Планомерное и систематическое изучение биологического действия космической радиации началось сравнительно недавно, и поэтому наши знания в этой области пока еще весьма ограничены.

Биологическое действие космической радиации изучается в лабораторных условиях с использованием для этого различных источников ионизирующей радиации, хотя бы приближенно моделирующих отдельные компоненты космической радиации, и в лётных биологических экспериментах с помощью различных космических летательных аппаратов.

Хотя мы еще и мало знаем о происхождении и, источнике космических лучей, однако достаточно четко представляем, какую опасность они таят для всего живого. Космическая радиация, подобно рентгеновым и гамма-лучам, вызывает в живом организме ионизацию, возбуждение атомов и молекул и в определенных дозах оказывается губительной. Следовательно, биологическое действие космической радиации в принципе такое же, как и ионизирующих излучений на нашей планете (о чем говорилось выше).

Советские ученые получили широкие возможности для исследования биологического действия космической радиации на живые организмы в реальных условиях космического полета.

Биологические эксперименты на космических летательных аппаратах представляют собой научную и практическую ценность. Дело в том, что имеющиеся в распоряжении радиобиологов полученные в обычных земных условиях богатые экспериментальные данные о действии ионизирующих излучений (рентгеновых и гамма-лучей, протонов, нейтронов) на организм человека и животных нельзя механически переносить на биологическое действие космической радиации. Дело в том, что в условиях космического полета на организм может воздействовать смешанная радиация очень высоких энергий и космическая радиация действует непрерывно в течение всего полета, да еще тогда, когда космонавт испытывает ускорения, вибрации, невесомость, шум, эмоциональное напряжение и т. д. Все это, разумеется, воспроизвести в лабораторных условиях невозможно.

Поэтому без соответствующих лётных экспериментов можно с той или иной степенью достоверности только предполагать, что отдельные компоненты космической радиации будут действовать на живя организм сильнее, чем, скажем, рентгеновы и гамма лучи, а во сколько раз сильнее – неизвестно.

Основным препятствием для оценки биологического действия космической радиации, даже при наличии достаточно точной информации, является отсутствие данных об ее относительной биологической эффективности (ОБЭ)¹.

¹ ОБЭ – условная характеристика излучения, введена для учета биологической опасности.

За последние годы у нас в стране и за границей появились исследования по биологическому действию протонов высоких энергий. Эксперименты показали, что ОБЭ протонов с энергиями 660 Мэв оказалась не выше, а по некоторым показателям (смертность экспериментальных животных, изменения со стороны крови) даже ниже, чем при применении рентгеновых лучей.

Коэффициент ОБЭ для протонов с энергиям 730 Мэв по сравнению с гамма-лучами равен примерно 2. Этот вывод был сделан на основании экспериментов на обезьянах, в которых ОБЭ оценивалась по времени появления и тяжести поражений органов зрения.

Коэффициент ОБЭ для протонов с энергиям 157 Мэв по смертности мышей составляет 0,77 по сравнению с рентгеновыми лучами.

Важно отметить, что ОБЭ какого-либо вида радиации во многом зависит от того, какие показатели берут за основу, какие органы исследуют и через какие промежутки времени после облучения. Более того относительная биологическая эффективность часто бывает величиной непостоянной для разных биологических объектов. Поэтому оценка ОБЭ различных видов ионизирующих излучений должна производиться на основании ряда показателей с обязательным учетом реакций отдельных, наиболее радиочувствительных систем, характера восстановительных процессов и отдаленных последствий, среди которых главное место занимает появление злокачественных образований.

Таким образом, на основании имеющихся лабораторных экспериментов можно предполагать, что ОБЭ протонов с энергиями выше 100 Мэв но показателю смертности грызунов будет составлять величину меньше единицы. Однако ОБЭ, полученную на грызунах, нельзя без соответствующей оговорки переносить на человека. Еще меньшая ясность существует в отношении ОБЭ для альфа-частиц и ядер более тяжелых элементов высоких энергий, Вопрос о биологическом действии такого рода радиации весьма сложен и почти совершенно не изучен.

Известно, что повреждения, вызываемые нейтронами и протонами, оказались более необратимыми, чем повреждения, вызываемые рентгеновыми и гамма-лучами. По некоторым показателям нейтроны и другие частицы обладают свойствами выраженного накапливания (кумуляции) повреждающего эффекта. При повторных облучениях, а также при увеличении срока наблюдений за подопытными животными ОБЭ особенно высока.

Многие радиобиологи считают, что химические и лекарственные средства, оказывающие хорошее лечебное и профилактическое действие при лучевой болезни, вызванной рентгеновыми и гамма-лучами, могут оказаться малоэффективными при поражениях, вызванных космической радиацией, особенно в отношении наследственных изменений. Высказывается также и такое предположение, что космическая радиация по сравнению с рентгеновыми лучами способна поражать по преимуществу отдельные клетки или группы клеток в большей степени иI необратимо.

Известно, что рентгеновы и гамма-лучи действуют диффузно и вызывают ионизацию во всей массе ткани, а при облучении тяжелыми частицами космической радиации энергия высвобождается на месте как бы отдельными частями и в момент прохождения частицы. При этом максимум выделения энергии на единицу пути частицы соответствует самому концу пробега, где образуется «ионизационный пик». Например, ядро железа с энергией около 50 000 Мэв проникает через ткани тела толщиной 22 см, однако максимум удельной ионизации будет наблюдаться лишь на последней 1000 микронов. Кратковременное биологическое действие при высвобождении большого количества энергии изучено мало. То же касается вопроса о взаимоотношении местного (локального) и общего действия ионизирующей радиации. Для того чтобы вызвать лучевую болезнь при местном облучении, нужны очень большие дозы, а при общем облучении эти дозы сравнительно невелики.

