реферат. Действие факторов космического полета (перегрузка, невесомость). Проявление, их механизмы
 Скачать 106 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. ГОРЬКОГО» Патологической физиологии им. проф. Н.Н. Транквилитати Реферат На тему: «Действие факторов космического полета (перегрузка, невесомость). Проявление, их механизмы» Студентка 2 курса __ группы Медико-фармацевтического факультета заочной формы обучения Донецк – 2022 К факторам, оказывающим наиболее существенное влияние на состояние организма человека в космических полетах, относятся: 1) ускорения и вызываемые ими перегрузки на активных участках полета (при взлете космического корабля и во время спуска); 2) невесомость; 3) стрессорные воздействия, в частности эмоциональные. Кроме того, на состояние космонавтов оказывают влияние изменения ритма суточной периодики, в различной степени выраженная сенсорная изоляция, замкнутая среда обитания с особенностями микроклимата, периодически некоторая запыленность искусственной атмосферы космического корабля, шум, вибрация и т.д. Воздействие ионизирующей радиации учитывается при обеспечении космических кораблей радиационной защитой, при планировании выходов человека в открытый космос. Ускорения, перегрузки. Ускорения выражены в начале полета при взлете космического корабля и в конце полета при спуске корабля с орбиты (вхождение в плотные слои атмосферы и приземление). Ускорение - векторная величина, характеризующая быстроту изменений скорости движения или направления движения. Величина ускорения выражается в метрах в секунду в квадрате (м/с2). При движении с ускорением в противоположном направлении действует сила инерции. Для ее обозначения применяется термин «перегрузка». Величины перегрузок, как и величины ускорений, выражаются в относительных единицах, обозначающих во сколько раз при данном ускорении возрастает вес тела по сравнению с весом в условиях обычной земной гравитации (в условиях статического покоя или равномерного прямолинейного движения). Величины ускорений и перегрузок обозначают буквой G - начальная буква слова «гравитация» (притяжение, тяготение). Величина земной гравитации принимается за относительную единицу. При свободном падении тела в безвоздушном пространстве она вызывает ускорение 9,8 м/с2. При этом в условиях земного притяжения сила, с которой тело давит на опору и испытывает противодействие со стороны ее, обозначается как вес. В авиационной и космической медицине перегрузки различают по ряду показателей, в том числе по величине и длительности (длительные - более 1 с, ударные - менее 1 с), скорости и характеру нарастания (равномерные, пикообразные и т. д.). По соотношению вектора перегрузки к продольной оси тела человека различают продольные положительные (в направлении от головы к ногам), продольные отрицательные (от ног к голове), поперечные положительные (грудь - спина), поперечные отрицательные (спина - грудь), боковые положительные (справа налево) и боковые отрицательные (слева направо). Значительные по величине перегрузки обусловливают перераспределение массы крови в сосудистом русле, нарушение оттока лимфы, смещение органов и мягких тканей, что в первую очередь отражается на кровообращении, дыхании, состоянии центральной нервной системы. Перемещение значительной массы крови сопровождается переполнением сосудов одних регионов организма и обескровливанием других. Соответственно изменяются возврат крови к сердцу и величина сердечного выброса, реализуются рефлексы с барорецепторных зон, принимающих участие в регуляции работы сердца и тонуса сосудов. Здоровый человек наиболее легко переносит поперечные положительные перегрузки (в направлении грудь-спина). Большинство здоровых лиц свободно переносят в течение одной минуты равномерные перегрузки в этом направлении величиной до 6-8 единиц. При кратковременных пиковых перегрузках их переносимость значительно возрастает. При поперечных перегрузках, превышающих предел индивидуальной переносимости, нарушается функция внешнего дыхания, изменяется кровообращение в сосудах легких, резко учащаются сокращения сердца. При возрастании величины поперечных перегрузок возможно механическое сжатие отдельных участков легких, нарушение кровообращения в малом круге, снижение оксигенации крови. При этом в связи с углублением гипоксии учащение сокращений сердца сменяется замедлением. Более тяжело по сравнению с поперечными переносятся продольные