Факторы, действующие на организм при авиаперелетах

Вынужденная малоподвижность. Любое авиапутешествие – это всегда ограничение подвижности. Чем дольше мы пребываем в сидячей позе, тем сильнее нагрузка на нижнюю часть тела. Кровообращение в ногах замедляется, сосуды сужаются, ноги отекают и болят. Растет риск венозного тромбоза – закупорки вен из-за образования кровяных сгустков. Немалую роль при этом играют и перепады давления в салоне самолета.

Перегрузки при взлёте и посадке. Перегрузки при взлете и посадке доставляют пассажирам немало неприятных ощущений. Тело реагирует на них совершенно определенным образом – напряжением, а иногда и болью в мышцах. Кроме того, при наборе высоты и при снижении неизбежны перепады давления. При этом появляется боль в ушах. Чтобы выровнять давление в ушах, нужно «продуваться» – совершать движения, аналогичные зеванию.

Иное атмосферное давление. Давление в салоне самолета примерно равно давлению на высоте 1500-2500 м над уровнем моря. Это основной фактор риска для сердечно-сосудистых больных. При пониженном атмосферном давлении концентрация кислорода в воздухе салона падает. Критические значения отмечаются уже на высоте более 3000 м, а при длительных перелетах самолет может набирать высоту до 11000 м. Соответственно, уменьшается поступление кислорода в кровь, а это весьма опасно.

Низкая влажность воздуха в салоне самолета. При заболеваниях глаз могут возникнуть осложнения из-за низкой влажности воздуха в самолете. Ее уровень обычно составляет примерно 20%, а иногда и меньше, тогда как комфортное для человека значение – 30%. При более низкой влажности начинают высыхать слизистые оболочки глаз и носа, что мы и ощущаем при авиаперелетах во всей полноте. Немало неприятных моментов это доставляет прежде всего тем, кто носит контактные линзы. Врачи-офтальмологи рекомендуют брать в полет капли «искусственная слеза», чтобы периодически орошать слизистую. Это особенно важно в рейсах, длящихся более 4 ч.

 

Влияние космического полета на организм человека

При полете в космическое пространство живые организмы сталкиваются с целым рядом условий и факторов, резко отличных по своим свойствам от условий и факторов биосферы Земли. Факторы космического полета, которые способны оказать влияние на живые организмы, делят на три группы.

 

Рис.1.1. Факторы космического полета

 

К первой относятся факторы космического пространства. Космическое пространство характеризуется многими особенностями и свойствами, которые не совместимы с требованиями земных организмов к условиям окружающей среды. Это, прежде всего, вакуум – почти полное отсутствие любых газов, в том числе входящих в состав атмосферы и жизненно необходимых живым организмам молекулярного кислорода и азота. А также высокая интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучения, ослепляющая яркость видимого света Солнца, губительные дозы ионизирующих (проникающих) излучений (космические лучи и гамма-кванты, рентгеновское излучение и др.), своеобразие теплового режима в условиях космоса и т. д.

Ко второй группе относятся факторы, связанные  с динамикой полета космического корабля: перегрузки, вибрации, шумы, невесомость. Изучением воздействия их на живые организмы – занимается космическая биология.

К третьей группе относятся факторы, обусловленные изоляцией организмов в искусственных условиях космического корабля. Полет в космическое пространство неизбежно связан с более или менее длительной изоляцией организмов в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических кораблей. Ограниченность пространства и свободы движения, монотонность и однообразие обстановки, отсутствие многих привычных для жизни на Земле раздражителей создают совершенно особые условия. Поэтому необходимы специальные исследования физиологии высшей нервной деятельности, устойчивости высокоорганизованных существ, в том числе и человека, к длительной изоляции, сохранения в этих условиях работоспособности.

 

Космическая среда

Вакуум

Человеческая физиология приспособлена к жизни в атмосфере Земли, и в воздухе, которым мы дышим, требуется определенное количество кислорода. Если организм не получает достаточно кислорода, то космонавт рискует потерять сознание и умереть от гипоксии. В космическом вакууме газообмен в легких продолжается в обычном режиме, но приводит к удалению всех газов, включая кислород, из кровотока. Через 9-12 с дезоксигенированная кровь достигает мозга, что приводит к потере сознания. Воздействие вакуума на срок до 30 с вряд ли приведет к необратимым физическим повреждениям. Эксперименты на животных показывают, что быстрое и полное выздоровление является нормальным при воздействии короче 90 с, в то время как более длительное воздействие на все тело приводит к летальному исходу и безуспешной реанимации. Конечности же могут быть открыты гораздо дольше, если не нарушено дыхание.