С развитием техники ядерных исследований и созданием новых, все более мощных ускорительных установок расширится возможность облучения экспериментальных животных и появятся условия для всестороннего изучения биологического действия тяжелых ядер в условиях Земли.

Несмотря на предполагаемый высокий коэффициент ОБЭ первичной космической радиации, все же опасность ее для космонавта при непродолжительных полетах сравнительно невелика. В подтверждение этого можно привести следующие расчетные данные. За суточное пребывание в космическом пространстве на орбите ниже околоземного пояса радиации от тяжелых ядер пострадает около 200 – 300 клеток яичка, что составляет лишь одну миллионную часть всех зародышевых клеток организма (Шефер и Голден). Тобиас подсчитал, что при суточной дозе космической радиации, равной 0,07 р, может быть разрушено около 0,0035 % всех клеток организма. Эта величина значительно меньше нормального числа ежедневно умирающих клеток. Исключением могут быть только нервные клетки, гибель даже незначительного числа которых является крайне нежелательной, поскольку они не восстанавливаются. Особенно это касается важных жизненных центров, например дыхательного, расположенного в продолговатом мозгу. Однако вероятность попадания в такие центры тяжелых частиц в количестве, достаточном, чтобы вызвать изменение функции, крайне мала.

Как ужо указывалось, в космическом полете все биологические объекты подвергаются воздействию многих факторов. Само собой понятно, что необходимо прежде всего хорошо знать последовательность, силу и продолжительность их воздействия (в том числе и разных видов ионизирующей радиации) при прохождении биологического объекта через различные области космического пространства.

К сожалению, вопросы о комбинированном воздействии радиации с другими факторами полета почти совершенно не изучены не только в реальных условиях, но даже и в лабораторных экспериментах. Правда, за последнее время были получены некоторые данные на мышах и морских свинках, которые свидетельствуют о том, что вибрация и перегрузки, примененные однократно за 4 или 24 часа до облучения протонами или гамма-лучами в поражающих дозах, существенно не изменяли течение у животных лучевой болезни. Но если вибрация применялась после облучения, то она утяжеляла течение заболевания.

Многочисленные исследования советских ученых установили высокую чувствительность периферической и особенно центральной нервной системы к действию ионизирующей радиации. В этой связи следует иметь в виду, что в космическом полете значительное эмоционально-психическое напряжение усугубляет действие космической радиации на центры головного мозга, а следовательно, и на работоспособность космонавта. Нельзя также забывать и о потенциальной опасности, связанной с возможным повреждающим влиянием радиации (особенно во время солнечных вспышек) на приборы и аппаратуру, обеспечивающую условия жизнедеятельности и безопасность космонавтов.

Разрабатывая программу биологических экспериментов на высотных шарах, ракетах и кораблях-спутниках, советские ученые стремились получить всестороннюю информацию о биологическом действии факторов полета. В летных экспериментах крайне необходимо было использовать разнообразных представителей органического мира, находящихся на различных уровнях эволюционного развития. В летательные космические аппараты помещали следующие биологические объекты, обладающие различной радиочувствительностью:

млекопитающие: собаки (Белка, Стрелка, Пчелка, Мушка, Чернушка, Звездочка и др.), мыши, крысы, морские свинки;

лягушки;

насекомые: мухи-дрозофилы;

растения: традесканция в периоде цветения, зерна и проростки различных сортов пшеницы, гороха, гречихи, кукурузы, лука;

культура водоросли хлорелла в жидкой питательной среде в условиях периодического освещения и в темноте;

культура тканей с раковыми клетками;

грибы, актиномицеты разных штаммов;

бактерии: различные штаммы кишечной палочки (некоторые из них «летали» в космосе неоднократно), палочки маслянокислого брожения, лизогенные бактерии;

фаги;

дезоксирибонуклеиновая кислота;

пепсин, трипсин, щелочная фосфатаза, каталаза, пероксидаза, рибонуклеаза;

гомогенат из зародышей пшеницы;

препарат клеточных ядер (пшеницы); вирусы табачной мозаики различных штаммов (обыкновенный, цифомандровый, подорожниковый) в водном растворе и растворе сернокислого аммония;

вирусы гриппа (на различных культурах тканей) и ряд других биологических объектов.

Часть биологических объектов, находившихся на борту космических кораблей. Слева направо: соцветие традесканции в «биопатроне», мухи-дрозофилы («Восток-3»), сухие семена гречихи, мухи-дрозофилы («Восток-4»), икра вьюнов в «биопатроне».

Только такое многочисленное представительство животного и растительного мира дает возможность выявить как непосредственное действие ионизирующей радиации, так и ее влияние на наследственность. Следует особо подчеркнуть крайнюю целесообразность использования при изучении космической радиации микробиологических и цитологических объектов Небольшие размеры, сравнительная легкость обеспечения условий жизнедеятельности, быстрая смена поколений дают возможность получить большой материал.

При подготовке к радиобиологическим, как, впрочем и к общебиологическим, экспериментам на летательных космических аппаратах потребовались большие предварительные работы. Необходимо было разработать методические приемы экспонирования биологических объектов в космическом полете, средства, обеспечивающие условия для их жизнедеятельности, средства и методы получения информации, а также методику последующей обработки, расшифровки, анализа материала и многое другое.

Подопытный материал всегда имел две партии контрольных образцов. Одна оставалась в лаборатории, где все условия хранения строго соответствовали необходимым требованиям, а вторую транспортировали к месту подготовки летного эксперимента, хранили там вместе с подопытными образцами и одновременно с ними после эксперимента доставляли в лабораторию для исследования. Все подопытные и контрольные образцы биологических объектов брались в 2 – 3 и более экземплярах, что обеспечивало статистическую обработку материала.