перегрузки. При положительных продольных перегрузках (в направлении от головы к ногам) затрудняется возврат крови к сердцу, уменьшается кровенаполнение полостей сердца и, соответственно, сердечный выброс, снижается кровенаполнение сосудов краниальных отделов тела и головного мозга. На снижение артериального давления в сонных артериях реагирует рецепторный аппарат синокаротидных зон. В результате возникает тахикардия, в ряде случаев появляются нарушения ритма сердца. При превышении предела индивидуальной устойчивости наблюдаются выраженные аритмии сердца, нарушения зрения в виде пелены, нарушения дыхания, появляются боли в эпигастральной области. Переносимость продольных положительных перегрузок в большинстве случаев находится в пределах 4-5 единиц. Однако уже при перегрузке в 3 единицы в некоторых случаях возникают выраженные аритмии сердца. Еще более тяжело переносятся продольные отрицательные перегрузки (в направлении ноги - голова). В этих случаях происходит переполнение кровью сосудов головы. Повышение артериального давления в области рефлексогенных зон сонных артерий вызывает рефлекторное замедление сокращений сердца. При этом виде перегрузок аритмии сердца в некоторых случаях отмечены уже при ускорениях величиной 2 единицы, а продолжительная асистолия- при ускорении величиной 3 единицы. При превышении пределов индивидуальной устойчивости возникают головная боль, расстройства зрения в виде пелены перед глазами, аритмии сердца, нарушается дыхание, возникает предобморочное состояние, а затем происходит потеря сознания. Переносимость перегрузок зависит от многих условий, включая величину, направление и длительность ускорений, характер их нарастания, положение тела человека и его фиксацию, тренированность, индивидуальную реактивность и т. д. Условия полетов современных космических кораблей, оптимальное положение космонавта по отношению к вектору ускорений позволяют избегать неблагоприятных влияний перегрузок, однако их воздействие возрастает в аварийных ситуациях и при так называемых внештатных условиях посадки. Невесомость. Исследование влияния невесомости на организм человека - одно из наиболее интенсивно развивающихся за последние два десятилетия направлений современной гравитационной биологии (науки о влиянии земного притяжения на развитие жизни, формирование структур и функций организма, влиянии измененной гравитации на течение адаптационных процессов в норме и в экстремальных условиях). Состояние невесомости возникает в определенных условиях. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: m1m2 F = G ---------------- . r2 Основоположник современной науки о космических полетах К. Э. Циолковский определял невесомость как состояние, в котором силы земного притяжения «совсем не действуют на наблюдаемые тела или действуют на них весьма слабо...». Состояние невесомости может возникнуть в различных ситуациях, в частности, когда в космическом пространстве в связи с большой удаленностью от Земли тело практически не испытывает земного притяжения или когда сила земного притяжения уравновешивается притяжением других небесных тел (статическая невесомость). В других случаях невесомость возникает в условиях, когда действие силы земного притяжения (снижение в связи с удаленностью от Земли) уравновешивается противоположно направленными центробежными силами (дина-мическая невесомость). В орбитальном космическом полете тела движутся в основном под влиянием инерционной силы (за исключением непродолжительных периодов времени работы реактивных двигателей для коррекции траектории полета). В орбитальном полете инерционная сила уравновешивается силой притяжения Земли. Это определяет состояние невесомости космического корабля и всех движущихся с ним объектов. Невесомость обозначают также как состояние «нулевой гравитации». В невесомости организм, освободившись от действия гравитации, должен приспособиться к новым необычным условиям, что определяет сложный многозвеньевой адаптационный процесс. В связи с нулевой гравитацией в невесомости сразу исчезает механическое напряжение и сдавливание структур тела в той мере, в которой это было обусловлено его весом, и соответственно изменяется нагрузка на опорно-двигательный аппарат: исчезает вес крови и, следовательно, гидростатическое давление жидкости в кровеносных сосудах; возникают условия для существенного перераспределения крови в сосудистом русле и жидкости в