Роль гравитационного фактора в функционировании различных систем организма

9. Роль гравитационного фактора в функционировании различных систем организма.

Важным экологическим фактором является фактор гравитации. Мы постоянно находимся под его влиянием. Мы меняем положение тела относительно вектора гравитации и организму приходится постоянно адаптироваться к этому.

Гравирецепторы:

-      вестибулярный аппарат

-      система крови

-      опорная система

Эти системы называются гравизависимые. Есть еще гравитационно независимые системы, на которые не действует изменение положения тела. При невесомости возникает сенсорный конфликт между глазами и вестибулярным аппаратом. В ответ на него могут происходить вегетативные реакции или дезориентация и нарушение координации. С течением времени происходит адаптация к сенсорному конфликту и появляется новая схема ориентации в пространстве при невесомости. После адаптации подавляются вегетативные реакции и подавляется дезориентация и нарушение координации.

10. Как воспроизвести в земных условиях эффекты микрогравитации?

В процессе повседневного жизненного опыта человек многократно испытывает кратковременное состояние невесомости, которое наступает в фазе «полета» при беге и прыжках. Увеличению продожительности этой фазы препятствуют опасные последствия длительного падения, а также сопротивление воздуха, которое уже на второй секунде свободного паления (парашютисты, лифты, самолеты) заметно замедляет его скорость и создает частичную опору. Правда, самолет может преодолеть это сопротивление с помощью двигателей, в результате чего, имея достаточный запас высоты и двигаясь по специально рассчитаной траектории (параболе невесомости), он может воспроизвести микрогравитацию на период до 30-40с. В таких полетах микрогравитация чередуется с 2-3 кратными перегрузками. Исследования, проводимые во время параболических полетов на самолетах, позволили дать достаточно подробное описание характера сенсорных, двигательных и вегетативных реакций, возникающих у человека при переходе к состоянию невесомости. Это важно. Целый ряд ответственных рабочих операций космонавты перед полетом отрабатывают в условиях кратковременной невесомости на самолете. Для воспроизведения в наземных условиях гипогравитации некоторые исследователи использовали скоростные лифты. Проектировались также специальные установки типа «башня невесомости», «гравитрон», обеспечивавшие свободное падение исследовательской капсулы в герметизированной трубе, из которой выкачивался воздух. В нижней части трубы планировалось разместить устройство для плавного торможения и повторного подбрасывания капсулы вверх, так что невесомость, воспроизводимая в период взлета, остановки капсулы в верхней точки и последующего падения, должна была чередоваться с перегрузками на участке торможения и подбрасывания капсулы. Новый интерес к этой методике пробудился в связи с проектами создания таких установок на базе стволов заброшенных шахт.

Моделирование действия невесомости на человека.

Первые идеи по этому поводу были высказыны еще Э.К. Циолковским, приводящим аналогию между действием невесомомсти и горизонтальным положением человека или его погружением в воду. В настоящее время разработано, теоретически обосновано и экспериментально апробировано множество моделей, воспроизводящих действие микрогравитации на человека. Их можно разделить на патогенетические, воспроизводящие первичные эффекты невесомости, и симптоматические, воспроизводящие состояние человека, аналогичные конечным или промежуточным эффектам действия микорогравитации. К первым относятся длительное пребывание человека в горизонтальном или антиортостатическом положении, водная иммерсия, клиностатирование, вывешиивание тела или его сегментов, переход от повышенной гравитации к нормальной. Ко вторым — укачивание на различных стендах, приводящее к болезни движения, искусственная дегидратация организма, например, прием диуретиков, или прием гипотензивных препаратов, воспроизводящих ортостатическую гипотонию и др. Применение патогенетических моделей уместно тогда, когда необходимо воспроизвести весь комплекс реакции человека на микрогравитацию и испытать эффективность методов и средств профилактики неблагоприятных проявлений этого комплекса. Симптоматические модели могут использоваться при скрининге различных средств предотвращения развития отдельных проявлений или последствий действия микрогравитации. Но выбранные с помощью этих моделей средства должны пройти испытания на патогенетической модели.

