Нарушение чувств: видение, внутричерепное давление, вкус, дополнительные физиологические эффекты

В 2013 году НАСА опубликовало исследование, в котором были обнаружены изменения в глазах и зрении обезьян при космических полетах продолжительностью более 6 месяцев. Отмеченные изменения включали уплощение глазного яблока и изменения сетчатки. Таким образом, зрение космического путешественника может стать размытым после долгого пребывания в космосе.

Другой эффект известен как визуальные явления космических лучей или световые вспышки (LF). Это спонтанные вспышки света, визуально воспринимаемые некоторыми астронавтами за пределами магнитосферы Земли. В то время как LF может быть результатом воздействия фактических фотонов видимого света, воспринимаемых сетчаткой, он может также относиться к фосфенам, которые представляют собой ощущения света, возникающие в результате активации нейронов вдоль зрительного пути.

Поскольку пыль не оседает в условиях невесомости, небольшие кусочки омертвевшей кожи или металла могут попасть в глаза, вызывая раздражение и увеличивая риск заражения. Длительные космические полеты также могут изменить движения глаз космического путешественника (особенно вестибуло-окулярный рефлекс).

Поскольку невесомость увеличивает количество жидкости в верхней части тела, астронавты испытывают повышенное внутричерепное давление. Это, по-видимому, увеличивает давление на тыльную сторону глазных яблок, влияя на их форму и слегка раздавливая зрительный нерв. Этот эффект был замечен в 2012 году в исследовании с использованием МРТ астронавтов, вернувшихся на Землю после, как минимум, одного месяца пребывания в космосе. Такие проблемы со зрением могут стать серьезной проблемой для будущих полетов в дальний космос, включая миссию с экипажем на планету Марс. Если причиной действительно является повышенное внутричерепное давление, искусственная гравитация может стать одним из решений, как и в случае многих рисков для здоровья человека в космосе. Однако такие искусственные гравитационные системы еще только предстоит создать. Более того, даже при сложной искусственной гравитации может сохраняться состояние относительной микрогравитации, риски которого остаются неизвестными.

Одним из последствий невесомости для людей является то, что некоторые астронавты сообщают об изменении их вкусовых ощущений в космосе. Некоторые астронавты считают, что их еда безвкусная, другие считают, что их любимая еда уже не так хороша (тому, кто наслаждался кофе, во время миссии он так не понравился, что он перестал пить его после возвращения на Землю). Некоторым астронавтам нравится есть определенную пищу, которую они обычно не едят, а некоторые не испытывают никаких изменений. Многочисленные тесты не выявили причину, и было предложено несколько теорий, включая деградацию пищи и психологические изменения, такие как скука. Астронавты часто выбирают еду с сильным вкусом, чтобы избежать потери вкуса.

Замечены и дополнительные физиологические эффекты. Так, в течение одного месяца человеческий скелет полностью расширяется в невесомости, в результате чего рост увеличивается на дюйм (2,54 см). Через два месяца мозоли на ступнях линяют и отпадают из-за неиспользования, оставляя новую мягкую кожу. В отличие от этого, верхняя часть ступней становится огрубевшей и болезненно чувствительной, поскольку трутся о поручни, за которые ноги зацеплены для устойчивости. Во время слез нельзя проливать слезы, они слипаются в клубок. В условиях микрогравитации запахи быстро проникают в окружающую среду, и в ходе эксперимента НАСА обнаружило, что запах сливочного хереса вызывает рвотный рефлекс. Различные другие физические неудобства, такие как боль в спине и животе, обычны из-за адаптации к гравитации, когда в космосе гравитации не было, и эти мышцы могли свободно растягиваться. Они могут быть частью синдрома астенизации, о котором сообщают космонавты, живущие в космосе в течение длительного периода времени, но рассматриваемые астронавтами как анекдотические. Усталость, вялость и психосоматические переживания также являются частью синдрома. Данные неубедительны; однако этот синдром, похоже, существует как проявление внутреннего и внешнего стресса, с которым приходится сталкиваться экипажам в космосе.

Ускорения. Перегрузки

Наряду с термином «ускорение» по отношению к полетам используют термин «перегрузка». Перегрузка показывает, во сколько раз равнодействующая внешних сил превышает вес тела. Направление ускорения обозначают в координатах тела человека, например, голова-таз (от головы к тазу), грудь-спина и т. п.

Ударное ускорение характеризуется малой продолжительностью (менее 1 с) и большой скоростью нарастания перегрузки (от нескольких сот до нескольких тысяч g/с). В космическом полете ударное ускорение возникает при катапультировании, при аварийном отделении (отстреле) капсулы с космонавтом от ракеты-носителя и, наконец, при посадке корабля.

Устойчивость организма к ударному приложению механических сил определяется в первую очередь прочностью органов и тканей. Нарушения функций организма при ударном ускорении могут также возникнуть на уровне микроструктур и не иметь четкой локализации в общеклиническом представлении. Непосредственно перед воздействием ускорений отмечается ряд эмоционально обусловленных реакций – повышение пульса и частоты дыхания, рост артериального давления и т. п. В ряде случаев тотчас после воздействия можно наблюдать выраженную тормозную реакцию (замедление пульса, падение артериального давления, снижение двигательной активности и т.п.). При отсутствии травматических повреждений довольно быстро наступает нормализация функций.

