Космічна медицина Зніміть і наведіть курсор для базових досліджень
Хане, Дороті
Дослідження невагомості розкривають багато про фізіологію людини. Виграють від цього не лише космонавти та космічні туристи, а й люди на землі.
Чи знаєте ви відчуття на американських гірках, коли він прискорюється над вершиною пагорба, а потім стрімко мчить вниз? Ось як ви можете собі уявити параболічний політ - єдина відмінність полягає в тому, що відчуття падіння триває ». Лікар Ульріх Лімпер здійснив багато параболічних польотів, однак, не для задоволення, а для дослідницьких цілей. Він є частиною медичної групи в Університеті Віттена/Гердеке (UWH), яка у співпраці з Німецьким аерокосмічним центром (DLR) вивчає, як серцево-судинна система людини реагує в різних умовах гравітації.
Параболічні рейси пропонують найкращі умови для цього. Пілот спочатку летить горизонтально, а потім круто піднімається в небо з повною тягою. Сила тяжіння майже вдвічі більша, ніж на землі. На другій фазі двигуни регулюються. Літак продовжує підніматися до вільного падіння. Він описує параболічну криву, при якій протягом 22 секунд спостерігається невагомість. На третій фазі літак падає носом першим у напрямку землі, поки пілот не перехоплює його і не спрямовує назад до горизонталі. Тут теж сила тяжіння подвоюється. На додаток до невагомості та гіпергравітації, спеціально обладнаний параболічний Airbus A300-ZERO-G може використовуватися для генерування гравітаційних сил Місяця або Марса за допомогою подібних польотних маневрів. На Місяці є шоста частина, на Марсі - одна третина земного тяжіння.
Під час цих часткових g-рейсів дослідники Віттена провели вимірювання ортостазу загалом на 14 випробуваних. "Нас цікавило, як поводяться кров'яний тиск, серцебиття та об'єм серцебиття, коли людина встає з лежачого положення під різним ступенем тяжіння", - пояснює лікар та керівник проекту Пола Бек. Що відбувається, коли ви встаєте на землю, добре відомо: гравітація втягує кров з верхньої половини тіла в живіт і ноги. Як результат, приплив крові до серця зменшується, ударний об’єм зменшується, а кров’яний тиск падає. Потім набувають чинності механізми компенсації. Падіння артеріального тиску активує симпатичну нервову систему, судини скорочуються, частота серцевих скорочень зростає, як і артеріальний тиск.
"Мало що відомо про ортостатичну реакцію в умовах зміни сили тяжіння", - говорить Лімпер. Тому лікарі забезпечили випробовуваних електродами та спеціальним вимірювачем артеріального тиску на пальцях і змусили їх неодноразово вставати з дивана під час параболічних польотів під марсіанською та місячною гравітацією та в умовах гіпергравітації. Для вимірювань було доступно лише кілька секунд: 26 секунд у місячному, 31 секунда в марсіанському гравітації та 18 секунд у гіпергравітації.
Артеріальний тиск падає, коли сила тяжіння зростає
"Реакції адаптації проходили під усіма ступенями тяжіння", - підсумовує результати Бек. Іншими словами, спочатку спостерігалося падіння артеріального тиску, яке потім компенсувалося збільшенням частоти серцевих скорочень. Однак артеріальний тиск не зменшувався лінійно зі збільшенням сили тяжіння. Як і слід було очікувати, він особливо різко затонув із гіпергравітацією, але також швидко відновився. Під марсіанською гравітацією артеріальний тиск падав менше, ніж очікувалося, і потрібно було більше часу, щоб повернутися до стабільного рівня. Навіть при гравітації Місяця знадобився час, щоб артеріальний тиск знову підвищився. Дослідники були здивовані тим, що ортостатична реакція взагалі відбувалася в місячних умовах. "За такої дрібниці гравітації було незрозуміло, чи буде тіло вживати контрзаходи", - пояснює Бек.
Після спроб встати, останні параболічні польоти в квітні цього року зосереджувались на серцевій силі в невагомості. Вчені UWH разом із вченими з Ганноверської медичної школи прикріпили датчики прискорення до шкіри німецького космонавта Ганса Шлегеля та виміряли, як плаваюче тіло рухалося вперед-назад серцебиттям. Лікарів особливо цікавило, скільки часу серцю потрібно в невагомості, щоб перекачати який обсяг, і яка сила йому потрібна для цього.
