Космическая медицина: о жизни обычного человека в необычном

Космическая медицина: о жизни обычного человека в необычном космосе Факультет фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова Клуб «Будущий доктор» Пылаева Екатерина Алексеевна, врач-кардиолог, аспирант ФГБУ РКНПК МЗ РФ, [email protected]

Немного истории… Первые попытки запуска живых существ в космос – с 1948 года. 20 сентября 1951 года – первый удачный запуск ракеты с живыми существами на борту (обезьяна, 11 мышей), которые выжили. Не орбитальный полёт, но показал безопасность для жизни перегрузок при взлёте и посадке. Первый орбитальный полёт (первый искусственный спутник Земли) – 4 октября 1957 года (СССР).

Немного истории… Второй искусственный спутник с собакой Лайкой на борту был запущен 3 ноября 1957 года. Собака умерла через 5-7 часов от начала полёта от стресса и перегрева. Полёт Белки и Стрелки 19 августа 1960 года (СССР) показал безопасность орбитальных полётов для жизни.

Человек в космосе Первый полёт человека в космос – Юрий Гагарин 12 апреля 1961 года (СССР). Первый выход человека в открытый космос – Алексей Леонов 18 марта 1965 года (СССР). Первая прогулка по Луне - Нил Армстронг 20 июля 1969 года (США).

Факторы космического полёта Шумовое воздействие Ускорения (перегрузки) Вибрации Отсутствие кислорода и атмосферного давления Микрогравитация Радиация

Перегрузки Перегрузка - величина, показывающая, во сколько раз увеличивается вес тела при данном ускорении. При взлёте ускорения достигают 5g, при посадке - 3-8g, а в случае неполадок могут превышать 20g. Последствия определяются продолжительностью, величиной, скоростью нарастания перегрузки, направлением вектора перегрузки (продольные и поперечные, от ног к голове и от головы к ногам), исходным функциональным состоянием организма

Перегрузки Перераспределение крови и лимфы в организме, изменение давления жидкостей, деформация и смещение внутренних органов. Нарушение кровообращения органов, особенно головного мозга (расстройства зрения и помутнение сознания), нарушение импульсации с рецепторов.

Микрогравитация («невесомость») Невесомость: свободное падение МКС на Землю под действием гравитации (силы тяжести), которое уравновешивается центробежной силой из-за движения станции по круговой орбите. «Настоящая» микрогравитация (10-6 g ) – на расстоянии 6,37 миллионов км от Земли.

«1g mentality» Около 4 млрд лет жизнь существует на Земле в условиях 1g, поэтому все живые организмы наиболее приспособлены к существованию именно в этих условиях… Человечество использует гравитацию во всех сферах жизни, даже не задумываясь об этом.

Вестибулярный аппарат и органы чувств Структуры внутреннего уха: - Лабиринт (часть органа слуха), - Полукружные канальцы, заполненные жидкостью, в которой колеблются реснички чувствительных клеток (повороты головы), - Отолитовый орган - полость, заполненная гелем, в котором находятся свободно плавающие кристаллы солей кальция (линейные ускорения и гравитация)

Вестибулярный аппарат и органы чувств Работа всех органов чувств координируется головным мозгом. Из-за «выключения» отолитового органа в условиях «невесомости» возникает «сенсорный конфликт» между органами чувств. Большую роль приобретает зрение.

Дезориентация, слабость, иллюзии движения, тошнота, головная боль, усиливающиеся при движении и поворотах головы. Адаптация происходит в течение 3-4 дней. Космическая болезнь движения

Реориентация: в первые дни на МКС астронавты стараются держаться ногами к земле, так привычнее…

Реориентация: … потом привыкают. Где ноги – там и низ.

На Земле: «Включение» вестибулярного аппарата вновь вызывает «сенсорный конфликт», однако все нарушения координации быстро проходят. Кроме одного – привычки оставлять вещи висящими в воздухе…

Сердечно-сосудистая система Тело человека на 2/3 состоит из жидкости (внутрисосудистой, межклеточной, внутриклеточной). Под действием силы тяжести жидкость стремиться перераспределиться в нижнюю половину тела. В процессе эволюции сформировались механизмы, препятствующие этому, и помогающие сердцу перекачивать кровь: клапаны вен, работа окружающих мышц, поддержание тонуса артерий и др.

Сердечно-сосудистая система А в условиях микрогравитации уже ничто не держит жидкость внизу, и она перераспределяется равномерно. В итоге, в верхней половине тела оказывается на 1-2 л жидкости больше, чем на Земле: лицо отекает (отёк слизистых оболочек – «космический насморк»), ноги уменьшаются в объёме.

Сердечно-сосудистая система Регуляторные механизмы (рецепторы в аорте и сонных артериях) воспринимают такое перераспределение крови как «переполнение» сосудов, и включается активное выведение жидкости почками. Уменьшаются препятствия работе сердца, поэтому его насосная функция постепенно ослабевает, уменьшается толщина миокарда («за ненадобностью»). На орбите эти изменения почти не влияют на самочувствие…

Сердечно-сосудистая система: на Земле Нарушение регуляции сосудистого тонуса – ортостатическая (в вертикальном положении) гипотензия вплоть до потери сознания. Уменьшение насосной функции сердца. Полное восстановление – несколько месяцев.

Опорно-двигательный аппарат Антигравитационные кости – нижние конечности и позвоночник В первые дни – удлинение позвоночника (увеличение роста и боли в спине). Затем – непрерывная потеря костной массы.

