Как недостаток гравитации влияет на жизнь в космосе кратко
Обновлено: 08.07.2024
Космос
Стать космонавтом – популярная детская мечта. Кажется, что путешествия в космос – это что-то невероятное и фантастическое. Так и есть, но работа космонавта связана с большим количеством сложностей и опасностей, которые неведомы обычному человеку. Одно лишь отсутствие гравитации оказывает сильнейшее влияние на организм.
Как меняется организм в состоянии невесомости?
Одним из наиболее интересных является изменение роста человека. В условиях гравитации мышцы обеспечивают прилегание позвонков друг к другу, благодаря чему поддерживаются правильные изгибы позвоночника. В невесомости мышцы постепенно ослабевают и атрофируются. В результате рост может увеличиваться на несколько сантиметров.
Любые изменения в теле очень важны для космонавтов. Например, посадочная капсула содержит ложемент – специальное приспособление, которое изготавливается для каждого индивидуально. Ложемент должен полностью соответствовать параметрам космонавта, иначе под угрозой оказывается его безопасность во время посадки на Землю.
Ложемент кресла космонавта
Костюм космонавта “Пингвин”
Нельзя забывать о том, что сердце тоже является мышцей, а, значит, аналогичным образом невесомость воздействует и на него. Давно доказано, что сердце при отсутствии гравитации становится слабее и теряет объем. Но исследования НАСА показали еще одно изменение – округление формы сердца.
В данном исследовании приняли участие 12 космонавтов, трудившихся на МКС. Оказалось, что сердце человека становится на 9,4% круглее. Когда космонавт возвращается в привычные условия, мышца постепенно обретает нормальную форму. Чтобы проще было понять влияние на сердце, можно представить, что одна неделя в невесомости – это то же самое, что и 1,5 месяца постоянного постельного режима.
Интересный факт: многие обыденные вещи в космосе становятся невозможными. Например, космонавт не способен заплакать и избавиться таким образом от стресса, негативных эмоций и т.д. При гравитации слезы скатываются вниз, но если ее нет, то соленые капли остаются внутри глаза или постепенно накапливаются под ним, мешают зрению и вызывают неприятное чувство жжения. Космонавты избавляются от влаги с помощью специальных приспособлений.
В космосе также активизируется процесс старения. Даже, невзирая на негативные процессы в опорно-двигательном аппарате, в невесомости происходят изменения с эндотелиальными клетками. Они располагаются внутри всех сосудов, что вызывает влияние на сердечнососудистую систему. Ученые настаивают на том, что именно благодаря гравитации произошла эволюция человека, а при ее отсутствии ткани организма очень быстро стареют.
Поддаются пагубному влиянию невесомости и кости. Происходит это по нескольким причинам, таким как недостаток костного материала, нарушение обмена фосфора, снижение количества кальция. Организм понимает, что поддерживать тело нет необходимости, и все эти процессы приостанавливаются. В результате за 30 дней нахождения в космосе человек может потерять 1-2% костной массы. Разрушение костей даже имеет отдельный термин – космическая остеопатия.
По возвращению на Землю космонавт постепенно восстанавливает объем костной массы. При этом важно, чтобы пребывание в космосе не слишком затянулось, поскольку восстановление окажется невозможным при критических показателях (при потере 50% костной массы, например).
Для космонавтов жизненно необходимо выполнять различные тренировки в процессе космического полета. Для этого используются специальные тренажеры, которые обеспечивают притяжение тела и нагрузку на организм. К ним принадлежат беговые дорожки, тренажеры для силовых тренировок, имитаторы велосипеда и др. Также космонавты проходят тщательную подготовку к полету в специализированных центрах.
Исследования воздействия космоса на организм
Также ученые путем экспериментов и исследований выяснили, что пребывание в невесомости сказывается на иммунной системе организма. Другими словами, человек сильнее подвержен различным заболеваниям, поскольку ухудшается его иммунитет. Если говорить простым языком, то суть работы иммунной системы – отыскать в организме чужеродный микроорганизм и атаковать его.
Исследования проводила группа ученых NASA с привлечением 23 космонавтов (мужчин и женщин) в возрасте около 53 лет. Космонавты находились в условиях невесомости разное количество времени. Необходимые анализы им сделали до вылета, некоторые участники эксперимента брали у себя кровь, находясь на станции. Затем обследования проводились по прибытию космонавтов на Землю сразу и спустя определенные промежутки времени.
Таким образом, удалось сравнить результаты и выяснить, что иммунитет космонавтов, которые работали на МКС полгода, значительно ухудшился по сравнению с остальными участниками исследований. В частности, существенно снизилась способность иммунной системы распознавать угрозу и устранять ее. По возвращению космонавтов на Землю работа иммунитета начала медленно восстанавливаться. Точная причина таких изменений не установлена, поскольку это может быть стресс, нарушение работы биологических часов, нахождение в невесомости.
