Рафт за книги на NCBI. Услуга на Националната медицинска библиотека, Национални здравни институти.

астронавтите

Комисия на Института по медицина (САЩ) за създаване на визия за космическа медицина по време на пътуване извън земната орбита; Ball JR, Evans CH Jr., редактори. Безопасно преминаване: Грижа за астронавтите за мисии за проучване. Вашингтон (DC): National Academies Press (САЩ); 2001 г.

Безопасно преминаване: Грижа за астронавтите за мисии за проучване.

... трябва да приемем, че за дълго време (макар и не завинаги), безтегловността ще бъде задължително условие за космически полет. Поради тази причина всички аспекти на този въпрос трябва да бъдат разгледани от гледна точка на възможността за функциониране в микрогравитация.

Г. И. Мелешко, Ю. Й. Шепелев, М. М. Авернер и Т. Волк, 1994

ПРЕГЛЕД

През живота на американската космическа програма поколения астронавти са се научили как да живеят и работят в безтегловност. Хората са еволюирали в гравитацията; как тялото ще функционира в негово отсъствие или почти отсъствие беше въпрос без отговор. Би ли било възможно да се яде и пие в микрогравитация? Би ли било възможно да се изпълняват сложни задачи? Ранните отговори бяха положителни. По този начин избрани здрави и здрави хора са изпратени в космоса в продължение на три десетилетия и са функционирали добре (Lane and Schoeller, 2000).

Въпреки че хората са се приспособили към безтегловността, приспособяването към земната гравитация е проблематично. Излагането на микрогравитация засяга тялото по много начини. Някои ефекти са тежки и дълготрайни, като загуба на костна минерална плътност. Други са незначителни и временни, като подпухналостта на лицето поради изместване на течностите (Nicogossian et al., В пресата). Малко вероятно е всички ефекти на микрогравитацията да са известни и изненадите все още могат да се запазят, тъй като хората се впускат по-дълго и по-далеч в космоса. Тази глава е за физиологичната адаптация на човека към космическите пътувания. В него Комитетът по създаване на визия за космическа медицина по време на пътуване извън земната орбита на Института по медицина (IOM) изследва това, което е известно за ефектите от микрогравитацията и космическите пътувания върху човешкото тяло. Това е отправна точка за генериране на приоритети в клиничните изследвания и здравеопазването за космически пътувания извън земната орбита.

При разработването на тази глава комисията разчита силно на брифинги и публикува информация от спонсора на изследването, публикувани научни статии и два скорошни доклада на Националния съвет за научни изследвания (NRC). Първият доклад, Стратегия за изследвания в космическата биология и медицина през новия век (SSB и NRC, 1998a), предостави научно обоснована оценка на най-важните теми в областта на биомедицинските изследвания през 1998 г., която да бъде проведена през следващото десетилетие. Вторият доклад, Преглед на Програмата за биомедицински изследвания на НАСА (SSB и NRC, 2000), изследва предприятието за биомедицински изследвания на Националната аеронавтика и космическа администрация (НАСА) 2 години по-късно и го измери спрямо плана, посочен в по-ранния доклад. Комитетът на МОМ одобрява констатациите и препоръките на двата доклада на NRC.

Настоящият доклад разширява визията на двата предишни доклада на NRC до клинични изследвания и клинични грижи в космоса. Тази глава отговаря на частта от поръчката на НАСА пред комитета на МОМ да „проведе независима оценка на текущото състояние на научните познания“, свързана с осигуряването на оптимални здравни грижи за астронавти, пътуващи извън орбитата на Земята. По този начин главата описва ефектите от безтегловността и космическите пътувания върху физиологията и функционирането на човешкото тяло. Той обсъжда доказателствата, на които се основават констатациите, стъпките, които трябва да бъдат предприети, и изследователските предизвикателства и възможности, които предстоят.

