Реакции животного организма, обусловленные отсутствием весовой нагрузки на костно-мышечную систему в условиях невесомости

Снятие весовой нагрузки на опорно-двигательный аппарат в условиях невесомости служит причиной возникновения системных сдвигов, патофизиологической основой которых является «атрофия от неупотребления». В частности, отсутствие необходимости в активном противодействии гравитационным силам и поддержании позы, уменьшение мышечных затрат на перемещение тела и отдельных его частей в пространстве теоретически должно приводить к снижению энергообмена и уменьшению требований к системе транспорта кислорода (т.е. к сердечно-сосудистой системе). Так, снижение нагрузки на опорно-двигательный аппарат в условиях невесомости обуславливает и ослабление эритропоэза, приводящее к развитию некоторой анемии, носящей физиологический характер и не сопровождающейся развитием гипоксии в тканях. Изменения же фазовой структуры сердечного цикла в исследованиях с имитацией невесомости часто укладываются в симптомокомплекс фазового синдрома гиподинамии сердца, для которого характерны уменьшение механической активности сердечной мышцы, возрастание электромеханической задержки, увеличение периода напряжения и уменьшение периода изгнания, которые связывают с ваготонической реакцией. В отдельных случаях у космонавтов вскоре после приземления регистрируют признаки ухудшения сократительной функции миокарда.

Кроме этого, снижение нагрузки на мышечную систему и опорные структуры в условиях невесомости, существенная перестройка двигательной координации в безопорном состоянии создают предпосылки для изменений метаболизма, нарушений нейрогуморальных механизмов регуляции соматических и вегетативных функций и развития, так называемого синдрома гиподинамии. Основными последствиями этого синдрома являются:

ü снижение энергетического метаболизма в организме, обуславливающее уменьшение потребности в пище. Вместе с тем, выполнение ряда рабочих операций внутри и вне кабины космического корабля осложнено отсутствием привычной опоры и требует существенной перестройки координации движений. В результате мышечные и энергетические затраты на эти операции могут в состоянии невесомости возрасти по сравнению с наземными условиями, что может обусловливать даже повышение уровня обмена веществ в организме при их выполнении по сравнению с таковым на Земле. Однако, в среднем (за весь период орбитального полета) уровень энергообмена при длительном пребывании в орбитальном полете у космонавтов снижается, что обуславливает и уменьшение потребности в пище.

ü уменьшение нагрузки на опорно-связочный аппарат и скелетные мышцы обуславливает некоторую декальцинацию костной ткани (особенно в области метафизов трубчатых костей) и развитие частичной атрофии скелетных мышц (преимущественно экстензорных, выполняющих в условиях естественной гравитации Земли антигравитационную функцию). В целом, невесомость и экспериментально моделируемая гиподинамия приводят к уменьшению тонуса мускулатуры, мышечной силы, выносливости и физической работоспособности.

ü уменьшение мышечного тонуса, физической напряженности и энергообмена в состоянии гиподинамии сопровождается развитием детренированности сердечно-сосудистой системы, что в свою очередь ухудшает переносимость различных нагрузок. В то же время в состоянии покоя изменения в сердечно-сосудистой системе не выходят за пределы допустимых физиологических колебаний, характеризуются фазностью и не всегда постоянны. Общие циркуляторные сдвиги, связанные с гиподинамией и снижением гидростатического давления крови, сопровождаются и изменениями регионарного кровообращения, в частности развитием венозного застоя. Так, после полетов с помощью реографической методики обнаружена асимметрия тонуса мозговых артериол и вен, которые могут послужить причиной ряда неврологических расстройств при длительной гиподинамии. Последние характеризуются симптомами межполушарпой асимметрии и правосторонней пирамидной недостаточности. Изменяется и биоэлектрическая активность мозга, что может быть связано с уменьшением функциональной подвижности корковых процессов и активирующего влияния ретикулярной формации. К числу других вероятных неврологических нарушений относят вегетативно-сосудистую дисфункцию, астено-невротический синдром и синдром нейромышечных нарушений.