Еще одно исследование проводилось по влиянию невесомости на кожу организма. Космонавты часто жаловались на возникновение зуда кожи и сухости. Для эксперимента на орбиту отправили мышей сроком на три месяца. Обследование вернувшихся из космоса грызунов показали, что кожный покров истончился на 15%, а также изменился рост шерсти. Причем изменения происходили на уровне генов.
Интересный факт: при помощи мышей установлено и влияние невесомости на зрение. Их отправляли в космическое пространство на месяц, после чего проанализировали состояние глаз. Ученые выяснили, что зрение ухудшается из-за нарушенной деятельности кровеносных сосудов. Для организма всех живых существ естественно то, что кровь под действие гравитации устремляется к ногам. В невесомости она оказывает давление на мозг, что и наносит вред работе сосудов.
В невесомости кровь оказывает давление на мозг
Космонавты, работающие на МКС, часто жалуются на ухудшение зрения. По прибытию их на Землю зрение тоже постепенно возвращается к прежнему состоянию, но, как и в случае с другими органами и системами, все зависит от длительности нахождения в космосе. Ученые активно занимаются поиском решений, которые помогут снизить влияние невесомости на человеческий организм.
Невесомость несвойственна для человеческого организма. Многие его системы зависимы от силы притяжения, поэтому отсутствие гравитации негативно сказывается на здоровье космонавтов. Ухудшается работа опорно-двигательного аппарата, сердечнососудистой системы, ослабевают мышцы, зрение, иммунитет, состояние кожи. Пагубный эффект невесомости зависит от того, насколько долго космонавт пребывает в космосе. Для профилактики различных заболеваний и проблем используется специальное снаряжение, а космонавты тщательно готовятся к отправке в космос.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Новые вакцины, сплавы, материи — невесомость меняет представления о привычных вещах. И навсегда оставляет свой отпечаток на человеке. Микрогравитация действует на только на организм — наука ждет от нее новых откровений
Что такое невесомость и бывает ли она на Земле
На некоторых аттракционах высота сначала набирается, а потом резко сбрасывается, вызывая ощущение свободного падения или невесомости. Горки Goliath (Six Flags Great America) (Фото: June Ryan Lowry for TIME)
В 2016 году альтернативная рок-группа Ok Go из Чикаго сняла в ИЛ-76 МДК клип на песню Upside down and Inside Out. Это первое профессиональное музыкальное видео в условиях невесомости. Самолет-лаборатория имитировал салон пассажирского S7 Airlines, роль стюардесс исполняли многократные призеры чемпионатов по художественной гимнастике Анастасия Бурдина и Татьяна Мартынова.
Для съемок клипа потребовался 21 полет или 2 часа 15 минут невесомости — больше, чем стандартная норма космонавтов в процессе подготовки.
Как невесомость меняет человека
В невесомости человек вырастает на 2-5 см, что объясняется низкой гравитацией. После возвращения земная сила притяжения возвращает все обратно, однако в самом полете новый рост может стать проблемой, он вызывает мышечные и суставные боли.
Основной дискомфорт причиняет изменение давления жидкости в организме, кровь приливает к груди и голове, сердце увеличивается в размерах, почки работают так, как будто человек выпил много воды. Лицо становится опухшим и одутловатым, а поскольку стоять или ходить в космосе не нужно, мышцы спины и ног начинают терять силу и уменьшаются в размерах.
Средняя продолжительность полета на МКС — 6 месяцев. За это время человек теряет в весе, снижается работоспособность, а утомляемость, наоборот, повышается. Кости истончаются примерно на 1% каждый месяц, проведенный в невесомости, идет потеря мышечной массы. Например, антигравитационные мышцы практически не используются, т.к. поддерживать осанку ни к чему, большую часть времени тело находится в позе зародыша: человек немного сгибается, руки и ноги в полусогнутом состоянии.
Проблемы со здоровьем могут вызвать даже несколько дней в невесомости. В 2006 году американская астронавт Хайдемари Стефанишин-Пайпер побывала 2 недели в космосе. После приземления Пайпер давала пресс-конференцию, во время которой дважды падала, т.к. организм не справился с земной гравитацией.
Есть ли польза от невесомости
Какие секреты хранит микрогравитация
В космосе мыши провели 37 дней, что с учетом средней продолжительности жизни грызунов в неволе (2-3 года) — долгая миссия
Невесомость еще способна удивить человечество и отворить ему двери в мир новых, возможно, неожиданных открытий. И пусть еще не придумали, как воссоздать длительную микрогравитацию на Земле, зато предложили решение, как в 10 раз удешевить доставку к ней в космос. С €1 млн до €100 тыс. снизил присутствие на МКС американский стартап Yuriy Gravity, который для исследований предлагает клиентам использовать многоразовую коробочку размером всего 10 кубических см., представляющую собой миниатюрную лабораторию. Ее вместе с материалом внутри (например, опухолевыми клетками) астронавты возьмут с собой на космическую станцию. Так опытным путем будет выяснено, как поведет себя определенное вещество или материя в невесомости. Участие экипажа не предполагается, все опыты осуществляются автоматически.
