|
Научное обоснование возможности космических полётов человека и их медико-биологическая подготовка |
 |
Биологические эксперименты на геофизических ракетахОсновной целью работ, выполненных в Институте авиационной медицины (в дальнейшем НИИАМ, НИИАиКМ) на животных применительно к обеспечению полета человека на космических кораблях, являлось выявление возможности их осуществления и степени риска в связи с воздействием экстремальных факторов, возникающих на различных этапах полета.
Исследования проводились как в лабораторных экспериментах с моделированием максимально приближенных к реальным условиям параметров каждого фактора, так и в полетах на геофизических ракетах, околоземных спутниках и космических кораблях-спутниках.
В лабораторных условиях изучен широкий диапазон проблем, возникающих перед врачами, ответственными за принятие решения и обеспечение безопасности и сохранение здоровья человека, осуществляющего космический полет . При этом в поле зрения исследователей были почти все факторы как физического, так и космического характера: измененная сила тяжести, вибрации, ударные перегрузки, звуковые и шумовые раздражители, различной природы и интенсивности лучевые воздействия, гипокинезия, гиподинамия, измененный газовый состав окружающей атмосферы, токсические факторы, факторы измененного питания .
Объектами исследования в зависимости от целей и задач были самые различные представители растительного и животного мира, начиная от простейших растений до обезьян включительно. В этих работах были применены самые современные методы, включая радиохимические и электронно-микроскопические, позволяющие получить ответы не только о реакции со стороны организма как целого, но и об изменениях на органном, тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, в ряде случаев со вскрытием их механизмов.
Результаты исследований опубликованы во многих журнальных статьях, им посвящен ряд научных конференций и симпозиумов, крупных монографий и специализированных сборников. В настоящем обзоре приводятся результаты основных исследований, выполненных сотрудниками Института авиационной и космической медицины, главным образом, в реальных полетах
Биологические исследования по программе космической медицины условно можно разделить на четыре основных этапа. На первом этапе внимание ученых прежде всего было направлено на отработку в лабораторных условиях систем жизнеобеспечения, спасения и съема информации о состоянии основных физиологических систем организма ; на втором — при полетах на ракетах в герметизированных кабинах на различные высоты ; на третьем — при полетах на геофизических ракетах в негерметизированных кабинах с использованием скафандров и отработкой систем спасения путем катапультирования животных на различных высотах наконец, на четвертом этапе при полетах на космических кораблях-спутниках выяснялась возможность и степень безопасности космического полета, проверялись и совершенствовались системы жизнеобеспечения, спасения, съема и передачи физиологической информации на наземные пункты наблюдения.
Результаты исследований, полученные в этих уникальных полетах, должны были обеспечить подготовку и медицинское обеспечение первого полета человека в космическое пространство
В самом деле, ответы на вопросы о сохранении жизнеспособности, особенностях жизнедеятельности экспериментальных животных в условиях воздействия комплекса факторов полета в верхние слои атмосферы были принципиально важны для научно обоснованного заключения о возможности и безопасности полета человека в космическое пространство, о перспективах изучения и освоения космоса.
Лабораторные исследования проводились в институте в период 1948—1952 гг. под руководством В.И. Яздовского группой сотрудников, включавшей врачей, инженеров и вспомогательный персонал (В.И. Попов, А.Д. Серяпин, Б.Г. Буйлов, В.Фрейдель, Б. Блинов, Р. Грюнталь, Е.А. Петрова, Е.О. Попов и др.). Основная задача на этом этапе состояла в разработке бортовой аппаратуры, обеспечивающей регистрацию функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем, киноаппаратуры для регистрации общего вида и поведения животных, системы регенерации атмосферы в герметически замкнутой кабине для животных . Производился отбор животных к полету и разрабатывалась система их фиксации с помощью специальной одежды, содержащей элементы крепления различных датчиков .
