На заре развития космонавтики, когда появилась реальная техническая возможность осуществить полет человека по орбите искусственного спутника Земли, стал актуальным вопрос о возможности жить и работать в условиях невесомости. Надо было проанализировать, какие могут возникнуть при этом нарушения в деятельности сердечнососудистой системы.
Дело в том, что гравитационная сила тяжести более всего деформирует кровь, и только стенки сосудов, в которых она заключена, удерживают ее от растекания. Под действием силы тяжести кровь давит изнутри на сосуды. Это давление компенсируется напряжением их мышечного слоя, жесткостью стенок и окружающих тканей. Поэтому в земных условиях у человека, стоящего вертикально в нижней части тела сосуды всегда находятся под немного повышенном гидростатическом давлении крови.
Объем крови для нормального кровообращения должен быть немного больше, чем заполнение объема нерастянутых сосудов. На основании некоторых расчетов и модельных экспериментов установлено, что этот объем, при действующем гидростатическом давлении увеличивается на 12-18 процентов. При этом увеличение этого давления в нижних конечностях увеличивает количество межтканевой жидкости.
Что же произойдет в невесомости с момента выключения двигателей ракеты в безвоздушном пространстве до момента их включения или начала торможения в верхних слоях атмосферы?
Так человек и все органы и ткани из коих он состоит, потеряют вес, и кровь тоже. Растянутая при земном давлении кровеносная система сузится, уменьшится ее объем и «лишняя кровь устремится в верхнюю часть тела, в том числе в мозг, несколько повышается давление.
Межтканевая жидкость также начнет возвращаться в систему кровоснабжения. Повысится давление в полых венах правого предсердия, повысится приток крови к сердцу, а, следовательно, возрастет и ее выброс. Казалось бы, ничего угрожающего в организме человека не произойдет: наоборот, условия для циркуляции крови должны были бы облегчиться. Однако избыток крови в верхней части тела человека. С рост давления в венах, особенно в малом круге кровообращения ухудшается гемоциркуляция головного мозга, повышается нагрузка на правый желудочек сердца и увеличивается риск развития легочной недостаточности.
Таким образом, избыток циркулирующей крови может оказаться столь же невыгодным для организма, как и недостаточное. Поэтому заранее можно было предположить, что в организме есть механизмы, с помощью которых снижается объем циркулирующей крови в случае ее избыточности.
Действительно, в 1956 году физиологами Генри и Гауэром был открыт рефлекс, впоследствии названный их именами. Они установили, что при избытке циркулирующей крови растягивается левое предсердие, чем вызывается торможение выработки задней долей гипофиза антидиуретического гормона. При этом увеличивается потеря организмом жидкости и, конечно, уменьшается объем циркулирующей крови.
Это весьма важный, но, по-видимому, не единственный механизм нормализации кровообращения в невесомости. Возможны и другие, в том числе такие, как изменение эластичности стенок сосудов, компенсаторное расширение сосудистого ложа некоторых областей тела.
Таким образом, анализ возможных нарушений гемодинамики в невесомости не вызывал серьезных опасений. И опыт первых же космических полетов человека это подтвердил. Контроль над основными показателями гемодинамики в невесомости не выявил каких-либо непредвиденных реакций. Многочисленными исследованиями русских и американских физиологов была подтверждена гипотеза о том, что в первые несколько суток пребывания в невесомости происходит перераспределение крови в сосудах, увеличивается потеря организмом жидкости и уменьшается объем циркулирующей крови. В это время космонавты часто испытывали чувство прилива крови к голове, слизистые оболочки носоглотки набухали, наблюдалась небольшая отечность лица. Постепенно эти изменения смягчались, а в некоторых случаях исчезали. Признаков расстройства сердечной деятельности и кровообращения не выявлялось как при исследовании космонавтов в покое, так и при выполнении ими нагрузочных функциональных проб.
Более драматичной представлялась ситуация возвращения космонавтов на Землю после продолжительной космической экспедиции.
Адаптация кровоснабжения организма к невесомости одновременно означала дезадаптацию к действию силы тяжести.
Так, например, выгодное при невесомости снижение объема циркулирующей крови чревато тем, что при возвращении космонавта на Землю могло возникнуть несоответствие между емкостью сосудистого русла (к нему добавится «гидростатическое депо») и фактическим объемом заполняющей его крови.
Это значит: когда космонавт после завершения полета попытается принять вертикальную позу, возможно нарушение кровообращения. Возврат крови по венам к сердцу может оказаться значительно сниженным, резко уменьшится сердечный выброс, и давление в артериальной системе упадет настолько, что кровоснабжение головного мозга может оказаться недостаточным. Такие состояния часто приводят к потере сознания (ортостатическому коллапсу).
Первые космические полеты подтвердили и это предположение. После приземления у космонавтов сразу же вырастал пульс, снижалась физическая работоспособность, неспособность находиться в вертикальном положении. Подобные явления были наиболее ярко выражены у космонавтов, совершивших первый длительный полет на космическом корабле.
Необходимо было разработать и применить комплекс методов и средств, направленных на профилактику расстройств кровообращения у космонавтов после их возвращения на Землю. Комплекс включал интенсивную физическую тренировку в полете, выполнение ряда процедур, проводимых непосредственно перед спуском и направленных на искусственное увеличение объема циркулирующей крови, использование во время спуска специальных костюмов, сдавливающих нижние конечности и препятствующих растяжению их сосудистого русла. Эффективность этих средств была проверена в серии длительных (до полугода) космических полетов, выполненных советскими космонавтами на орбитальных станциях «Салют».
И все же можно ли считать проблему нормализации кровообращения космонавтов в полете и после его завершения окончательно решенной?
Пока еще нет. Для оптимизации всей системы поддержания здоровья космонавтов ученые продолжают всесторонне исследовать кровообращение человека в космическом полете и в наземных модельных экспериментах.