Невагомість - це як прикута до ліжка у швидкому русі
Метою параболічних польотних досліджень є, з одного боку, можливість заздалегідь оцінити можливі небезпеки та ризики для космонавтів та космічних туристів. Наприклад, якщо астронавти довше залишатимуться на Марсі під час майбутніх місій і досліджуватимуть місцевість, вони можуть пройти далеко від бази без ортостатичної реакції, оскільки кров повільно опускається, а мозок недостатньо забезпечується кров’ю. Крім того, експерименти також мають значення для клінічних досліджень на Землі: «У невагомості подібні процеси відбуваються з часом, як у лежачих людей. Наші результати допомагають краще зрозуміти реакції кровообігу цих пацієнтів », - пояснює Лімпер.
Перш за все, космічні дослідження сприяють фундаментальним дослідженням. "Невагомість - чудовий спосіб перевірити, чи правильні фізіологічні гіпотези", - говорить проф. мед. Руперт Герцер, керівник Інституту аерокосмічної медицини DLR. Приклад господарства із солі показує, що дивовижні речі можуть виявитися. Його регулювання працює частково інакше, ніж передбачалося десятиліттями. Відправною точкою було спостереження, що після тривалого перебування в космосі астронавти в перші кілька днів на землі ортостатично нестійкі і можуть стояти і ходити лише обмежено. Причиною цього явища були підозри в зсувах рідини, типових для простору: кровоносна система підкачує кров до серця навіть у невагомості. З нижньої у верхню половину тіла тече до 2000 мл рідини. Наслідками цієї верхньої перевантаженості є одутле обличчя і худі ноги. "Ми також говоримо про опухле обличчя та курячі ніжки", - пояснює Лімпер.
При цьому слизова оболонка, включаючи сідниці, набрякає
До цього часу вважалося, що організм зберігає воду в тканині з великим споживанням солі, щоб забезпечити осмолярність. Крім того, експерти були впевнені, що всередину сіль буде виводитися нирками протягом 24 годин, щоб підтримувати постійну концентрацію натрію в організмі та контролювати артеріальний тиск. У подальших дослідженнях солі на Землі вчені виявили інші механізми: організм зберігає натрій, що міститься в солі, не тільки за допомогою раніше відомих механізмів, але і в шкірі. На відміну від крові, вона там не розчиняється, а зв’язується з протеогліканами. Зв’язування натрію з цими складними білками відбувається в обмін на іони водню. У процесі натрій втрачає свою осмотичну ефективність - і більше не стримує води.
Тим часом тема сольового балансу займає дослідження високого тиску. "Сніжок, кинутий космічними подорожами, перетворився на лавину", - каже Герзер. Найдовше дослідження метаболізму натрію на сьогоднішній день, дослідження Mars 500 *, дало захоплююче розуміння. Йенс Тітце, професор з досліджень електролітів та кровообігу в Університеті Ерланген-Нюрнберг, прописав суворий дієтичний режим із визначеним вмістом солі для шести випробовуваних під час віртуального польоту на Марс протягом 205 днів. Спочатку дієта містила дванадцять грамів солі, потім вміст солі зменшили до дев'яти, пізніше до шести грамів на день. Вчені збирали сечу обстежуваних щодня та аналізували вміст солі та гормонів альдостерон та кортизол.
Збереження та виділення солі має свій ритм
Результат: проковтнута сіль ні в якому разі не виводиться протягом доби. Тіло зберігає його ритмічно протягом тижнів і місяців, а потім знову вивільняє. "Це означає, що цілодобовий баланс солі є менш значущим, ніж передбачалося раніше для оцінки споживання людиною солі", - резюмує Герцер. Ритм зберігання та виділення солі відбувається незалежно від прийому їжі і не впливає на кров'яний тиск. На відміну від них, альдостерон і кортизол, схоже, відіграють важливу роль у регуляції.
Навіть якщо деякі механізми відносно сольового балансу виявилися неправильними, підтверджується одне припущення: низьке споживання солі з їжею знижує артеріальний тиск, а високе його збільшує.
Dipl.-Oecotroph. Дороті Хане
* Ракова Н. та ін.: Довгострокове моделювання космічного польоту виявляє інфрадіанну ритмічність в балансі Na + людини, клітинний метаболізм 2013; 17: 125-31.