Сложившиеся в тот период обстоятельства, необходимость формирования работ привели коллектив к мысли о возможности и необходимости использования имеющихся в литературе, главным образом, авиамедицинской, научных материалов о влиянии отдельных факторов космического полета на животных, и было принято решение на первом этапе этих исследований не повторять. Было признано целесообразным начать исследования с изучения комплексного воздействия всех факторов космического полета (или, как принято было говорить в те годы, факторов полета в верхние слои атмосферы) на геофизической ракете на жизнеспособность животных и их влияния на основные жизненно важные системы организма.
Всего на геофизических ракетах было проведено 29 летных экспериментов с использованием 41 собаки, из них 15 животных летали по 2 и более раз. Запуски осуществлялись на высоты 100—110 км (15 запусков), 212 км (11 запусков) и 450—473 км (3 запуска). Продолжительность невесомости при этом составляла соответственно 3—4, 6 и 10 мин, а максимальные величины перегрузок 4,75— 5,70, 6—10 и 7—24 ед. соответственно .
Эксперименты с собаками при запусках одноступенчатых геофизических ракет
№ п/п |
Дата пуска |
Клички |
Условия полета
|
Гибель по техническим причинам |
ГКЖ СК |
Н, км |
Длит. мин |
Давление мм рт. ст. |
1 |
22.07.51 |
Цыган, Дезик |
+ |
100 - 110 |
3 - 4 |
760 - 740 |
|
2 |
29.07.51 |
Лиса, Дезик |
+ |
-||- |
-||- |
|
+ + |
3 |
15.08.51 |
Мишка, Чижик |
+ |
-||- |
-||- |
760 - 740 |
|
4 |
19.08.51 |
Смелый, Рыжик |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
|
5 |
28.08.51 |
Мишка, Чижик |
+ |
-||- |
-||- |
|
+ + |
6 |
03.09.51 |
Непутевый, Зиб |
+ |
-||- |
-||- |
700 - 680 |
|
7 |
26.06.54 |
Лиса, Рыжик |
+ |
-||- |
-||- |
760 - 740 |
|
8 |
02.07.54 |
Дамка, Мишка |
+ |
-||- |
-||- |
470 - 460 |
+ |
9 |
17.07.54 |
Рыжик, Дамка |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
+ |
10 |
25.01.55 |
Рита, Лиса |
+ |
-||- |
-||- |
470 - 450 |
+ |
11 |
05.02.55 |
Лиса, Бульба |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
+ + |
12 |
04.02.55 |
Малышка, Кнопка |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
|
13 |
31.05.56 |
Малышка, Минда |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
|
14 |
07.06.56 |
Альбина, Козявка |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
|
15 |
14.06.56 |
Альбина, Козявка |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
|
16 |
16.05.57 |
Рыжая, Дамка |
+ |
212 |
6 |
773 - 535 |
|
17 |
14.05.57 |
Рыжая, Джойна |
+ |
-||- |
-||- |
|
+ + |
18 |
25.08.57 |
Белка (н), Модница |
+ |
-||- |
-||- |
760 - 725 |
|
19 |
31.08.57 |
Дамка, Белка (н) |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
20 |
06.09.57 |
Белка, Модница (н) |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
21 |
02.08.58 |
Кусачка, Пальма |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
22 |
13.08.58 |
Кусачка, Пальма |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
23 |
02.07.59* |
Отважная, Снежинка |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
24 |
10.07.59 |
Отважная, Жемчужная |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
25 |
15.06.60 |
Отважная, Малек |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
26 |
16.09.60 |
Пальма, Малек |
+ |
-||- |
-||- |
|
|
27 |
21.02.58 |
Пальма, Пушок |
+ |
450 - 473 |
10 |
780 - 750 |
+ + |
28 |
27.08.58 |
Белянка, Пестрая |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
|
29 |
31.10.58 |
Жульба, Кнопка |
+ |
-||- |
-||- |
-||- |
+ + |
Примечания:
ГКЖ — полет в гермокабине
для животных;
СК — в скафандре;
(н) —