организме; исчезает ощущение опоры; меняются условия функционирования реагирующих на направление силы тяжести анализаторных систем; происходит рассогласование деятельности различных отделов вестибулярного анализатора. Этими изменениями определяются многие взаимосвязанные отклонения в состоянии функциональных систем, сопровождающиеся развитием адаптационных процессов, которые протекают на различных уровнях целостного организма со сменой причинно-следственных отношений. Изменения кровообращения в невесомости обусловлены несколькими факторами. В условиях земной гравитации транспорт жидкости через стенки капилляров согласно уравнению Старлинга определяется соотношениями гидростатического и коллоидно-осмотического давления в капиллярах и окружающих их тканях. При этом во многих регионах организма, по мере того как гидростатическое давление снижается по направлению от артериального конца капилляра к венозному, фильтрация жидкости из сосудов в ткани сменяется ее реабсорбцией из тканей в сосуды. Соответственно изменяются фильтрационно-реабсорбционные соотношения на микроциркуляторном уровне. Это проявляется в возрастании абсорбции жидкости на уровне капилляров и венул и является одним из факторов, вызывающих в начале полета возрастание объема циркулирующей крови и обезвоживание тканей определенных регионов организма (преимущественно ног). Высота столба жидкости перестает оказывать влияние на давление и в мелких и в крупных кровеносных сосудах. В условиях невесомости оно зависит от нагнетательной и присасывающей функций сердца, упруговязких свойств стенок сосудов и давления окружающих тканей. В невесомости различия венозного давления в сосудах предплечий и голеней сглаживаются. Предположение о повышении центрального венозного давления в полетах не подтвердилось. Более того, оказалось, что в условиях невесомости оно снижается. Исчезновение веса крови облегчает ее движение из вен нижней половины тела к сердцу. Наоборот, отток крови из вен головы, ранее в наземных условиях облегчавшийся действием гравитации, в условиях невесомости оказывается существенно затрудненным. Это вызывает увеличение объема крови в сосудах головы, отечность мягких тканей лица, а также ощущение распирания головы, в некоторых случаях головную боль в первые дни полета (так называемый период острой адаптации). В ответ на эти нарушения возникают рефлексы, изменяющие тонус сосудов головного мозга. Перераспределение крови в сосудистом русле, изменение венозного возврата, исчезновение такого существенного фактора, как гидростатическое давление, снижение общих энергозатрат организма - все это влияет на работу сердца. В условиях невесомости изменяется соотношение нагрузки на левые и правые отделы сердца. Это находит отражение в ряде объективных показателей изменений фазовой структуры сердечного цикла, биоэлектрической активности миокарда, диастолическом кровенаполнении полостей сердца, а также в переносимости функциональных проб. В связи с перераспределением крови в сосудистом русле центр тяжести тела смещается в краниальном направлении. В раннем периоде пребывания в невесомости существенное перераспределение крови в сосудистом русле и изменение кровенаполнения полостей сердца воспринимаются афферентными системами организма как информация об увеличении объема циркулирующей крови и вызывают рефлексы, направленные на сброс жидкости. Изменения водно-электролитного обмена в раннем периоде пребывания в невесомости объясняются преимущественно уменьшением секреции АДГ и ренина, а затем и альдостерона, а также увеличением почечного кровотока, возрастанием клубочковой фильтрации и снижением канальцевой реабсорбции. В опытах на животных отмечено, что в условиях, моделирующих невесомость, уменьшаются величина так называемой тощей безжировой массы тела и содержание воды в организме, в мышцах возрастает содержание натрия и уменьшается содержание калия, что, возможно, является следствием изменений микроциркуляции. В невесомости исчезает нагрузка на позвоночник, прекращается давление на межпозвоночные хрящи, становятся ненужными статические усилия антигравитационных мышц, противодействующие силам земного притяжения и позволяющие на Земле удерживать положение тела в пространстве, снижается общий тонус скелетной мускулатуры, уменьшаются усилия на перемещение как собственного тела, так и утративших вес предметов, изменяется координация движений, характер многих стереотипных