Влияние невесомости на сердечнососудистую систему человека.

Наиболее важным непосредственным изменением, которое возникает у человека при попадании в состояние невесомости, является перемещение жидкости от нижних конечностей в вышележащие отделы тела.

Интересно отметить, что многие из тех изменений, которые происходят в невесомости, сходны с изменениями, возникающими при длительном пребывании в постели. В этом случае воздействие гравитации на организм сведено к минимуму из-за пребывания в горизонтальном положении. Осуществляется переход крови из вен нижних конечностей в центральный венозный пул и включаются механизмы, направленные на уменьшение объема жидкости в организме. В результате уменьшения объема циркулирующей крови у таких индивидуумов повышается склонность к ортостатической гипотензии, что часто наблюдается у пациентов, которые начинают ходить после постельного режима.

Вопросы:

1. Аппаратура для периодического медицинского контроля за ССС в полете.

2. Углубленный медицинский контроль ССС космонавта в полете.

3. Перечислить методы медицинского контроля и тренировки ССС космонавта с нагрузкой (тесты), зачем они нужны.

Исследование жидких сред организма космонавта в полете.

Система распознавания образа клетки крови.

1- оптический микроскоп

2- цветная цифровая видеокамера

3- двигатели перемещения предметного стола

4- блок управления двигателей

5- аналого-цифровой преобразователь (если нужно)

6- блок бинаризации

7- временное ЗУ (плата)

8- блок вычисления ядра клетки

9, 10- БМК с ЦАП

11- дисплей

12- печатающее устройство (если необходимо)

13- телевизионный монитор (если необходимо)

14- память БМК

15- сервис БМК

13 5 6 12

7 8 11

2 14 9 10

1 3 4 15

Структурная блок-схема «АФЭК-01» (прототип «Микровзор II»)

Рис. Схема двухуровневого распознавания форменных элементов крови.

Вопросы:

1. Как распознать

а) лейкоцит

б) эритроцит

Биохимические исследования в космосе.

См. лабораторную работу.

Пищеварение и питание в Космосе.

См. контрольную работу: Почему я питаюсь неправильно.

Кости и мышцы космонавта в условиях невесомости.

Гравитационная физиология скелетных мышц.

Для тестирования состояния мышц голени в условиях АН0Г использовали специально сконструированный актограф с подвижной педалью, смонтированной на платформе (рис.).

Рис.

Гравитационная физиология костной системы.

Основу костной ткани человека и животных составляют органические вещества, которые представлены фибриллами белка коллагена, синтезируемого остеобластами, неколлагеновыми белками или белково-углеводными комплексами (протеогликанами), выполняющими функции пространственной консолидации коллагеновой матрицы, а также минорными белками, осуществляющими помимо структурной функции роль регуляторов костеобразования (остеокальцином, фибронектином, остеопонтином и др.). Жесткость органическому матриксу кости придает минеральный компонент, который в скелете позвоночных представлен в основном гидроксиапатитом и в виде нанокристаллов встроен в фибриллы коллагена и в межфибриллярные пространства межуточного вещества кости. Костная ткань содержит 98 % всех минеральных веществ организма (Са, Р, Mg, Na), из которых 99 % приходится на долю кальция.

Таблица

Сегмент скелета		Показатель	n	M ± m
Кости черепа и шейного отдела позвоночника		МПКТ, г/см2	32	+2,21 + 0,57
		СКМ, г	32	+4,76 + 0,84
Ребра		СКМ, г	32	+1,99 + 1,36
Кости рук		СКМ, г	32	+1,30 + 1,02
Грудные позвонки		МПКТ, г/см2	31	-0,98 + 0,64
		СКМ, г	31	-3,14 + 2,57
Поясничные позвонки		МПКТ, г/см2	28	-5,89 + 0,71*
Кости таза		СКМ, г	30	-13,07 + 1,24**
Проксимальный эпифиз бедренной кости	Шейка	МПКТ, г/см2	31	-8,53 + 1,40**
	Большой вертел	МПКТ, г/см2	31	-9,33 + 1,39**
	Межвертельная область	МПКТ, г/см2	31	-7,12 + 0,85*
	Треугольник Варда	МПКТ, г/см2	31	-10,08 + 1,48*
	Суммарно по эпифизу	МПКТ, г/см2	31	-8,00 + 0,99*
Кости ног		СКМ, г	32	-2,66 + 0,39
Скелет в целом		СКМ, г	32	от -1,5 до - 3,0