Для проведения генетических экспериментов на космических кораблях-спутниках Земли необходимо было разработать наряду со специальными экспериментально-методическими приемами и конструкцию контейнеров, чтобы обеспечить условия для жизнедеятельности биологических объектов и дать возможность наблюдения за их состоянием.

Небольшие размеры мышей и сравнительная несложность обеспечения их жизнедеятельности позволяют даже при ограниченных возможностях в условиях летного эксперимента (по весу и габаритам) провести опыт на большом числе млекопитающих животных.

Проведение продолжительного (многосуточного) эксперимента в условиях невесомости и действия перегрузок потребовало разработки специального контейнера для мышей. В частности, необходимо было предусмотреть снабжение подопытных животных в ходе эксперимента полноценным питанием и водой (А. А. Гюрджиан).

Особенности летного эксперимента обусловливали ряд требований по устойчивости разработанного оборудования к действию факторов полета (ускорения и вибрации).

Был разработан пищевой рацион в виде цилиндрических брикетов соответствующего диаметра. Брикеты содержали необходимые пищевые вещества и хорошо сохранились в течение продолжительного времени. Воду с добавлением консервантов наливали в бачок незадолго до полета. Дополнительно к пищевым брикетам в клетки добавляли несколько кусков свежей моркови и свеклы.

В специально сконструированном и надлежащим образом оборудованном контейнере были созданы вполне нормальные условия для жизни мышей; в состоянии невесомости мыши могли свободно передвигаться по «летке и грызть пищевые брикеты.

Обмен воздуха между контейнером и герметической камерой космического корабля обеспечивал необходимый газовый состав и температуру. Поведение мышей в полете регистрировалось с помощью киносъемочных и телевизионных аппаратов.

В предварительных лабораторных опытах мыши вполне удовлетворительно в течение 10 – 15 дней переносили пребывание в контейнере.

Об условиях жизнеобеспечения при космических полетах для собак неоднократно сообщалось в печати и они всем хорошо известны. Здесь только уместно подчеркнуть, что проведение лётных экспериментов на собаках требует тщательного отбора и тренировки их к условиям жизни на космических летательных аппаратах.

В Советском Союзе еще в 1936 г. был осуществлен биологический лётный эксперимент с мухами-дрозофилами на стратостате СССР-1 бис, который поднялся до высоты 15 900 м.

После полета у мух не удалось обнаружить каких-либо изменений.

Такие же эксперименты на воздушных шарах имели место за границей, в частности с США. Впоследствии биологические эксперименты проводились на высотных и баллистических ракетах. Однако продолжительность пребывания биологических объектов в этих полетах была небольшой, что не давало возможности в полной мере судить о биологическом действии космической радиации.

В 1957 г. у нас в стране был произведен запуск искусственного спутника с собакой Лайкой на борту. Хотя Лайка и находилась в полете несколько суток, не удалось зарегистрировать влияния космической радиации на ее организм, так как ее возвращение на Землю не предусматривалось.

Биологические опыты, проведенные на втором и последующих кораблях-спутниках (включая космические корабли «Восток» и «Восток-2», на которых также находились некоторые биологические объекты), обеспечили возможность проведения исследований.

На втором корабле-спутнике совершили полет собаки Белка и Стрелка, две лабораторные крысы, 40 черных и белых мышей и комплекс различных объектов животного и растительного происхождения. В опытах на третьем, четвертом и пятом кораблях-спутниках был значительно расширен состав подопытных биологических объектов, в частности были дополнительно включены морские свинки и серые мыши.

Общеклиническое обследование собак, крыс, мышей и морских свинок сразу после полета и в дальнейшем не обнаружило никаких особенностей в их общем состоянии и поведении. Собака Стрелка после полета дважды нормально ощенилась, щенки хорошо развивались.

Биохимическое обследование крови и мочи Белки и Стрелки после суточного космического полета не обнаружило патологических изменений. У собак, совершивших одновитковый полет на четвертом и пятом космических кораблях (Чернушка и Звездочка), точно так же не удалось обнаружить каких-либо нарушений обмена веществ. Функциональное состояние периферических сосудов (артериальное и венозное давление, артериальный и венозный тонус, скорость кровотока), измеренное с помощью универсального манометра во время и после полета, осталось без существенных изменений.

Собака Стрелка со своим потомством.

Условнорефлекторная деятельность находившихся в полете крыс и морской свинки не была нарушена. У черных мышей не удалось обнаружить статистически достоверного увеличения седых волос (что служит признаком действия радиации) по сравнению с контрольными мышами.

Космическая радиация в комбинации с другими факторами полета не оказала существенно вредного влияния на микробиологические и цитологические объекты и только лишь у некоторых бактерий в одном из опытов обнаружены незначительные изменения, соответствующие воздействию радиации в дозе, равной нескольким десятым долям рентгена.

Культура хлореллы полностью сохранила жизнеспособность: фотосинтез, рост, развитие и размножение оставались такими же, какими были до полета.

Лабораторные опыты показали, что вибрация у дрозофил и мышей вызывала некоторые наследственные изменения, во многих отношениях сходные с теми, которые наблюдались у дрозофил, побывавших в космосе.

На электромиограмме морской свинки отмечалось небольшое повышение двигательной активности.

Составные элементы крови у собак и мышей не были существенно изменены.

