Гимназия №18
пос.Томилино
Люберецкий район
Московская область
Реферат на тему:
«Эволюция взгляда на медицинские риски космических полетов».
Ученицы 10-Б класса
Скомороховой Елены
Сентябрь 2007 года.
Живая природа, человек всегда были предметом исследований Константина Эдуардовича Циолковского. И это не случайно. “Основной мотив моей жизни, – писал Циолковский, – сделать что-нибудь полезное для людей, не прожить даром жизнь, продвинуть человечество хотя бы немного вперёд.. Вот почему я интересовался тем, что не давало мне ни хлеба, ни силы, но я надеюсь, что мои работы, может быть скоро, а может быть и в отдалённом будущем – дадут обществу горы хлеба и бездну могущества”.
В 18776 –1878 годах учёный стал делать опыты с цыплятами, на центробежной машине он усиливал их вес в 5 раз, ни малейшего вреда они не получали, такие же опыты ещё раньше он проводил с насекомыми, определял безопасную высоту падения для человека (удвоенный рост) и для мелких животных и насекомых, которые остаются невредимыми даже после падения с очень большой высоты.
Чтобы совершить полёт в мировое пространство, необходимо, как образно говорил Циолковский, преодолеть “панцирь тяготения Земли”. Для этого космический корабль должен развить вторую космическую скорость – 11,2 км/сек. Для полётов вокруг Земли на искусственных спутниках космический корабль должен приобрести первую космическую скорость – 8 км/сек. Циолковский пришёл к заключению, что сама по себе скорость, как бы велика она ни была, при равномерном движении не должна оказывать какого-либо неблагоприятного влияния на организм. Учённый писал: “Мы тысячи лет неслись по пространству в бесколёсном экипаже со скоростью 27 вёрст в секунду, а может быть и больше, без толчков и шума, но до Галилея и Коперника не замечали этого движения потому, что у нас не болела спина”.
А вот начальный и конечный этапы космического полёта – когда корабль набирает скорость, а потом период его торможения при посадке – заслуживают, по мнению Циолковского, большого внимания врачей и физиологов.
Учёный считал, что ответ на вопрос о том, как влияет ускорение на организм животных и человека, можно получить лишь эксперименте. Он писал: “Только опыт может определить наибольшую относительную тяжесть, которую может безопасно для своего здоровья вынести человек при тех или других условиях”.
Важнейшей научной заслугой Циолковского являются его исследования проблем невесомости:
а) он первый показал, что в соответствии с законами классической механики Ньютона в космических полётах после прекращения работы двигателей неизбежно будет возникать состояние невесомости. И в 1883 году в статье “Свободное пространство” дал ответ: возможна ли жизнь в этом состоянии? Основной вывод, к которому пришёл Циолковский, хорошо известен: жизнь в условиях невесомости будет продолжаться!
б) Циолковский пришёл к заключению, что в основе жизни лежат процессы обмена вещества, которые осуществляются благодаря непрерывному поступлению в организм необходимых для жизни химических соединений из внешней среды – кислорода и несущих энергию белков, жиров и углеводов. Учёный полагал, что если транспортировка этих веществ к клеткам организма не будет существенно нарушена, то жизнь сохранится. В поисках ответа на этот вопрос Циолковский определил, что поступление в клетки необходимых веществ обеспечивают два основных физических процесса – диффузия и “волосность” (то есть движение жидкости по капиллярам), и подчеркнул, что в невесомости оба процесса будут осуществляться.
в) сегодня: кратковременная невесомость человеку не страшна. Потеря кальция костями – устраняется , нарушение работы вестибулярного аппарата – временное.
г) но длительная невесомость – очень опасна. Человек конструктивно связан с весом Р, а есть два фундаментальных закона природы:
I Закон– Стремление к минимизации деятельности: организм действует экономично – если можно не делать, то организм делать не будет.
II Закон – Атрофия при бездеятельности: если функция не нужна, то она отмирает.
Вывод учёных: надо искусственно создавать вес.
Ещё в 1891 году Циолковский уделял большое внимание проблеме защиты живых организмов от действия перегрузок.
В наше время влияние ускорений на организм животных и человека изучается с помощью центробежных машин – центрифуг.
Отправляя первого космонавта, учёные с завода “Звезда” опасались:
1) кратковременной невесомости,
2) жёсткой посадки,
3) психологических проблем (одиночество и ограниченность движения),
4) сложностей внекорабельной деятельности при выходе в космос.
Однако, после запуска собак, затем Гагарина, стало ясно, что человек сравнительно хорошо переносит невесомость и жёсткую посадку с помощью парашютов, но появились новые риски (риск потери зрения, а затем сознания).
