטים היה מדכא: ניוון שרירים, תגובות שליליות מצד מערכת הלב וכלי הדם.

מצב זה הוביל אותי לשתי מסקנות של מדענים. ראשית, הצורך לפתח מערכת למניעה (עד כה יקר שוב!) ושנית, כדי לחקור את ההשפעה של חוסר משקל על הגוף האנושי (על מנת להבין את חוקי היסוד של השפעה חוסר משקל). התברר כי, ללא כמות גדולה של נתונים על השינויים בכל מערכת איבר לשלוח אסטרונאוטים לחלל הוא בלתי אפשרי. אבל איך ללמוד את ההשפעה של חוסר משקל על הגוף האנושי ללא מרחב?

טבילת משקל

האם מדענים מצאו פתרון שלם לבעיה זו - סימולציה של תנאי חוסר משקל על כדור הארץ. כזה ניסויי טיסה לחלל לדמות מודל שנקרא (או דגמים), והשפיעו על הגוף דומה ההשפעות של חוסר משקל. מאז הגורמים העיקריים המשפיעים על מצבו של האסטרונאוטים, הופכים פריק פיזי, משמרות נוזל וחוסר התמיכה, והם היוו את הבסיס של ניסויים במודל.

במדע המודרני, לא נערך ניסוי מודל אחד לא יכול לשחזר את התנאים של חוסר משקל מלא, כך תלוי מה המדענים מתכננים ללמוד אובייקט שנבחר בקפידה של מחקר וניסויים מודל. לעתים קרובות בתפקיד "בנושאים" הם חיות מעבדה כגון עכברים וחולדות, אך המידע החשוב ביותר כדי לתת ניסויים במודל על אנשים - מתנדבים נבדק.

כדי לחקור את ההשפעה של חוסר משקל על הגוף האנושי, יש כמה דרכים. לדוגמה, זה יכול להיעשות על התקרית במטוס מסלול פרבולי. זה פשוט משך שלב משקל במקרה הזה הוא כל כך קטן כי אנחנו לא יכולים לדבר על ההשפעות לטווח הארוכות.

כדי להשיג אפקט חזק שאתה יכול פשוט לשכב על המיטה, שבה סוף הראש תושמט. מנוחה במיטה תוביל ניוון שרירים וחפזון דם קבוע ראש תביא את המצבה של מערכת הלב וכלי הדם של נושא לזו של האסטרונאוט. עם זאת, שקר יצטרך זמן רב - לפחות כמה שבועות, רצוי כמה חודשים.

הכי יוצא דופן, ובאותו הזמן המשוער ביותר להשפעות של מודל אפס כבידה - טבילה "יבש" (מן אנגלית. טבילה - "טבילה"), שבו האיש במשך כמה ימים או שבועות שקועים במים.

המצאה, מודל התצפית הבא עזר - שהייה ארוכה במים משפיעה על גוף האדם דומה באופן חוסר משקל. טבילת הטבילה הראשונה הייתה "רטובה" - הנושאים היו בברכה עם מים טריים במשך כמה ימים.

מצד אחד, המדענים משערים על הדמיון של השינויים שנצפו אושרו, אך מצד שני, בשל בקשר מתמיד עם מים אנשים התחילו ממש קילוף העור. מתנדב בודקים לא עזר משחת מגן, והצד בברכה הפך שחור מן nasevshego אותם הסבום חמצון. כמו כן, הנבדקים כי הם לא טבע, זה היה אסור לישון בברכה, ואת על רופאי החובה נאלצו לסגור בעקבותיהם.

התברר כי הניסוי בתנאים כאלה אי אפשר לבנות מודל טעון שיפור משמעותי. הגרסה האלגנטית ביותר של השיפור שלו הוצעה במכון E. הבעיות ביו B. Shulzhenko ואני פ וויל וויליאמס בשנות ה -70 המוקדמות. בריכה מקורה שטח גדול בד עמיד למים שהנושא היה שקוע לחלוטין בעמודת המים, אבל זה לא לגעת בצדדים בתחתית הקערה. על פני השטח, ומשאיר רק את הראש והידיים של הנושא.

