Космічна біологія, космічна медицина

Космічна біологія, космічна медицина

Космічна біологія — наука, яка вивчає біологічну дію різноманітних факторів космічного простору на живі організми, розробляє методи й заходи по забезпеченню нормальної життєдіяльності в космічному польоті, займається пошуками форм життя, що, певно, існує не лише на Землі, і розробляє запобіжні заходи проти занесення земних форм життя на інші планети та в космос. Коло проблем цієї молодої космічної науки надзвичайно широке, а самі проблеми — досить специфічні. Тут і розробка біологічних та фізико-хімічних методів забезпечення необхідних життєвих умов у кабінах космічних кораблів, і вивчення фізіологічної дії невагомості, що виникає під час орбітального польоту космічного апарата, біологічної дії космічної радіації, і дослідження тривалого перебування в замкнутому екологічному середовищ та багато іншого.

Космічна біологія виникла «на стику» таких наук, як біологія, медицина, фізика, хімія астрономія, ракетна техніка та ряд інших, і від рівняється від них своєю комплексністю. Справді, щоб розв'язати, наприклад, проблему життя забезпечення в умовах космосу, потрібні не лише дані біології та медицини, а й інформація інших наук. Космічна біологія, використовуючи досягнення багатьох наук, розробляє свої, особливі методи досліджень, проводить свої специфічні експерименти. Вчені моделюють на землі космічні умови, тобто імітують окремі фактори космічного польоту — знижений тиск, шум, вібрації, прискорення, повну ізоляцію, обмеженість простору тощо.

Однак під час космічного рейсу людина зустрінеться з комплексом космічних факторів, які неможливо імітувати в лабораторії, зокрема, створити тривалу невагомість, повний спектр космічної радіації, відповідне нервово-психічне напруження тощо. Ось чому другий напрямок медико-біологічних досліджень — це дослідження не «дома», на Землі, а в космосі— на ракетах та штучних супутниках.

Імітуючи на Землі різні космічні фактори, наприклад низький барометричний тиск або відсутність кисню, такого потрібного людині для дихання, вчені вивчають дію цих факторів на людину і пропонують запобіжні заходи. Дію таких факторів на організм людини вчені добре знають. Тут потрібні герметичні кабіни, кисневі прилади та скафандри. А ось вплив космічної радіації вивчено ще недостатньо. Його з'ясовують на тваринах, посилаючи їх у тривалі космічні рейси.

Або ж температурні умови космосу. Виявляється, що в кабіні корабля треба весь час підтримувати певний температурний режим. А метеорна небезпека. Чи страшна вона? І тут належить все вивчити, розробити певні рекомендації щодо захисту космонавтів. Одним словом, космос — це середовище, де людина може існувати, лише застосувавши певні захисні пристрої.

За рекомендаціями космічної біології розроблено цілий комплекс заходів, що гарантують безпеку польоту.

Під час польоту на космічному кораблі космонавта чекають: шум на активній ділянці, коли працюють потужні ракетні двигуни; вібрації, що в цей момент стрясають тіло ракети; перевантаження, зумовлені колосальним прискоренням; невагомість, яка виникає після виведення корабля на орбіту.

Як долають ці перешкоди? Шум у кабінах зводять до мінімуму, застосовуючи звукоізоляцію, вплив вібрацій на організм знижують за допомогою різних амортизаторів. А як підвищити стійкість організму людини до дії перевантажень? Дослідженнями встановлено, що перевантаження краще переносити, коли вони спрямовані в напрямку «груди—спина», і гірше — якщо вздовж тіла. Ось чому в кабіні космічного корабля космонавти розміщуються завжди так, що перевантаження діють перпендикулярно до поздовжньої осі їх тіла або під незначним кутом. У цьому разі вони можуть переносити значне «збільшення» своєї ваги протягом тривалого часу.

