Экология человека

никогда на Земле не освобождается», – справедливо заметил А. А. Ухтомский. К настоящему времени накоплено значительное количество фактов, свидетельствующих о тесной зависимости живых организмов от действия гравитационных сил. Все многообразие возникающих при этом эффектов может быть сведено к трем группам:

1) эффекты, связанные с влиянием гравитационных сил на процессы онтогенеза;

2) эффекты, связанные с влиянием гравитационных сил на процессы филогенеза, в частности на развитие антигравитационных функций и структур организма;

3) влияние гравитационных сил на конечные размеры и массу тела организмов.

Считается, что жизнь на Земле зародилась в водной среде. Это означает, что на первых этапах развития жизни действие силы тяжести на живые организмы было не столь значительным, как после перехода живых существ к земноводному и наземному образу жизни. Влияние силы тяжести на живые организмы в дальнейшей эволюции увеличивалось параллельно изменению положения тела животных в пространстве от горизонтального к полувертикальному и стало максимальным при прямохождении. Особенно усилилось влияние силы тяжести на внутренние среды организма (гидростатический эффект). У наземных позвоночных сформировались мощный скелет и мышечная система, обеспечивающие опору, а также позную и двигательную активность в гравитационном поле Земли. Сильно развились и дифференцировались гравирецепторные системы (отолитовый аппарат, проприоцепторы, интероцепторы). Повышенные энергетические потребности, связанные с преодолением относительно возраставшего в ходе эволюции влияния силы тяжести на организм, усилили гемопоэтическую функцию костного мозга, вызвали перестройку сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Сила тяжести наложила отпечаток на обмен веществ животных организмов, став существенным фактором их развития.

Физиологические механизмы, обеспечивающие активную ориентацию животного организма в гравитационном поле Земли путем нивелирования и компенсации механических эффектов силы тяжести, объединяют в функциональную систему антигравитации. В нее входят скелетно-мышечная и циркуляторная системы. Антигравитационная функция скелетно-мышечной системы направлена на поддержание тела в пространстве, а циркуляторной – на компенсацию гидростатических эффектов.

3.4.1. Механизмы действия ускорений (перегрузок)

Длительно действующие ускорения. Одним из важных динамических факторов при космических полетах, воздействующих на организм человека, является ускорение. Как известно, ускорение возникает при изменении скорости или направления движения тела; при этом независимо от причины появления ускорения результирующая сила всегда имеет прямолинейное направление.

Ускорение (а) – это изменение скорости за единицу времени. Размерность ускорения обычно выражают в м/с² или в кратном отношении к скорости свободно падающего на Землю тела за одну секунду: g = 9,81 м/с² (от лат. gravitcis – тяжесть). Например, ускорение, равное 35 м/с², может быть обозначено как 3,5 g (35 м/с²: 9,81 м/с²).

При космических полетах ускорения возникают в период выведения корабля на орбиту, торможения его скорости при спуске на Землю, а также при совершении маневров (изменение направления движения) во время самого полета.

До последнего времени нет общепризнанной системы классификации ускорений. В медицинской литературе чаще всего можно встретить деление ускорения на четыре основных вида:

– прямолинейные;

– радиальные;

– угловые;

– ускорения Кориолиса.

• Прямолинейные ускорения возникают при увеличении или уменьшении скорости движения, но без изменения ее направления. При увеличении скорости ускорение нередко обозначают как положительное, при уменьшении скорости – как отрицательное. Последнее обстоятельство иногда служит поводом к возникновению недоразумений, так как часто терминами «положительное» или «отрицательное ускорение» обозначают не изменение скорости, а направление действия ускорений по отношению к голове и тазу. Прямолинейные ускорения наблюдаются при езде на современном транспорте (автомобиль, поезд и т. д.), взлете, посадке, а также изменении скорости самолета, при парашютных прыжках, и особенно значительные по величине и времени действия при выведении на орбиту и торможении космических кораблей.

Величина прямолинейного ускорения может быть вычислена по следующей формуле:

(3.1)

где а – ускорение; Vt – конечная скорость движения, м/с; V₀ – начальная скорость движения, м/с; t – время изменения скорости движения, с.

При полетах на космических кораблях линейные ускорения могут достигать значительных величин и длительного времени действия. Поэтому, естественно, возникает необходимость проведения специальных мероприятий, направленных на предупреждение неблагоприятных для здоровья последствий.

• Радиальные, или центростремительные ускорения возникают при изменении движения тела. Наиболее ярким примером этого могут служить ускорения, возникающие при воспроизведении виражей на самолете, пикировании, вращении на центрифуге и пр. В настоящее время подобные ускорения в реальных космических полетах, по существу, не встречаются. Правда, создание новых космических кораблей большой маневренности может внести в это положение определенные коррективы.

Тем не менее значительное место в общей системе подготовки занимают ознакомительно- тренировочные вращения на центрифуге.

Математически радиальное ускорение (j) может быть выражено следующим образом: j = V²/R, где V – скорость движения вращаемого тела; R – радиус вращения.

Для практических целей вычисления радиальных ускорений при работе на центрифуге, как правило, применяется следующая формула:

(3.2)

j = 4?²Rn²,

где R – радиус центрифуги; n – число оборотов в секунду.

Центрифуга является наиболее удобным стендом, на котором можно воспроизводить ускорения, соответствующие самым разнообразным профилям полетов. Современные центрифуги имеют радиус вращения от 8 до 16 м, а электронно-счетные установки позволяют программировать графики ускорений и автоматизировать обработку многочисленной физиологической информации, поступающей от объекта исследования.

Радио– и телевизионная связь создает условия для постоянного наблюдения и контроля врача- экспериментатора за испытуемым.

• Угловое ускорение Е (рад/с) наблюдается при неравномерном движении тела по окружности, т. е. при увеличении или уменьшении угловой скорости. Угловое ускорение наблюдается при разгоне и торможении центрифуги, особенно при быстром нарастании градиента ускорения.

Складывается оно из двоякого рода сил:

– направленной по касательной к окружности вращения (тангенциальное ускорение);

– направленной к оси вращения (нормальное ускорение).

Если угловое ускорение носит равномерный характер, то соотношение между обозначенными видами может быть выражено следующими формулами:

(3.3)

j_t= ER