"Det finns människor vars arbete - liggande i ett badkar": hur man studera effekten av tyngdlöshet på astronauter hälsa

Det finns människor vars arbete - liggande i ett badkar. Ligg ner i timmar, även dagar i sträck (och få betalt för det). Men inte avundas dem - vi talar om deltagarna i komplexa vetenskapliga experiment, där läkare från Institutet för biomedicinska problem, Russian Academy of Sciences studie mänskliga exponeringsförhållanden som liknar förhållandena tyngdlöshet. I sig själv, denna erfarenhet, som alla lång vistelse i rymden, vilket resulterar i ett fel i kroppen.

Om hur och varför uppfanns med hjälp av en "torr" immersion och vad forskningsresultat det tillåter dig att få, bad vi att tala med personalen IBMP RAS Kärlek Ilya Amirov och Rukavishnikov. Dessutom föreslår vi att bekanta med dagboks deltagare "dyka", som varade i fem dagar, en ingenjör och en popularizer Kosmonaut Alexander Khokhlov. Inspelningarna gjordes direkt under försöket tiden.

---

Att bo i rymden, även om väl skyddad rymdskepp, negativt påverkar hälsan hos astronauter. I rymdfärder nästan allt för kroppen främmande och fientliga - ökad strålning bakgrund, mikrogravitation, isolering, artificiell atmosfär och belysning, och monotonin i sensoriska stimuli att köra i hemlängtan. Bland dessa faktorer är specifik för endast tyngdlöshet av rymdfärder och knappast reproduceras i markförhållanden.

Vid början av en tid präglad av rymdutforskning ansågs vara den största faran är inte mikrogravitation, och överbelastning, och det är till honom aktivt förbereder astronauter. Med utvecklingen av tekniken flygningar blev mer och mer ihållande, och i juni 1970 sovjetiska kosmonauten Andrian Nikolajev och Vitaly Sevastyanov göra en första lång 18 dagars rymdfärd, set rekord under hela kontinuerlig filter, och återvände till jorden... kan inte stå och gå. Tillståndet för de astronauter var deprimerande: muskelatrofi, negativa reaktioner på den del av det kardiovaskulära systemet.

Denna situation ledde mig till två slutsatser av forskare. För det första, behovet av att utveckla förebyggande system (till exempel händer igen!) Och för det andra, att studera effekten av tyngdlöshet på människokroppen (för att förstå de grundläggande lagar inflytande tyngdlöshet). Det blev uppenbart att utan en stor mängd data om förändringarna i varje organ för att skicka astronauter i rymden är omöjligt. Men hur att studera effekten av tyngdlöshet på människokroppen utan rymden?

Nedsänkning i tyngdlöshet

Göra forskare har hittat en Solomonic lösning på detta problem - simulering av villkor för viktlöshet på jorden. Sådana simulerar rymdfärder experiment kallas modell (eller modeller), och deras effekt på kroppen som liknar effekterna av tyngdlöshet. Eftersom de viktigaste faktorer som påverkar tillståndet hos astronauter, blir fysiskt lossning, fluid skift och brist på stöd, och de utgjorde grunden för modellexperiment.

I den moderna vetenskapen, kan ingen modell experiment inte helt återskapa villkoren för tyngdlöshet, så Beroende på vad forskarna planerar att studera noga utvalda föremål för studier och experimentella modell. Ganska ofta i rollen som "ämnen" är laboratoriedjur såsom möss och råttor, men den mest värdefulla information för att ge modellen experiment på människor - frivilliga testade.

För att studera effekten av tyngdlöshet på den mänskliga kroppen, det finns flera sätt. Till exempel kan detta göras i händelsen på en parabolisk bana plan. Det är bara längden på tyngdlöshet fas i det här fallet är så liten att vi inte kan tala om de långsiktiga effekterna.