Таким образом, видно, что тщательный анализ всего экспериментального материала, а также длительные наблюдения за животными и мухами-дрозофилами, не выявили каких-либо существенных изменений, которые можно было бы отнести за счет действия космической радиации. Многочисленные лабораторные и летные эксперименты позволили сделать вывод о том, что кратковременные полеты космических кораблей по орбитам, расположенным ниже радиационных поясов Земли, при отсутствии интенсивных солнечных вспышек не представляют для человека и других живых организмов какой-либо радиационной опасности.

Этот вывод в дальнейшем полностью был подтвержден во время запусков кораблей «Восток». Как известно, советские космонавты Ю. А. Гагарин и Г. С. Титов, а впоследствии и американские Д. Гленн и С. Карпентер, получили ничтожно малую дозу радиации, меньшую, чем доза, которую обычно получает человек во время диагностического рентгеновского просвечивания.

Первые успешные полеты людей в космос требуют от ученых дальнейшего еще более тщательного изучения радиационной опасности. Дело в том, что при длительных полетах, которые могут продолжаться месяцы и годы, космические лучи представят серьезную угрозу для экипажа корабля. Они являются пока еще главным препятствием на пути освоения космического пространства.

Для определения требований к конструкции космического аппарата, обеспечивающей радиационную защиту космонавта, необходимо установить критерий радиационной безопасности. В качестве такого критерия может служить допустимая доза радиационного воздействия за время полета. Она должна, по-видимому, устанавливаться с учетом конкретных условий полета и его продолжительности.

При этом можно использовать хорошо известные и безупречные в научном отношении факты:

I. Ежедневная доза радиации, действующая на человека на Земле, составляет 0,4 – 2 мбэр¹.

¹ Бэр – биологический эквивалент рентгена – количестве любого вида излучения, равное по своему биологическому действию 1 рентгену. Мбэр = 0,001 бэра.

Эта доза складывается из внешнего облучения (космические лучи на уровне моря, гамма-излучение Земли, радона в воздухе) и внутреннего облучения (калий-40, углерод-14, радон). В условиях такого естественного фона облучения развивалась жизнь на Земле.

II. Доза профессионального облучения установлена из расчета 150 бэр на 30-летний период, что составляет 13,6 мбэр в сутки.

III. Однократная доза облучения около 50 бэр но вызывает заметных патологических изменений в организме здорового человека.

IV. Дозы радиации в 150 – 200 бэр и выше при однократном кратковременном облучении (без применения лечебно-профилактических средств) приводят к развитию острой лучевой болезни.

Учитывая границы допустимого радиационного воздействия, а также исключительность обстоятельств, связанных с освоением космического пространства, можно, по-видимому, принять в качестве допустимой дозы 25 – 50 бэр в зависимости от продолжительности полета. По современным данным, такие дозы не могут вызвать у здорового человека заметно выраженного повреждающего действия. Разумеется, они должны считаться ориентировочными и будут по мере накопления наших знаний о биологическом действии космической радиации уточняться.

Само собой понятно, что, прежде чем человек совершит длительный полет в космос, особенно с пересечением околоземных радиационных поясов, необходимы проведение специальных исследований и прежде всего запуск специальных космических кораблей с различными биологическими объектами.

Вероятно, в будущем общими усилиями ученых и инженеров-конструкторов будут найдены и разработаны рациональные и эффективные меры защиты, которые создадут полную безопасность для экипажа корабля от поражающего действия космической радиации при путешествии . на ближайшие к нашей планете небесные тела. Эти защитные мероприятия, по-видимому, будут разрабатываться в других направлениях: прежде всего по линии защитных приспособлений на космических кораблях и затем но линии изыскания средств и методов, приводящих к значительной устойчивости организма к радиации. Б этом случае прежде всего следует подумать о химических радиозащитных веществах.

Успехи в изучении и освоении космического пространства позволят в недалеком будущем совершать межпланетные полеты. Как же защитить космонавта от радиационной опасности?

Конечно, самой идеальной защитой от поражающего действия космической радиации является механическая (физическая) защита – применение защитных экранов, тканей, создание на корабле специальных убежищ и т. п. Но такая защита далеко не всегда осуществима.

Поэтому перед учеными встала задача – изыскать пути и средства, которые бы снижали чувствительность организма к поражающему действию космической радиации. Проблема профилактики лучевой болезни с помощью химических веществ имеет важное значение не только для успешного освоения космического пространства, но и для всего человечества.

В наше время, в связи с широким использованием ядерной энергии в народном хозяйстве, медицине, науке, а также последствиями испытаний ядерного оружия имеется возможная опасность радиационных поражений для населения нашей планеты.

Для изыскания химических средств защиты было проверено и изучено более 3000 различных химических веществ, соединений и биологических препаратов, самых разнообразных не только по физико-химическим свойствам, но и по своему действию на организм: нитриты, цианиды, снотворные, возбудители нервной системы, аминокислоты, полисахариды, серусодержащие вещества и т. д.

В результате этих исследований были найдены вещества, которые, будучи введены в организм животного за определенное время до облучения, снижали в той или иной степени поражающий эффект радиации, что сказывалось благоприятным образом на развитии и течении лучевой болезни и увеличении процента выживаемости. При определенных условиях эксперимента выживаемость животных в опытных группах достигала 100% при почти полной гибели в контрольных группах. Следовательно, было установлено, что некоторые химические вещества повышают устойчивость организма к радиации. Такие вещества были названы радиозащитными, или протекторами.

В качестве иллюстрации приводим следующую таблицу.

¹ Средние величины. Гибель мышей в соответствующих контрольных группах составляла 90 – 93,6%.

Другие вещества способны в значительной мере повышать чувствительность организма к радиации (так называемые сенсибилизаторы) и, наконец, были обнаружены химические соединения, которые по своему действию на организм напоминают действия рентгеновых лучей. Подобные вещества были названы радиомиметическими (например, снотворное вещество – уретан, некоторые производные иприта и др.).

