Организм и невесомость. Физический взгляд


Необходимо отметить, что среди различных описаний явлений невесомости иногда указывается, что при этом окажется возможным легко и быстро перемещать какие угодно тяжелые, по земным представлениям, предметы. Для оценки подобных утверждений следует учесть, что потеря веса не равнозначна утрате массы тела. Поэтому инертность тел, связанная с их массой, сохранится и в условиях невесомости. Отсюда следует, что чем больше будет масса тел, тем будет труднее преодолевать их инерцию. Конечно, исчезновение веса тела снизит необходимые усилия для перемещения предметов в условиях невесомости, однако далеко не полностью.

Невесомость окружающих предметов, жидкостей, газов потребует многих приспособлений для облегчения деятельности человека в подобных условиях. Как отразится невесомость на состоянии организма, на его функциях? Этот вопрос лишь сравнительно недавно стал предметом систематических исследований.

Для того чтобы ответить на поставленный выше вопрос, следует вначале обратиться к историческому процессу развития живой материи, включая сюда животный и растительный мир. Отрицательное влияние тяжести, по-видимому, послужило основной причиной вымирания на Земле бронтозавров, птицеящеров и других доисторических животных. Среди существующих видов животных в подавляющем большинстве случаев голова находится почти на одном уровне с сердцем. Подобное условие значительно облегчает работу сердца по кровоснабжению головного мозга.

Одним из исключений из приведенного здесь правила является жираф. Голова жирафа из-за длинной шеи находится на большом удалении от сердца. Лишь в недавнее время удалось выяснить, что нормальные условия кровообращения в головном мозгу жирафа создаются благодаря тому, что его кровеносные сосуды резко отличаются от сосудов других животных. Стенки кровеносных сосудов жирафа чрезвычайно богаты мышечной тканью и поэтому являются дополнительным прибором, участвующим в поддержании давления крови на нужном уровне.

Не все животные приспособлены к сохранению нормального кровообращения в головном мозгу при изменении положения тела. Так, если кролика подержать некоторое время в вертикальном положении, то вследствие недостаточного кровообращения в мозгу он впадет в обморочное состояние.

Развитие человека, особенно в раннем возрасте, во многом связано с выработкой и закреплением рефлексов, направленных на преодоление силы тяжести.

В период, когда ребенок учится сидеть, ползать на четвереньках, стоять, делать первые неуверенные еще шаги, он по существу овладевает приемами преодоления силы тяжести. И в дальнейшем, при освоении любых трудовых навыков, человек в той пли иной степени учится выполнять необходимые движения на фоне постоянно действующей силы тяжести с учетом ее влияния.

Действия силы тяжести на организм в повседневной жизни мы обычно не замечаем. Лишь очень небольшая часть людей испытывает неприятные ощущения от действия силы тяжести, проявляемой в неблагоприятных для них условиях. Речь идет о людях, которые не выдерживают длительного стояния, некоторые даже теряют сознание в подобных случаях; у других возникают аналогичные состояния при вставании после длительного постельного режима. За этими исключениями, несмотря на постоянное влияние силы тяжести на все функции организма, организм человека достаточно хорошо приспособлен к компенсации подобного влияния.

Влияние земного притяжения достаточно отчетливо ощущается при выходе человека из воды, после плавания. Выходя па берег, человек ощущает как бы увеличение своего веса — для поддержания тела приходится делать больше усилий, чем в воде. Это объясняется тем, что по закону Архимеда в воде уменьшается вес нашего тела. Последнее вызывает перестройку нервно-мышечных механизмов, устанавливающих степень мышечных усилий, необходимых для поддержания тела в воде.

Эти усилия становятся меньшими. Но как только человек выходит из воды, вес тела становится обычным и прежних мышечных усилий для удержания тела оказывается недостаточно. Правда, в таком состоянии человек находится очень недолго, оно исчезает буквально с первыми шагами. Происходящая в этот период новая перестройка центральных нервно-мышечных механизмов снова устанавливает присущее данному человеку соотношение между весом его тела и мышечными усилиями, необходимыми для его удержания в нужном положении.

В приспособлении человека к действию земного притяжения легко убедиться на примере стойки на руках пли повисании на турнике вниз головой. Подобные состояния не выносятся людьми длительное время, если они специально не тренированы.

Еще задолго до появления возможностей изучения влияния невесомости на организм с помощью опытов на ракетах за рубежом производились опыты на скоростных лифтах, выполнялись полеты на самолетах по специальной траектории, изучалось поведение испытуемых в воде.

На основании этих опытов установлено, что при быстром опускании скоростного лифта может возникнуть почти полная невесомость продолжительностью 1—2 сек. При этом было установлено, что испытуемые, имея в руке груз, не в состоянии помешать отклонению руки вверх во время уменьшения веса, возникающего в момент быстрого опускания лифта (рис. 70).