Длительнодействующие ускорения в космическом полете возникают при взлете и спуске космического корабля, а также иногда могут появиться во время маневров корабля в процессе полета. В лабораторных условиях с целью тренировки и для изучения влияния длительнодействующих ускорений на организм человека и животных используют специальные центрифуги.

Длительнодействующее ускорение субъективно оценивается как повышение веса тела с выраженным затруднением дыхательных движений и движений конечностей. Постепенно развивается чувство утомления. Иногда могут возникнуть боли в загрудинной и подложечной областях. Если длительнодействующее ускорение направлено по оси ноги-голова или голова-ноги, то ощущается прилив крови к лицу и боль в конечностях, усиливающаяся к кистям рук и ступням. Это явление связано с тем, что под влиянием инерционных сил происходит резкое перераспределение крови в сосудах конечностей. Если длительнодействующее ускорение направлено по оси спина-грудь или грудь-спина, использование кресла с индивидуально моделированным ложементом предохраняет пилота от указанных явлений, связанных с перераспределением крови. Если предусматривается противоположное направление длительнодействующего ускорения, то большее внимание должно быть уделено рациональному выбору привязной системы, на которой космонавт фактически повисает. Большое значение при этом приобретает фиксация головы и конечностей.

Ускорения изменяют функциональное состояние центральной нервной системы, что может быть связано не только с нарушением кровоснабжения и повышенной нервной импульсацией, но и с непосредственным действием инерционных сил на ткань головного мозга. Функция зрения изменяется при поперечном направлении ускорений в меньшей степени, чем при продольном их направлении. Меньше страдает и слуховой анализатор. Его функция по дифференцированному приему информации практически сохраняется до тех пор, пока не потеряно сознание.

Направление перегрузки имеет важные последствия для организма. Наибольшие повреждения при наименьшем времени действия оказывают на организм человека продольные отрицательные перегрузки.

В табл. 1.1 приведены сведения о переносимости перегрузок тренированными пилотами. Основным критерием для оценки состояния пилота взяты изменения работоспособности. Для нетренированных лиц пределы переносимости перегрузок значительно ниже. Как видно из табл. 1.1, человек сохраняет работоспособность при больших перегрузках в течение очень немногих секунд и минут.

Таблица 1.1

Переносимость перегрузок человеком (Комендантов Г. Л., 1975)

Направление ускорения	Направление вектора перегрузки	Величина перегрузки	Время действия перегрузки, с	Состояние пилота
От ног к голове (взлет)	Голова - ноги (положительная перегрузка)	5-6	20-30	Понижение работоспособности
		8-9	20-30	Нарушение зрения, серая пелена, возможен обморок
		Более 9	Не более 20	Обморок, опасно для жизни
От головы к ногам (посадка)	Ноги - голова (отрицательная перегрузка)	1-2	10-20	Понижение работоспособности
		3	10-20	Опасно для жизни
		5-6	0,2-0,5	Возможно при катапультировании вниз
Вперед	Грудь - спина (поперечная перегрузка)	9-10	Более 100	Сохранение работоспособности
		10-15	Более 50	Понижение работоспособности
		До 26	Не более 8	Деформация тканей, петехиальные кровоизлияния
Назад	Спина - грудь (поперечная перегрузка)	8	Более 100	Сохранение работоспособности
		12-14	Менее 100	Понижение работоспособности
		Более 14	Менее 20	Деформация тканей, разрывы сосудов склеры

 

Общее состояние человека при перегрузках характеризуется появлением чувства тяжести во всем теле, болевых ощущений, вначале затруднением, а в дальнейшем и полным отсутствием возможности произвольных движений. Происходит смещение мягких тканей и ряда внутренних органов в направлении действия перегрузки. Для перегрузок, направленных от головы к ногам, характерны зрительные нарушения – затуманивание и ослабление периферического зрения – «серая пелена», далее ослабление и даже потеря центрального зрения, так называемая «черная пелена». Эти расстройства обусловлены нарушениями гемодинамики мозга и сетчатки глаза. Перегрузки, направленные от ног к голове, вызывают очень сильные болевые ощущения в голове и глазах, возможны кровоизлияния в склеру и веки. Для поперечных перегрузок характерны затруднения дыхания вплоть до невозможности сделать вдох, появляются болевые ощущения в эпигастральной области.

В механизме расстройств функций организма при перегрузках ведущую роль играют нарушения гемодинамики и дыхания.

Нарушения гемодинамики обусловлены главным образом перераспределением крови. При положительных перегрузках (голова-ноги) происходит перемещение крови в сосуды брюшной полости и нижние конечности. В результате такого перераспределения артериальное давление в сосудах, расположенных ниже уровня сердца, повышается, а ударный объем сердца уменьшается. В сосудах верхней половины туловища давление падает. Возникающая при этом анемия мозга и органов чувств может привести к расстройствам зрения и потере сознания.