Таким образом, в условиях лабораторного эксперимента была бесспорно доказана принципиальная возможность как повышать, так и понижать с помощью химических веществ устойчивость организма к радиации. Установление этого чрезвычайно важного в научном и практическом отношении факта следует признать одним из самых блестящих и выдающихся достижений в области радиобиологии за последние 15 – 20 лет. На первых порах исследования по изысканию защитных химических средств часто проводились эмпирически. Но по мере роста наших знаний о физико-химических процессах, возникающих под влиянием радиации в организме животного, накопления научных фактов о самой сущности лучевой болезни эти исследования стали проводиться на основе определенных теоретических предпосылок, что не замедлило положительно сказаться на результатах.

Исходя из современных представлений о первичном механизме биологического действия ионизирующих излучений и последующего развертывания патологического (болезненного) процесса, профилактику лучевой болезни можно осуществить с помощью химических веществ.

Поиски радиозащитных веществ проводились и сейчас продолжают проводиться в различных направлениях. Уже найдено много веществ, которые в опытах на животных оказывают хорошее защитное действие от радиации. Но не всякий препарат, зарекомендовавший себя положительно в опытах на животных, может быть использован в медицинской практике. Например, угарный газ, цианистый калий, цианистый натрий в экспериментах на мышах и крысах оказались весьма эффективными радиозащитными веществами, однако они являются сильнейшими ядами и не могут быть использованы для профилактики человека от радиационных поражений.

Из всех защитных веществ наибольший практический интерес представляют соединения, содержащие в своей молекуле так называемые сульфгидрильные группы (SH–). Среди них первыми в 1949 г. были испытаны в качестве радиозащитных средств цистеин и глютатион.

В 1951 г. З. Бак (Бельгия) установил, что цистеамин оказывает прекрасный защитный эффект. Выживаемость мышей, получавших этот препарат при смертельной дозе облучения, доходила до 100%.

Сообщение 3. Бака приковало к себе внимание радиобиологов всех стран мира. Результаты были подтверждены учеными многих стран, в частности и в Советском Союзе, на всех видах животных, в том числе на собаках и обезьянах. Вскоре было установлено, что цистеамин защищает не только животных, но и человека. Этот препарат в виде хлористоводородной соли в 10% растворе в ампулах начали успешно применять как за границей, так и у нас для предупреждения лучевой болезни, иногда развивающейся при лечении злокачественных опухолей рентгеновыми и гамма-лучами. Однако хлоргидрат цистеамина имеет ряд недостатков. Его можно применять только в виде внутривенных вливаний, он нестоек при хранении, действует сравнительно короткое время после введения (около 30 минут) и при инъекции больших доз, близких к токсическим. Это дало основание для синтеза других солей цистеамина.

В Бельгии был предложен салицилат цистеамина, который можно применять в таблетках. Однако эта соль оказалась слишком токсичной, нестойкой при длительном хранении и поэтому не нашла широкого применения. В Италии был предложен тартрат цистеамина. В Советском Союзе синтезированы гидробромид, никотинат и аксорбинат меркамина. Все эти препараты оказались более эффективными, чем хлор-гидрат цистеамина. Особенно ценным оказался аскорбинат меркамина.

Этот препарат был успешно испытан в клинике на людях при рентгено-радиотерапии опухолей. В настоящее время он рекомендован для использования в медицинской практике. Однако аскорбинат меркамина, как и хлоргидрат цистеамина, можно применять только внутривенно, для приема внутрь он непригоден.

В результате исследований были выявлены некоторые весьма ценные в научно-практическом отношении закономерности, характеризующие зависимость радиозащитного эффекта от химического строения вещества. Так, например, оказалось, что максимальный защитный эффект у препаратов аминотиолового ряда (цистеамин и его производные) проявляются в том случае, если они содержат в своей молекуле две химически активные группы. Одна из них должна быть носителем основных, а другая – кислотных свойств, причем эти группы в радиозащитном веществе должны быть расположены на строга определенном расстоянии друг от друга. Такими активными группами у цистеамина являются сульфгидрильная (SH–) и аминная (NH₂). Исключение из препарата одной из этих групп приводит к резкому снижению защитных свойств пpeпaрата.

Кроме того, получен ряд эффективных радиозащитных веществ, превосходящих по своим качествам цистеамин. Среди них прежде всего следует назвать цистамин (синонимы: диаминодиэтилсульфид, дисульфид меркамина), являющийся продуктом окисления цистеинамина, цидоксин – смесь цистамина с пиридоксином, гидробромид бета-аминоэтилизотиуроний, известный под названием АЭТ.

Все три препарата предназначены для приема внутрь в таблетках, стойки при длительном хранении. Радиозащитное действие проявляется в течение нескольких часов.

Дисульфид меркамина рекомендован к использованию в медицинской практике для предупреждения лучевых осложнений при рентгено-радиотерапии.

Приводим данные советских ученых (В. С. Вахтель, Л. Ф. Синенко) о профилактическом действии дисульфида меркамина.

¹ Облучаемая площадь кожи колебалась от 50 до 650 см².

Количество лейкоцитов у этих больных после окончания лечения находилось на уровне 4000 – 5000.

Никаких других лечебных мероприятий не проводилось, и только 5 больным, у которых препарат не оказал надлежащего профилактического эффекта, назначили переливание крови.