животное в наркозе — подкожно 10%-й
раствор гексанала из расчета 0,12 г чистого
вещества на кг массы тела ;
* — в
герметической кабине ракеты кроме 2 собак
был размещен кролик «Серый»
В ходе выполнения летных исследований коллектив сотрудников, руководимый В.И. Яздовским, получил существенное кадровое пополнение: в коллектив прибыли и приступили к исследованиям И.С. Балаховский, О.Г. Газенко, A.M. Генин, А.Л. Гребнев, B.C. Георгиевский, А.А. Гюрджиан, А. Афанасьев, А.Р. Котовская, И.И. Касьян, Н.Н. Казакова, Т.С. Львова, В. Ненахова, С.Ф. Симпура, З.С. Скуридина, Е.М. Юганов и другие сотрудники
Принципиальные научные результаты этого периода исследований существенно не различались в зависимости от того, проводились ли они в герметизированных кабинах, или с использованием специально сконструированных для животных высотных скафандров Наиболее существенным научным результатом этих этапов исследований явилось то, что все животные, подвергнутые воздействию комплекса факторов высотного полета, оставались живы. Исключение составляли лишь неизбежные и легко объяснимые случаи гибели вследствие конструктивных недостатков парашютной системы, некоторых узлов головной части ракеты и других чисто технических причин, препятствовавших нормальному срабатыванию всех элементов системы спасения животного на заключительных этапах полета Более того, физиологическая информация, полученная в этих исследованиях (частота дыхательных движений грудной клетки, частота пульса, ЭКГ, артериальное давление крови в бедренной артерии, общий вид и поведение животных, по данным киносъемки и др.), свидетельствовала об отсутствии серьезных, угрожающих жизни животных сдвигов в их функциональном состоянии. Выявленные отклонения исследованных показателей были различной степени выраженности, часто неоднозначными и характеризовали в основном индивидуальную реакцию организма животного на условия эксперимента Характерно, что выраженность и направленность сдвигов физиологических показателей была вполне сопоставима с таковыми при лабораторном моделировании отдельных факторов космического полета .
Тем не менее авторы четко разделяют научные результаты исследований на одноступенчатых геофизических ракетах в зависимости от их этапов. Так, в результате исследований 1-го этапа (полеты в герметизированных кабинах на высоту 100—110 км, длительность динамической невесомости 3—4 мин): был впервые решен вопрос о выживаемости и жизнедеятельности животных в условиях такого полета; герметизированная кабина малого объема с системой регенерации воздуха обеспечивала необходимые условия для пребывания двух животных в течение 3 часов, при этом концентрация кислорода колебалась в пределах 21—46%, углекислоты — не превышала 1,5% факторы среды, имевшие место при полете на ракете, были в пределах нормально переносимых животными величин; в поведении, общем состоянии и в состоянии отдельных физиологических функций животных в полете на ракете, после полета и в последующее время расстройств не наблюдалось; использованные кинографический и осциллографический методы дали возможность в условиях полета зарегистрировать частоту и глубину дыхания, кожную температуру, общее состояние и поведение животных, а также значение факторов внешней среды; система спасения головной части ракеты при условии ее ввода в действие обеспечивала надежный спуск и приземление животных и приборов Сделанные заключения по итогам первого этапа исследований на геофизических ракетах существенно повышали оптимизм исследователей в вопросе о возможности полета человека на ракете в верхние слои атмосферы.