För att uppnå starkare effekter du kan bara ligga på sängen, där huvudänden kommer att utelämnas. Sängläge leder till muskelförtvining och permanenta blodet rusar till huvudet kommer att föra tillståndet i hjärt-kärlsystemet hos patienten som den för astronaut. Dock kommer att ligga har en lång tid - åtminstone flera veckor, helst flera månader.

Den mest ovanliga och samtidigt den mest ungefärliga för effekterna av nollgravitation modell - en "torr" immersion (från engelska. nedsänkning - "immersion"), där man under några dagar eller veckor nedsänkt i vatten.

Uppfinning, hjälpte följande observation modell - lång vistelse i vattnet påverkar människokroppen liknar tyngdlöshet sätt. Den första nedsänkning nedsänkning var "våt" - försökspersonerna var i poolen med färskt vatten under flera dagar.

Å ena sidan, forskare spekulerar om likheten mellan de observerade förändringarna bekräftades, men å andra sidan, på grund av ständig kontakt med vatten i människor bokstavligen började dra bort huden. Testare frivilliga hjälpte inte skyddande salva, och poolen blev svart från nasevshego dem och oxiderade talg. Även de ämnen som de inte drunknat, var det förbjudet att sova i poolen och på tull läkarna tvingades stänga deras kölvatten.

Det blev tydligt att försöket under sådana förhållanden är det omöjligt att modellera och behöver betydande förbättring. Den mest eleganta version av sin förbättring erbjöds vid Institutet för biomedicinska problem E. B. Shulzhenko och I. F. Wil Williams i början av 70-talet. Pool omfattas vattentätt tyg stort område att ämnet var helt nedsänkt i vattnet, men inte röra sidor och botten av skålen. På ytan, vilket innebär att endast huvudet och händerna i ämnet.

Den "Professor Dowell Head" -läge, under noggrann övervakning av en läkare och forskare frivilliga liv under hela experimentet. Undantaget är under kvällshygien - Smuts hålls inte högt i kurs bland forskare. Innan du somnar prov tas ut ur doppbadet, nedsänkt i pomyvochnaya brits och fördes till duschen. "Relax" tillåts inte mer än 15 minuter på en tung dags arbete. Eftersom modellen av "torr" nedsänkning tillämpas praktiskt taget oförändrad.

I rymden, ja, världen bättre

Man, långt från rymden biologi, kan det tyckas att en mer än 55-åriga historia av bemannade rymdutforskning människa i rymden studerat när och fjärran. Men detta är bara delvis sant.

Ja, de grundläggande lagarna som råkar en astronaut under flygning, är kända - i tyngdlöshet på ett annat sätt arbets hjärta och blodkärl, reducerar mängden vätska i kroppen, det finns muskelsvaghet och motor illusion. Men ingen vetenskapsman kommer att säga att alla öppna förändringar beskrivs i detalj och inte kräver ytterligare studier.

Trots att i utrymmet har besökt hundratals människor, mest omfattande biologiska undersökningar omfattar sällan mer än 15-20 astronauter. Även en sådan liten, i termer av statistisk analys, tar gruppen flera års förberedande arbete, ofta skapa en ny utrustning (lämplig för de stränga kraven i den internationella rymdstationen) och utbildning av astronauter alla nyanser i biologiska undersökningar.

Bort från rörelse i jord studierna är stillsam och mätas - vanligen under ett år i ett enda experiment kan deltar tre till fem astronauter och från starten av hypotesen att dess frukt, så att det kan ta halvt dussin år.

Många studier utförs ofta parallellt, både i rummet och i den "torra" immersion som tillåter oss att jämföra de observerade förändringarna. Till exempel är det visat att de sju dagarna av rymdfärder, och sju dagar nedsänkning orsakar liknande förändringar i det kardiovaskulära systemet i samband med förändringar i vätskebalansen i kroppen.