Важно отметить, что у дисульфида меркамина и некоторых других серусодержащих аминов защитный эффект сохраняется и при облучении животных протонами с энергией 660 Мэв. Так, например, по данным советских исследователей, выживаемость мышей, облученных протонами в смертельных дозах, в среднем составляла: при меркамине – 48,3%, цистамине – 65,1 % ; серотонине – 25,7 %; 5-метокситриптамине – 44,6% ; АЭТ – 79,6%.

В контрольной группе погибло 100% животных.

Имеются радиозащитные препараты и из других классов химических соединений.

Таким образом, в настоящее время доказана реальная возможность защиты человека от радиационных поражений с помощью химических веществ. А еще 15 – 20 лет назад некоторые иностранные ученые, основываясь на так называемой теории «мишени», отрицали возможность защиты организма от радиации с помощью химических веществ. Они заявляли, что изыскание химического препарата, который ослаблял бы вредное действие радиации, является настолько же утопичной мыслью, как надежда защитить себя от поражающего действия пули приемом таблетки аспирина.

Понятно, что достигнутые успехи не означают, что проблема химической защиты от радиационных поражений решена полностью. Скорее всего – это только начало. Существующие препараты еще далеко не совершенны. Экипаж космического летательного аппарата подвергается действию не только космической радиации, но и других факторов космического полета. В этих условиях, как показали эксперименты на животных, далеко не все радиозащитные препараты, эффективные на Земле, могут быть рекомендованы в качестве индивидуальных средств в космосе.

Химические препараты, предназначаемые в качестве индивидуальных средств защиты членов экипажа от поражающего воздействия космической радиации, должны отвечать разносторонним требованиям: быть высокоэффективными, но нетоксичными; не оказывать отрицательного влияния на устойчивость организма к перегрузкам (вибрации, ускорению), невесомости и различным условиям обитаемости экипажа в замкнутом пространстве; не оказывать побочного (нежелательного) действия при многократных и длительных применениях; не вызывать даже кратковременной потери трудоспособности; иметь удобную для применения в космическом полете лекарственную форму и, наконец, быть стойкими при хранении.

Изыскание именно таких радиозащитных средств должно предусматривать усовершенствование существующих и синтез новых.

Особо следует обратить внимание на изыскание таких препаратов, которые, будучи приняты после облучения, прерывали бы развитие лучевой болезни.

Помимо химических препаратов, можно усилить сопротивляемость человека к радиации и повышением физических качеств и устойчивости организма (хорошее и полноценное питание, закаливание, занятия физической культурой и спортом).

Известно, что злоупотребление алкоголем, никотином, наркотиками истощает нервную систему и, таким образом, значительно снижает устойчивость организма к радиации. Уместно еще отметить, что в многочисленных экспериментах доказано, что если экранировать (защитить) свинцовыми пластинками отдельные небольшие участки тела, особенно область печени или селезенки, то животное переносит значительно более высокие дозы радиации, чем неэкранированное, то есть незащищенное.

Например, 50% смертельная доза рентгеновых лучей для мышей с экранированной селезенкой составляет 1100 р, а без экранирования – 600 р. 700 р вызывают 100% гибель животных, а при экранировании смертельная доза должна быть увеличена до 1300 р.

Экранирование у крыс области печени или задних конечностей при облучении гамма-лучами приводит к значительному снижению поражающего эффекта радиации. Крысы в контрольных группах все погибли, а в подопытных (с экранированием области печени и задних конечностей) 60 – 70% выжили. Следовательно, экранирование отдельных участков тела снижает радиационное воздействие в 1 ¹/₂ – 2 раза. Кроме того, в этих случаях лечебные и профилактические средства оказываются более эффективными, чем в обычных условиях.

Как у нас в стране, так и за рубежом проводятся исследования по применению костного мозга для профилактики и терапии тяжелых радиационных поражений. В опытах на различных видах животных было доказано, что костный мозг, введенный как до, так и после облучения смертельными дозами рентгеновых лучей, оказывает очень хорошее профилактическое и лечебное действие. Костный мозг применяли и на людях для лечения острой лучевой болезни, в частности при лечении шести пострадавших при аварии ядерного реактора в Югославии. Пять из них остались в живых. Однако вопрос об использовании костного мозга в медицинской практике для лечения лучевой болезни еще далеко не решен.

Как уже говорилось, при полетах космических кораблей по орбитам, проходящим ниже радиационных поясов, в период отсутствия солнечных вспышек радиационная обстановка определяется первичным космическим излучением. За счет первичного космического излучения космонавт может получить радиационную дозу порядка 10 – 15 мрад в сутки, являющуюся предельно допустимой для лиц, постоянно работающих с ионизирующими излучениями.

Многочисленные биологические эксперименты, проведенные советскими учеными на высотных шарах, космических ракетах и искусственных спутниках Земли, полеты Ю. А. Гагарина, Г. С. Титова, а впоследствии и полеты американских космонавтов Д. Гленна и С. Карпентера показали, что кратковременное пребывание на орбитах, проходящих ниже радиационных поясов (в отсутствие солнечных вспышек), является безопасным в радиационном отношении. Однако мощный ядерный взрыв, проведенный американцами на высоте 200 миль (320 км) 8 июля 1962 г. над островом Джонстон в Тихом океане, резко изменил радиационную обстановку в огромной околоземной области. Как справедливо отметил на пресс-конференции 21 августа 1962 г. президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш, в результате взрыва сложилась такая радиационная обстановка, что в течение многих дней нельзя было отправлять человека в космос. Даже и после группового полета А. Г. Николаева и П. Р. Поповича степень радиации на более высоких орбитах представляла серьезную опасность для космонавтов. В этой связи необходимо было, прежде чем организовывать групповой полет в космос, оценить сложившуюся в результате ядерного взрыва радиационную обстановку и выбрать соответствующие орбиты.