В то время как Роскосмос обсуждает возможные пилотируемые полеты на Марс, NASA планирует организацию туристических полетов на МКС, а SpaceX тестирует прототип марсианского корабля Starship, ученые всерьез обеспокоены безопасностью длительного пребывания в космосе. И если влияние невесомости на кости, мышцы и вестибулярный аппарат уже хорошо известно, как меняется мозг космонавтов пока не изучено до конца.
Во время полетов космонавты постоянно пребывают в невесомости, которая ухудшает их здоровье и перестраивает организм. Жизнь на колонизированных планетах и спутниках, к которой с большой вероятностью человечество все-таки придет в будущем — довольно небезопасно для нашего организма. Последние исследования с использованием современных методов нейровизуализации доказывают, что космические путешествия не проходят бесследно и для мозга.
Большая международная команда ученых, среди которых были исследователи из ВШЭ, МГУ, Центра подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина и Института медико-биологических проблем РАН впервые изучила изменения связей между различными областями мозга космонавтов, используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ). Оказалось, что адаптация к условиям невесомости и изменения двигательной активности перестраивают нейронные связи.
Ученые сделали фМРТ головного мозга одиннадцати космонавтам до и после полета, который длился в среднем шесть месяцев. Затем они сравнили данные томографии космонавтов с результатами добровольцев, которые не покидали Землю. Исследователей интересовали изменения в связях между зонами мозга, отвечающими за сенсомоторные функции — движение и восприятие положения тела. Для активизации этих зон использовалась стимуляция подошвы стоп, имитирующая походку.
Ведущий научный сотрудник научно-учебной лаборатории когнитивных исследований
На Земле восприятие пространства и положения тела регулирует вестибулярный аппарат — система мешочков и полукружных каналов во внутреннем ухе. Но в невесомости он работает со сбоями, так как для его работы необходима сила тяжести. Поэтому космонавты нередко испытывают головокружение и дезориентацию до тех пор, пока их тело не привыкнет к необычным условиям
Выяснилось, что у космонавтов перестраиваются связи мозга, отвечающие за восприятие и движение. Чтобы компенсировать недостаток информации от органа равновесия, развивается вспомогательная система соматосенсорного контроля: мозг чаще обращается к зрительным и тактильным системам, чем к вестибулярному аппарату. Поэтому усиливаются нейронные пути, координирующие их работу. Так, фМРТ показало увеличение связи островковых долей с другими отделами. Островковые доли отвечают за интеграцию ощущений, поступающих из разных систем.
Что же касается связей мозжечка и вестибулярных ядер с полушариями, — в условиях земного притяжения эти структуры обеспечивают обработку ощущений, поступающих из вестибулярного аппарата. Ученые предполагают, что в космосе мозг тормозит активность этой системы, так как от нее поступает противоречивая информация об окружающем мире.
Это не первая попытка изучить влияние невесомости на мозг с помощью нейровизуализации. Более ранние исследования посвящены рискам для здоровья, с которыми сталкиваются космонавты.
Человек чувствует себя в невесомости только тогда, когда отсутствует гравитация. Теоретически она есть во всех уголках Вселенной, потому что это явление притягивает друг к другу тела.
Но находясь в открытом космосе, учёные-астронавты не чувствуют её силу. Например, Международная космическая станция находится в постоянной невесомости. Учёные, находящиеся в её пределах, также испытывают состояние невесомости. Однако такое явление приводит к ослаблению организма: появляются проблемы с мышцами, костями, внутренними органами и другие отрицательные последствия. Помимо многих других целей, перед МКС стоит задача не допустить такого негативного воздействия на здоровье своих сотрудников.
Как влияет отсутствие гравитации?
Когда космонавты долгое время находятся в космическом пространстве, через какое-то время нарушения каких-либо систем в организме обязательно дают о себе знать. Например, в связи с тем, что в невесомости начинают слабеть кости, кальций, входящий в их состав, постепенно выводится из организма. Это увеличивает риск астронавта получить увечья, травмы по неосторожности. Помимо костей, слабеют и мышцы. Для того чтобы эти негативные воздействия невесомости не отразились на здоровье, астронавтам необходимо каждый день по несколько часов заниматься физическими упражнениями. После прибытия из открытого космоса на Землю проводится курс восстановления длиною несколько месяцев.
В 2015 году был проведен эксперимент, в котором приняли участие два брата-близнеца. Одного из них отправили в космос, а второй остался на Земле. После возвращения первого сравнение всех необходимых показателей выявило, что вернувшийся из космоса на несколько лет моложе по биологическому возрасту, чем брат. Этот опыт ярко демонстрирует тот факт, что космос и пребывание в нем очень сильно влияют на человеческий организм.
Читайте также: