"Tem gente que trabalha no banheiro": como é estudado o efeito da gravidade zero na saúde dos astronautas

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 04:08

Sobre como são simuladas as condições de imponderabilidade na Terra e o que sentiu o participante do experimento com a imersão "seca".

Há pessoas cujo trabalho é deitar no banheiro. Minta por horas, até dias a fio (e seja pago por isso). No entanto, não há necessidade de invejá-los - estamos falando de participantes em experimentos científicos complexos, durante os quais médicos do Instituto de Problemas Biomédicos da Academia Russa de Ciências estudam o efeito sobre o corpo humano de condições semelhantes às da falta de peso. Por si só, essa experiência, como qualquer longa permanência no espaço, leva a disfunções no corpo.

Pedimos a Lyubov Amirova e Ilya Rukavishnikov, funcionários do Instituto de Ciências Biológicas e Biológicas, que nos contassem como e porque o método de mergulho "seco" foi inventado e que resultados científicos permite obter. Além disso, sugerimos que você se familiarize com o diário de um participante do "mergulho" que durou cinco dias, o engenheiro e divulgador da astronáutica Alexander Khokhlov. As gravações foram feitas diretamente durante o experimento.

Estar no espaço, mesmo em uma espaçonave bem protegida, tem um efeito negativo na saúde de um astronauta. No vôo espacial, quase tudo é incomum e hostil para o corpo - um aumento da radiação de fundo, microgravidade, isolamento, uma atmosfera e iluminação artificiais e a monotonia dos estímulos sensoriais que levam você à saudade de casa. Dentre esses fatores, apenas a microgravidade é específica para voos espaciais e praticamente não é reproduzível em condições terrestres.

No início da era da astronáutica, o principal perigo não era a microgravidade, mas as sobrecargas, e era para elas que os astronautas eram treinados ativamente. Com o desenvolvimento da tecnologia, os voos tornaram-se cada vez mais prolongados e, em junho de 1970, os cosmonautas soviéticos Andriyan Nikolaev e Vitaly Sevastyanov realizaram o primeiro longo voo espacial de 18 dias, estabeleceram um recorde de duração de um voo contínuo, retornaram à Terra e … não pode ficar de pé e andar. O estado dos astronautas era deprimente: atrofia muscular, reações negativas do sistema cardiovascular.

Esse estado de coisas levou os cientistas a duas conclusões. Em primeiro lugar, é necessário desenvolver um sistema de prevenção (para que não volte a acontecer!) E, em segundo lugar, estudar o efeito da gravidade zero no corpo humano (para compreender as leis fundamentais da influência da gravidade zero). Ficou claro que, sem uma grande quantidade de dados sobre as mudanças em cada sistema orgânico, era impossível enviar astronautas ao espaço. Mas como estudar o efeito da ausência de peso no corpo humano sem espaço?

Imersão em gravidade zero

Os cientistas encontraram uma solução de Solomon para este problema - uma imitação das condições de ausência de peso na Terra. Esses experimentos que simulam o vôo espacial são chamados de modelo (ou modelos), e seu efeito no corpo é semelhante ao efeito da ausência de peso. Uma vez que os principais fatores que influenciaram o estado dos astronautas foram a descarga física, a redistribuição de fluidos e a falta de suporte, eles formaram a base dos modelos de experimentos.

Na ciência moderna, nem um único modelo de experimento pode reproduzir totalmente as condições de ausência de peso, portanto, dependendo do que os cientistas planejam estudar, o objeto de pesquisa e o modelo experimental são cuidadosamente selecionados. Frequentemente, animais de laboratório, como camundongos e ratos, agem como "cobaias", mas a informação mais valiosa é fornecida por modelos de experimentos em humanos - cobaias de teste voluntárias.

Diário do testador

Publicamos fragmentos dos registros que foram mantidos no Facebook pelo engenheiro de projeto do Instituto Central de Pesquisas de Instrumentação Espacial do RTK, o divulgador da cosmonáutica Alexander Khokhlov, que participou do experimento "A eficácia do EMS de baixa frequência na prevenção de destreinamento muscular, que se desenvolve nas condições de simulação terrestre das condições de vôo espacial ", que em março - abril deste ano foi realizado no Instituto de Problemas Biomédicos da Academia Russa de Ciências (SSC RF - IBMP RAS).

“Esta manhã soube que o investigador que estava à minha frente estava doente, fui convocado com urgência para o IBMP e entrei no experimento um dia antes. Vou ao banho de imersão na quinta-feira (o primeiro da segunda aba). Hoje houve experimentos: "Pose", "Teste de campo", "Visão", "Respiração", "H-reflex", "Algometria" e "Vulcan-I". Na "Visão" colocaram pesos nos meus olhos (durante quatro minutos), tendo previamente instilado o anestésico. É assim que os astronautas costumavam medir a pressão do olho e depois mudavam para o ar."

“Minha participação no experimento entrou em uma nova fase. Por volta das 9h30, mergulhei em um banho de imersão seco por cinco dias.

A água, com uma temperatura confortável, é coberta por uma película que envolve meu corpo por todos os lados. Apenas a cabeça e às vezes as mãos olham para fora. O corpo é protegido do filme por um lençol, que muda a cada dia. Das roupas: meias, cuecas e uma camiseta.

O primeiro dia está ficando incomum. Novas sensações que se intensificam com o passar da noite. Nossa vida nos banhos de imersão a seco é sustentada 24 horas por dia por equipes de três plantonistas: um médico, um auxiliar de laboratório e um técnico.

Você não precisa ficar entediado aqui, experimento é substituído por experimento, os momentos do dia a dia também levam tempo. À noite, a primeira mioestimulação elétrica de três horas começou. A sua presença é o principal diferencial deste experimento em banho de imersão seco dos anteriores. EMS de baixa frequência pode ajudar a superar os efeitos nocivos da falta de peso em astronautas, bem como em idosos com mobilidade limitada na Terra. A estimulação é uma reminiscência de pontuações rítmicas nas coxas e canelas."

Existem várias maneiras de estudar o efeito da ausência de peso no corpo humano. Por exemplo, isso pode ser feito em um avião caindo ao longo de uma trajetória parabólica. Mas a duração da fase de gravidade zero, neste caso, é tão curta que não há necessidade de falar sobre os efeitos de longo prazo.

Para obter impactos mais fortes, você pode simplesmente deitar na cama, com a cabeceira abaixada. O repouso na cama levará à atrofia muscular, e o sangue correndo constantemente para a cabeça trará o estado do sistema cardiovascular do sujeito para mais perto do de um astronauta. É verdade que você terá que mentir por muito tempo - pelo menos algumas semanas e, de preferência, alguns meses.

O modelo mais inusitado e ao mesmo tempo o mais próximo dos efeitos da gravidade zero é a imersão "seca" (da imersão inglesa - "imersão"), na qual uma pessoa fica imersa em água por vários dias ou semanas.

Pesquisa sobre o modelo de imersão "seca" / Oleg Voloshin

Pesquisa sobre o modelo de imersão "seca" / Oleg Voloshin

Pesquisa sobre o modelo de imersão "seca" / Oleg Voloshin

A invenção do modelo foi auxiliada pela seguinte observação - uma longa permanência na água atua no corpo humano de maneira semelhante à ausência de peso. Os primeiros mergulhos de imersão foram "molhados" - os indivíduos ficaram em uma piscina de água doce por vários dias.

Por um lado, os palpites dos cientistas sobre a semelhança das mudanças observadas foram confirmados, mas por outro lado, devido ao contato constante com a água, as pessoas literalmente começaram a descascar a pele. Os testadores voluntários não foram ajudados por unguentos de proteção, e as laterais da piscina ficaram pretas com o sebo que foi plantado neles e oxidado. Além disso, os sujeitos, para não se afogarem, foram proibidos de dormir na piscina e os médicos de plantão foram obrigados a acordá-los.

“A primeira noite no banho de imersão foi desafiadora. Cochilando por volta das 00:00, logo acordei com estranhas sensações de que a água estava me espremendo através do filme, minhas costas começaram a doer, então meu estômago apertou (começou a inchar). E como resultado, dormi apenas duas horas da manhã e às seis já estava olhando para o teto.

De manhã, até às 10:00, fiz experiências com o estômago vazio. Por exemplo, SPLANCH, em que o ultrassom mostrou que tenho muito ar no estômago e nos intestinos. Demorou um dia no banho. Eu não tenho apetite. Só pretendo beber no jantar.

Como o período de adaptação ainda está em andamento, é difícil escrever e ler, então ouço música principalmente com fones de ouvido. Você não precisa ficar entediado, há atenção suficiente da equipe de plantão e dos pesquisadores.

E mais sobre o bom. Um dos experimentos se chama Ryazhenka, e à noite bebemos uma caneca de um produto saboroso e saudável."

Ficou claro que realizar um experimento nessas condições é impossível e o modelo precisa de melhorias significativas. A versão mais elegante de sua melhoria foi proposta pelos funcionários do Instituto de Problemas Médicos e Biológicos, E. B. Shulzhenko e I. F. Vil-Williams no início dos anos 70. A piscina foi forrada com um tecido impermeável de grande área para que o sujeito ficasse totalmente imerso na coluna d'água, mas ao mesmo tempo não entrava em contato com as laterais e o fundo da tigela. Apenas a cabeça e os braços do sujeito permanecem na superfície.

No modo de cabeça do Professor Dowell, sob a supervisão de um médico e pesquisadores, o voluntário vive durante todo o experimento. Uma exceção é a hora dos procedimentos de higiene noturnos - os cientistas não são homenageados com truques sujos. Antes de ir para a cama, o sujeito é retirado do banho de imersão, imerso em um carrinho de lavagem e levado ao chuveiro. "Faça uma pausa" em um dia de trabalho árduo, no máximo, 15 minutos. Desde então, o modelo de imersão "a seco" foi aplicado praticamente inalterado.

Pesquisa sobre o modelo de imersão "seca" / Oleg Voloshin

Pesquisa sobre o modelo de imersão "seca" / Oleg Voloshin

Pesquisa sobre o modelo de imersão "seca" / Oleg Voloshin

É bom no espaço, é melhor na Terra

Para uma pessoa longe da biologia espacial, pode parecer que ao longo dos mais de 55 anos de história da astronáutica tripulada, o homem no espaço foi estudado de cima a baixo. Mas isso é apenas parcialmente verdade.

Sim, as regularidades básicas que ocorrem com um astronauta em vôo são conhecidas - em gravidade zero, o coração e os vasos sanguíneos funcionam de forma diferente, o volume de fluido no corpo diminui, fraqueza muscular e surgem ilusões de movimento. Mas nenhum cientista dirá que todas as mudanças abertas são detalhadas e não requerem um estudo mais aprofundado.

Apesar do fato de que centenas de pessoas estiveram no espaço, as pesquisas biológicas mais extensas raramente incluem mais de 15-20 astronautas. Mesmo tão pequeno, do ponto de vista da análise estatística, um grupo requer vários anos de trabalho preparatório, muitas vezes a criação de novos equipamentos (adequados para os requisitos estritos da Estação Espacial Internacional) e treinamento de astronautas em todos os meandros do levantamentos biológicos.

Longe da agitação da terra, a pesquisa avança decorosa e comedidamente - via de regra, de três a cinco cosmonautas podem participar de um experimento por ano, e desde o momento da concepção de uma hipótese até seus frutos, portanto, pode levar de dez a um anos e meio.

Muitos estudos são frequentemente realizados em paralelo, tanto no espaço como em imersão "seca", o que permite comparar as alterações observadas. Por exemplo, foi demonstrado que sete dias de voo espacial e sete dias de imersão causam mudanças semelhantes no sistema cardiovascular associadas a mudanças no equilíbrio de fluidos no corpo.

“Naquela noite dormi sete horas, está melhor, o corpo está se adaptando a condições inusitadas. Descobriu-se que os testadores são divididos em aqueles que sofrem mais nas costas e aqueles que têm estômago. Eu tenho uma barriga Mas também há quem receba muitas surpresas. Portanto, uma das piadas favoritas dos pesquisadores é sugerir que o testador, que saiu do banheiro, se deite novamente ali e descanse.

Se o experimento em si é realizado por duas dúzias de cientistas, a vida cotidiana está associada às equipes de plantão. A equipe de plantão alimenta os testadores três vezes ao dia, monitora o ciclograma do dia, coleta sangue e saliva para análise, traz um pato para pequenas necessidades e auxilia os cientistas na realização de testes.

A coisa mais interessante acontece à noite. O dia todo, os testadores, como águas-vivas, balançam nos banheiros, mas às vezes são eliminados. Alguns testes requerem acesso ao corpo. Cada minuto fora do banho é registrado.

E à noite, durante 15 minutos, os procedimentos de higiene são realizados em condições de gravidade. A equipe inclui um elevador. O testador rola no sofá e é levado até a balança e o medidor de altura. Ele se levanta com a ajuda de um médico e mede os indicadores. Em seguida, o testador é colocado em um vaso sanitário com um vaso sanitário comum para ir em grande estilo, então ele se deita no sofá de lavagem e toma um banho enquanto está deitado. Nesse momento, a equipe limpa o filme e troca a folha na banheira. Mais para dentro do banheiro, ao comando do testador, coberto com uma toalha, um sofá com cuecas e meias limpas é trazido. Ele rola sozinho e se veste deitado. Ele é levado ao banho, descarregado, vestindo uma camiseta com sensores do experimento "Sono" e imerso no banho. Tudo em 15 minutos no máximo. A verdadeira "Fórmula-1".

Mudanças quase idênticas no vôo espacial e na imersão ocorrem com os músculos: seu tônus diminui e sua força diminui. Em ambos os casos, isso se deve à falta de apoio. Como se viu, o suporte é necessário para o funcionamento normal do sistema musculoesquelético - os ossos, na ausência de cargas de choque que ocorrem na Terra ao caminhar e correr, perdem cálcio e tornam-se frágeis. Em gravidade zero, ossos frágeis não são perigosos, mas ao retornar à Terra e quando sobrecarregados, podem causar ferimentos.

Na ausência de estímulos de suporte, não apenas os ossos, mas também os músculos sofrem. Assim que o astronauta passa para um estado de ausência de peso, seus músculos começam a perder o tônus, o que leva a mudanças funcionais em poucas semanas. Quando expostos à imersão "a seco", acontece o mesmo - a cada dia os músculos perdem tônus e força e, ao serem retirados da imersão, os sujeitos se sentem como peixes atirados à terra.

As mudanças unidirecionais permitem que os cientistas conduzam estudos mais detalhados na Terra, liberando assim o tempo dos astronautas para outras tarefas.

Outro fator importante no voo espacial é a redução da atividade física. Apesar do fato de que todos os dias os cosmonautas fazem uma grande quantidade de trabalho, em vez de se movimentarem ativamente pela estação e fazer exercícios físicos, a carga no corpo permanece significativamente menor do que na terra. Tudo com que interagem não tem peso, nem mesmo eles próprios. Conseqüentemente, muito pouco esforço muscular é necessário para atingir uma meta motora.

Em condições de imersão, o testador está proibido de gerar esforços musculares desnecessários, e isso é estritamente monitorado pelos pesquisadores. Em troca, o sujeito recebe um comando de 3 a 4 pessoas que atendem, como gênios, suas necessidades e desejos.

“Eu experimento influências em meu corpo que são semelhantes à falta de peso em voos espaciais. Além disso, sinto dores nas costas (felizmente, não muito), nariz entupido e problemas com gases no estômago e nos intestinos.

Todos os dias, faço uma eletromiostimulação das pernas de três horas, o que deve facilitar meu retorno à Terra em duas noites. Voltarei à minha posição ereta de costume na manhã de terça-feira. Me senti bem melhor do que no segundo dia de imersão, o corpo se acostuma. Mas meu apetite ainda não voltou, como com grande esforço.

Ao pequeno-almoço temos iogurtes, vários cereais à escolha, frutos secos. Almoço: sopa (caldo com ovo, cogumelos, almôndegas, etc.), prato principal, bebida, pão seco, salada. Ao jantar, prato principal e salada.

Comemos em posição com um travesseiro sob as costas para engolir normalmente. Mas ainda não é muito conveniente. Só no primeiro dia, antes da adaptação aguda, comi de tudo, agora - menos da metade da dieta prescrita.

Bebidas: chá, água, geléia e suco. Café não é permitido nas condições do experimento."

É importante entender que, apesar dos avanços da tecnologia, nem todas as pesquisas podem ser feitas no espaço. No modelo de imersão “seco”, existem significativamente menos tais restrições. Por exemplo, a ressonância magnética (um tomógrafo em órbita - parece fantástico!) E a estimulação magnética transcraniana em gravidade zero nunca foi realizada, mas graças aos dados obtidos em imersão, os cientistas têm uma ideia do que esperar no espaço.

Existem também estudos desse tipo, cuja configuração não é apenas tecnicamente difícil, mas também envolve riscos para o astronauta. Por exemplo, podemos lembrar uma biópsia - a remoção de um pequeno pedaço de tecido biológico. Este exame requer condições estéreis de sala de operação e as mãos de um cirurgião experiente, mas mesmo que todas as condições sejam atendidas, há uma pequena probabilidade de complicações. Para um astronauta em órbita, esse é um risco injustificado. No entanto, tais estudos são realizados em imersão e revelam os segredos de um músculo esquelético incomumente complexo.

Mais alto

Para dizer exatamente quais resultados podem ser obtidos graças ao modelo de imersão "seco", vamos nos deter com mais detalhes em uma série de experimentos dedicados ao estudo da dor nas costas e ao aumento da altura dos astronautas durante a transição para a gravidade zero.

A dor nas costas ocorre em astronautas nos primeiros dias de voo, bem como em testadores em condições de imersão "seca". No decorrer de estudos anteriores, foi possível demonstrar que em condições de gravidade zero, devido às mudanças no transporte de nutrientes, os discos intervertebrais aumentam e o líquido se acumula no interior de suas estruturas. Além disso, pode surgir dor devido ao impacto nas raízes sensíveis da medula espinhal como resultado de um aumento no comprimento da coluna.

O motivo desses distúrbios, conforme mostram estudos realizados há vários anos no Centro de Pesquisas do Estado da Federação Russa - IBMP RAS, pode ser uma diminuição do tônus dos músculos extensores das costas. A suposição sobre a presença de músculos envolvidos na manutenção da postura foi proposta por V. S. Gurfinkel em 1965.

Mudanças no tônus dos músculos extensores das pernas foram logicamente registradas em estudos de modelos anteriores. Portanto, havia motivos para acreditar que em condições de gravidade zero, o tônus dos músculos das costas também diminui, os quais estão envolvidos na manutenção da postura na Terra (são chamados de "posturas"), onde a carga gravitacional os faz ficar em boa forma.

Para testar essa hipótese, uma série de experimentos modelo foi realizada com imersão "seca" de várias durações - de seis horas a cinco dias. Ao mesmo tempo, o tônus dos músculos das costas foi investigado com a determinação de indicadores de sua rigidez transversal; em paralelo com os meios de vibrografia por ressonância, miotonometria, ressonância magnética, alterações na coluna vertebral. Além disso, os cientistas mediram a altura de uma pessoa e avaliaram a natureza da síndrome de dor resultante.

“Iniciei o último quinto dia de imersão a seco no IBMP RAS. O estado de saúde é bom. Quase me adaptei à ausência de peso condicional. Amanhã de manhã, um entalhe e muitos testes. Hoje também há muitos deles.

Durante a imersão, os testadores participam de vários experimentos. Trata-se do estudo do limiar de dor ("Algometria"), e das mudanças na visão em imersão, e da capacidade de controlar a carga apertando a palma da mão ("Dinamômetro") e pressionando o pé ("Pedal").

Muitos instrumentos agora disponíveis estão a bordo da ISS ou são usados antes e depois do voo para experimentos com astronautas.

No meu tempo livre ouço música e leio o livro Além da Terra.

Como resultado, descobriu-se que a síndrome da dor não pertence à dor radicular, mas é de natureza muscular, sem irradiação. A permanência em condições de descarga gravitacional é acompanhada por uma diminuição do tônus (ou rigidez lateral) dos extensores das costas, pertencentes ao grupo dos músculos posturais, e é nas primeiras horas e dias que esse processo é especialmente pronunciado.

As mesmas mudanças levaram a um aumento da altura do astronauta em condições de microgravidade. Na coluna lombar, de acordo com dados de ressonância magnética, a altura dos discos intervertebrais aumentou e a lordose lombar foi suavizada.

No grupo de estudos em que foram utilizados meios profiláticos, como um traje “Penguin” de carga axial e um complexo de mioestimulação de hardware, a gravidade e a avaliação da síndrome da dor, bem como o aumento da altura, foram menores do que no grupo de Imersão “pura” sem uso de profilaxia.

Não apenas por espaço

O modelo de imersão "seca" reproduz muito bem os distúrbios cósmicos, mas, além disso, também ajuda no combate a certas doenças. Por exemplo, uma série de banhos de imersão traz alívio para pessoas com tônus muscular excessivamente aumentado, o que as impede de se moverem totalmente.

Tomar um banho de imersão é uma boa maneira de baixar a pressão arterial. O mecanismo do processo é simples: a água ao redor de uma pessoa espreme o sangue e a linfa dos vasos periféricos para a corrente sanguínea central, o que é percebido pelo corpo como um excesso de líquido e leva à sua remoção (de forma natural - a micção aumenta) e uma diminuição da pressão. Aliás, para conseguir esse efeito, o mergulho não precisa ser “seco” - provavelmente, muitos já perceberam que ao nadar começam a querer ir ao banheiro, e agora você sabe o porquê.

“Às 9h30 da manhã, terminou o quinto dia de imersão em seco para mim. Fui levado para fora do banheiro. O dia zero é um dos mais importantes, é por causa dos dados desse dia que os testadores ficam cinco dias sem suporte. Em uma maca fui levado ao laboratório de fisiologia gravitacional, onde foram imediatamente realizados testes nos experimentos "Arquitetura", "Pose", "Teste de campo", e depois DEXA, "Dinamômetro", TMS, "Tônus", " Isokinesis ".

Meu estado está melhorando a cada minuto, no começo tive dor de cabeça, como se doasse 450 mililitros de sangue doado, minhas pernas tremiam um pouco durante os exames de olhos fechados. Agora está tudo bem e o estômago não dói.

Hoje estou passando a noite no instituto por causa do experimento "Sleep". Depois, mais dois dias de pesquisa, e 11 de abril - último dia em que a aventura com imersão terminará para mim. Esta é uma experiência muito gratificante que será útil no futuro.

É interessante que a próxima etapa de imersão esteja prevista para o outono no IBMP - 21 dias. Mas haverá um conjunto especial."

Os experimentos-modelo são realizados em instituições médicas ou científicas especiais, equipadas com equipamentos exclusivos, sob a supervisão de pesquisadores altamente qualificados. No momento, está sendo realizado no Centro de Pesquisas Estadual da Federação Russa - IBMP RAS um experimento com o uso de imersão "seca" de cinco dias.

É interessante que as mudanças que ocorrem com o corpo em imersão podem simular não apenas o vôo espacial, mas também o estado de sarcopenia senil - atrofia dos músculos esqueléticos relacionada à idade. Esta imersão é a primeira a usar eletromioestimulação de baixa frequência dos músculos das pernas, com o objetivo de prevenir alterações musculares negativas. No decorrer dos estudos em sujeitos de teste voluntários jovens, mas destreinados, os protocolos de estimulação elétrica mais eficazes serão selecionados.

Após a conclusão do mergulho, os sujeitos terão que se submeter a uma variedade de testes que irão avaliar como o tônus muscular, sua estrutura, bem como a postura vertical e a marcha dos voluntários mudaram.

Publicações dedicadas a experimentos biomédicos no espaço e sua modelagem são raras. Em nosso artigo, foi considerada apenas uma pequena parte desse vasto tema, que inclui o bem-estar dos astronautas a bordo da estação, o lançamento de satélites habitados por animais,modelo de experimentos com a participação de primatas e tecnologias espaciais na reabilitação de pacientes.

Literatura

I. B. Kozlovskaya, D. A. Maksimov, Yu. I. Voronkov, I. Sunn, V. N. Ardashev, I. G. Dorogan-Suschev, I. V. Rukavishnikov. Alterações na coluna lombar e dor aguda nas costas quando exposto a uma imersão "seca" de 3 dias // Medicina do Kremlin. Boletim clínico. - 2015. - No. 2.

I. V. Rukavishnikov, L. E. Amirova, T. B. Kukoba, E. S. Tomilovskaya, I. B. Kozlovskaya. Influência da descarga gravitacional no tônus muscular das costas // Fisiologia Humana. - 2017. - N ° 3.