Nästan identiska ändringar i rymdfärder och nedsänkning inträffa med muskler: minskat sin ton och minskar strömmen. I båda fallen, att detta leder brist på stöd. Det visade sig, det stöd som behövs muskuloskeletala för normal funktion - ben ingen stötbelastningar som uppstår på jorden när man går och springer, förlorar kalcium och blir spröd. I tyngdlöshet sköra ben är inte farliga, men när du återvänder till Jorden, och i händelse av överbelastning kan orsaka skador.

I avsaknad av stödjande incitament påverkar inte bara benen utan även musklerna. När astronaut går in i ett tillstånd av tyngdlöshet, hans muskler börjar förlora sin ton, att inom några veckor och leder till funktionella förändringar. Under inflytande av den "torra" immersion, händer samma sak - från en dag för att förlora muskeltonus och styrka, och när bort från immersionstestet känns som en fisk ur vattnet.

Enkelriktade förändringar det möjligt för forskare att genomföra mer detaljerade studier på jorden, vilket frigör tid för andra uppgifter astronauter.

En annan viktig faktor för rymdfärder - en minskning av fysisk aktivitet. Trots att varje dag astronauter utföra en stor mängd arbete ganska aktivt flytta på stationer och delta i fysisk träning, belastningen på kroppen förblir väsentligt mindre jorden. Allt som de samverkar, har ingen vikt, även själva. För att uppnå målen för motorn kräver väldigt lite muskelkraft.

I samband med nedsänkning är förbjudet tester generera onödiga muskelarbete, och det var strängt övervakade forskare. I gengäld ämnet får ett kommando från 3-4 personer som utför som en djinn, deras behov och önskemål.

Det är viktigt att förstå att trots framsteg inom teknik, inte alla studier kan utföras i rymden. I modellen för "torra" dopp sådana restriktioner betydligt mindre. Till exempel, magnetisk resonanstomografi (MRT scanner i omloppsbana - låter fantastiskt!) Och transkraniell magnetisk stimulering tyngdlöshet utförs inte ens en gång, men tack vare de data som erhållits i nedsänkningen har forskarna en idé om vad som väntar i rymden.

Det finns de studier som uttalande är inte bara tekniskt svårt men medför också risker för astronaut. Till exempel minns biopsi - avlägsnande av en liten bit vävnad. Denna studie kräver sterila förhållanden erfaren kirurg drift och händer, men även med alla förhållanden det är liten chans för komplikationer. För astronauter i omloppsbana denna onödiga risker. Ändå är sådana studier genomförs i nedsänkning och inbjuder dig att utforska hemligheter extremt svårt arrangerade skelettmuskulaturen.

högre

Att berätta exakt vilka resultat som kan uppnås tack vare den "torra" modell för nedsänkning, uppehålls på en serie experiment ägnas åt studier av ryggsmärtor och öka tillväxten av astronauter under övergången till tyngdlöshet.

Ryggsmärtor inträffar i astronauter i början av flygningen, liksom i test i en "torr" immersion. Tidigare studier kunnat visa att under förhållanden av tyngdlöshet på grund av förändringar transport näringsämnen intervertebral diskar ökar och inom deras strukturer ackumulerad vätska. Dessutom kunde smärtan bero på inverkan på de känsliga rötter av ryggmärgen som ett resultat av ökningen i längd hos ryggraden.

Orsaken till dessa störningar, vilket framgår av studier som genomförts i SSC RF - IBMP RAS under ett antal år kan vara en minskning av muskeltonus, rygg extensorer. Antagandet av förekomsten av musklerna som är involverade i att upprätthålla hållning, lades fram av V. S. Gurfinkel mer 1965.

Byte av tonen i musklerna - benet extensor regelbundet registreras i tidigare modellstudier. Så det fanns skäl för att anta att under en tyngdlös miljö också minskar muskeltonus tillbaka den involverade i att upprätthålla hållning i världen (de kallas "inom"), där gravitationsbelastning får dem att stanna kvar i god form.