Второй этап (полеты в скафандрах) был направлен на решение ряда принципиально важных практических вопросов, необходимых для обеспечения безопасности таких полетов. К ним в первую очередь относились обеспечение сохранения жизни пилота при разгерметизации кабины на больших высотах, обеспечение спасения в случае неотделения головной части (гермокабины) от корпуса ракеты, обеспечение спасения в аварийных ситуациях полета на различных скоростях и высотах и, наконец, выявление особенностей влияния факторов полета при более длительном пребывании в полете. Решению этих и ряда других практически важных вопросов и был посвящен 2-й этап исследований на геофизических ракетах
По результатам их проведения, обобщая полученные при этом научные результаты, В.И. Яздовский делает следующее заключение:
впервые осуществлены выходы из кабины ракетного летательного аппарата и пребывание животных в безмасочных скафандрах в открытом околоземном космическом пространстве; у животных в условиях полета на ракете не возникало существенных изменения функций сердечно--сосудистой и дыхательной систем. Отмеченные изменения величины артериального кровяною давления, частоты пульса и дыхания были, как правило, незначительно выраженными и кратковременными. В ряде случаев эти изменения сопровождали пассивно-оборонительную реакцию животного; у животных, находящихся в течение 3—7 мин в условиях частичной и полной невесомости, отмечалась тенденция к некоторому снижению величины артериального давления и урежению пульса; каких-либо изменений в общем состоянии животных или их отдельных физиологических функций, пигментации кожи и волосяного покрова, которые можно было бы отнести за счет воздействия космической радиации, выявить не удалось. При длительном наблюдении за животными после полета на ракете заметных изменений в их общем состоянии и поведении не выявлено; разработанные технические средства (безмасочные скафандры, система катапультирования, парашютные системы и др.) обеспечили необходимые условия для жизни животных, их спасение на больших высотах при больших скоростях и безопасный спуск на Землю; использованная в полете аппаратура обеспечивала получение необходимой физиологической и технической информации.
Вслед за окончанием 2-го этапа исследований, с 1957 г. был начат 3-й этап медико-биологических исследований — полеты в герметизированных кабинах на одноступенчатых геофизических ракетах до высот 212 и 450 км Проведение этого этапа было обусловлено появлением технической возможности полетов на большие высоты — разработкой и изготовлением в КБ С.П. Королева новых ракет типа Р-2 и Р-5. Программа медико-биологических исследований на этом этапе была существенно расширена: у животных во время полета регистрировали пульс, артериальное кровяное давление дыхание, снималась электрокардиограмма, в течение всего полета непрерывно велась киносъемка собак.
В серии последних экспериментов на ракете Р-2 Е.М. Югановым и И.И. Касьяном были подготовлены и проведены полетные эксперименты с включением в «экипаж», кроме собак, специально оттренированных кроликов белых мышей и крыс, размещенных в проволочных сетках без какой-либо фиксации. Эти исследования позволили оценить поведенческие, двигательные реакции нефиксированных мелких животных: в большинстве своем они теряли пространственную ориентацию и не могли провести фиксацию тела, необходимую для принятия пищи и воды, а также для отправления естественных надобностей. В.И. Яздовский с соавт. отмечали, что в начале невесомости происходит резкое изменение установочных рефлексов, сопровождающееся бурной двигательной реакцией дискоординированного характера, что, по мнению авторов, связано как со своеобразием двигательных рефлекторных реакций со стороны кинестетического и вестибулярного анализаторов, так и с функциональным нарушением взаимодействия афферентных систем. По мере действия агента (невесомости) наблюдалась адаптация у белых крыс, но таковой не было отмечено у мышей. Результаты этих наблюдений в тот период времени представляли особый интерес, учитывая то обстоятельство, что длительность динамической невесомости при полете на ракете Р-2 достигала 6 мин, а на ракете Р-5 — 10 мин.
В целях выявления возможных неблагоприятных последствий длительного пребывания в невесомости и отбора для экспериментов здоровых собак был расширен объем их обследования , в программу которого были включены клиническое обследование крови, рентгенография грудной клетки, электрокардиография, измерение артериального кровяного давления, запись дыхания и пульса, исследование мочи (у части животных), измерение температуры и массы тела. Животных подвергали обследованию до и после полетов на ракетах.
Послеполетное обследование собак показало, что у животных в первые сутки после полета не было обнаружено отчетливых биохимических изменений. Через 6—14 дней отмечалось повышение содержания белка, снижение концентрации сывороточного мукоида и относительного содержания глобулина, уменьшение холинэстеразной активности сыворотки крови. Исследование мочи животных не выявило нарушений метаболизма нуклеиновых кислот и изменений содержания кетостероидов. У животных, летавших первый раз, было отмечено резкое повышение поглотительной функции нейтрофилов, которое сразу после полета сменялось угнетением. В повторных полетах эти сдвиги были значительно менее выражены
|
|
|