КОСМИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА: ВОЗДЕЙСТВИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ, УСКОРЕНИЯ И МИКРОГРАВИТАЦИИ В ВОЗДУШНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
     

Relford Patterson, Russel B. Rayman

Начав с первого продолжительного полета моторного воздушного судна в Китти Хок, Северная Каролина (Соединенные Штаты), в 1903 г., авиация получила международное признание. Подсчитано, что с 1960 по 1989, годичное число авиапассажиров регулярных рейсов увеличилось с 20 до более 900 миллионов. (Poitrast и de Treville 1984). Военные самолеты стали незаменимым родом войск в вооруженных силах многих стран. Совершенствование военных технологий, в частности в системах жизнеобеспечения, способствовало быстрому развитию космических программ, выполняемых людьми, работающими в космосе. Орбитальные космические полеты происходят относительно часто, и астронавты и космонавты работают на космических кораблях и космических станциях продолжительные периоды времени. В воздушном пространстве физические факторы стрессов, которые могут повлиять на здоровье членов экипажа, пассажиров и астронавтов в некоторой степени, включают снижение содержания кислорода в воздухе, снижение барометрического давления, температурный стресс, ускорение, невесомость и ряд других факторов опасности (DeHart 1992). В этой статье рассматриваются аэромедицинские аспекты силы тяжести и ускорения во время полетов в атмосфере и возде0йствия микрогравитации в космосе.

Силы тяжести и ускорения
Комбинированное воздействие силы тяжести и ускорения во время полетов в атмосфере, производит ряд физиологических воздействий на членов экипажа и пассажиров. На поверхности земли сила тяжести влияет буквально на все формы человеческой деятельности. Вес тела человека соответствует силе, прилагаемой к массе тела гравитационным полем земли. Символ, используемый для выражения величины ускорения объекта, находящегося в свободном падении вблизи земной поверхности, изображается буквой g, которая означает величину ускорения, приблизительно 9,8 (Glaister, 1988 г., Leverett и Whinnery 1985 г.).
     
Ускорение происходит, когда движущийся объект увеличивает свою скорость. Величина скорости означает скорость передвижения объекта и его направление. Диакселерация означает ускорение, которое уменьшает величину установившейся скорости. Ускорение, как и диакселерация, являются векторными величинами (имеют величину и направление). Существуют три типа ускорения: линейное ускорение - изменение скорости без изменения направления, радиальное ускорение - изменение направления без изменения скорости; угловое ускорение - изменение скорости и направления. В течение полета, воздушное судно способно маневрировать, применяя все три вышеуказанные элементы, и экипаж и пассажиры могут испытывать воздействие линейного, радиального и углового ускорения. В авиации, величину ускорения обычно выражают через ускорение силы тяжести. По соглашению, 0 это величина, выражающая отношение величины ускорения к гравитационной константе (Glaister 1988a, Leverett and Whinnery 1985).

Биодинамика

Биодинамика - это наука, изучающая силы энергии живой материи. Она широко используется в аэрокосмической медицине. Современное воздушное судно достаточно высоко маневренно и способно летать на очень больших скоростях, подвергая людей воздействию сил ускорения. Воздействие ускорения на человеческое тело зависит от величины начальной скорости и направления ускорения. Обычно описывается, используя трехмерную систему координат (x, y, z), в которой вертикальная ось (z) параллельна позвоночнику человеческого тела, ось х ориентирована на направления, ведущие от груди к спине, и ось у ориентированна, как линия, ведущая от одного бока к другому. (Glaister 1988 г.). Ускорение можно разбить на две категории: продолжительную и временную.
     
Продолжительное ускорение
Обитатели воздушного судна (и экипаж космического судна, находящегося в атмосфере под воздействием силы тяжести во время запуска и входа в атмосферу при посадке) обычно испытывают ускорение как реакцию на аэродинамические силы полета. Продолжительное изменение скорости, ведущее к ускорению, длительностью более 2 секунд, может быть результатом изменения скорости воздушного судна или изменения направления полета. Физиологический эффект от продолжительного по времени ускорения может привести к значительному изменению в положении тканей мышц и органов тела и изменениям в кровообращении и в распределении жидкости тела.
     
Положительное или головное ускорение вдоль оси z (+ G) представляет главную физиологическую проблему в перевозках гражданской авиации. Ускорение типа G случается не часто, но иногда может произойти в слабой степени во время взлетов и посадок, или во время полета в условиях высокой турбулентности потоков воздуха. Пассажиры могут испытать краткое чувство невесомости, при внезапных провалах самолета (отрицательное G ускорение), если они не привязаны ремнями безопасности. Неожиданный резкий набор высоты может бросить непривязанного члена экипажа или пассажира на внутреннюю поверхность авиасалонов, что может причинить травму.
     
В отличие от гражданской авиации, в полетах высокоорганизованных военных самолетах, самолетах, выполняющих фигуры воздушной аэробики, и сельхозавиации могут генерироваться достаточно большие линейные, радиальные и угловые ускорения. Продолжительное ускорение может генерироваться, когда высоко маневренный самолет изменяет направление полета во время поворота или выхода из глубокого пике. + G характеристики современного боевого самолета могут оказывать воздействие на летчиков от 5 до 76 G, длительностью от 10 до 40 секунд (Glaister 1988 г.) Экипаж может испытать увеличение веса мышц и другие экстремальные вещи при относительно низких уровнях ускорения в +2 G. Например, пилот весом в 70 кг, исполняющий маневр, который генерирует ускорение + 2 G, будет испытывать увеличение веса тела от 70 до 140 кг.
     
Сердечнососудистая система является наиболее важным системой человека в смысле определения общей терпимости и реакции человека на + G стрессы (Glaister 1988 г.). Воздействие положительного ускорения на зрение и мыслительные способности вызвано снижением потока крови и подачи кислорода глазам и мозгу. Способность сердца качать кровь к глазам и мозгу зависит от способности превышать гидростатическое давление крови в любой точке системы циркуляции и от величины внутренних сил, генерируемых положительными G ускорением. Ситуацию можно сравнить с той, когда тянут вверх воздушный шар, частично наполненный водой, и замечают его движение вниз, вызванное результирующими инерционными силами, действующими на массу воды. Воздействие положительного ускорения может вызвать временную потерю периферического зрения или полную потерю сознания. Военные летчики высоко маневренных самолетов подвергаются риску затмения сознания, вызванное ускорением, при быстром воздействии или продолжительном периоде позитивного ускорения по оси +G, но обычно они не оставляют последствий, требующих медицинского вмешательства, если им не предшествовали другие не вылеченные заболевания. - G ускорение происходят редко, что объясняется конструкцией, и тем, какие маневры должен выполнять самолет. Но оно может произойти в течение полета в перевернутом положении, при выполнении внешней петли, вращений и других подобных маневров. Физиологический эффект, связанный с воздействием - G ускорения, в основном увеличивает васкулярное давление в верхней части тела, голове и шее (Glaister 1988 г.).
     
Ускорения значительной длительности, которые действуют под правильным углом по отношению к длинной оси тела, назвали обратными (трансвертными) ускорениями, и они относительно редко встречаются во время полетов, исключение составляет катапультирование или запуски с самолетов-носителей с помощью реактивных двигателей или ракет; а также во время запусков ракетных систем, таких как космические челноки. Ускорения, с которыми сталкиваются при военных операциях такого рода, относительно небольшой величины, и обычно не действуют на тело в основной, присущей воздействию ускорений, манере, потому что инерционные силы действуют под правильным углом на длинную ось тела. В общем, такое воздействие менее явственно, чем в случае G ускорений. Боковые ускорения в ±Gy осях, очень редки, за исключением экспериментальных полетов.

Краткосрочное ускорение

Следующая часть документа