При перегрузках от ног к голове (отрицательные перегрузки) перемещение крови происходит к сосудам верхней половины туловища, артериальное давление выше уровня сердца резко повышается.

Изменения общей гемодинамики при поперечных перегрузках выражены значительно меньше, чем при продольных, что обусловлено расположением магистральных кровеносных сосудов вдоль продольной оси тела. Однако во многих органах и тканях микроциркуляторное ложе может быть распределено более или менее равномерно по всем направлениям, и поэтому возможны регионарные смещения крови и при поперечных перегрузках, например в системе легочных сосудов – спереди назад.

Нарушения дыхания и газообмена также зависят от направления перегрузки. При положительных продольных перегрузках легочная вентиляция увеличивается – возрастают и глубина дыхания, и частота дыхательных движений. Увеличение дыхательного объема, по-видимому, зависит от опущения диафрагмы. Минутный объем дыхания (МОД) возрастает иногда более чем в 3 раза, возрастают потребление кислорода и выделение СO₂, увеличивается дыхательный коэффициент. Однако, несмотря на увеличение МОД и дыхательного объема, постепенно нарастает гипоксия вследствие выраженного нарушения гемодинамики в сосудах легких.

Так, известно, что при 6-7-кратных перегрузках кровоток в верхних долях легких прекращается, в средних частях не изменяется, а в нижних долях возникают отеки и ателектазы.

Наиболее значительные расстройства дыхания возникают при поперечно направленных перегрузках, что обусловлено сочетанными нарушениями биомеханики дыхательного акта и кровообращения в сосудах малого круга кровообращения. Осуществление нормального дыхательного акта затруднено. Наблюдается учащение дыхания, удлинение фазы вдоха и укорочение выдоха и постепенное снижение его глубины. Жизненная емкость легких с возрастанием перегрузок снижается.

Действие поперечного ускорения в 8g длительностью 3 мин вызывало у людей падение насыщения крови кислородом на 25%. Обнаружено, что действие поперечных ускорений приводит к изменению уровня насыщения кислородом тканей головного мозга. При этом происходит изменение биоэлектрической активности мозга в зависимости от величины и времени действия ускорения.

Нарушения функции дыхания и гемодинамические расстройства ведут к гипоксемии и гипоксии всех органов и тканей, прежде всего головного мозга и сердца. На этом фоне имеет существенное значение измененный поток афферентной импульсации как от внешних, так и от внутренних рецепторов организма. Необычная импульсация наряду с гипоксией мозга способствует нарушениям механизмов центральной регуляции жизненно важных функций организма и снижению компенсаторно-приспособительных возможностей организма. От больших перегрузок может наступить острая смерть вследствие сердечной, сосудистой или дыхательной недостаточности.

 

Влияние вибрации

Вибрации – механические колебания, происходящие с частотой от 1 Гц и выше. На практике вибрация представляет собой сложные колебательные движения, чаще всего имеющие одновременно различные направления и параметры. Простейшая форма вибрации – гармонические колебания, когда тело отклоняется по синусоиде от некоторого устойчивого положения равновесия. Как известно, периодические колебательные движения характеризуются частотой, амплитудой и так называемым виброускорением. Виброускорение, или виброперегрузка, – максимальное изменение скорости в единицу времени (обычно выражается в см/с²).

Принято делить вибрации на низкочастотные (менее 50 Гц) и высокочастотные. Степень воздействия вибрации зависит от ее параметров и продолжительности, прежде всего от частоты колебаний. На колебания различной частоты организм отвечает реакциями, разными как по степени выраженности, так и по характеру. Например, низкочастотные вибрации при ограниченном распространении по телу человека вызывают расширение сосудов, а высокочастотные – их спазмы.

Работа двигателя и аэродинамическая нагрузка корабля создают в космическом полете вибрацию. Частота вибрации, возникающей на активном участке полета, доходит примерно до 50 Гц. Величина виброперегрузки при этом не превышает 1g. При воздействии на человека вибрация вызывает специфические ощущения сотрясения тела. Низкочастотные вибрации являются специфическим раздражителем вестибулярного аппарата, приводящим при длительном воздействии к нарушению его функций.

Под влиянием вибраций претерпевают изменения функции дыхания, сердечно-сосудистой системы, пищеварения, опорно-двигательного аппарата и т. д. Нет такого органа или системы в организме человека, которые в той или иной степени не реагировали бы на вибрационное воздействие. При вибрации отмечаются закономерные изменения в использовании кислорода тканями мозга. Потребление кислорода во время вибрирования начиная с первого воздействия резко увеличивается, причем наиболее отчетливо в двигательной области коры головного мозга. После вибрации в течение первых двух часов происходит волнообразное развитие тормозного процесса, характеризующегося уменьшением потребления кислорода тканями мозга.

Длительное воздействие вибрации вызывает боль в суставах, тошноту, головную боль, общую разбитость, заметное снижение работоспособности.

Однако, так как вибрации действуют кратковременно, лишь на активном участке полета (когда работают двигатели), то заметного влияния их на организм космонавтов не обнаружено.