המצב "הראש של פרופ דוול", תחת הפיקוח הצמוד של רופא מתנדב וחקר חייהם לאורך הניסוי. היוצא מן הכלל הוא במהלך היגיינה הערב - עפר לא לנערך בקרב מדענים. לפני הולך מבחן שינה נלקח מתוך אמבטית הטבילה, שקוע אלונקת pomyvochnaya ונלקח במקלחת. "יירגע" מותר לא יותר מ 15 דקות על יום עבודה כבד. מאז המודל של "יבש" טבילה מיושמת כמעט ללא שינוי.

בחלל, ובכן, העולם הוא טוב יותר

אדם, רחוק מלהיות ביולוגיה בחלל, זה אולי נראה כי יותר מהיסטורית 55 שנים של אדם חקר החלל מאויש בחלל למדה למרחוק. אבל זה נכון רק בחלקו.

כן, חוקי היסוד שקורים אסטרונאוט בטיסה, ידועים - ב משקל בצורה שונה לב ודם עבודת כלי, מקטין את כמות הנוזלים בגוף, יש חולשת שרירים מוטוריים אשליה. אבל שום מדען יגיד לך שכל שינויים הפתוחים מתוארים בפירוט ואינו דורשים מחקר נוסף.

למרות העובדה כי במרחב יש בקרו מאה אנשים, סקרים ביולוגיים הנרחבים ביותר נדירים כוללים יותר מ 15-20 אסטרונאוטים. אפילו קטנה כזה, מבחינת ניתוח סטטיסטי, בקבוצה לוקחת כמה שנים של עבודת הכנה, לעתים קרובות יצירה חדשה ציוד (מתאים לדרישות המחמירות של תחנת החלל הבינלאומית) והכשרה של אסטרונאוטים כל הדקויות של ביולוגי סקרים.

הרחק מהמולת מחקרי האדמה הם רגועים נמדד - בדרך כלל למשך שנה ב פחית ניסוי יחידה להשתתף שלושה עד חמישה אסטרונאוטים, ומן ההקמה של השערה אל הפרי שלו, כך שהוא יכול לקחת שנה וחצי תריסר.

מחקרים רבים לעיתים קרובות מתבצעים במקביל, הן במרחב והן טבילה "יבש", המאפשר לנו להשוות השינויים שנצפו. לדוגמא, הוא הראה כי שבעת ימי הטיסה בחלל, ושבעה ימים של טבילה לגרום לשינויים דומים במערכת הלב וכלי הדם הקשורים לשינויים מאזנים נוזלים בגוף.

כמעט שינויים זהים בטיסה לחלל טבילה להתרחש עם השרירים: הקטינה הטון שלהם מקטין את הכוח. בשני המקרים, מוביל זה חוסר התמיכה. כפי שהתברר, של שרירי שלד התמיכה הנדרשת לתפקוד נורמאלי - עצם אין המון הלם המתרחשים על פני כדור הארץ בעת הליכה וריצה, סידן לאבד ולהיות שבירות. בשנת עצמות שבריריות משקל אינם מסוכנים, אבל כאשר אתה חוזר לכדור הארץ, ובמקרה של עומס זה עלול לגרום לפציעה.

בהיעדר תומך תמריץ משפיע לא רק על עצמות אלא גם את השרירים. לאחר האסטרונאוט נכנס למצב של חוסר משקל, השרירים שלו מתחילים לאבד הטון שלהם, כי בתוך כמה שבועות ומוביל שינויים פונקציונליים. בהשפעה של הטבילה "היבשה", ואותו הדבר קורה - מהיום טונוס שרירים לאבד וכוח, וכאשר יוסרו תחושת מבחן טבילה כמו דג מחוץ למים.

שינויים חד-כיווניים לאפשר למדענים לבצע מחקר מפורט יותר על פני כדור הארץ, ולפנות את זמנו לביצוע אסטרונאוטים במשימות אחרים.

