Организм человека обладает уникальной спо­собностью адаптироваться к значительным коле­баниям окружающей среды. В этой и предыдущей главе мы рассмотрели адаптационные реакции организма на жару, холод, влажность, условия по­вышенного и пониженного атмосферного давле­ния. Теперь мы рассмотрим необычные условия, в

Пребывание под водой

Серия проектов "СИЛЭБ", осуществлен­ных военно-морскими силами США, позво­лила находиться на глубине 60 — 260 м до 30 дней. Для обеспечения столь продолжитель­ного пребывания под водой была разработа­на специальная методика, получившая на­звание насыщенного погружения. Она осно­вана на том, что на данной глубине количество метаболически неактивных газов (таких, как азот), которые могут растворять­ся в тканях организма, ограничено. Во вре­мя пребывания в течение 24 ч в условиях повышенного давления газов ткани организ­ма насыщаются азотом. После завершения насыщения ткани больше не поглощают зна­чительное количество азота, независимо от продолжительности пребывания на данной глубине. Для выполнения длительной рабо­ты под водой целесообразнее не поднимать­ся на поверхность и проводить многие часы в декомпрессионной камере, прежде чем сно­ва погрузиться под воду.

При соблюдении соответствующих мер пре­досторожности вполне возможны кратковремен­ные погружения на глубину до 100 м с последу­ющими подъемами на поверхность. Вместе с тем программа насыщенного погружения с исполь­зованием "СИЛЭБ" I, II и III пролила некото­рый свет на патологические изменения, связан­ные с продолжительным пребыванием в усло­виях повышенного атмосферного давления. В ос­новном они связаны с наркотическим действи­ем азота. Замена азота гелием в определенной мере сокращает число воздействий, однако за­трудняет общение с водолазом (голос которого под воздействием гелия звучит, как у известного персонажа мультфильмов Дональда Дака). Ре­зультаты проведенных исследований показыва­ют, что продолжительное пребывание в услови­ях повышенного атмосферного давления может иметь последствия для процессов обмена веществ и деятельности сердечно-сосудистой системы [19]. Более подробно эти вопросы рассмотрены в работах Хохачка и Хохачка и Стори [19, 20].

262

которых большинство из нас никогда не окажет­ся, — условия продолжительной невесомости.

Сила земного притяжения производит стан­дартное ускорение равное 1 § (§— символ, обо­значающий ускорение тяготения). Микроневесо­мость —условия пониженного действия силы тя­жести, т.е. условия, при которых сила тяжести меньше, чем на поверхности Земли (ускорение меньше 1 §). Например, сила тяжести на поверх­ности Луны составляет только 17 % силы тяжес­ти, действующей на поверхности Земли, или 0,17 §. Понятие "микроневесомость" часто используют для характеристики условий космического про­странства, поскольку тело не всегда может нахо­диться в невесомости, или в состоянии 0 ^.

В ОБЗОРЕ...

1. Вдыхание газовой смеси под давлением мо­жет привести к аккумуляции токсических коли­честв газов, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности при погружении в воду со спе­циальными дыхательными аппаратами.

2. Кислородное отравление происходит при Р^ выше 318 мм рт.ст. Из гемоглобина выделяется меньшее количество кислорода для утилизации тканями. Это нарушает присоединение диоксида углерода к гемоглобину, вследствие чего его мень­ше выводится. При высоком Рц происходит су­жение мозговых сосудов, что приводит к пони­женному кровоснабжению мозга.

3. Декомпрессионная болезнь возникает при слишком быстром подъеме на поверхность. Ра­створенный в крови азот не может быть быстро выведен легкими, поэтому он образует пузырь­ки, которые, в свою очередь, образуют эмболы, что может привести к смертельному исходу. Ле­чение пострадавшего включает процесс рекомп-рессии, вследствие которого азот возвращается в кровь, подвергается постепенной декомпрес­сии с интенсивностью, обеспечивающей выве­дение азота при нормальном дыхании. Разрабо­таны таблицы, показывающие, какое количество времени необходимо для подъема с различной глубины. Рекомендуемому времени должен стро­го следовать каждый водолаз или любитель под­водного плавания.