Этому способствовали тщательные исследования с помощью автоматической аппаратуры, размещенной на различных искусственных спутниках Земли, запущенных в Советском Союзе.

Для предотвращения радиационной опасности, обусловленной солнечной вспышкой, была создана специальная служба прогнозирования (предсказания) солнечной радиации. Сеть астрофизических обсерваторий, расположенных в различных пунктах территории Советского Союза, вела непрерывные наблюдения как до, так и во время всего группового космического полета. Одновременно в верхних широтах с помощью аппаратуры, установленной на шарах-зондах, производились систематические (6 – 8 раз в сутки) измерения интенсивности ионизирующего излучения в верхних слоях атмосферы.

На борту космических кораблей была установлена совершенная контрольно-дозиметрическая аппаратура, информация с которой непрерывно поступала на Землю. Бортовая дозиметрическая аппаратура работала безотказно в течение всего времени полета космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4».

Кроме того, космонавты были обеспечены разными видами индивидуальных дозиметров. Часть из них предназначалась для дополнительного измерения суммарной дозы облучения, полученной космонавтом, другая часть – для оценки характера излучения.

На борту космических кораблей, как мы уже говорили, находились и различные биологические объекты. Включение их в полет, с одной стороны, имело целью дополнительный контроль над действием космической радиации и других факторов полета, а с другой – проведение специальных радиобиологических экспериментов.

На случай резкого ухудшения радиационной обстановки А. Г. Николаев и П. Р. Попович были обеспечены специальными радиозащитными химическими препаратами.

При опасном для здоровья космонавтов повышении уровня радиации в космическом пространстве предусматривалась экстренная посадка корабля на Землю. Перед началом и в процессе полета радиационная обстановка оказалась нормальной.

Выше мы перечисляли биологические объекты, находившиеся на борту кораблей «Восток-3» и «Восток-4».

Многочисленные изыскания, проведенные под руководством проф. Н. Н. Жукова-Вережникова, показали, что некоторые из микробиологических и цитологических объектов оказались весьма чувствительными к ионизирующей радиации, они-то и были предложены в качестве индикаторов или биологических дозиметров для обнаружения малых доз радиации. Биологическое действие сравнительно небольших доз космического излучения очень трудно выявить на организме млекопитающего. В этом случае одноклеточные или простейшие организмы весьма удобны, так как позволяют проследить действие отдельных тяжелых заряженных частиц.

Факторы космического полета могут влиять также на функцию и структуру одноклеточных, что позволяет делать выводы о степени их биологической активности, включая и космическую радиацию. Следовательно, простейшие биологические объекты наряду с различными точными приборами оказывают большую службу в изучении биологического действия радиации и других факторов космического полета.

Более того, высшие и низшие растения, микроорганизмы и другие представители животного и растительного мира, находящиеся на борту корабля, будут снабжать космонавтов пищей и кислородом, использовать углекислоту и другие вредные примеси.

Возникает вопрос, не может ли космическая радиация в определенных дозах вызвать изменения, в результате которых резко нарушится биологическое сообщество замкнутой экологической системы космического корабля.

В научном плане такая возможность не исключается.

Вот почему ученые уже сейчас должны знать, как влияют космическая радиация и другие факторы полета на эти объекты, и в случае обнаружения нарушений изыскать пути и средства, предупреждающие вредное действие космической радиации не только на членов экипажа, но и на весь биологический комплекс космического корабля.

Следует особо отметить, что летчики-космонавты А. Г. Николаев и П. Р. Попович во время полетов лично производили биологические эксперименты: скрещивание мух-дрозофил в состоянии невесомости; фиксирование в специальной жидкости соцветия растения традесканции, оплодотворение икры вьюна и др.

Эти единственные в своем роде эксперименты позволили выяснить возможность оплодотворения в состоянии невесомости (опыт на мухах-дрозофилах), затем проследить процессы, происходящие непосредственно после оплодотворения в условиях невесомости (опыт с икрой вьюна).

По показаниям бортовых и индивидуальных дозиметров, общая доза космической радиации, полученная космонавтами А. Г. Николаевым и П. Р. Поповичем за весь полет, составляла соответственно 46 и 32 мрад. Эта доза так мала, что не может оказать повреждающего действия на организм человека.

Тщательно проведенный лабораторный анализ простейших организмов растительного и животного происхождения, которые находились на борту космических кораблей, не обнаружил характерных для радиации изменений. Но все же космическая радиация является одним из главных препятствий в осуществлении длительных полетов.

Разработка мер защиты космонавтов от радиации стоит в центре внимания ученых, и есть все основания полагать, что это препятствие будет преодолено.

ПОДГОТОВКА КОСМОНАВТОВ



ак уже упоминалось, при выполнении космического полета человек встречается с воздействием комплекса еще недостаточно изученных факторов внешней среды, испытывает значительно нервно-эмоциональное напряжение, требующее мобилизации всех его моральных и физических сил. Космонавт должен сохранять высокую работоспособность, умение ориентироваться в сложной обстановке полета и в случае необходимости включиться в управление космическим кораблем.

Существует мнение, что решающее значение в выборе профессии космонавта играют индивидуальные особенности человека, примерно так же, как любой вид спорта требует определенного уровня развития мышечной системы.

Для занятий тяжелой атлетикой, например, не годится человек с незначительной по объему мышечной массой.

Не выйдет пловца из человека, у которого мала жизненная емкость легких.

В приведенных примерах вопрос решается с позиций преобладающего значения той или иной физиологической системы или группы органов при общем здоровье.

Это узаконено большим предшествующим опытом.

Индивидуальные же особенности применительно к профессии космонавта представляют собой пока еще расплывчатое понятие.