För att testa denna hypotes, en serie simuleringsexperiment med den "torra" nedsänkning av olika längd - från sex timmar till fem dagar. Samtidigt studerade muskeltonus tillbaka med mätning av deras tvärgående styvhet; parallella resonansorgan Vibrographs, miotonometry MRI sökte förändringar i ryggraden. Dessutom forskarna mätte höjden och arten av framväxande utvärderade smärta.

Resultaten visade att smärtan inte är relaterad till radicular smärta och är muskulös i naturen, utan strålning. Vistas under gravitations urladdning åtföljs av minskad tonen (eller tvärgående styvhet) erectors, som tillhör den grupp av postural muskler, gör det under de första timmarna och dagarna går denna process särskilt uttryck.

Dessa förändringar ledde till ökad astronaut tillväxt i mikrogravitation. I ländryggraden, enligt MRI, för att öka höjden på diskarna och jämnas lumbal lordos.

Forskningsgrupp, som använde ett medel för förebyggande, såsom kostym axiell belastning "Penguin" och hårdvara komplexa myostimulation och utvärdering av svårighetsgraden av smärta, såväl som ökade hastigheter var lägre jämfört med den grupp av "rena" nedsänkning utan användning av medel förebyggande.

Inte bara för rymden

Model "torra" immersion ganska väl återger de kosmiska störningar, men andra än så, mer och hjälper till att bekämpa vissa sjukdomar. Till exempel, dopp bad ger naturligtvis lättnad för människor med överdrivet ökad muskeltonus och hindrar dem från att till fullo röra sig.

Ta en nedsänkning bad - ett bra sätt att sänka blodtrycket. Mekanismen enligt processen är enkel: omgivnings personen klämmer vatten från blodkärlen och lymfan i det centrala perifera blodflödet, Det uppfattas av kroppen som ett överflöd av vätska och leder till dess avlägsnande (naturligt - ökad urinering) och nedre tryck. Förresten, för att uppnå denna effekt är nedsänkning inte nödvändigt att vara "torr" - kanske många har märkt att under resan börjar att vilja toaletten, och nu vet du varför.

Modellexperiment utförs i speciella medicinska eller vetenskapliga anläggningar är utrustade med unik utrustning under överinseende av högt kvalificerade forskare. För närvarande SSC RF - är IBMP RAS experimentera med hjälp av en femdagars "torr" immersion.

Intressant nog kan de förändringar som sker i kroppen nedsänkning simulera inte bara rymdfärder, men också staten senil sarcopeni - åldersrelaterad atrofi av skelettmuskulaturen. Denna nedsänkning används för första gången lågfrekventa electromyostimulation benmuskler syftar till att förhindra negativa förändringar i muskel. Studier på de unga, men detrenirovannyh prov volontärer kommer att väljas den mest effektiva protokoll av elektrisk stimulering.

Efter slutförandet av dopptestet måste passera en rad tester som utvärderar hur den förändrade muskeltonus, deras struktur, liksom den vertikala stativet och volontärer gång.

Publikationer, tillägnad medicinska och biologiska experiment i rymden och deras modellering, är sällsynta. Denna artikel ansågs endast en liten del av detta stora ämnen, bland annat hälsa astronauter ombord på stationen, satellituppskjutningar, bebodda djur, modell experiment med primater och rymdteknik vid rehabilitering av patienter.

litteratur

I. B. Kozlovskij, D. A. Maksimov, Yu I. Voronkov, MI Sund, V. N. Ardashev, IA G. Dorogan-Sushchev, IA V. Rukavishnikov. Förändringar i ländryggen och akut ryggsmärta vid exponering för 3-dagars "torr" immersion // Kremlin medicin. Clinical Gazette. — 2015. — № 2.

I. V. Rukavishnikov, LA E. Amirov, T. B. Kukoba, E. S. Tomilovskaya, IA B. Kozlovskij. Inverkan av gravitations unload tonen i musklerna i ryggen // Human Physiology. — 2017. — № 3.