І ось корабель на орбіті . Пасажири потрапляють у світ «зниклої» ваги. Тривала невагомість . У земних умовах її можна відтворити тільки на короткий час, наприклад, при русі літака по так званій параболі Кеплера. А це для людини — принципово новий стан. Чи зможе за таких умов працювати її орган рівноваги і координації — вестибулярний апарат? Адже при цьому «виключається» сигналізація із значної зони рецепторів, функціонування яких пов'язане з дією сили тяжіння. Чи буде збережена працездатність людини, чи зможе пристосуватись до незвичайної ситуації людський організм?

Дослідження у лабораторії, а згодом і в космосі позитивно відповіли на ці питання. Організм пристосовується до невагомості. Але вчених турбують і перехідні періоди — переходи від перевантажень до невагомості і навпаки. І виявляється, що людина гірше переносить саме перехід від стану зниклої ваги до перевантажень.

Проблема невагомості має багато аспектів. І всі їх потрібно вивчити при підготовці польотів людини, провівши свого роду «біологічну розвідку» на тваринах. Біологічна розвідка і в майбутньому буде, за словами відомого спеціаліста з космічної медицини академіка В. В. Паріна, передувати кожному принципово новому кроку людини у космос.

Штучна атмосфера корабля, особливості харчування космонавтів у польоті, особливості режиму праці і відпочинку, ізоляція, обмеження рухів, емоціональне напруження і ін.— ці фактори вже пов'язані з перебуванням людини у герметичній кабіні космічного корабля. Тут космонавт позбавлений значної кількості подразників і звичного для нього соціального середовища. Все це в поєднанні з невагомістю, порушенням земного ритму (добової періодики), різким обмеженням рухів може призвести до серйозних психічних і вегетативних розладів. На допомогу приходить сурдокамера— «світ безмовності», яка дає змогу космонавтам відчути на землі дію цих факторів і пристосуватися до них.

Успішні польоти радянських космонавтів на космічних кораблях «Восток» і «Восход» та американських космонавтів на кораблях «Меркурій» і «Джеміні» довели правильність висновків і рекомендацій космічної біології. Людина під час польоту зберігає працездатність на досить високому рівні. Проте це лише початок, перші етапи в освоєнні космосу. Наступні польоти вимагатимуть більшої активізації космонавтів.

В майбутньому освоєння космічного простору неможливе без космічних рейсів, що триватимуть по кілька тижнів, місяців і навіть років. І тут особливо важливими стають дослідження, спрямовані на забезпечення необхідних умов для життя і діяльності космонавтів-дослідників у польоті та безпеки подібних подорожей у космічному просторі.

Вже тепер можна сподіватись, що дальше вивчення космосу, Місяця та інших планет сонячної системи відбуватиметься при активній участі космонавтів, які розміщатимуться в кабінах «зоряних» кораблів.

Але для цього треба розробити методи і принципи забезпечення умов для життя космонавтів, зокрема створити системи часткового або повного круговороту речовин у замкнутому об'ємі кабін космічних кораблів. Мається на увазі регенерація газового середовища, води, синтез продуктів харчування з використанням біологічних і хімічних методів, утилізація продуктів життєдіяльності людини, тварин і рослин тощо. Здійснюються пошуки найефективніших методів гарантування безпеки самих польотів, а також безпеки виходу космонавтів з корабля в аварійних ситуаціях або при посадці корабля на поверхню іншого небесного тіла. Над цими проблемами працює космічна біологія і космічна медицина.

І це далеко не все. Треба докладно вивчити радіаційну обстановку, де пролягатимуть траси майбутніх польотів. Можливо, потрібна буде і штучна гравітація на кораблі, адже при тривалих подорожах невагомість може негативно вплинути на організм. Набутий досвід показує, що потрібні дальші дослідження як по уточненню методів відбору космонавтів, так і з їх спеціальної підготовки. Оскільки тривалі рейси вимагатимуть, щоб екіпаж кораблів складався з кількох чоловік, при комплектуванні треба обов'язково враховувати психологічну сумісність його членів. Слід всебічно обґрунтувати і режим праці, і розподіл обов'язків між членами екіпажу.

Народилась ця молода наука в нашій країні в 1948 p., коли радянські вчені зробили першу експериментальну спробу медико-біологічних космічних досліджень.

На першому етапі (1948—1952 pp.) завдання космічної біології були досить скромні: обрати найбільш вдалий біологічний об'єкт для експериментів на ракетах (ним виявились собаки), розробити систему забезпечення умов життя для тварин при польоті до висоти 100 км, вивчити характер і ступінь впливу польоту на стан окремих фізіологічних функцій організму і поведінку тварин, розробити методи дослідження цих функцій, випробувати роботу контрольно-реєструючої апаратури в незвичних умовах досліду тощо.

На наступному етапі треба було з'ясувати питання безпеки польоту живих організмів на ракетах. Потім для біологічних експериментів використовували штучні супутники Землі. Вже через місяць після запуску першого радянського штучного супутника в космічний простір злетів другий штучний супутник з космічним пасажиром — собакою Лайкою. Політ Лайки приніс науці цінні відомості про вплив невагомості і перевантажень на живий організм.

Рік шістдесятий був позначений польотами космічних кораблів-супутників. Почалась генеральна репетиція до польоту в космос людини. В кабіні другого корабля-супутника вже був цілий «зоосад», в тому числі собаки Бєлка і Стрілка. Важливим результатом цього експерименту було те, що вперше в історії живі істоти благополучно повернулися з космосу на Землю, подолавши відстань понад 700 000 км.

І ось 12 квітня 1961 р. перша радянська людина, Ю. О. Гагарін, у космосі. Тріумф, який по праву поділяє з іншими науками і космічна біологія.

Наступні запуски кораблів з космонавтами пересвідчували у життєвості ідей космічної біології, правильності її висновків, надійності рекомендацій. Разом з іншими космічними науками вона розширює владу людини над космосом, наближає той час, коли, як казав наш видатний співвітчизник К.Е.Ціолковський, «людина стане громадянином Всесвіту». 

 

 

 

Космічна медицина 
На початку другої половини XX ст. розпочались теоретичні і практичні дослідження шляхів освоєння космічного простору. Ці дослідження в галузі техніки і конструювання літальних орбітальних апаратів, керованих людиною, сприяли розвиткові багатьох наук, зокрема космічної біології і медицини.Космічній медицині належало розв'язати багато складних проблем: дослідити вплив умов космічного польоту на організм; розробити забезпечення життєдіяльності і здоров'я космонавтів протягом космічного польоту і після його закінчення; методи добору й підготовки космонавтів; профілактичні заходи щодо захисту від дії несприятливих факторів, пов'язаних з умовами космічного польоту.У своєму розвитку космічна медицина пройшла вже три етапи. На першому етапі з кінця 40-х років до 1961 р. велися численні дослідження на тваринах, переважно на собаках, з тривалістю польотів від 10 хвилин до 22 діб, під час яких з допомогою телеметричних систем вивчалися діяльність серцево-судинної системи, дихання та інші параметри. Під час цих досліджень було виявлено зміни в серцево-судинній системі, які після повернення на землю швидко відновлювались. У кабінах космічних кораблів було розміщено різні за складністю організації біологічні об'єкти, такі, як насіння рослин, комахи, лабораторні миші. Одночасно розв'язувались завдання створення і забезпечення в літальних апаратах умов для життєдіяльності людини. Ці експериментальні дослідження дали ученим змогу з певністю зробити висновок про можливість польоту людини в космос.Другий етап - короткотривалий політ людини в космос. Початок поклав своїм історичним польотом на кораблі «Восток» 12 квітня 1961 р. Юрій Гагарін. Цей політ був іспитом на зрілість космонавтики, і зокрема космічної медицини. Створена на той час система біоелектричного контролю за станом космонавта та гігієнічні параметри кабіни корабля вже гарантували безпечність польоту для людини.У наступні роки на одномісних і багатомісних кораблях з тривалістю польотів від 1 до 18 діб було доведено можливість не тільки перебування людини в умовах космосу, а й різносторонньої її діяльності в кабіні і навіть у відкритому космосі. В польоті 12 серпня 1964 р. брав участь перший космонавт-лікар Борис Єгоров. Протягом цього етапу було вивчено зміни в організмі людини під час польоту і після приземлення. Виявлено, що після більш тривалих польотів пристосування до звичайних земних умов відбувається з певними труднощами і з вираженими напруженнями фізіологічних систем.Третій етап - дослідження під час тривалих польотів на орбітальних станціях. Під час цих польотів уже була можливість розмістити на борту станції різну апаратуру для медико-біологічних досліджень, а також для застосування засобів профілактики несприятливого впливу на організм невагомості та інших факторів і створення більш комфортабельних умов побуту і гігієни космонавтів. 1988-1989 року у польоті на станції «Мир» протягом трьох з половиною місяців перебував лікар-дослідник Валерій Поляков. Численні медико-біологічні дослідження, проведені під час польотів тривалістю кілька місяців, показали, що13 збільшенням часу перебування людини в космосі не спостерігається погіршення стану її здоров'я. Організм людини винятково пластичний і під час польоту пристосовується до умов невагомості, внутрішні органи починають працювати, порівняно із земними умовами, на іншому функціональному рівні взаємодії між системами. Застосування профілактичних засобів для зменшення негативної дії невагомості на організм, як і інших факторів при тривалому перебуванні людини в умовах космічного польоту, відповідно розроблених гімнастичних вправ, спеціального одягу, певного режиму харчування настільки ефективне, що космонавти, приземлившись після піврічного польоту, не відчували значних труднощів і з перших днів активно брали участь в обстеженнях, в узагальненні результатів своїх експериментів у польоті.Космічна медицина - найновіша галузь медичної науки, породжена потребами освоєння людиною космосу,- стимулювала розвиток багатьох нових тонких засобів дослідження організму людини, які почали застосовуватись і в практичній медицині, таких, як дистанційні спостереження за станом хворих, вплив на організм людини гіпокінезії, яка в наш час є одним з важливих етіологічних факторів виникнення ряду захворювань серцево-судинної системи, та ін.Радянські учені свої дослідження з космічної медицини провадять у співробітництві з ученими інших країн (Франції, США, Індії). Великий внесок у становлення космічної медицини належить таким ученим, як О.Г.Газенко, В.В.Парін, Н.М.Сісакян, В.М.Чернігівський та ін. Постійну активну допомогу в розвитку космічної медицини подавали видатні вчені С.П.Корольов, М.В.Келдиш, В.М.Глушков, А.А.Благонравов та ін.Космічній біології і медицині належить у найближчий час вирішити ще винятково складні проблеми, пов'язані з перспективою тривалих міжпланетних польотів.Розв'язання таких проблем не лише збагатить космічну біологію і медицину, а й розширить наші загальні знання про межі адаптації людського організму, про засоби профілактики, діагностики та терапії взагалі. 

 

 

Космічна медицина - наукова дисципліна, що вивчає дію різних факторів космічного польоту (перевантажень, невагомості, вібрацій, радіації, ізольованості тощо) на організм людини та її працездатність. Вона г, складовою частиною ширшої га-тузі науки — космічної біології, що розробляє медико-біологічні проблеми космічних польотів.

За рекомендаціями космічної медицини добирають кандидатів у космонавти, підготовляють їх до космічних рейсів, здійснюють лікарський контроль за станом здоров'я під час космічної подорожі, створюють надійні медико-технічні системи, що дають змогу космонавтам жити і плідно працювати в кабінах космічних кораблів під час польоту тощо.

Успішні польоти космонавтів на космічних кораблях наочно показали, як блискуче склала науковий і практичний іспит ця молода наука. Разом з тим вони поставили перед нею ряд нових завдань. Це, зокрема, розробка методів відбору і підготовки космонавтів-дослідників і особливо методів комплектування екіпажів багатомісних космічних кораблів, вивчення психофізіологічних можливостей людини по керуванню космічним апаратом, його системами й дослідницькою апаратурою при тривалому польоті та ін. Докладніше про меди-ко-біологічні дослідження, пов'язані з освоєнням космосу, див. Космічна біологія.