Показатели	Все тело (СКМ)	Голова и шейные позвонки (СКМ)	Поясничные позвонки L1-L4 – суммарно (МПКТ)	Кости таза (СКМ)	Проксимальная бедренная кость – суммарно (МПКТ)
M ± m, %	-1,36 ± 0,33	+4,76 ± 0,84	-5,89 ± 0,71	-13,07 ± 1,24	-8,00 ± 0,99
ДИК, %	от +2,70 до -6,25	от +12,4 до -3,0	от +1,57 до -15,93	от +6,43 до -22,78	от -0,10 до -22,68
СКМ, г M ± m	-38,59 ± 9,11	+22,31 ± 3,44	-4,50 ± 0,66	-33,14 ± 3,28	-4,22 ± 0,68
n	31	32	28	30	31

Примечание. ДИК - диапазон индивидуальных колебаний.

Среднее значение потери костной массы в поясничном сегменте позвоночника за полет равнялось 5,89 ± 0,71 %, тогда как максимальное снижение МПК за полет в данном регионе позвоночника (LI - L4) составило 15,93 %, по отдельным позвонкам до 17,06 % (L4). Очень часто нормальный положительный градиент плотности позвонков был изменен, что приводило к возникновению критического или слабого места в сегменте. Поэтому необходима оценка каждого нижнегрудного и поясничного позвонка до и после полета.

В проксимальном отделе бедра наиболее важной с биомеханической точки зрения (риск перелома) является шейка бедра. Средняя потеря костной массы в этой области составляла 8,53 ± 1,4 %, но максимальное снижение мине­ральной плотности достигало 22,42 % (после 10 месяцев полета) со значимым риском травмы. В такой ситуации необходимыми являются ограничение физических нагрузок, динамическое наблюдение, включая денситометрию, и специальная терапия.

Диапазон колебаний индивидуальных изменений костной массы за полет составляет, например, для МПК поясничных позвонков от +2 до -13 % и бед­ренной кости от 0 до -20 %, для СКМ костей таза - от +7 до до -23 %.

Системы профилактики.

Система профилактики представленная комплексом средств и методов, предупреждающих развитие неблагоприятных изменений в организме человека и обеспечивающих поддержание здоровья и доста­точного уровня работоспособности космонавтов в длительных космических полетах (КП), была разработана и апробирована в ходе подготовки и реа­лизации длительных полетов на космических станциях.

В основу физической профилактики в длительных КП положено вы­полнение космонавтами на бортовых тренажерах тренировок, направленных на сохранение физической работоспособности, мышечной силы, силовой, статической, скоростной и общей выносливости. Физические тре­нировки обеспечивают:

а) поддержание хорошего состояния здоровья и высокой работоспособности членов экипажа на всех этапах полета и после его завершения;

б) профилактику нарушений деятельности сердечно-сосу­дистой системы и ортостатической неустойчивости после завершения полета;

в) сохранение структуры и функции мышц и соответственно поддержание на уровне, близком к исходному, мышечной силы, силовой, статической, ско­ростной и общей выносливости организма;

г) стабилизацию функциониро­вания систем управления движениями на уровне, достаточном для обес­печения поддержания вертикальной позы, локомоций ходьбы и бега, а также точностных характеристик произвольных движений;