Говоря о первых часах в космосе, выход на орбиту сопряжен со стартовыми перегрузками. В результате перегрузки происходит перераспределение крови и лимфы и смещение внутренних органов, особенно в брюшной полости. Нетипичная импульсация с рецепторов вызывает торможение регуляторных стр-р мозга. Это часто приводит к расстройству функций зрительного анализатора и нарушению зрения (туман перед глазами, низкая четкость изображения, потеря цветности и пр.).

Выход на орбиту в первую очередь влияет на работу гравитационно-зависимых систем организма: скелета и скелетных мышц, вестибулярного аппарата, сердечно-сосудистой системы. Первичные изменения связаны с выпадением отдельных сенсорных функций (прежде всего вестибулярной), практически полным исчезновением гидростатических градиентов и веса. Возможны слабость, тошнота, рвота. Происходит также перераспределение крови и лимфы из нижних конечностей.

Опорно-двиг система. Наблюдаются нарушение обменных процессов и деминерализация костей (утрата кальция). Ощутимо атрофируются скелетные мышцы, ухудшаются их скоростно-силовые характеристики, исчезает характерный для земных условий тонус покоя, снижается работоспособность.

Дых система. Уменьшение жизненной емкости легких из-за поднятия вверх диафрагмы.

CCC. Изменяются микроциркуляция, венозный тонус, регуляция артериального давления. Первичное перераспределение крови воспринимается организмом как увеличение объема крови. В результате активируются нейроэндокринные механизмы регуляции, и организм теряет часть внутрисосудистой жидкости.

Система кроветворения и иммунная система. В ответ на снижение объема плазмы (см. выше) регуляторные механизмы уменьшают количество эритроцитов и содержание гемоглобина. Наблюдается и снижение числа клеток белой крови, в частности лимфоцитов, которым принадлежит важнейшая роль в осуществлении иммунных реакций.

Длительное (многомесячное) пребывание в космосе вызывает ряд горм изменений. Так, снижается активность гипоталамуса, поджелуд и щит желез, пониж выдел катехоламинов. Следствием этого становятся метабол перестройки - снижение энергетич баланса, уровней ферментативной активности и пр.

Обычно используют следующие методы коррекции неблагоприятного воздействия невесомости.

1. В самом начале пребывания на Земле рекомендуют находиться в горизонт положении и лишь постепенно переходить к вертикальному.

2. Система возрастающих по интенсивности физ упр. Велоэргометр поддерживает работу ССС. Бег на бегущей дорожке помогает восстановить опорно-двиг аппарат и навыки управления движением. Силовые упражнения поддерживают скоростно-силовые характеристики мышц.

3. Весьма полезным оказывается плавание в бассейне, при котором в условиях "псевдоневесомости" происходит восстановление мышц.

4. Используются также специальные резиновые штаны и чулки, которые сдавливают ноги и не дают венам ног переполняться.

5. Коррекция дефицита питательных веществ и структурных элементов: добавка к пище солей кальция, железа, витаминов и т.д.

6. В связи с ослабленным иммунитетом важны ограничение контакта с потенциальными возбудителями заболеваний и профилактика простуд.

12.В чем различия тонических (медленных) и фазических (быстрых) мышц?

В мышце можно выделить две основные структурно-метаболические системы , в значительной степени определяющие ее функциональные свойства: сократительную и систему энергообеспечения. Работа волокон скелетной мышцы осуществляется при взаимодействии этих систем. В то же время популяция волокон неоднородна. Она состоит из волокон двух основных типов: 1 — медленного и 2 — быстрого. Структурно-метаболическая организация волокон каждого типа определяется специфическим набором изоформ миозина (фенотипом волокна). Молекула миозина образована двумя основными видами полипептидных цепей: легкими (LC) и тяжелыми (НС). Существует 3 основные изоформы НС (одна «медленная» и две «быстрые») и 5 изоформ LC. Преобладание того или иного набора изоформ (миозиновй фенотип) определяет характеристику соответствующего типа или подтипа мышечных вол-н, в т.ч. их сокр. св-ва. Для вол. 1 типа хар-но повышенное по сравнению с вол. 2 типа сод-е миоглобина, митохондрий и липидных включений, повыш. актив-ть ферментов окисления и липидного обмена, несколько повыш. уровень капилляризации. В вол. 2 типа выше активность ферментов гликолиза и гликогенолиза, выше относ. объем саркоплазматического ретикулума. Вол. 1 типа хар-ся более низкой скоростью сокращения, пониженным порогом возбуждения и высокой устойчивостью к утомлению. Специфический набор изоформ миозина определяется типом иннервации волокна, т.е. подконтрольность «быстрому» или «медленному» типу мотонейронов. Контроль мотонейрона за фенотипом волокна осущ. через устойчивый хар-р импульсации. Так частота импульсации «медленных» мотонейронов — 10-15 Гц, «быстрых» — 40-50 Гц. Процентное соотношение 2х основных типов мыш. вол. в той или иной мышце человека принято назыв. мыш. композицией. Относ. содержание волокон 1 типа в мышцах находится в тесной положительной взаимосвязи с аэробной произв-ю, анаэробным порогомз, локальной выносливостью мышц и периодом их полурасслабления. С долей волокон 2 типа коррелируют такие скоростно-силовые показатели мыш. сокр., как скорость одиночного сокр., градиент произвольного сокращения, хар-р кривой сила-скорость, максимальная произвольная сила при высокой угловой скорости движения в суставе.