4. "Глубинное опьянение" (азотный наркоз) воз­никает вследствие наркотического действия азота при его высоком парциальном давлении во время погружения на глубину. Его симптомы напомина­ют симптомы алкогольного опьянения. В результа­те азотного наркоза нарушается оценка ситуации, что может привести к роковым ошибкам.

5. Спонтанный пневмоторакс и разрыв бара­банной перепонки — еще одни факторы риска, связанные с изменением давления при погруже­нии на глубину.

у Большинство физиологических изменений, происходящих вследствие продол­жительного пребывания в условиях мик­роневесомости во время космических по­летов, подобны тем, какие наблюдаются у спортсменов вследствие детренирован-ности, а также у людей пожилого возра­ста с пониженным уровней физической активности

Интересно, что большинство физиологических изменений, происходящих в условиях микроне­весомости, очень напоминают те, которые наблю­даются у спортсменов в периоды прекращения тренировок или во время иммобилизации, либо изменения, обусловленные процессом старения, вследствие снижения уровня двигательной актив­ности. Занятие физкультурой в условиях микро­невесомости — эффективное средство против от­рицательных физиологических изменений. По­скольку космические исследования ведутся очень интенсивно, изучение влияния микроневесомос­ти на мышечную деятельность представляет не­сомненный интерес для специалистов в области спортивной физиологии.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВСЛЕДСТВИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОГО ПРЕБЫВАНИЯ В УСЛОВИЯХ МИКРОНЕВЕСОМОСТИ

Условия микроневесомости представляют со­бой определенный вызов нормальному функцио­нированию систем организма. Масса объекта, от­ражающая величину действующей на него силы тяжести, снижается, если объект удаляется от по­верхности Земли. Например, при удалении от по­верхности Земли на расстояние 8 000 миль (12 872 км) масса тела составляет всего около 25 % его массы на Земле. На расстоянии 210 000 миль (337 890 км) от поверхности Земли тело становит­ся невесомым, поскольку сила тяжести равна 0 §. Если тело человека становится невесомым, исче­зает нагрузка на кости и на антигравитационные мышцы (удерживающие положение тела). Со вре­менем это приводит к снижению их способности функционировать. То же касается и функции сер­дечно-сосудистой системы.

То, что можно принять за дезадаптацию, на самом деле может оказаться необходимой адап­тацией к условиям микроневесомости. Ниже мы остановимся на физиологических изменениях, происходящих вследствие продолжительного пре­бывания в условиях микроневесомости, обратив главное внимание на мышцы, кости, функции сердечно-сосудистой системы, массу и состав тела.

263

Мышцы

Иммобилизация конечности с наложением гипсовой повязки, как показывают результаты ис­следований, приводит к очень быстрым измене­ниям функции и структуры мышц. Мышечная ат­рофия — результат главным образом пониженно­го белкового синтеза [30]. Интенсивность бел­кового синтеза уменьшается почти на 35 % в пер­вые несколько часов и почти на 50 % в первые несколько дней после иммобилизацции, приводя к чистой потере мышечного белка [2, 37]. В ре­зультате иммобилизации атрофия мышц может быть весьма значительной в течение определен­ного периода времени. Приведенные данные по­лучены в исследованиях, проводившихся на кры­сах, поэтому степень и продолжительность изме-

нений у людей могут быть совершенно иными. Кроме того, существует значительное различие между иммобилизацией и частичной невесомос­тью. При иммобилизации мышца практически не активируется. В то же время в условиях частич­ной невесомости мышцы активируются, однако нагрузки на них значительно меньше из-за отсут­ствия действия силы тяжести.

В имитируемых и действительных усло­виях частичной невесомости сила и пло­щадь поперечного сечения медленно- и бы­стросокращающихся мышечных волокон уменьшаются

15

Латеральная широкая мышца

Рис. 12.11. Изменение массы тела, силы и объема мышц ног после 30 дней полного постельного режима и 28-дневного пребывания в космосе (а); изменение площади поперечного сечения медленно- и быстросокращающихся мышечных волокон после 30 дней полного постельного режима (б): 1 — 28 дней на корабле "Скайлэб 2"(п = 3);

2—30 дней полного постельного режима (п = 8);

3 — медленно-, 4 — быстросокращающиеся мышечные волокна. Данные Конвертино (1991)

Исследования, имитирующие условия невесо­мости, показали значительное снижение силы и площади поперечного сечения как медленно-, так и быстросокращающихся мышечных волокон, причем для последних характерны более выражен­ные изменения [8] (рис. 12.11).