Повечето от това, което е известно за ефектите на микрогравитацията върху човешкото тяло, са научени при кратки мисии в космоса. Сега НАСА гледа към космически мисии с по-голяма продължителност, първоначално в орбита на Земята, а по-късно в дълбокия космос. През следващото десетилетие редица астронавти ще имат 3 до 6-месечни обиколки на борда на Международната космическа станция (МКС). Те могат да бъдат последвани от продължителен престой на Луната или мисии от клас на изследване до Марс, или и двете. Преди обаче САЩ и техните международни космически партньори да се ангажират с подобни планове, трябва да има по-добро и по-пълно разбиране на рисковете за благосъстоянието на астронавтите и безопасността на дългосрочните космически пътувания в и извън земната орбита.

Главата представя многобройни примери за ефектите от излагането на микрогравитация и космически пътувания върху човешката физиология (каре 2–1). Примерите обаче в никакъв случай не са изчерпателни. Материалите в тази глава са подредени по система от органи, като тези, за които физиологичните ефекти са най-добре документирани, са представени първо. Главата включва и дискусия за бъдещи методи за мониторинг на здравословното състояние на астронавтите - важен аспект на откриването, разбирането и противодействието на неблагоприятните физиологични промени, които могат да повлияят на благосъстоянието на астронавтите и изпълнението на мисията.

КУТИЯ 2–1

Някои основни физиологични промени на човека в резултат на продължително пътуване в земната орбита. Мускулно-скелетна система Загуба на костна минерална плътност

И накрая, главата включва дискусия за всеобхватния дългосрочен подход към клиничните изследвания, който НАСА трябва да обмисли да приложи, за да защити най-добре човешкото здраве и безопасност по време на дълготрайно космическо пътуване. В исторически план НАСА се сблъсква с трудности при провеждането на клинични изследвания в космическата медицина. Един от проблемите е малкият брой изследователи (астронавти), достъпни за изучаване. Основната причина обаче е, че микрогравитацията не може да бъде дублирана на Земята; може да бъде само приблизително. Наземните средства за изследване на загубата на костна минерална плътност при микрогравитация са почивка в леглото, потапяне във вода или обездвижване. Всички имат свои собствени недостатъци. Откриващата ера на постоянното присъствие на хора в земната орбита на МКС през октомври 2000 г. обаче осигурява трайно изпитателно легло, което в крайна сметка ще помогне да се разбере човешката физиология в микрогравитацията.

Контрамерки за решаване на физиологични адаптации към космоса

Изправена пред необходимостта да се поддържа здравето на астронавтите по време на периоди на излагане на микрогравитация и други екстремни условия на космически полети, НАСА е продължила разработването на превантивни и противодействащи мерки (т.е. контрамерки), за да се предпази от или да обърне потенциалните патофизиологични ефекти от космическите пътувания. При по-дълги космически полети са използвани различни контрамерки (Михайлов и др., 1984; Бунго и др., 1985; Грийнлиф и др., 1989; Фортни, 1991; Арбей и др., 1992; Кавана и др., 1992; Charles и Lathers, 1994; Hargens, 1994; Convertino, 1996b). Американската и руската космически програми използват различни стратегии. Някои примери за контрамерки, разработени от 2000 г., включват подкожни инжекции на еритропоетин, за да се предотврати намаляване на масата на еритроцитите и енергични режими на упражнения по време на полет, за да се намали загубата на костна минерална плътност. Засега контрамерките изглеждат до голяма степен неефективни, но данните са оскъдни (Bungo et al., 1985; Buckey et al., 1996b; Convertino et al., 1997; Lane and Schoeller, 2000).

Общият подход на НАСА към разработването на контрамерки беше представен пред комитета на МОМ в Космическия център Джонсън (Paloski, 2000; Sawin, 2000). Обосновката (Фигура 2–1) очерта редица стъпки, които бяха включени в проекта за оценка и валидиране на контрамерата на НАСА, които могат да бъдат обобщени, както следва:

ФИГУРА 2–1

Еволюция на противодействието (CM). Източник: Палоски, 2000.

провеждайте изследвания, за да разберете основния характер на физиологичния проблем,

формулирайте стратегия за противодействие въз основа на това физиологично разбиране,

тествайте противодействието и демонстрирайте ефикасността му на място, и

валидирайте противодействието в космоса.