Другой эффект вакуума - это состояние, называемое эбулизмом, которое возникает в результате образования пузырьков в жидкостях организма из-за пониженного давления окружающей среды, пар может раздувать тело вдвое по сравнению с нормальным размером и замедлять циркуляцию, но ткани эластичны и достаточно пористы, чтобы предотвратить разрыв. Технически считается, что эбулизм начинается на высоте около 19 км (12 миль) или при давлении менее 6,3 кПа (47 мм рт.ст.), которое известно, как предел Армстронга. По приблизительным оценкам, у человека будет около 90 секунд для повторного сжатия, после чего смерть может быть неизбежной. Набухание от эбуллизма можно уменьшить, поместив его в летный костюм, который необходим для предотвращения эбулизма на высоте более 19 км. Во время программы «Спейс шаттл» астронавты носили подходящую эластичную одежду под названием «Костюм для защиты экипажа на высоте» (CAPS), который предотвращал эбулизм при давлении до 2 кПа (15 мм рт.ст.). Известно, что единственными людьми, умершими от воздействия вакуума в космосе, стали три члена экипажа космического корабля «Союз-11» – Владислав Волков,  Георгий Добровольский и Виктор Пацаев. Во время подготовки к возвращению с орбиты 30 июня 1971 года клапан выравнивания давления в спускаемом модуле космического корабля неожиданно открылся на высоте 168 км, что вызвало быструю разгерметизацию и последующую смерть всего экипажа.

 

Температура

В вакууме нет среды для отвода тепла от тела посредством теплопроводности или конвекции. Потеря тепла происходит из-за излучения от температуры человека 310 К до температуры 3 К в открытом космосе. Это медленный процесс, особенно у одетого человека, поэтому опасности немедленного замерзания нет. Быстрое испарительное охлаждение кожной влаги в вакууме может вызвать обледенение, особенно во рту, но это не представляет серьезной опасности. Воздействие интенсивного излучения прямого нефильтрованного солнечного света приведет к локальному нагреву открытой поверхности, который, вероятно, будет хорошо распределяться за счет проводимости тела и кровообращения. Однако другое солнечное излучение, особенно ультрафиолетовое, может вызвать сильный солнечный ожог.

 

Радиация

Без защиты атмосферы и магнитосферы Земли космонавты подвергаются воздействию высоких уровней космической радиации. Радиационное поражение лимфоцитов-клеток, активно участвующих в поддержании иммунной системы, способствует снижению иммунитета у космонавтов. Радиация недавно была связана с более высокой частотой возникновения катаракты у астронавтов. Космическое облучение значительно увеличивает вероятность последующего возникновения рака, даже через десятилетия. Также исследования, поддерживаемые НАСА, показали, что излучение может повредить мозг космонавтов и ускорить начало болезни Альцгеймера.

 

Рис.1.2.  Эквивалентные дозы космической радиации в миллизивертах.

Слева на диаграмме - годовая доза на уровне моря на Земле. Крайние справа - дозы во время 180-дневного перелета и 500-дневного пребывания на поверхности Марса

 

Считается, что защитные экраны и защитные препараты могут в конечном итоге снизить риски до приемлемого уровня. Экипаж, проживающий на Международной космической станции (МКС), частично защищен от космической радиации магнитным полем Земли, поскольку магнитосфера отклоняет солнечный ветер вокруг Земли и МКС. Тем не менее, солнечные вспышки достаточно мощные, чтобы искривлять и преодолевать магнитную защиту, и поэтому все еще представляют опасность для экипажа. Они могут привести к смертельной дозе радиации за считанные минуты. Так, Лоуренс Таунсенд из Университета Теннесси и другие ученые исследовали самую мощную солнечную вспышку из когда-либо зарегистрированных. Дозы радиации, которые космонавты получат от вспышки такой силы, могут вызвать острую лучевую болезнь и, возможно, даже смерть.

Однако, за пределами ограниченной защиты магнитосферы Земли, межпланетные полеты человека еще более уязвимы. Так, 31 мая 2013 года ученые НАСА сообщили, что возможная миссия человека на Марс может быть связана с большим радиационным риском, исходя из количественных характеристик излучения энергетических частиц, обнаруженного RAD в Марсианской научной лаборатории во время путешествия с Земли на Марс в 2011-2012 гг. А в сентябре 2017 года НАСА сообщило, что уровень радиации на поверхности планеты Марс временно вырос вдвое и связан с полярным сиянием, которое в 25 раз ярче, чем любое из ранее наблюдавшихся, что вызвано массивной и неожиданной солнечной бурей в середине месяца. Учитывая случайный характер этого явления, оно представляет смертельную опасность для космических миссий будущего.

Есть также научные опасения, что длительные космические полеты могут снизить способность организма защищаться от болезней. Радиация может проникать в живую ткань и вызывать как краткосрочное, так и долгосрочное повреждение стволовых клеток костного мозга, которые создают кровь и иммунную систему. В частности, это вызывает «хромосомные аберрации» в лимфоцитах. Поскольку эти клетки являются центральными для иммунной системы, любое повреждение ослабляет иммунную систему. А это означает, что помимо повышенной уязвимости к новым воздействиям, вирусы, уже присутствующие в организме, которые обычно подавляются, становятся активными. В космосе Т-клетки (форма лимфоцитов) менее способны к правильному воспроизводству, а Т-клетки, которые воспроизводятся, менее способны бороться с инфекцией. Со временем иммунодефицит приводит к быстрому распространению инфекции среди членов экипажа, особенно в замкнутых зонах космических систем.