Рис. 70. К объяснению опытов в лифте. Схема устройства для регистрации отклонений в положении руки в момент перехода к невесомости: а — датчики отклонений; б — фиксация датчиков на руке

Если испытуемые в момент частичной невесомости оказывались в согнутом положении, то они непроизвольно выпрямлялись. Лишь после перехода лифта в нормальный режим движения испытуемые занимали исходное положение (рис. 71).

Рис. 71. Схематическое изображение положений испытуемого в опытах. Пунктиром показана поза перед возникновением невесомости. Испытуемый стоит на приборе, регистрирующем положение его центра тяжести

Объяснением приведенных здесь отклонений в мышечных реакциях может служить следующее. Удержание груза в вытянутой руке требует определенных усилии мышц, получающих сигналы на растяжение их грузом. В момент, когда вес груза уменьшается (из-за явлений частичной невесомости), установленные в исходном положении мышечные усилия оказываются излишними. Они вследствие снижения веса груза поднимают вверх руку, держащую груз.

Так как этот процесс совершается автоматически, человек не успевает своевременно корректировать изменение позы после того, как он обнаружил отклонение. Аналогичное положение имеет место и в случае сгибания корпуса в тазобедренных суставах, когда мышцы спины распрямляют корпус тела в момент его частичной невесомости.

Приведенные здесь некоторые результаты опытов могут иметь практическое значение с точки зрения конструктивного оформления рычагов управления в кабинах космических летательных аппаратов. В случаях перехода к частичной или полной невесомости не приходится рассчитывать на точность движений космонавтов, если в подобных движениях вес будет иметь решающее значение.

Изучение влияния на организм невесомости методом погружения человека в воду, удельный вес которой примерно равен удельному весу человеческого тела, лишь частично отвечает задаче подобных исследований. Удельный вес отдельных органов и тканей человека значительно отличается от среднего удельного веса тела. Для иллюстрации рассмотрим следующий опыт. Возьмем бутылку, насыпем в нее такое количество дроби, чтобы закрытая пробкой бутылка уравновесилась в воде, заняв промежуточное положение между дном и поверхностью воды.

В этом случае вся система (бутылка, дробь, воздух) будет иметь одинаковый удельный вес с окружающей водой. Однако дробь внутри бутылки будет лежать внизу, что свидетельствует о наличии веса у дроби. Если же бутылку с дробью поместить в условия подлинной невесомости (например, в ракете), в этом случае дробь будет равномерно распределена во всей бутылке.

Приведенные выше примеры позволяют понять относительность условий погружения человека в воду для изучения явлений невесомости. Внутренние органы и ткани с удельным весом, превышающим средний удельный вес всего тела, будут оказывать давление друг на друга, чего при невесомости не бывает.

Несмотря на указанные выше недостатки, метод погружения человека в воду для изучения явлений невесомости до настоящего времени находит применение в исследованиях. Этим методом удается получить данные, имеющие определенный научный интерес.

Так, погружая человека в воду и завязывая ему глаза, добиваются почти полного исчезновения ощущения веса и прекращения зрительной информации. Разумеется, что дыхание человека в таких опытах обеспечивается с помощью приборов, подающих в легкие воздух через маску. При медленном перемещении испытуемого в воде последний теряет способность определения своего пространственного положения. В некоторых опытах подобного характера ошибка в определении истинного положения тела по отношению к вертикали достигала весьма значительных величин.

Наиболее распространенным в настоящее время способом создания невесомости является использование для этой цели самолета. При движении самолета по вертикальной параболе все находящееся в самолете становится невесомым.

Первые опыты подобного рода были проделаны на животных. Так, в опытах с черепахами были получены весьма интересные данные. Черепахи во время опытов находились в воде. Таким образом, можно было изучать их движения в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях пространства. В качестве испытания применялось кормление черепах кусочками пищи. В обычном состоянии черепахи схватывали пищу из любого положения. При возникновении невесомости точность движений черепах резко снизилась, они стали промахиваться. Как только состояние невесомости заканчивалось, черепахи вновь приобретали способность безошибочно схватывать пищу при любом положении тела.

Производились и другие опыты с черепахами. Например, у одной черепахи был удален вестибулярный аппарат. Оказалось, что расстройство движений, вызванное отсутствием сигналов из вестибулярного аппарата, в условиях невесомости через некоторое время прекращалось и черепаха по-прежнему захватывала пищу при любом положении тела.

В данном случае отсутствие сигналов от вестибулярного аппарата было компенсировано у черепахи дополнительной нагрузкой на зрение.

Рассмотренный опыт с черепахой позволяет сделать следующий вывод: в условиях невесомости с помощью зрительной информации можно компенсировать выпадение функций вестибулярного аппарата. Однако подобная компенсация небезгранична. Об этом будет рассказано ниже.

