Адаптация к невесомости

Из факторов, наиболее неадекватных для организма, являются условия невесомости.

Человек рождается, растет и развивается в естественных условиях только под действи­ем сил земного притяжения. Сила притяжения формирует топографию функций скелетной мускулатуры и гравитационные рефлексы. Вся координированная мышечная работа фор­мируется в условиях сил земного притяжения. Вегетативное обеспечение мышечной актив­ности также во многом зависимо от силы гравитации. В частности, кровообращение пост­роено на факторе силы притяжения. Сила притяжения способствует току крови по артери­ям, но препятствует току крови по венам, в связи с чем в организме развиваются механиз­мы, способствующие венозному кровотоку.

Когда при космическом полете человек попадает в условия невесомости, это резко нару­шает как соматическую деятельность, так и работу внутренних органов. Экстеро- и интеро-рецепторы начинают сигнализировать о необычном состоянии скелетной мускулатуры и всех внутренних органов. Под влиянием такой необычной импульсации в фазу острой адап­тации отмечается высокая степень дезорганизации двигательной деятельности и работы внутренних органов.

Дезорганизация функций глубока и имеет тенденцию прогрессировать. Она характери­зуется изменением регионального тонуса сосудистой системы. В результате, в острый пе-

Рис. 106. Факторы, действующие на организм в условиях космического полета, и изменения в различных системах организма.

риод адаптации отмечается прилив крови к голове, целый ряд вестибулярных расстройств, изменение обмена веществ, которое проявляется в снижении уровня энергетического об­мена. В тяжелых условиях отмечают нарушение минерального, в том числе кальциевого обмена, что зависит от двигательной активности в условиях недогрузок костной системы конечностей, особенно нижних. По-видимому, отрицательный баланс Са2+ в условиях космических полетов может быть связан и с эндокринными сдвигами (дезорганизация в соотношениях паратгормона и тиреокальцитонина, нарушение обмена витамина Д, эти изменения ведут к деструкции костей). Изменяется не только координация движении, но даже почерк. В экспериментах были обнаружены нарушения структуры передних рогов серого вещества спинного мозга, показано также снижение устойчивости физиологичес­ких систем в условиях физических нагрузок. Адаптация в этих условиях возможна лишь при кардинальной перестройке управляющих механизмов центральной нервной системы, формировании новых функциональных систем при обязательном использовании комплекса технических и тренировочных защитных мероприятий. Необходимо применять различ­ные искусственные способы жизнеобеспечения в такой необычной и неадекватной для организма ситуации.

Возникает вопрос: возможна ли истинная адаптация к условиям невесомости, при кото­рой возникает перестройка системы регулирования, адекватной существованию в условиях на Земле. Этот вопрос еше требует своего решения.

Физиология человека

АДАПТАЦИЯ К ГИПОКСИИ

Недостаток кислорода — один из часто встречающихся факторов внешней среды; в са­мом деле, гипоксия сопровождает очень многие физиологические и патологические про­цессы (подъем в горы и дыхание разреженным воздухом — классические примеры гипо­ксии); при интенсивных физических нагрузках также возникает недостаток кислорода, вслед­ствие того, что мышцы поглощают кислород интенсивнее, чем он приносится кровью; ане­мия вследствие кровопотери или любой другой причины также вызывает гипоксию тканей; почти все болезни сердца и дыхания, как правило, сопровождаются развитием гипоксии.

Таким образом, можно констатировать, что гипоксия — универсальный действующий фактор, и в организме на протяжении многих веков эволюции выработались эффективные приспособительные механизмы к данному экстремальному воздействию.

Охарактеризуем кратко гипоксические состояния. Наиболее известна классификация гипоксии, включающая 4 больших класса:

1. Гипоксяческая гипоксия (снижено содержание кислорода в атмосферном воздухе, а
значит, в альвеолах и артериальной крови).

2. Анемическая гипоксия (недостаток эритроцитов или гемоглобина как основного пере­
носчика кислорода).