д) сведение к минимуму нарушений обмена веществ (в частности, водно-солевого и минерального). Замечание: Данный параграф содержит большое количество специальных терминов. Необходимо знать, что они обозначают (курс физиологии)

Таблица Общая характеристика структуры физической тренировки в рамках микроцикла 3+1

День цикла	Преимущественная направленность	Объем нагрузки	Интенсивность нагрузки	Энергетическая стоимость, ккал
1	Сохранение скоростной вынос-	Малый	Субмакси-	380-420
	ливости, скоростно-силовых		мальная и	(1591-1758 кДж)
	качеств и ортостатической		максимальная
	устойчивости
2	Поддержание силы, силовой	Средний	Средняя и	450-500
	выносливости и ортоста-		выше средней	(1884-2093 кДж)
	тической устойчивости
3	Поддержание общей вынос-	Большой	Малая и	550-600
	ливости, координации дви-		средняя	(2303-2512 кДж)
	жений и ортостатической
	устойчивости
4	Активный отдых (упражнения	Малый	Малая	Около 150
	по желанию и выбору			(628 кДж)
	экипажа)

Бортовые средства физической тренировки

Как показали результаты сравнительных испытаний различных режимов физической тренировки, локомоторные упражнения являются наиболее эф­фективными в противодействии неблагоприятным влияниям гипокинезии и микрогравитации на человека. Тренировки выполняются на комплексных физических тренажерах УКТФ и УКТФ-2. Оба тренажера, помимо бегущей дорожки, снабжены нагрузочной системой, состоящей из притяжного устройства, индивидуального тренировочного на­грузочного костюма (ТНК-У-1М) с обувью, передвижной перекладиной и набо­ром различных по характеристикам эспандеров (длинный, средний и корот­кий). Притяжное устройство создавало постоянную статическую нагрузку (до 70 % массы тела) в направлении продольной оси тела и обеспечивало в условиях микрогравитации воспроизведение эффектов опоры с развитием опорных реакций и инерционно-ударных воздействий.

Этапы и методы физических тренировок в длительных космических полетах

Таблица

Общая характеристика физических тренировок в космических полетах

В первые 3-5 суток полета проведение физических тренировок не планируется С 6-7-х суток полета тренировки проводятся с нагрузкой до 50 % от дозировки каждого упражнения (на велоэргометре в режиме холостого хода или на уровне 700-900 кгм/мин) Выход на полную нагрузку На заключительном этапе полета физические тренировки проводятся по возможности на УКТФ 2 раза в день по одному часу

Контроль физической тренированности космонавтов

Эффективность тренировок в значительной мере определяется объемом выполняемой при них работы и особенно ее интенсивностью. Для контроля величины и интенсивности нагрузок во время ФТ на бегущей дорожке и вело­эргометре, а также качественных особенностей и соответствия структуры тренировок рекомендованным методикам в полетах на станции «Мир» и МКС 1 раз в месяц осуществляли регистрации показателей работы космонавтов на трена­жерах (с одновременной записью ЧСС) с последующим сбросом этой инфор­мации по телеметрическим системам на Землю. Также идет анализ содержания лактата в крови при выполнении тестовой нагрузки.