14.Космическая болезнь движения (БД) — возможные причины и провокационные стимулы.

Воздействие действительного или кажущегося движения может приводить к развитию основных симптомов земной формы БД, которая обычно хар-ся бледностью, увел. тепловыделением, холодным потом, головокружением, сонливостью, тошнотой и рвотой. Призлнаки и симптомы БД, развивающиеся при воздействии микрогр-и в космич. полетах, свидетельствуют, что она аналогична земной форме. Однако симптомы КБД имеют неск. особенностей: традиционны недомогания, уменьш. или потеря аппетита, недостаток инициатив и раздражительность.

Провоцирующие стимулы.

Движения головой и туловищем.

Можно предполагать, что микрогравтация сама по себе не индуцирует КБ. Когда объемы космич. корабля и его обитателей возрастали, частота заболеваний также увел. Гиперсензитивность к угловым движениям головы, особенно во фронтальной плоскости, обще известно, однако после развития КБ члены экипажа стараются минимизировать движения головой в любой плоскости. Длижение головой или туловищем, совершаемое при переходе от микрогравитации к гравитационному полю, более слабому, чем земное, и наоборот могут не оказать провоцирующего действия.

Ориентационные стимулы.

Зрительный стимул играет важную роль в пространственной ориентации и неблагоприятные симптомы могут возникать в полете в ходе эпизодов переориентации (т.е. когда визуальное окружение не соответствует ожиданиям астронавтов)

Возможные причины.

1.     Теория перераспределения жидких сред организма в краниальном направлении. — Сдвиги жидких сред организма в краниальном направлении вызвают соотв. изменения давления внутричерепного, спинномозгового или внутреннего уха, тем самым изменяя вестибулярные реакции.

2.     Теория сенсорного конфликта. Сенсорный конфликт — столкновение противоречивой информации, идущей по разным сенсорным каналам в интегративные структуры мозга.

15.Как можно уменьшить неблагоприятные последствия КБД

В предотвращении или регулировании КБД достигнуты очень незначительные успехи. Исследования в этой области развивались по 4 направлениям: тренировки, предварительный отбор, фармокологическое лечение и использование механических или электрических средств.

Предполетные тренировки. Разработанная техника тренировок основана на одном из двух предположений: либо адаптация к вызывающему стресс движению может быть ускорена предыдущим пребыванием в условиях конфликта сенсорных входов, либо симптомов можно избежать, научившись управлять спонтанными раекциями.

Предварительный отбор. К.Л.Хилов рекомендовал ряд тестов для отбора кандидатов. У наиболее подходящих к полету индивидуумов должны быть наименнее выражены следующие реакции: нистагм(дрожание глаз при отведении их в сторону – говорит о нарушениях вестибулярного аппарата) и головокружение при эл. стимуляции и вращении;степень отклонения туловища от вертикали при принятии вертикального положения после подъема головы и туловища вверх из наклонного положения на 90град., чувствительность к линейному движению вверх-вниз на качелях; чувствительность к переменным ускорениям в центрифуге; чувствительность к ускорениям Кориолиса ( центростремит.); чувствительность к БД при «двойном вращении» (вращение на кресле Барани на конце плеча вращающейся центрифуги).

