Космическа медицина Излетете и задръжте курсора за основни изследвания
Хане, Дороти
Изследванията в безтегловност разкриват много за човешката физиология. От това се възползват не само астронавтите и космическите туристи, но и хората на земята.
Знаете ли какво е усещането на влакче в увеселителен парк, когато ускорява над върха на хълма и след това се втурва надолу стръмно? Ето как можете да си представите параболичен полет - единствената разлика е, че усещането за падане продължава. ”Лекарят Улрих Лимпер е изпълнявал много параболични полети, но не за забавление, а с изследователска цел. Той е част от медицинския екип в Университета на Витен/Хердеке (UWH), който в сътрудничество с Германския аерокосмически център (DLR) изследва как сърдечно-съдовата система на човека реагира при различни гравитационни условия.
Параболичните полети предлагат най-добрите условия за това. Пилотът първо лети хоризонтално, а след това се изкачва стръмно в небето с пълна тяга. Силата на гравитацията е почти два пъти по-голяма от тази на земята. Във втората фаза двигателите се регулират. Самолетът продължава да се изкачва, преди да навлезе в свободно падане. Той описва параболична крива, при която има безтегловност за 22 секунди. В третата фаза самолетът пада първо с нос към земята, докато пилотът го прихване и насочи обратно към хоризонталата. И тук силата на гравитацията се удвоява. В допълнение към безтегловността и хипергравитацията, специално оборудваният параболичен Airbus A300-ZERO-G може да се използва за генериране на гравитационните сили на Луната или Марс чрез подобни полетни маневри. На Луната има една шеста, на Марс една трета от земната гравитация.
По време на тези частични g-полети изследователите от Witten извършиха измервания на ортостаза на общо 14 тествани лица. „Интересувахме се как се държат кръвното налягане, сърдечният ритъм и обемът на сърдечния ритъм, когато човек стане от легнало положение под различна степен на гравитация“, обяснява лекарят и ръководител на проекта Пола Бек. Какво се случва, когато станете на земята, е добре известно: гравитацията изтегля кръвта от горната половина на тялото в корема и краката. В резултат на това притокът на кръв обратно към сърцето намалява, ударният обем намалява и кръвното налягане спада. След това механизмите за компенсация влизат в сила. Спадът на кръвното налягане активира симпатиковата нервна система, съдовете се свиват, пулсът се повишава, както и кръвното налягане.
„Малко се знае за ортостатичната реакция при промяна на гравитационните условия“, казва Лимпър. Следователно лекарите осигурили на субектите електроди и специален апарат за измерване на кръвното налягане на пръстите им и ги накарали да стават многократно от диван по време на параболични полети под гравитация на Марс и Луна, както и при хипергравитация. На разположение бяха само няколко секунди за измерванията: 26 секунди в лунен, 31 секунди в марсианска гравитация и 18 секунди в хипергравитация.
Кръвното налягане спада, когато гравитацията се увеличи
„Реакциите на адаптация се проведоха при всички степени на гравитацията“, обобщава резултатите Бек. С други думи, първоначално е имало спад на кръвното налягане, който след това е бил компенсиран чрез увеличаване на сърдечната честота. Кръвното налягане обаче не спадаше линейно с увеличаването на гравитацията. Както се очакваше, той потъна особено рязко с хипергравитация, но и бързо се възстанови. Под марсианската гравитация кръвното налягане спадна по-малко от очакваното и отне повече време, за да се върне на стабилно ниво. Дори с гравитацията на Луната, отне време да се повиши отново кръвното налягане. Изследователите бяха изненадани, че ортостатична реакция изобщо е възникнала при лунни условия. „С тази малка гравитация не беше ясно дали тялото ще предприеме мерки за противодействие“, обяснява Бек.
След опитите да стане, последните параболични полети през април тази година се фокусираха върху сърдечната сила в безтегловност. Учените от UWH, заедно с учени от Медицинското училище в Хановер, прикрепиха сензори за ускорение към кожата на германския астронавт Ханс Шлегел и измериха как плаващото тяло се движи напред и назад от сърдечния ритъм. Лекарите се интересуваха особено от това колко време се нуждае сърцето в безтегловност, за да изпомпва какъв обем и каква сила трябва да го направи.