3. Застойная, или цнркуляторная, гипоксия (возникает вследствие нарушений кровообра­
щения из-за сердечной недостаточности).

4. Гистотоксическая гипоксия (в результате действия ядов (цианиды) блокированы фер­
менты дыхательной цепи в тканях, в частности, конечное звено в переносе кислорода —
цитохромоксидаза).

Помимо этих классов, различают острую и хроническую гипоксию. Острая гипоксия возникает при резком уменьшении доступа кислорода в организм (при помещении исследу­емого в барокамеру, откуда выкачивается воздух, при отравлении окисью углерода, при остром нарушении кровообращения или дыхания). Хроническая гипоксия возникает при длительном пребывании в горах или при любых других условиях недостаточного снабже­ния кислородом.

Как же организмы реагируют на гипоксическое воздействие? Для простоты возьмем в качестве модели гипоксии подъем в горы. При этом в качестве ответных мер на недостаток кислорода организм усилит работу тех органов и систем, которые осуществляют транспорт кислорода к клеткам: усилится кровообращение и дыхание, увеличится кислородная ем­кость крови вследствие роста концентрации эритроцитов и гемоглобина, изменится форма кривой диссоциации оксигемоглобияа со сдвигом вправо, повысится активность ферментов дыхательной цепи, изменится центральная регуляция вегетативных функций, направлен­ная на более экономное использование кислорода, произойдет модификация поведения (ог­раничение двигательной активности, избегание воздействия высоких температур).

Ответные реакции на дефицит кислорода охватывают многие важнейшие физиологичес­кие системы организма. Остановимся более подробно на характеристике ответных реакций организма.

Первой компенсаторной реакцией на гипоксию является увеличение частоты сердечных сокращений, несколько увеличивается ударный объем сердца и минутный объем крови. Эта реакция направлена на ликвидацию недостатка кислорода в тканях. Так, если организм че­ловека потребляет в покое 300 мл кислорода в минуту, а его парциальное давление во вды­хаемом воздухе (а, следовательно, и в крови) уменьшилось на 1/3, достаточно увеличить на 30% минутный объем крови, чтобы к тканям было доставлено то же количество кислорода. Раскрытие дополнительных капилляров в тканях реализует увеличение кровотока, так как при этом повышается скорость диффузии кислорода.

Увеличение интенсивности дыхания при гипоксии незначительно и только при выра­женных степенях кислородного голодания (парциальное давление кислорода во вдыхае­мом воздухе менее 80 мм рт. ст.) возникает углубление и учащение дыхания (одышка).

Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмосфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличение легочной вентиляции и только через опреде­ленное время (1—2 недели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенное увеличение легочной вентиляции из-за повышения чувствительности центров дыхания к углекислому газу.

При гипоксии возрастает количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови в первые 3—5 дней (острый период) за счет опорожнения кровяных депо и сгущения крови, а далее за счет интенсификации кроветворения (выяснено, что уменьшение атмосферного давления на 100 мм рт. ст. вызывает нарастание содержания гемоглобина в крови на 10%). Изменяются также кислородтранспортные свойства гемоглобина, увеличивается сдвиг кри­вой диссоциации оксигемоглобина вправо, что способствует более полной отдаче кислоро­да тканям. В клетках возрастает количество митохондрий, увеличивается содержание фер­ментов дыхательной цепи, что позволяет интенсифицировать процессы использования энер­гии в клетке. И, наконец, происходит перестройка в центральной регуляции дыхания и кро­вообращения. Наиболее демонстративно это проявляется в изменении чувствительности дыхательного центра к углекислому газу. При адаптации к гипоксии чувствительность по­вышается; это позволяет увеличить легочную вентиляцию, поднять содержание кислорода в крови, улучшить снабжение организма кислородом и, что не менее важно, ослабить ин­тенсивность работы сердечно-сосудистой системы и тем самым повысить резервные воз­можности организма.

Таким образом, в результате воздействия всех звеньев нейрогуморальной системы про­исходят структурно-функциональные перестройки в организме, в результате которых фор­мируются адаптивные реакции к данному экстремальному воздействию.