Фармакологическая профилактика. Было установлено, что нек-рые лек-ва в целом были эффективны для нек-рых индивидуумов, тем не менее не удалось найти лекарство или комбинацию лек-в, к-рые обеспечивали бы защиту от БД всех индивидуумов. Уст., что антихолинергический (парасимпатолитический) препарат скополамин эффективен в лечении БД. Хотя больш-во антигистаминов. испыт. против БД, приносит нек-рую пользу, в целом они обесп. меньшую защиту, чем скополамин. Больш-во преп. против БД вводится перорально. Варьирование успешности лек-в против БД, ввод. в теч. полета, может быть связано с изменениями в абсорбции лек-в или метаболизмом таких факторов, как дегидратация, сниженная жел-киш. перистальтика, перемены в хим. составе тела, связанные с адаптацией к условиям невесомости, изменения давления в кабине и нарушение нормальных циклов сон/пробуждение.

Мех. и эл. средства профилактики. Мех. устройства, созданные для предотвращения полной адаптации орг-ма к невесомости, призваны воспрепятствовать растренированности орг-ма в ходе длительных экспедиций, так же как облегчить течение КБД в первые дни полета. Эл. установки, в к-рых эл. ток протекает через тело, воздействуют через пока неясные мех-мы.

16.Сила тяжести и ф-ие ССС. 17.Ф-ие ССС в усл-иях микрогравитации.

Функционирование сердечно-сосудистой системы в условиях микрогравитации.

Невесомость прилив ж-тей к верхней половине тела одутловатость лица, ощущение наполненности головы, отечность слизистых

Повышение венозного возврата к сердцу

Повышение наполнения предсердий

Разгрузка от переполнения центр. объема :

брадикардия, уменьшение сопротивления сосудов, уменьшение объема циркулир. плазмы

Снижение барорефлекса, разрежение симпатической сети, снижение чувствительности стенок сосудов к симпатическим сигналам; снижеие секреции вазопрессина (антидиуретического гормона) – для уменьшения объема циркулирующей плазмы для снижения ударного объема

См. также №18,19, 20 – про ортостатич. неустойчивость – с нее начать в 16

Билет №18,19,20

Ортостатический стресс.

Результаты, полученные во время полета. Наиболее значительным последствием пребывания в космическом полете для сердечно-сосудистой системы является сниженная способность к эффективной компенсации гравитационного стресса при возвращении на Землю. Ортостатическая неустойчивость в данном случае определяется как неспособность ССС поддерживать адекватное кровяное давление при переходе в вертикальное положение. Если при этом просходит серьезное нарушение мозгового кровотока, ортостатическая неустойчивость проявляется в обмороке или его угрозе. Более мягкие формы нарушения ортостатической функции выражаются в чрезмерном повышении ЧСС и снижении пульсового давления в ответ на ортостатический стресс, а также в наличии по крайней мере некоторых признаков и симптомов предъобморочного состояния, таких как головокружение и тошнота, бледность и потливость. Ортостатическая устойчивость была исследована при использовании устройства для создания ОДНТ (отрицательное давление на нижнюю часть тела). Определение устойчивости к ОДНТ проводилась в первые 2 нед полета. Эти исследования показали, что средние изменения ЧСС и среднего АД у обследованной группы лиц во время полета существенно не отличались от предполетной. Участники полетов производили регистрацию реакций ЧСС и КД при имитации ортостатического стресса с помощью бортового устройства для создания ОДНТ через каждые 3 дня полета. Проба состояла из 5 последовательно увеличивающихся по величне ОДНТ и длительности стадий. Уже при первых полетных тестированиях (на 4-6 сут полета) р-ции ЧСС и КД были более выраженными, чем до полета. У некоторых членов экипажа на последних стадиях пробы отмечалось обморочное состояние. Во время проб ОДНТ, не приводивших к предобморочному состоянию или брадикардии, КД в основном поддерживалось на стабильном уровне. Во время полета отмечалось более значительное, чем до полета повышение ЧСС, и это могло быть одним из проявлений р-ций, компенсирующих снижение объема крови в ранние сроки полета. Увеличение объема голени при наложении ОДНТ во время полета было больше, чем до него, возможно, потому, что для заполнения относительно опустошенных в полете вен требуется более значительные объемы крови. Р-ции на заключительные полетные пробы ОДНТ были сходные с р-ями, наблюдавшимися непосредственно после полета, и поэтому могут быть использованы для прогноза переносимости этого воздействия при возвращение в условия гравитации.