в наземных условиях двигательных актов. Космонавт успешно адаптируется к новым условиям мышечной деятельности в невесомости. У него формируются новые двигательные навыки. Во время космических полетов осуществляются тщательно разработанные профилактические тренировки с использованием велоэргометров, упражнений на бегущей дорожке и т. д. В отсутствие этих профилактических мероприятий длительное пребывание в невесомости может вызвать изменения структуры и функции костно-мышечной системы. Как известно, костная ткань отличается высокой пластичностью и чувствительностью к регуляторным влияниям и изменениям нагрузок. Одним из факторов, влияющих на структуру костей, является механическая нагрузка. При сжатии и напряжении кости в ее структуре возникает отрицательный электрический потенциал, стимулирующий процесс костеобразования. При снижении нагрузки на кости генез возникающих нарушений связан не только с местными изменениями, но и зависит от генерализованных нарушений обменных и регуляторных процессов. При отсутствии нагрузки на кости скелета отмечаются снижение минеральной насыщенности костной ткани, выход кальция из костей, генерализованные изменения белкового, фосфорного и кальциевого обмена и т. д. С изменением состояния костной ткани и снижением ее минеральной насыщенности в условиях невесомости и гипокинезии связывают общие потери кальция. Длительное снижение нагрузки на скелетную мускулатуру (в случае недостаточности профилактических мер) вызывает атрофические процессы, а также отражается на энергообмене, общем уровне метаболических процессов и состоянии регуляторных систем, в том числе на тонусе высших вегетативных центров головного мозга. Известно, что релаксация мышц сопровождается снижением тонуса вегетативных центров гипоталамуса. Под влиянием невесомости снижается потребление кислорода тканями, в мышцах уменьшается активность ферментов цикла Кребса и сопряженность процессов окислительного фосфорилирования, возрастает содержание продуктов гликолиза. Стрессорные воздействия. В условиях космического полета человек подвергается стрессам, в основе которых лежит комбинация ряда воздействий, в частности резкие изменения влияния гравитационных сил, а именно: переходы от земной гравитации к гипергравитации в начальном периоде космического полета в связи с ускорениями при взлете корабля, переход от гипергравитации к нулевой гравитации во время орбитального полета и возвращение снова через гипергравитацию к земной гравитации при завершении полета. Стрессы, вызванные резкими изменениями влияния гравитации (в основном пребывание в условиях нулевой гравитации), комбинируются со стрессами, вызванными эмоциональным напряжением, напряжением внимания, интенсивными нагрузками и т. д. К числу стрессорных воздействий относят также факторы, вызывающие космическую болезнь движения. Космическая форма болезни движения, имеющая определенное сходство с морской болезнью, проявляется у части космонавтов на протяжении первых дней полета. В условиях невесомости при быстрых движениях головой наблюдаются симптомы дискомфорта, головокружение, бледность кожных покровов, слюнотечение, выделение холодного пота, изменение частоты сокращений сердца, подташнивание, рвота, изменение состояния центральной нервной системы. Из многих причин, вызывающих болезнь движения, первое место отводится изменениям гемодинамики, в том числе микроциркуляции в сосудах головного мозга. Согласно современным данным, в генезе космической формы болезни движения существенную роль играют частичное выпадение и рассогласование информации, поступающей от различных анализаторных систем, обеспечивающих пространственную ориентацию, в том числе рассогласование информации от различных структур вестибулярного аппарата (в условиях невесомости сохраняется функция полукружных каналов, реагирующих на угловые ускорения при быстрых движениях головы, и выпадает функция отолитов) и несоответствие текущей (необычной в условиях невесомости) информации стереотипам, хранящимся в долговременной памяти центральной нервной системы на уровне коры и подкорковых структур головного мозга. В большинстве случаев космонавты сравнительно быстро адаптируются к факторам, вызывающим болезнь движения, и ее проявления исчезают по прошествии первых трех суток полета. В ранние сроки полета изменения состояния сенсорных систем могут сопровождаться нарушениями пространственной ориентации, иллюзорными