גורם חשוב נוסף של טיסת חלל - ירידה בפעילות גופנית. למרות העובדה שבכל יום האסטרונאוטים לבצע כמות גדולה של עבודה די ומתחפרים בתחנות ולעסוק בפעילות גופנית, העומס על הגוף נשאר משמעותי פחות אדמה. הכל שבה הם פועלים, אין משקל, אפילו את עצמם. לכן, כדי להשיג את המטרות של המנוע דורש מאמץ שרירים מעט מאוד.

בהקשר של טבילה אסורה בודק ליצור מאמץ שרירי מיותר, וזה היה החוקרים לעקוב בקפדנות. בתמורה, הנושא מקבל פקודה 3-4 בידי מי שמבצע בפועל כמו ושדים, הצרכים והרצונות שלהם.

חשוב להבין כי, למרות ההתקדמות הטכנולוגית, לא כל המחקרים יכולים להיות מבוצע בחלל. במודל של "יבשה" הגבלות טבילה כזו פחות משמעותית. לדוגמה, הדמיה בתהודה מגנטית (MRI סורק במסלול - נשמע פנטסטי!) וזה גירוי מגנטי transcranial משקל לא ביצע ולו פעם אחת, אבל בזכות נתונים שהושגו טבילה, המדענים יש רעיון של למה לצפות החלל.

ישנם מחקרים אלה אמירה היא לא רק קשה מבחינה טכנית, אלא גם כרוך בסיכונים עבור האסטרונאוט. לדוגמא, זוכר ביופסיה - הסרת חתיכה קטנה של רקמה. מחקר זה דורש תנאים סטריליים ההפעלה מנתח מנוסה הידיים, אבל אפילו עם כל התנאים יש סיכוי קטן של סיבוכים. עבור אסטרונאוטים במסלול זה סיכון מיותר. עם זאת, מחקרים כאלה מתבצעים טבילה ו מזמינים אתכם לחקור את הסודות של שרירי שלד מסודרים קשים מאוד.

גבוה

כדי לדעת בדיוק מה התוצאות ניתן להשיג בזכות המודל של טבילה "יבש", לָגוּר על סדרת הניסויים מוקדשים ללימוד כאבי גב ולהגדיל את הצמיחה של אסטרונאוטים במהלך המעבר חוסר משקל.

כאבי גב המתרחשים אסטרונאוטים בימים הראשונים של טיסה, כמו גם מבחן טבילה "יבשה". מחקרים קודמים לא הצליחו להראות כי בתנאים של חוסר משקל עקב שינויים תחבורה חומרים מזינים מגדילה דיסקים חולייתי, ובתוך המבנים שלהם צבר נוזלים. בנוסף, הכאב יכול להיות בגלל ההשפעה על השורשים הרגישים של חוט השדרה כתוצאה מגידול אורך עמוד השדרה.

הגורם של הפרעות אלה, כפי שמוצג על ידי מחקרים שבוצעו RF SSC - IBMP RAS פני מספר שנים עלולה להיות ירידה טונוס שרירים, פושטי בחזרה. ההנחה של הנוכחות של השרירים מעורבים שמירה על יציבה, הועלתה על ידי V. ס גורפינקל יותר בשנת 1965.

שינוי הטון של שרירים - פושטי הרגל רשם בקביעות מחקרי הדוגמנות הקודמות. אז היו יסוד להניח כי בתנאי משקל גם מקטין טונוס שרירים בגב כי מעורב בשמירה היציבה ביותר בעולם (הם נקראים "בתוך"), שבו העומס הכביד גורם להם להישאר במצב טוב.

כדי לבחון את ההשערה הזאת, סדרת ניסויי סימולציה עם הטבילה "היבשה" של משך שונה - משש שעות עד חמישה ימים. במקביל למד בחזרה טונוס שרירים עם מדידה של הקשיחות הרוחבית שלהם; Vibrographs מקבילים אמצעי תהודה, miotonometry MRI נחקר שינויים של עמוד השדרה. בנוסף, המדענים מדדו את הגובה והטבע של מתעוררים מוערכים כאב.