Таким образом, снятие весовой нагрузки на костно-мышечный аппарат является самостоятельным и весьма важным пусковым механизмом в развитии разнообразных нарушений, обусловленных невесомостью. Целостная картина изменений, возникающих в организме человека под влиянием невесомости или имитирующих ее действие условий, включает в себя сложный комплекс реакций со стороны сердечно-сосудистой, костно-мышечной систем, системы крови, обменных функций, механизмов нервной и гуморальной регуляции, общей реактивности и иммунитета, состояния анализаторной и высшей нервной деятельности. Поскольку упомянутые реакции являются преимущественно выражением адаптационных сдвигов, они, как правило, не накладывают сколько-нибудь существенных ограничений на общее состояние и работоспособность космонавтов в процессе самого полета. В частности, данные, полученные в космических полетах продолжительностью до 3 месяцев, свидетельствуют о том, что адаптация к «комплексу сниженных требований» протекает в основном благоприятно, хотя в остром периоде адаптации, в первые 7-10 суток полета, отмечаются изменения самочувствия, работоспособности и вестибулярные расстройства, обусловленные вероятно развтием стрессового состояния организма из-за весьма непривичных условий жизнесуществования. Тем не менее имеющиеся научные данные не позволяют полностью исключить возможность развития более серьезных изменений при продолжительных полетах (большей выраженности деструктивных процессов, астенизации, возникновения заболеваний, требующих специализированной медицинской помощи, понижения физической и умственной работоспособности). В настоящее время наиболее критической формой проявления сдвигов, обусловленных влиянием невесомости на организм человека, являются нарушения, которые возникают в реадаптационном периоде. Основные из них состоят в снижении переносимости перегрузок, вертикальной позы, ухудшении физической работоспособности, координации ходьбы и других двигательных актов. Поэтому одной из важных в научно-практическом отношении задач медицинского обеспечения длительных космических полетов является разработка и внедрение системы мероприятий по профилактике расстройств, возникающих у космонавтов при возвращении на Землю.

Двигательные изменения при невесомости проявляются в снижении точности движений, некотором нарушении их координации по причине измененной афферентации от вестибулярных, кожных и проприорецептров в условиях невесомости и высокой лабильности нервных центров. Выраженные изменения происходят и в самом опорно-двигательном аппарате. В частности, отмечается уменьшение массы мышц и мышечной силы. Возникающие в мышцах изменения являются следствием не только их атрофии от бездеятельности, но и нейрогенной дистрофии, связанной с нарушением притока афферентной информации от мышц и, как следствие, их эфферентного нейротрофического контроля. В условиях невесомости происходит значительная резорбция кальция и фосфора из кости, в результате чего снижается механическая компрессия костей, возникает остеопороз, уменьшается удельный вес скелета.

Вегетативные изменения в условиях невесомости довольно выражены. Кровяное давление неустойчиво, часто снижено (причиной тому является, с одной стороны, высокая лабильность центра регуляции кровообращения, а с другой – устранение действия на организм силы тяжести). Со стороны сердца вначале наблюдается тенденция к тахикардии, а затем – брадикардии. Брадикардия в условиях невесомости, очевидно, развивается в силу приспособления сердца к уменьшенной физической нагрузке (в частности, исключения мышечных усилий на преодоление сил земного притяжения) и сниженному обмену веществ. Вследствие отсутствия действия силы тяжести на организм наблюдается увеличение кровенаполнения сосудов верхней половины туловища. Раздражение волюморецепторов, торможение выделения вазопрессина и альдостерона приводит к увеличению потери натрия и воды с мочой и уменьшению объема циркулирующей крови (соответственно нагрузка на сердце при этом снижается). Дыхание вначале несколько учащенное, затем быстро нормализуется и далее замедляется. Со стороны крови наблюдается лейкоцитоз и повышение ее свертываемости. В некоторых случаях наблюдается тошнота, рвота, слюнотечение, которые вместе с изменениями в сердечной деятельности и аппарате внешнего дыхания служат проявлениями космической формы укачивания.

В целом все отмеченные перестройки со стороны сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата, а также энергетического и водно-солевого обмена являются адекватными для условий невесомости, но весьма неблагоприятными для дальнейшей жизни на Земле.