Таблица

Средства профилактики в длительных и сверхдлительных космических полетах

Название	Назначение
Активные средства
1. Бегущая дорожка, велотренажер, резистивные тренажеры	Поддержание общей тренированности, адекватной работоспособности, трени­ровка скоростных и силовых качеств, силовой, статической, скоростной и об­щей выносливости, структуры и функ­ции мышц, ортостатической устойчи­вости и других качеств организма
2. Координационные тренажеры с резистивными нагружателями органов управления с помощью простейших (пружины, магнитные замки) и более совершенных (гидравлика) устройств	Тренировка систем точностного управления движениями в условиях резистивной нагрузки во время отдыха и некоторых рабочих операций, психологически облегчающая выполнение нагру­зок
Пассивные средства
3. Нагрузочные костюмы с индивидузльными тензодатчиками	Создание нагрузки на опорно-двигательный аппарат и скелетную муску­латуру
4. Индивидуальный компенсатор опорной разгрузки	Создание опорной нагрузки с целью компенсации дефицита опорных раздражений
5. Электромиостимулятор	Электростимуляция мышц скелетной мускулатуры для профилактики атро­фии мышц и других мышечных нару­шений
6. Центрифуга короткого радиуса (ЦКР)	Профилактика неблагоприятных влияний невесомости в различных сис­темах организма
7. Бортовая экспертная автоматизированная система управления физическими тренировками (БЭАСУ ФТ)	Автоматизированная индивидуальная экспертная оценка физического состояния членов экипажа и управления тренировочным процессом

Неинвазивные методы изучения состояния костной ткани.

ДЕНСИТОМЕТРИЯ - метод, применяемый для диагностики снижения плотности костной ткани, позволяющий выявлять уже 2-5% потери массы кости, оценить динамику плотности костной ткани в процессе развития заболевания или эффективность лечения.

Денситометрические методики не лишены недостатка:

1. эти методики определяют лишь проекционную плотность и таким образом точность существенно зависит от толщины кости;

2. костная ткань не однородна, увеличение с возрастом количества жира в костном мозгу снижает поглощения в области измерения, что в свою очередь ведет к ухудшению точности.

Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия позволяет исследовать несколько областей осевого и переферического скелета (наибольшая информативность: поясничный отдел позвоночника и проксимальный отдел бедренной кости).

Рентгеновские лучи двух энергий делают возможным исследование и переферического и осевого скелета. Поскольку на плотность окружающих и мягких тканей программным обеспечением делается соответствующая поправка.

Рентгеновская адсорбциометрия включает в себя изучение скелета на хорошую чувствительность и специфичность, высокую точность и низкую воспроизводимость ошибки, низкую дозу облучения.

К основным преимуществам DEXA-анализа по сравнению с DPA следует отнести:

1) высокое пространственное разрешение;

2) более высокие точность и воспроиз­водимость измерений;

3) меньшее время сканирования;

4) меньшую лучевую нагрузку.

Компьютерная томография

Определенные преимущества имеет усовершенствованный метод компьютерной томографии — количественная компьютерная томогра­фия (ККТ, или QCT). Здесь используется про­грамма объемной реконструкции, например, 20 последовательных сканов, в частности поясничных позвонков, выполненных одновре­менно с калибровочным фантомом в виде тканеэквивалентных рас­творов, который размещают в поле сканирования. ККТ дает возмож­ность получать результаты в г/см³ и дифференцировать минеральную плотность кортикальной и трабекулярной структур.

Ультразвуковая денситометрия.

Методики ультразвука являются параметрическими, результаты исследования

представлены в виде количественной информации, связанной со свойствами кости: ее массой и структурой. В большинстве приборов определяется скорость ультразвука в костной ткани (м/с), отражающей ее плотность.

Метод имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих его применение в практических условиях:

1. не установлено значение Т критерия, который следует считать пороговым;

2. многие аппараты пропускают ультразвуковые волны только на кортикальном слою.

Двумерные денситометры:

В настоящее время существуют такие приборы для измерения параметров пяточной кости. В результате исследования на таком приборе врач получает УЗ тень всей пяточной кости и выбирают четкую область для проведения анализов, что значительно повышает точность воспроизводительности анализов. Все эти приборы используют водяные ванны.

Наличие механической сканирующей системы делает также эти приборы несколько более дорогими по сравнению с одноточечными.

Одноточечные сухие денситометры:

Приборы этого класса измеряют характеристики проводимости УЗ в одной области кости скелета. При этом в качестве передающей среды между УЗ датчиком и телом пациента используется специальный УЗ гель, либо на основе масла, либо на основе воды.