התוצאות הראו כי הכאב אינו קשור לכאב שָׁרשִׁיתִי, והוא שרירי בטבע, ללא קרינה. להישאר תחת פריקה הכביד מלווה טון ירד (או רוחבי נוקשות) זוקפי גו, השייך לקבוצת שרירים יציבים, עושה את זה בשעות ובימים הראשונות, תהליך זה הולך במיוחד ביטוי.

שינויים אלה הביאו לצמיחה האסטרונאוט מוגבר ב-כבידה. בעמוד השדרה המותני, פי MRI, כדי להגדיל את גובה הדיסקים ו לורדוסה המותני מוחלק.

קבוצת המחקר, אשר משמש כאמצעי מניעה, כגון עומס צירי תחפושת "פינגווין" ו myostimulation חומרה מורכבות וערכה של חומרת כאב, כמו גם שיעורי גדילה הושוותה נמוכה עם הקבוצה של טבילה "טהורה" ללא שימוש באמצעים מניעה.

לא רק עבור שטח

"יבשה" דגם טבילה די טובה מתרבה ההפרעות הקוסמיות, אבל חוץ מזה, יותר עוזרת להילחם במחלות מסוימות. לדוגמא, אמבטיות טבילה כמובן הביא הקלה לאנשים עם טונוס שרירים מוגבר מוגזם ומונע מהם נעו באופן מלא.

קח אמבט טבילה - דרך טובה להוריד את לחץ הדם. המנגנון של התהליך הוא פשוט: אדם הסביבה לוחץ מי מכלי הדם והלימפה בזרימת הדם ההיקפית המרכזית, הוא נתפס על ידי הגוף כמו עודף של נוזל ומוביל את הסרתו (באופן טבעי - בהשתנה) ונמוך לחץ. אגב, על מנת להשיג את האפקט הזה, הטבילה אין צורך להיות "יבשה" - אולי, רבים הבחינו כי במהלך ההפלגה מתחילה רוצים לשירותים, ועכשיו אתה יודע למה.

ניסויי דגם מתבצעים במפעלים רפואיים או מדעי מיוחדים המצויד בציוד ייחודי תחת פיקוח של חוקרים מיומנים. נכון לעכשיו, ה- SSC RF - IBMP ראס ניסויים בשימוש של טבילה חמישה ימים "יבש".

מעניין, את השינויים המתרחשים בגוף טבילה יכולים לדמות לא רק טיסה לחלל, אלא גם את מצב sarcopenia סנילי - הקשור לגיל הניוון של שרירי השלד. טבילה זו משמשת את שרירי הרגליים בפעם הראשונה בתדירות הנמוכה electromyostimulation נועדו למנוע שינויים לרעה שרירה. מחקרים על מתנדב מבחן הצעיר, אבל detrenirovannyh ייבחרו הפרוטוקולים היעילים ביותר של גירוי חשמלי.

לאחר השלים בדיקת הטבילה חייב לעבור מגוון של בדיקות כי להעריך כיצד טונוס השרירים השונה, המבנה שלהם, כמו גם את המעמד האנכי ומתנדבים בהליכה.

פרסומים, מוקדש ניסויים רפואיים וביולוגיים במרחב הדוגמנות שלהם, הם נדירים. מאמר זה נחשב רק חלק קטן של נושאי המכריע הזה, כולל בריאות של אסטרונאוטים על סיפון התחנה, השקות לווין, חיות מיושבות, ניסויים במודל מעורבים פרימטים וטכנולוגית מרחב בשיקום חולה.

ספרות

I. B. קוזלובסקי, ד א Maksimov, יו I. Voronkov, MI סונד, V. נ Ardashev, IA ג Dorogan-Sushchev, IA V. Rukavishnikov. שינויים בעמוד השדרה המותני והגב כאב אקוטי כאשר הם נחשפים 3 ימים "יבש" טבילה // רפואת הקרמלין. Gazette קלינית. — 2015. — № 2.

I. V. Rukavishnikov, LA E. Amirov, ט B. Kukoba, E. ס Tomilovskaya, IA B. קוזלובסקי. שפעת לפרוק הכבידו את הטון של שרירי הגב // הפיזיולוגיה האנושית. — 2017. — № 3.