Ортостатическая устойчивость (ортостаз) – это способность всех систем организма адекватно реагировать на переход в вертикальное положение (от микрогравитации к гравитации). Наиболее изучено действие на ССС. При переходе в условия микрогравитации происходит перестройка всех систем организма. В частности, перераспределение всех жидкостей организма: кровь, лимфа и т.п. поднимаются вверх, что внешне проявляется в одутловатости и отечности лица и шеи космонавтов в первые 3 дня полета (пока не произошла адаптация к новым условиям). При возвращении на Землю все системы организма должны «обратно перестроиться». Степень тяжести этой перестройки будет зависеть от длительности полета (или пребывания в условиях моделируемой микрогравитации).

Возможные причины развития ортостатической неустойчивости:

1.     Уменьшение ОЦП (объем циркулирующей плазмы) – обратная зависимость между изменениями ЧСС при ОДНТ до и после полета и соответственными изменениями объема крови.

2.     Увеличение венозной растяжимости из-за изменения св-в в собственно венозной стенке.

3.     Потеря мышечной массы и по-видимому потеря мышечного тонуса.

4.     Изменения в регуляции:

·      АНОГ (антиортостатическая гипотензия) вызывает снижение ответа по R-R интервалу (длина сердечного цикла) на стимуляцию барорецепторов.(в области сонного гломуса находятся барорецепторы. При увеличении артериального давления усиливается пульсация этого гломуса. Сигналы идут в продолговатый мозг, инактивируется симпатика, активируется парасимпатика. Артериальное давление приходит в норму.) Обнаружена значительная связь между ортостатической гипотензией и нарушенями в барорецепции при АНОГ. (рефлекторные изменения развиваются позднее, чем изменения объема крови и долго сохраяются)

·      На основании спектрального анализа суточных записей ЭКГ до, во время и после длительных полетов высказано предположение, что парасимпатический тонус не изменяется, а симпатиеская активность падает.

21.Циркадианные и сезонные ритмы.

Циркадианные ритмы (ЦР) – изменение температуры тела, болевого порога, умственных способностей в течение суток; адаптация живых организмов к вращению Земли вокруг своей оси. ЦР управляются циркадианным осцилятором. Важнейший синхронизатор ЦР – свет. Кажд. сутки орг-му приходится подстраиваться под изменения день и ночь.

Осцилятор – Σ нейронов, к-рые поддерживают эндогенные ритмы. У млеков 2 взаимосвяз., но самостоятельных осцилятора.

Св-ва осцилятора: морф. обособлен, функц. консервативен, избирательно чувствителен к свету.

У ч-ка локализация осцилятора – суперхиазменные ядра гипоталамуса. Каждый нейрон осцилятора м. сам поддерживать ЦР, хотя точность ниже.

Молек. механизм циркадианного осцилятора работает по принципу отриц. обратной связи: спец. гены (час-гены) продуцируют 2 типа белков, димеры к-рых стабильны в темноте. Димеры блокируют час-гены и белков больше не производится. Ничто больше не сдерживает час-гены и цикл начинается заново.

Св-ва час-генов: расположены в наиболее изменчивой части генома, общ. принципы не меняются в ходе эволюции, мутации меняют свободнотекущий период

Гипотеза «сжатой пружины»: для ч-ка собств. период суток 25 часов, но он все время в напряжении, т.к надо уложиться в 24 часа. Изолир. ч-к будет жить по собственному периоду в 25 часов. «Сжатая пружина» - плата за максимум активности в дневное время суток.

Ф-ции ЦР: приспособл-ие к дневному и ночному обр. жизни, внутр. врем. упорядоч-сть, идут в пост. усл-ях, подстройка под специфич. сигналы

Бодрствование и сон – две стадии единого цикла. Переход от сна к бодрствованию связан с биологическими часами.

Сезонные ритмы – адаптация живых орг-мов к вращению земли вокруг солнца. 2 стратегии гомеостаза (поддержание сезонных ритмов): компенсаторн. р-ция, упрежд. предсказание

Примеры: листопад, учащение дыхания у людей на 30% в мае по сравнению с осенью