ощущениями перевернутого положения тела, трудностями координации движения. Начиная с раннего детского возраста в формировании и реализации программ произвольных локомоторных актов участвуют многие структуры центральной нервной системы, в том числе кора головного мозга, лимбическая и стриарная системы, ретикулярная формация среднего мозга, мозжечок и др. Долговременная память обеспечивает хранение в структурах головного мозга, в том числе в лимбической системе, программ координированных движений. В период острой адаптации к невесомости во время двигательных актов имеет место рассогласование измененной афферентации с программами, хранящимися в долговременной памяти. Это создает конфликтные ситуации, а необходимость экстренной перестройки программ требует напряжения компенсаторных механизмов и является одним из звеньев процесса адаптации к невесомости. В целом период острой адаптации к невесомости может быть охарактеризован как стрессорная реакция на комбинированный комплекс специфических (нулевая гравитация) и неспецифических (эмоциональное напряжение в условиях высокой мотивации, интенсивные нагрузки, измененные суточные ритмы) факторов, усугубляющаяся изменениями регионарного кровообращения, особенно в сосудах головы. После космических полетов отмечается снижение эритроцитарной массы. Восстановление гематологических показателей происходит в течение 1,5 мес после завершения полета. Эти сдвиги объясняются компенсаторным уменьшением объема циркулирующей крови в полетах и значительно более быстрым восстановлением объема плазмы крови, чем массы эритроцитов после полетов. Кроме того, эти изменения в невесомости предположительно связывают с уменьшением мышечной массы тела и компенсаторной реакцией, направленной на увеличение кислородного запроса тканей. Факторы космического полета оказывают влияние на иммунологическую реактивность организма. После космических полетов, превышающих 30 сут, как правило, отмечается снижение функциональной активности клеточных популяций, относящихся к Т-системе иммунитета, и в некоторых случаях появляются признаки сенсибилизации к аллергенам микробной и химической природы. Эти изменения, по-видимому, могут рассматриваться как следствие перестройки системы иммунитета в процессе адаптации к комплексу факторов полета, включающих невесомость, дополнительные стрессы, пребывание в гермообъеме с искусственным климатом. Данные изменения повышают степень риска возникновения инфекционных и аллергических заболеваний. Таким образом, пребывание в условиях невесомости вызывает перестройку функционального состояния организма на различных уровнях его организации. Течение процессов адаптации четко прослеживается и в наземных исследованиях, моделирующих влияние факторов космического полета на организм. В условиях строгого постельного режима (гипокинезии) в антиортостатическом положении, при котором головной конец кровати спущен под углом - 40 к горизонтальной плоскости, наблюдаются изменения, имеющие сходство с возникающими в невесомости. Более того, эти изменения в условиях наземного моделирования в случае отсутствия профилактических мероприятий могут быть даже более выражены, чем в космических полетах. Они проявляются в виде: 1) изменений системной гемодинамики, снижения нагрузки на миокард, детренированности сердечно-сосудистой системы, в частности веномоторных рефлексов, ухудшении переносимости ортостатических проб; 2) изменений регионарного кровообращения, особенно в бассейнах сонных и вертебральных артерий, в связи с затруднениями венозного оттока из сосудов головы и соответствующими преимущественно компенсаторными изменениями регуляции сосудистого тонуса; 3) изменения объема циркулирующей крови и уменьшения эритроцитарной массы; 4) изменений водно-электролитного обмена, выражающихся, в частности, в явлениях потери калия; 5) изменений состояния центральной нервной системы и вегетативно-сосудистых сдвигов, явлений вегетативной дисфункции и астенизации; 6) частичной атрофии мышц и нервно-мышечных нарушений, выражающихся в уменьшении упругости мышц, снижении их электровозбудимости и показателей работоспособности; 7) разбалансированности регуляторных систем. В условиях антиортостатической гипокинезии прослеживается стадийность адаптационных процессов. На примере кровообращения видно, что адаптация наиболее быстро и совершенно осуществляется на уровне системной гемодинамики, менее активна она на