За НАСА беше трудно да проектира и тества ефективни контрамерки и нито една контрамерка все още не е потвърдена като клинично ефективна. Потенциалът за по-добър дизайн и оценка на противодействията се подобри драстично на 30 октомври 2000 г. с пристигането на първия многонационален екипаж на астронавт, който обитава космоса като жители на МКС. ISS предлага на НАСА и нейните международни партньори дългосрочна орбитална лаборатория за клинични изследвания в областта на микрогравитацията, за да изследва и в крайна сметка да предотврати неблагоприятните промени в човешката физиология, описани на следващите страници. Да се ​​предположи, че наземен модел дублира физиологичните ефекти на микрогравитацията, е логичен недостатък, който може да доведе до разчитане на неефективни контрамерки. Поради това планът, очертан от НАСА, изисква значително количество физиологични изследвания на МКС и непосредствено след дългосрочни космически мисии на МКС. Необходимото количество изследвания, продължителността на изследването и обширният характер на изследването ще трябва да бъдат взети предвид във фазите на планиране на мисиите на МКС.

Тази глава също така обсъжда нови и бъдещи методи за диагностика и мониторинг на здравния статус на космонавтите в космоса и процеса на оценка и управление на риска на НАСА за здравето, който включва разработване на контрамерки. Главата завършва с дискусия за всеобхватния дългосрочен подход към клиничните изследвания, който НАСА трябва да вземе предвид, за да се подготви за успешни дългосрочни мисии с хора извън земната орбита.

МУСКУЛОСКЕЛЕТНА СИСТЕМА

Загуба на минерална плътност на костите при микрогравитация

Промените в минералната плътност на костите, мускулната маса и мускулната функция са най-добре документираните физиологични ефекти от космическите пътувания на човека. Загубата на костна минерална плътност при микрогравитация е добре документирана (Vico et al., 2000). Сериозните остри последици от загубата на минерална плътност на костите (т.е. фрактури и образуване на бъбречни камъни), както и дългосрочната заболеваемост могат да усложнят дългосрочното космическо пътуване извън земната орбита. Работата в микрогравитация в космически кораб, по време на екстравехикуларна активност и на луна или планета с ниска гравитация представлява много повишени рискове за фрактури на костите и необходимост от заздравяване на рани. От практическа гледна точка почти нищо не се знае за това как микрогравитацията ще повлияе на управлението и заздравяването на фрактурите по време на дългосрочни космически мисии. Например, по-добре ли е да се хвърли, да се фиксира вътрешно, да се фиксира външно или да се стимулира електрически счупване, удържано на Марс? Комитетът не успя да намери данни от проучвания с животни или хора или от основни, транслационни или клинични проучвания по тези въпроси на клиничното лечение; но знанията за такива въпроси на клиничното лечение ще бъдат важни за поддържане на човешкото здраве и ефективност, ако се получи костна фрактура по време на космическо пътуване извън орбитата на Земята.

На основно ниво на науката се знае малко за основните механизми, лежащи в основата на загубата на костна минерална плътност при микрогравитация; следователно е постигнат оскъден напредък в разработването на ефективни контрамерки. Това трябва да бъде изключително висок приоритет, преди дългосрочното космическо пътуване да може да се счита за разумно безопасно по отношение на риска от фрактури, свързания с това повишен риск от бъбречни камъни и основната опора на скелета.

Както е показано в Таблица 2–1, основно носещите тежести кости (гръбначен стълб, шия, бедрена кост, трохантер и таз) са загубили костна минерална плътност по време на космически мисии в земната орбита: средно над 1 процент на месец за космонавтите на руския Мир космическа станция. За разлика от това, няма значителна загуба от костите в горния крайник (ръката).

ТАБЛИЦА 2–1

Средна загуба на костна минерална плътност на Мир.

Допълнителни измервания (н= 40), които включват по-краткосрочен (Идентификационен номер на лавицата: NBK223785