При а=12g человек теряет зрение. Всё дело в гидростатическом давлении Р= рgh, g – увеличивается, увеличивается отток крови от сердца вниз. Эластичные сосуды ног расширяются, а в мозг и голову крови поступает меньше. Наступает кислородное голодание и отказ работы мозга.
В глазу, как в любой камере, существует избыток давления (22 мм. рт. ст.) и когда Р<22, кровь в глаз не поступает, а глаз не может видеть, если сетчатка не снабжается кровью. Аналогично, мозг не может работать без питания кислородом из крови.
В 1961 году космонавт находился под углом 65 к основному направлению действия силы F (cos 65 = 0,42).
Многочисленные эксперименты на центрифуге показали (1961 – 1963 гг.), что наилучшее положение человека к вектору действия сил под углом 78 (cos 78 = 0,21).
Почему не положить космонавта горизонтально? Этого нельзя делать из-за конструктивных особенностей человеческого организма, т. к. нарушается подвеска внутренних органов и возникает перегрузка связок. Прошли десятилетия, но нет ни одного случая потери сознания у космонавта при угле 78 .
Большую помощь оказывает комбинезон “Пингвин” ( в 1972 году в нём полетели в космос), который превращает человека как в верблюда. Он имеет систему эластичных тяг, облегающих тело по принципу мышц антогонистов, и не даёт крови застаиваться внизу. Благодаря “Пингвину” космонавту можно задать в невесомости позу при которой коленные и тазобедренные суставы образуют угол 135 , как у человека плавающего в воде. Любое движение в комбинезоне является нагрузкой до 400 Н. Эта нагрузка ведёт к уменьшению потери: 1) кальция костями; 2) не даёт мышцам атрофироваться от бездеятельности. С 1990 года “Пингвин” используют в клинической больнице Москвы N 18 для лечения детей с церебральным параличом и людей, получивших мозговую травму. Он обучает мозг правильно работать, в 93 случаях из 100 результат положительный.
Выдающиеся научные и технические достижения XX в. в первую очередь наук о космосе и космонавтики, привели к появлению новой области естествознания – космической биологии, которая изучает биологическое действие разнообразных факторов космического пространства на живые организмы, разрабатывает методы и мероприятия по обеспечению нормальной жизнедеятельности в космическом полете, занимается поисками форм жизни, что, вероятно, существует не только на Земле, и разрабатывает меры пресечений против заноса земных форм жизни на другие планеты и в космос. Круг проблем этой молодой космической науки чрезвычайно широкий, а сами проблемы достаточно специфические. Здесь и разработка биологических и физико-химических методов обеспечения необходимых жизненных условий в кабинах космических кораблей, и изучение физиологического действия невесомости, которая возникает во время орбитального полета космического аппарата, биологического действия космической радиации, и исследования длительного пребывания в замкнутой экологической среде и многое другое.
Космическая биология возникла “на стыке” таких наук, как биология, медицина, физика, химия, астрономия, ракетная техника и ряд других, и отличается от них своей комплексностью. Действительно, чтобы развязать, например, проблему жизни обеспечения в условиях космоса, нужные не только данные биологии и медицины, но и информация других наук. Космическая биология, используя достижение многих наук, разрабатывает свои особенные методы исследований, проводит свои специфические эксперименты. Ученые моделируют на земле космические условия, то есть имитируют отдельные факторы космического полета — снижено давление, шум, вибрации, ускорения, полную изоляцию, ограниченность просторную и тому подобное.
Однако во время космического рейса человек встречается с комплексом космических факторов, которые невозможно имитировать в лаборатории, в частности, создать длительную невесомость, полный спектр космической радиации, соответствующее нервно-психическое напряжение и тому подобное. Вот почему второе направление медико – биологических исследований – это исследование не “дома”, на Земле, а в космосе – на ракетах и искусственных спутниках.
Космическая медицина – научная дисциплина, которая изучает действие разных факторов космического полета (перегрузок, невесомости, вибраций, радиации, изолированности и тому подобное) на организм человека и его работоспособность. Если быть кратким, то суть космической медицины состоит в обеспечении безопасности и благополучия человека в условиях космического полета: здоровья, высокой рентабельности — с тем, чтобы космонавт, совершающий полеты в настоящее время и в будущем, чувствовал себя хорошо и мог эффективно выполнять свою работу. Естественно, что сюда относится большое число вопросов, которые нужно решать, вопросов, прежде всего связанных с обеспечением оптимальной среды обитания человека и условий, в которых протекает его работа. Это связано с созданием обитаемых кабин космического корабля, систем жизнеобеспечения, которые предназначены для удовлетворения основных потребностей человека, а также с обеспечением его всем тем, в чем он нуждается.