Таким образом, очевидна возможность мышеч­ной атрофии и снижения силы в условиях невесо­мости. Вместе с тем результаты полетов на косми­ческих кораблях "Скайлэб" свидетельствуют, что хорошо продуманная программа физических нагру­зок может значительно противодействовать умень­шению размера мышц и ухудшению их функций [38]. Следует также подчеркнуть необходимость раз­работки эффективных силовых тренировочных про­грамм, которые позволили бы свести к минимуму снижение функций мышц. Астронавты могут стол­кнуться с ситуациями, когда необходимо приложе­ние значительных усилий. Поскольку максималь­ному отрицательному воздействию подвергаются постуральные мышцы, необходимо создать трена­жеры, которые обеспечивали бы адекватную нагруз­ку как раз на эти мышцы.

Кости

Большинству крупных костей необходима ежедневная нагрузка со стороны сил тяжести. Большую тревогу ученых вызвал тот факт, что продолжительное пребывание в космосе (18 мес и более) может привести к значительной скелет­ной дегенерации, потере кальция и, следователь­но, повышенной вероятности перелома костей при возвращении на Землю [9]. Исследования каль­циевого баланса у участников космических поле­тов на кораблях "Джемини", "Аполло" и "Скай­лэб" показали отрицательный кальциевый баланс в основном вследствие увеличенного выделения его с мочой и фекалиями. Возрастает также вы­деление с мочой гидроксипролина, свидетельству­ющее о резорбции костей.

Первые исследования, проводившиеся на уча­стниках космических полетов на кораблях "Дже-

264

мини , позволили установить степень деминера-лизации костей: 2 — 15 % в пяточной кости; 3 — 25 % в лучевой кости и 3 — 16 % в локтевой кости. Позже эти показатели были понижены, когда ус­тановили, что в результате технической ошибки показатели оказались завышенными. У участни­ков полетов на кораблях "Аполло-14" и "Аполло-16" не обнаружили деминерализации этих костей, и только у двух членов экипажа корабля "Аполло-15" обнаружили незначительную (5 — 6 %) деми-нерализацию пяточной кости [29]. У членов эки­пажей "Скайлэб" не наблюдали деминерализацию лучевой и локтевой костей, тогда как деминерали-зация пяточной кости составляла около 4 %, т.е. почти столько же, как и при нахождении на по­стельном режиме. Пяточная кость в отличие от других удерживает массу тела.

Условия невесомости, как правило, при­водят к деминерализации (4 %) костей, удерживающих массу тела

тензин и предсердный натриутетический фактор также имеют определенное значение в регуляции объема крови, однако в состоянии невесомости главную роль в регуляции объема крови играет диурез, обусловленный давлением крови. Эти адаптационные реакции позволяют организму "ус­тановить" контроль над регуляцией давления кро ви.

Пониженный объем крови не создает никаких проблем до тех пор, пока астронавты пребывают в условиях невесомости. Проблема, и весьма се­рьезная, возникает, когда они возвращаются на Землю, где снова подвергаются действию гидро­статического давления, но на этот раз при умень­шенном объеме крови. В первые часы после воз­вращения в обычные условия у астронавтов мо­гут наблюдаться постуральная (ортостатическая) гипотензия и головокружение, поскольку недо­статочный объем крови не способен удовлетво­рить потребности кровообращения.

Механизм, осуществляющий эти изменения в костях, пока не установлен. Образование костей может задерживаться, их резорбция может увели­чиваться, возможно также первое и второе. Дли­тельные последствия костных изменений не изу­чались. Неизвестно также, обратим ли процесс деминерализации или происходит кумуляция воз­действий невесомости, вследствие чего с каждым очередным полетом в космос астронавты будут подвергаться дополнительной деминерализации. Единственное, что не вызывает сомнения, это то, что все эти изменения в костях вследствие час­тичной или полной невесомости либо постельно­го режима обусловлены отсутствием механичес­кой нагрузки на кости, т.е. кость не подвергается обычным воздействиям силы тяжести или мышеч­ной силы.