Безтегловността е като прикован на легло в бързо движение
Целта на параболичните полетни проучвания е, от една страна, да могат предварително да оценят възможните опасности и рискове за безопасността на астронавтите и космическите туристи. Например, ако астронавтите останат по-дълго на Марс при бъдещи мисии и изследват терена, те биха могли да отпаднат далеч от базата без ортостатична реакция, тъй като кръвта бавно потъва и мозъкът не е достатъчно снабден с кръв. Освен това експериментите са от значение и за клиничните изследвания на Земята: „При безтегловност подобни процеси протичат във времето, както при лежащите хора. Нашите резултати помагат да се разберат по-добре кръвоносните реакции на тези пациенти “, обяснява Лимпър.
Преди всичко космическите изследвания авансират основните изследвания. „Безтегловността е отличен начин да проверите дали физиологичните хипотези са верни“, казва проф. Д-р. мед. Рупърт Герцер, ръководител на Института по аерокосмическа медицина към DLR. Примерът на домакинството на сол показва, че изненадващи неща могат да излязат наяве. Регулирането му работи отчасти по различен начин от това, което се предполага от десетилетия. Отправната точка беше наблюдението, че след дълъг престой в космоса астронавтите са ортостатично нестабилни през първите няколко дни на земята и могат да стоят и да ходят изправени в ограничена степен. Причината за това явление се подозираше в изместванията на течностите, характерни за пространството: кръвоносната система изпомпва кръвта към сърцето, дори в безтегловност. До 2000 ml течност изтичат от долната в горната половина на тялото. Последиците от това задържане на горното въздействие са подуто лице и тънки крака. „Говорим също за подпухнало лице и пилешки бутчета“, обяснява Лимпър.
В същото време лигавиците, включително седалището, се подуват
Досега се предполагаше, че тялото съхранява вода в тъканта с висок прием на сол, за да осигури осмоларност. В допълнение, експертите бяха сигурни, че погълнатата сол ще се отдели през бъбреците в рамките на 24 часа, за да поддържа концентрацията на натрий в тялото постоянна и да контролира кръвното налягане. В последващи проучвания на солта на Земята учените разкриват и други механизми: Тялото съхранява натрия, съдържащ се в солта, не само чрез известни по-рано механизми, но и в кожата. За разлика от кръвта, той не се разтваря там, а е свързан с протеогликани. Свързването на натрий с тези сложни протеини става в замяна на водородни йони. В процеса натрият губи своята осмотична ефективност - и вече не задържа никаква вода.
Междувременно темата за баланса на солта заема изследвания с високо налягане. „Снежната топка, хвърлена от космическото пътуване, се превърна в лавина“, казва Герзер. Най-продължителното досега проучване на метаболизма на натрия, изследването Mars 500 *, донесе вълнуващи прозрения. Йенс Титце, професор по изследвания на електролитите и кръвообращението в университета в Ерланген-Нюрнберг, предписва строг хранителен план с определено съдържание на сол за шест тествани лица по време на виртуален полет до Марс в продължение на 205 дни. В началото диетата съдържаше дванадесет грама сол, след това съдържанието на сол беше намалено до девет, по-късно до шест грама на ден. Учените събирали урината на тестваните всеки ден и анализирали съдържанието на сол, както и хормоните алдостерон и кортизол.
Запазването и освобождаването на солта има свой собствен ритъм
Резултатът: абсорбираната сол по никакъв начин не се екскретира в рамките на 24 часа. Тялото го съхранява ритмично в продължение на седмици и месеци и след това го освобождава отново. „Това означава, че 24-часовите баланси на солта са по-малко значими, отколкото се предполагаше по-рано за оценка на консумацията на сол на човек“, обобщава Герзер. Ритъмът на съхранение и освобождаване на сол протича независимо от приема на храна и няма влияние върху кръвното налягане. За разлика от тях, алдостеронът и кортизолът изглежда играят важна роля в регулирането.
Дори ако някои механизми по отношение на солевия баланс се оказаха грешни, едно предположение се потвърди: ниският прием на сол с храна понижава кръвното налягане, а високият го увеличава.
Dipl.-Oecotroph. Дороти Хане
* Rakova N, et al.: Дългосрочната симулация на космически полети разкрива инфрадианска ритмичност в човешкия баланс Na +, клетъчен метаболизъм 2013; 17: 125-31.