Опорно-двигательный аппарат Антигравитационные мышцы – разгибатели (4х главая мышца бедра, мышцы спины).

Опорно-двигательный аппарат * Атрофия мышц голени - справа В отсутствие нагрузок – уменьшение синтеза белка. В результате - потеря мышечной массы, уменьшение силовых и скоростных характеристик мышц.

Опорно-двигательный аппарат Потеря тонуса покоя мышц-разгибателей приводит к тому, что в условиях невесомости отсутствует вертикальная поза, человек приобретает позу "усталой обезьяны".

Всеми силами препятствовать адаптации! Разработаны методы борьбы с адаптацией к микрогравитации: - введение солевых растворов, - отрицательное давление на нижнюю половину тела («присасывающие» штаны), - фармакологические агенты, - тренировки, - стимуляция проприорецепторов.

Всеми силами препятствовать адаптации!

Опорно-двигательный аппарат: на Земле

Мочеполовая система Нарушение минерального обмена приводит к усилению выделения с мочой кальция и фосфатов, что увеличивает риск образования камней в почках и кальцификации мягких тканей.

Кровь и иммунная система Уменьшение объёма внутрисосудистой жидкости приводит к уменьшению выработки эритропоэтина и уменьшению количества эритроцитов (анемия). Также уменьшается содержание лейкоцитов и иммуноглобулинов плазмы (угнетение иммунитета).

Излучение * Электромагнитное излучение * Частицы (электроны, протоны, ядра гелия и др.) - процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц

Космическое излучение: Галактические лучи, солнечный ветер, солнечные вспышки

Ионизирующее излучение Вторичное излучение

Ионизирующее излучение Излучение, а также вторичные частицы (свободные ионы и свободные радикалы) вызывают повреждение белков и мембран, нуклеиновых кислот

Эффекты: * Ранние (острые) – лучевая болезнь * Поздние (отсроченные) – опухоли, мутации, катаракта

Защита от излучения Экранирование корабля, индивидуальная защита, полноценное питание, приём витаминов и антиоксидантов

Баротравма, декомпрессионная болезнь Баротравма возникает при быстром перепаде атмосферного давления, когда воздух в полостях тела находится под одним давлением, а снаружи оно значительно отличается (при открытии люков на МКС) Разрыв лёгкого при баротравме

Декомпрессионная болезнь - следствие перехода газов крови и тканей из растворенного состояния в газообразное в результате понижения окружающего атмосферного давления. Образующиеся при этом вне- и внутрисосудистые газовые пузырьки нарушают нормальное кровообращение, раздражают нервные окончания, деформируют и повреждают ткани организма. Баротравма, декомпрессионная болезнь

Микробиологическое загрязнение Бактерии, грибы, вирусы, простейшие. Человек на МКС "теряет" до 40 млрд бактерий ежедневно, главным образом, с поверхности кожи, и их "находят" другие члены экипажа. Факторы, увеличивающие риск инфекционного заболевания: 1. Утолщение клеточной стенки и увеличение скорости деления микроорганизмов в условиях микрогравитации. 2. Снижение иммунитета. 3. Замкнутое пространство.

Микробиологическое загрязнение Профилактика: 1. Отбор полностью здоровых членов команды, карантин перед полётом, обследование членов семей. 2. Обязательная очистка жидкостей (кипячение) и поверхностей на МКС, регулярная уборка. 3. Изготовление и упаковка продуктов питания в асептических условиях. 4. Использование антикоррозийных материалов, антигрибковые покрытия. 5. Контроль чистоты воздуха на станции.

Чрезвычайные ситуации на борту

Чрезвычайные ситуации на борту Требования, предъявляемые к медицинскому оборудованию: удобство эксплуатации, безопасность, возможность работы в условиях космического полёта, масса (стоимость доставки на орбиту 1 кг составляет 20,000$). Требования к лекарственным средствам: широкий круг показаний, возможность использования в комбинациях друг с другом, стабильность химических соединений в условиях космоса и эффект в отношении ряда заболеваний, наиболее часто возникающих на МКС.

Неотложная помощь в невесомости

Гигиена в космосе что-либо сложно намочить…

Гигиена … и так же сложно выжать

Гигиена и даже поплакать нормально не получается!

Питание: пища астронавта должна быть быстрой в приготовлении, лёгкой, неподверженной микробному заражению, калорийной, полезной и вкусной. Всё просто!

Питание: Яблочный пирог - угощение от экипажа шаттла http://www.youtube.com/watch?v=Ovw-ltcINEI

Сон: так как в условиях микрогравитации нет силы, сдавливающей мягкие ткани воздухоносных путей, астронавты в космосе не храпят… А чтобы создать привычные условия сна, «на ночь» приходится пристёгиваться.

Психологические проблемы Фактор длительной изоляции в маленьком замкнутом помещении, усталость.

Литература: Космическая физиология и медицина. Учебное пособие.- М.: Фирма "Слово", 1998 Legner K. Humans in space and space biology. United Nations Office for Outer Space Affairs, Vienna, 2003. http://www.mainsgate. com/spacebio/general/resources/humansandspacebio.pdf Stewart LH et al. Emergency medicine in space. The Journal of Emergency Medicine, Vol. 32, No. 1, pp. 45–54, 2007 NASA http://www.nasa.gov/externalflash/HRP_Feature/ Канадское космическое агентство http://www.asc-csa.gc.ca/eng/default.asp Роскосмос http://www.federalspace.ru/ Chris Hadfield

Благодарю за внимание!