Обычно в качестве объекта исследования выбирается или пяточная кость или средняя часть большеберцовой кости.

Водяные одноточечные денситометры:

Эти приборы имеют характеристики проводимости УЗ в одной точке кости. При этом в качестве проводящей среды между УЗ датчиками и телом используется вода. Однако эти приборы имеют ряд недостатков:

1. чтобы исключить влияния растворимых примесей необходимо использовать дистиллированную воду;

2. в исходном состоянии вода имеет сложную полимерную структуру, которая изменяется под влиянием УЗ, что ведет к погрешностям в результатах измерения, при этом на этот процесс оказывает значительное влияние температура.

Метод	Сегмент	Воспроизводимость, %	Время, мин	Лучевая нагрузка, мЗв
Радиография	Рука	2-3	10	10-20
Монофотонная абсорбциометрия	Пяточная кость	2-3	<3	0.05
Количественная компьютерная томография	Позвоночник	1-5		0.003-0.06
Нейтронно-активационный анализ	Все тело	1-2	<1	2-20
Двухэнергетическая радионуклидная абсорбциометрия	Позвоночник Бедро Все тело	2-3 2-3 2	<3 <3 <3	0.15 0.15 0.3
Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия	Позвоночник Бедро Все тело	<1 <1 <2	<1 <1 <1	<0.01 <0.001 <0.003

В настоящее время наиболее распространенным методом диагностики остеопороза, в том числе оценки риска перелома, остается двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (DEXA). Главными преимуществами данного метода являются:

1) определение костной массы наиболее критических с биомеха­нической точки зрения зон скелета ("золотой стандарт");

2) высокая точность измерений;

3) минимальная лучевая нагрузка, позволяющая часто проводить повторные сканирования для оценки скорости потери костной массы, что существенно для определения риска перелома;

4) динамическая денситометрия позволяет регулярно оценивать эффективность лечения и корректировать его.

Вопросы:

1. Что происходит с мышцами в невесомости.

2. Когда наступает «космический остеопороз», чем он похож и чем отличается от «земного» остеопороза.

3. Как можно контролировать развитие остеопороза в условиях микрогравитации.

4. Физические, медикаментозные и др. средства купирования развития дистрофии мышц и остеопороза в условиях микрогравитации.

5. Почему мочекаменная болезнь профессиональная болезнь космонавтов после длительных полетов.

Шум и Вибрация.

Методы регистрации в полете.

Для определения шумового воздействия на экипажи используются различные шумомеры и аудиодозиметры. Акустические замеры в жилых отсеках с ЭО-3 по ЭО-13 осуществляли с помо­щью адаптированного для работы на ОС «Мир» прецизионного измерителя шума «Шумомер-2» (фирма «Роботрон», Германия), позволявшего проводить измерения эквивалентных уровней звука за периоды работы и отдыха космонавтов, получать информацию по общему уровню шума и его спект­ральным характеристикам. В период работы ЭО-14-20 те же исследования проводили с помощью модульного прецизионного шумомера (модель 2231 фирмы «Брюль и Къер», Дания), а с ЭО-25 по ЭО-28 эквивалентные уровни и индивидуальные шумовые нагрузки за дневной, ночной и суточный периоды времени определяли с помощью индивидуального аудиодозиметра шума МК-1 фирмы «Аметек» (США).¹

В ходе проведенных измерений установлено, что в жилых отсеках наиболее распространены шумы интенсивностью 60-80 дБА, которые оказывают влияние на работоспособность космонавта. Для гигиенической оценки акустических характеристик рабочих мест отдыха космонавтов использовали интегральный параметр эквивалентный (по энергии) уровень звука L eq (дБА), измеренный за определенный отрезок времени; общий уровень звука Lа (дБА) - уровень шума в реальный момент времени; уровни звукового давления L (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот в диапазоне 31,5-8000 Гц, а так­же оценивали индивидуальную шумовую нагрузку. С физической точки зрения эквивалентный уровень звука (дБА) и индивидуальная шумовая нагрузка являются аналогами, а с физиолого-гигиенической отличаются принципиально, так как эквивалентный уровень отражает среднее значение уровня шума за определенный период времени в конкретной зоне индивидуальная шумовая нагрузка характеризует суммарную энергию шума, которая воздействовала на члена экипажа при нахождении его в зонах ПКА за рабочий период времени.