В опытах на кошках во время невесомости проверялось действие прирожденных (безусловных) рефлексов. Как известно, если кошку сбросить с небольшой высоты лапами вверх, за время падения она успевает перевернуться лапами вниз. Подобное явление носит название рефлекса выпрямления. Любопытным оказался следующий факт. Если кошку выпустить из рук во время невесомости, то указанного рефлекторного акта не наблюдается, так как отсутствуют вес и сигналы от вестибулярного аппарата.

В исследованиях поведения человека в условиях невесомости к настоящему времени накоплено большое количество важных сведений.

Прежде всего следует отметить, что далеко не все люди одинаково переносят состояние невесомости. Так, примерно третья часть испытуемых болезненно реагирует на невесомость. У них возникает чувство непрерывного падения, они теряют способность к ориентировке положения в пространстве, часть из них проявляет признаки морской болезни. Около половины испытуемых, наоборот, во время невесомости ощущают приятное возбуждение, что проявляется в заметном оживлении речи, мимики, жестикуляции.

Наконец, небольшая часть испытуемых вообще не проявляет каких-либо отклонений от нормы в период испытаний в условиях невесомости. Именно эта группа людей является наиболее подходящей для отбора кандидатов в космонавты.

В опытных полетах также установлено, что, если испытуемый привязан ремнями к креслу, у него почти не возникает нарушений пространственной ориентировки.

Многократными опытами подтверждена возможность организма к компенсации нарушений в движениях, проявляющихся во время невесомости. После нескольких пребываний в состоянии невесомости испытуемые постепенно приучались выполнять заданные движения с необходимой точностью. Так, например, испытуемому ставилась задача вписывать крестики в семь квадратов на листе бумаги. Квадраты размещались на бумаге по диагонали, слева сверху, направо вниз. Результаты опытов показали, что при воздействии ускорений размещение крестиков в квадратах, хотя было делом трудным, но практически выполнимым.

Однако, как только возникала невесомость, вписывание крестиков сильно усложнялось, а при завязанных глазах подобная работа выполнялась с большими ошибками, т. е. после вписывания третьего крестика, последующие перемещались на 90° от нормального направления (рис. 75). Лишь после нескольких тренировочных полетов в условиях невесомости испытуемые научились более правильно вписывать крестики в квадраты. Этот факт свидетельствует о необходимости проведения систематических тренировок при подготовке космонавтов.

Рис. 75. Результаты опытов по вписыванию крестиков в квадраты в условиях невесомости

Для понимания механизмов нарушения движений человека в условиях невесомости следует учитывать зависимость между утратой веса и остающейся инерцией массы руки. Так, при подъеме руки с помощью мышечных усилий человек преодолевает не только вес руки, но и инерцию массы руки. В условиях невесомости, когда исчезает ощущение веса, человеку для поднятия руки потребуются лишь незначительные усилия для преодоления ее инерции.

Однако из-за отсутствия у человека практики к подобным условиям и отсутствия необходимой информации в мозг от нервных образований, сигнализирующих о весе, движения человека в условиях невесомости становятся более размашистыми. Для коррекции этих движений человеку требуется более повышенный уровень контроля со стороны зрения и повышенное нервное напряжение. Опыты показывают, что натренированный организм человека в состоянии преодолеть указанные трудности.

Для облегчения жизни на космическом корабле высказано много проектов, направленных на снижение влияния невесомости. Так, предлагается применить обувь с железной подошвой и специальный «магнитный» пол. Конечно, для передвижения в таких условиях человеку также потребуется подготовка, иначе его шаги будут нарушенными, необычными.

К. Э. Циолковский предлагал снизить действие невесомости путем ее перевода в частичную. С этой целью им предлагалось создание искусственного веса с помощью вращения кабины космического корабля вокруг оси, лежащей за пределами корабля (рис. 76). В настоящее время опубликовано несколько проектов в развитие данного предположения К. Э. Циолковского. В них предусматривается такая скорость вращения кабины космического корабля, которая не вызовет неприятных последствий благодаря воздействию угловых ускорений.

Рис. 76. Космическая «внешняя» станция с оранжереей по проекту К. Э. Циолковского в разрезе: 1 —оранжерея; 2 — жилые помещения и лаборатории; 3 — переходы; 4 — вспомогательные помещения; 5 — воздушный тамбур. Осевая линия показывает ось, вращение вокруг которой обеспечивает создание на станции искусственной тяжести

Развивающаяся при вращении кабины центробежная сила вызовет появление некоторой части веса, невесомость станет неполной, частичной. Надо полагать, что подобная борьба с влиянием невесомости может стать реальной лишь при организации длительных космических полетов, рассчитанных на многие месяцы или даже годы нахождения космонавтов в пути.

 



Дата добавления: 2025-02-12; просмотров: 38;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2025 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.019 сек.