уровне регионарного кровообращения, в частности в бассейне сонных артерий, и еще более заторможена на уровне микроциркуляции. В условиях антиортостатической гипокинезии изменяется микроциркуляция. Например, в сосудах бульбоконъюнктивы глаза снижается количество перфузируемых капилляров, изменяется соотношение диаметра артериол и венул; в сосудах глазного дна наблюдаются застойные явления. В отличие от системной гемодинамики компенсаторные изменения в системе микроциркуляции начинают прослеживаться в сравнительно поздние сроки гипокинезии. Под влиянием гипокинезии существенно возрастают предрасположенность к возникновению эмоциональных стрессов и выраженность их вегетативных (сердечных и сосудистых) проявлений с аритмиями сердца и гипертензивными реакциями. В космических полетах возникновение этих изменений удается предупредить с помощью системы профилактических мероприятий. Вместе с тем при снижении требований к здоровью космонавтов или внимания к осуществлению профилактических мероприятий отчетливо возрастает фактор риска. Реадаптация. При завершении полета переход от нулевой гравитации к перегрузкам во время спуска и возвращение к земной гравитации с момента приземления сочетаются со значительным эмоциональным напряжением и являются, по существу, комбинированным стрессом, протекающим в условиях напряженных адаптационных реакций. При этом изменения состояния организма отражают динамику адаптационных и стрессорных реакций. В период реадаптации прекращается действие факторов, вызывавших в невесомости дегидратацию, перераспределение крови в сосудистом русле и т. д. Одновременно возникает необходимость экстренной мобилизации адаптационных механизмов, обеспечивающих нормальное функционирование организма в условиях земной гравитации. В ближайшее время после завершения полета проявляются некоторая детренированность сердечно-сосудистой системы, остаточные нарушения микроциркуляции в сосудах головы, изменения реактивности организма и состояния его регуляторных систем. Кровообращение быстро адаптируется к земной гравитации. В частности, после многомесячных полетов застойные явления в области глазного дна и признаки перипапиллярного отека сетчатки глаза исчезают в течение первой недели после окончания полета. После космических полетов продолжительностью до 14 сут отмечено возрастание активности гипоталамо-гипофизарной и симпатоадреналовой систем. После полетов, продолжавшихся от 2 до 7 мес, обнаружено повышение активности симпатоадреналовой системы при отсутствии признаков повышения активности гипоталамо-гипофизарной системы. Так, после многомесячных полетов характерно возрастание секреции адреналина (максимально в первые сутки) и норадреналина (максимально на 4-5-е сут после приземления) при неизменной концентрации АКТГ, ТТГ, СТГ, циклических нуклеотидов в крови и сниженной концентрации простагландинов прессорной группы и активности ренина плазмы в эти сроки. Соотношения гормонального и медиаторного обмена являются одним из показателей некоторой разбалансированности регуляторных систем организма. В связи со снижением ортостатической устойчивости и измененным стереотипом двигательных актов космонавтам в первые часы после приземления трудно находиться в вертикальном положении и передвигаться без посторонней помощи. В результате адаптационной перестройки быстро восстанавливается стереотип двигательных актов, нормализуются обменные процессы, состояние регуляторных и исполнительных систем организма. Таким образом, проблемы, разрабатываемые современной космической медициной, охватывают широкий круг вопросов, включающих выяснение механизмов адаптации человека к действию факторов полета в невесомости, механизмов реадаптации при возвращении к условиям земной гравитации, совершенствование эффективности управления этими процессами. Список использованной литературы: Литвицкий, П.Ф. Патофизиология. В 2-х т.Т. 1. Патофизиология: Учебник / П.Ф. Литвицкий. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 624 c. Цыган, В.Н. Клиническая патофизиология. Т.2 / В.Н. Цыган. - СПб.: Спецлит, 2018. - 495 c. Воложин, А.И. Патофизиология: В 3 т.Т. 3: Учебник / А.И. Воложин. - М.: Академия, 2014. - 528 c. Патофизиология. В 3 т. Т. 1 / Под ред. Воложина А.И.. - М.: Academia, 2018. - 384 c. Зайчик, А.Ш. Патофизиология. В 3 т. Т. 1. Общая патофизиология (с основами иммунопатологии) / А.Ш. Зайчик, Л.П. Чурилов. - СПб.: Элби, 2008. - 656 c. |