При нормировании уровня звукового давления необходимо учитывать тот факт, что космонавт подвержен действию данного негативного фактора среды на протяжении всего пребывания на станции, при этом необходимо обеспечить высокую работоспособность.

В ходе эксплуатации ОС «Мир» использовалась различная аппаратура для проведения акустических измерений и применялись различные методические подходы к оценке акустической обстановки.

В период работы на ОС «Мир» ЭО-3-7 для определения распределения и накопления акустической энергии за дневной период на рабочих и спальных местах измеряли эквивалентные уровни звука на ЦП и в ККЭ через каждые 2 ч.

Средние значения эквивалентных уровней звука, измеренные за каждые 2 часа дневного периода, составили на ЦП 73,1 ± 1,07 дБА, а в ККЭ - 61,7 г 0,57 дБА. При этом необходимо отметить, что весь дневной период характери­зовался довольно высокими уровнями звука (до 80 дБА на ЦП и до 64,8 дБА в ККЭ), тогда как наименьшие значения тех же показателей отмечались крат­ковременно (ЦП - 63,8 дБА, ККЭ - 60,0 дБА). Кроме того, наблюдалась тен­денция к снижению общего уровня звука в районе ЦП в динамике от ЭО-3 к ЭО-7, что могло быть связано с проведением ряда противошумовых меро­приятий начиная с ЭО-4.

ЭО-9 эквивалентные уровни звука стали измерять за строго определенные периоды времени (дневной и ночной) для сопоставления получаемой информации по акустическим замерам с показателями нормативных документов⁶.

Было установлено, что в модулях станции на рабочих местах (ЦП и рабочий стол) средние эквивалентные уровни звука за дневной период составляли 65,4-79,3 дБА, а за ночной (спальные места) 61,4-66,1 дБА.

Нормирование акустической обстановки осуществляется ГОСТом Р50804-95 «среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате. Общие медико-технические требования». Согласно данному документу: «для проведения акустических измерений следует применять шумомеры по ГОСТ 17187 и октавные фильтры по ГОСТ 17168.», «…», «Измерения уровней шума …должны проводиться… при полете свыше 30 сут – не реже 1 раза в месяц».

Вопросы:

1.Как избавит космонавта от шума при засыпании.

2. Как уменьшить влияние шума и вибрации на борту КПА на этапе проектирования, сборки и испытания ПКА.

3. Как уменьшить влияние шума и вибрации на этапе орбитального полёта.

Список тем рефератов по курсу: Авиакосмическая медицина

1. Перегрузки, тренировки, защита, исследования.

2. Шум и вибрация в космическом полете.

3. Вопросы обитаемости лунной базы.

4. Контаминация микроорганизмов в условиях Космоса и пилотируемых космических полетов.

5. Радиационный фактор в пилотируемом космическом полете.

6. Профессиональные болезни космонавтов.

7. Космическая «болезнь движения».

8. Вопросы потери минерала костной тканью космонавта в длительном космическом полете.

9. Методы исследования клеток крови в условия космического полета.

10. Методы исследования сердечной деятельности космонавта до и после полета и в космическом полете.

11. Ионизирующее излучение и его влияние на здоровье, и работоспособность космонавта при полете к Марсу.

12. Медицинский контроль в длительном околоземном космическом полете.

13. Медицинский контроль при полете к планетам.

14. Методы оказания медицинской помощи в полете.

15. Методы оказания медицинской помощи при полете к планетам.