Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях - Ханнс-Кристиан Гунга

основании земного изучения ситуаций, когда происходят быстрые изменения объема крови в грудной клетке, многие высказывают сомнения в том, что такая взаимосвязь существует. Почему это важно? Дело в том, что существует множество заболеваний, при которых увеличение объема крови сочетается с увеличением числа эритроцитов, а патофизиологические механизмы этого пока не вполне понятны. Понимание этих состояний необходимо для того, чтобы найти отправную точку для поиска средств лечения.

Для астронавтов уменьшение числа красных кровяных клеток означает в первую очередь снижение физической работоспособности. Для того чтобы воспрепятствовать такому развитию событий, астронавты ежедневно дважды по полчаса тренируют силу и выносливость; перед возвращением на Землю эти тренировки становятся еще интенсивнее. Необходимые в повседневной жизни движения и перемещения тела, когда нет каких-то повышенных требований, например работы в открытом космосе вне пределов космической станции, практически не требуют затрат сил и энергии, вследствие чего уменьшается нагрузка на сердечно-сосудистую систему, уменьшается кровоток в мышцах да и объем вентиляции легких, то есть работа дыхания, сводятся к минимуму. Не возникают в невесомости и ортостатические нагрузки, которые на Земле в вертикальном положении действуют вдоль продольной оси тела. Сохраняется, однако, необходимость очень точно выполнять все двигательные действия, например при осуществлении стыковки. Это вызывает наибольшие трудности у астронавтов, потому что двигательные программы для работы в условиях силы тяжести заложены в мозжечке. Эти программы должны, так сказать, быть переписаны для работы в невесомости с учетом информации о положении тела и условиях генерации силы.

Здесь в наибольшей степени сказывается ограниченность наземных исследований, например исследований людей в условиях обездвиженности. В этих исследованиях на симуляторах испытуемый за счет тактильных стимулов получает дополнительную информацию о положении тела в пространстве; эта информация отсутствует в невесомости. Тем не менее наземные исследования сохраняют свою важность, поскольку адаптационные процессы в космосе в принципе сравнимы с таковыми при соблюдении строгого постельного режима. Уже в шестидесятые годы было известно, что недостаточная нагрузка на различные органы и системы органов, как то: сердце, сосуды, мышцы и скелет, наблюдается как в космосе, так и – пусть и в смягченной форме – при соблюдении строгого постельного режима в земных условиях. Для того чтобы избежать такой детренированности, то есть потери функций, астронавты вынуждены ежедневно тренироваться по специальной программе, для чего отчасти были сконструированы новые тренажерные аппараты. При этом учитывались многие аспекты тренировок – их интенсивность, объем и безопасность. Так как применение отягощений в космических тренировках бессмысленно, конструкция тренажеров предусматривает использование эластических сопротивлений, например резиновых эспандеров, электромагнитных или пневматических сопротивлений, которые астронавт должен преодолевать за счет мышечных усилий. Для упражнений на выносливость, которые особенно полезны для предупреждения детренированности сердечно-сосудистой системы, на космических станциях применяют беговые дорожки, велоэргометры и аппарат для имитации гребли. Для тренировки больших групп мышц, требующей большой силы, был недавно разработан универсальный тренажер, так называемое усовершенствованное устройство для упражнений с сопротивлением (Advanced Resistive Exercise Device, сокращенно ARED). Этот тренажер стал, можно сказать, любимым развлечением астронавтов на МКС. Работающий на ARED астронавт сидит в утробе состоящего из множества стержней аппарата, отдельные элементы которого можно перемещать ногами, спиной или руками, преодолевая внутреннее, созданное пневматическими устройствами сопротивление. В этом аппарате можно очень дозированно выполнять сгибания в коленных суставах, а также такие упражнения, как жим лежа и становая тяга, причем с соблюдением необходимых мер безопасности. С помощью этого тренажера астронавты могут упражнять практически всю мускулатуру.

Поскольку мускулатура, как и скелет, нуждается в таком стимуле в форме механической нагрузки, то говорят, что для поддержания работоспособности и структуры этих систем необходимо напряжение. В условиях невесомости эти нагрузки на мышцы и кости, как уже было сказано, снижаются до минимума, и уже через два дня пребывания в космосе начинают проявляться признаки мышечной атрофии, сопровождающиеся структурными и функциональными изменениями мышечной ткани. Эта атрофия особенно сильно выражена в позных мышцах, которые поддерживают тело в вертикальном положении под действием силы тяжести. Без применения контрмер во время коротких полетов астронавты теряют около 20 % мышечной массы, а за время длительных миссий до 50 %. Эта потеря сильнее выражена в разгибателях, чем в сгибателях. Больше других страдают мышцы ног. Возникает очень серьезная проблема, когда астронавт после долгого пребывания в условиях невесомости попадает в поле тяготения, будь то по прибытии на Луну или Марс или по возвращении на Землю. Поэтому ни в коем случае нельзя пренебрегать силовыми тренировками во время космического полета.

С изменениями в мышцах тесно связаны изменения костей скелета. Без адекватной нагрузки, без напряжения нарушится равновесие между новообразованием и разрушением костной ткани. Темп потери костной массы составляет в среднем от 1 до 3 % за месяц. В участках с минимальной нагрузкой такая потеря может составить до 10 %. Это еще раз подчеркивает большое значение последовательных тренировочных программ и соответствующих тренажеров для поддержания здоровья опорно-двигательного аппарата. В разработке подобных тренажеров большую роль играют не только спортивно-медицинские и спортивно-физиологические соображения, но и возможность воздействия тренировок на саму космическую станцию. Интенсивные тренировки приводят к сотрясениям и вибрации, что может повредить выполнению проводимых на ней экспериментов. Самой большой опасности подвергаются физические эксперименты. Поэтому следовало бы провести пилотные исследования по измерению, например, уровня вибрации. Это необходимо прежде всего в свете использования вибрационных пластин для тренировки астронавтов, в частности системы Powerplate. Эта новая технология в земных условиях показала удивительную эффективность в сохранении и усилении мышечных и костных структур. Высокочастотные вибрации стимулируют возникновение рефлексов растяжения мышц и сухожилий, для противодействия которым мышцам с такой же высокой частотой приходится напрягаться и расслабляться. Благодаря такой тренировке происходит наращивание мышечной массы, и одновременно за счет тяги, приложенной к сухожилиям, происходит стимуляция роста костей. Благоприятным побочным эффектом от воздействия вибрационных пластин может стать то, что удастся сократить время тренировок в космосе, по крайней мере для восстановления мышечных и костных структур. В настоящее время проводятся испытания дополнительных фармакологических средств, например аминокислот для стимуляции синтеза белков с целью сохранения здорового состояния мышц и костей.

Уменьшение костной массы оказывает негативное влияние не только на прочность скелета, но, за счет ускоренного разрушения костей, приводит к повышению концентрации кальция в крови, а это создает риск образования мочевых камней, которые могут стать причиной неотложного медицинского состояния на космической станции. Тот, у кого были колики на фоне отхождения желчных или мочевых камней, знает, какой мучительной может быть связанная с этим боль! Согласно нашим современным знаниям, восприятие боли, в отличие от других ощущений, не ослабевает в условиях невесомости.

Об изменении вкуса в невесомости я уже говорил, но как