Даже, казалось бы, близко примыкающая профессия летчика совершенно не определяет годности к космическим полетам.

Факторы, действующие -в космических условиях, не тождественны тем, которые встречаются при полетах даже на самых современных самолетах. Поэтому возникают многочисленные споры, каким критериям должен удовлетворять человек для деятельности космонавта.

Может быть, главную роль играют психологические особенности человека? Бесспорно, они имеют немалое значение ввиду сложной деятельности центральной нервной системы, связанной с анализом огромной по объему информации во время полета.

Ну, а мышечная система? Можно ли удовлетвориться слабым телосложением, недостаточно натренированным телом? В этом случае космонавт попросту не выдержит перегрузок, физического перенапряжения в период приземления или приводнения и других воздействий, сопровождающихся значительными энергетическими затратами, А как быть со зрением, слухом, обонянием, вестибулярной функцией и т. д.? Достаточно ли удовлетворять нормальным требованиям или, учитывая многообразную и сложную деятельность космонавта, соответствующие органы должны обладать большей чувствительностью?

Правомерен и такой вопрос, на какие преимущественно физиологические системы действуют невесомость и соответственно какая из систем организма должна быть наиболее стойкой? Против действия невесомости еще не разработано сколько-нибудь эффективных мер защиты. Проекты так называемой искусственной гравитации в космических кораблях относятся пока к области фантастики или в лучшем случае теории.

Подобные вопросы можно задавать до бесконечности. Короче говоря, наука не располагает готовыми рекомендациями для всех условий, в которых может оказаться космонавт, совершая свой полет.

Практика космических полетов в Советском Союзе показала, что ученые достигли определенных успехов в подготовке космонавтов. При отборе кандидатов проводилось обследование каждого из них с использованием современных психологических, физиологических, биохимических и клинических методов.

Целью такого обследования являлось определение состояния здоровья, выявление устойчивости организма к различным факторам и обнаружение скрытых форм недостаточности в деятельности различных физиологических систем.

Важным следует считать психологическое обследование, которое было направлено на выявление эмоционально устойчивых лиц, обладающих быстрой общей реакцией, хорошей памятью, вниманием, способных в короткие сроки вырабатывать целенаправленные координированные движения.

В процессе отбора и подготовки постоянно совершенствовались и расширялись методы исследования, позволяющие улавливать более тонкие реакции на минимальные раздражители физиологических систем.

Вместе с тем усложнялись и нагрузки на организм для выявления его резервных возможностей. Например, вестибулярные пробы при отборе летчиков ограничивались, как известно, вращениями на кресле Барани и укачиванием на качелях. Вестибулярные пробы при отборе кандидатов в космонавты выглядели несколько иначе. Например, человека вначале подвергали вращению на центрифуге с небольшими перегрузками, затем укачивали на качелях и снова вращали на центрифуге до появления так называемых вегетативных реакций: побледнения, потоотделения, тошноты и др.

Программа специального обучения и тренировки космонавтов строилась на основании современных представлений о космических факторах. Некоторые из них объединяются понятием космического полета как своеобразной среды обитания. В этом случае космический корабль является надежным укрытием, предохраняющим от вредных влияний. Однако пребывание в герметической кабине создает ряд серьезных трудностей для космонавта, связанных с особенностями микроклимата, тепловым режимом, изолированным пребыванием в пространстве малого объема при резком ограничении подвижности. Имеют также значение своеобразное питание, особый режим работы и необычная одежда.

Надо иметь в виду нервно-психическое напряжение, обусловленное новизной, необычностью обстановки, иными по сравнению с Землей пространственными и временными отношениями, необходимостью принимать ответственные решения в случаях, не предусмотренных опытом полетов на других летательных аппаратах.

Следует также напомнить о необычных условиях возвращения космонавта на Землю с возможностью попадания на сушу и воду, в любые климатические условия. Помимо приобретения навыков парашютиста, космонавт должен уметь ориентироваться и действовать одинаково успешно в джунглях и пустыне, на холодном Севере и жарком Юге, на суше и на море.

Полет Ю. А. Гагарина позволил получить материалы, которые расширили представления о космических факторах и их действии на организм. Можно было с уверенностью говорить, что невесомость, продолжавшаяся несколько более часа, не сопровождается неприятными ощущениями и не лишает космонавта работоспособности. Перегрузки на участке выведения корабля на орбиту и при спуске на Землю укладываются в рамки, предусмотренные тренировкой. Явления, которые при этом наблюдаются (в виде учащения сердечной деятельности и дыхания), исчезают без последствий.

Однако следующий полет Г. С. Титова, продолжавшийся более суток, заставил ученых насторожиться, пересмотреть систему подготовки и в значительной степени ее дополнить и усовершенствовать. Дело в том, что у Г. С. Титова имели место некоторые вегетативные расстройства в виде неприятных ощущений.

Неприятные ощущения сопровождались незначительными изменениями сердечной деятельности. Кроме того, космонавт отмечал некоторое нарушение пространственной ориентировки в период переходных состояний от повышенной гравитации к невесомости. Они носили характер иллюзорных ощущений перевернутого положения или смещения приборной доски. Было высказано несколько предположений по поводу происхождения всех этих явлений.

Одни полагали, что в условиях длительной невесомости может развиться симптомокомплекс, очень напоминающий так называемую болезнь укачивания («морская болезнь»), известную со времен зарождения мореплавания. Аналогичные признаки могут развиться при полетах на самолетах (отсюда термин «воздушная болезнь»). У особенно чувствительных людей укачивание может наступить при длительных передвижениях на автомашине.

Согласно наиболее распространенному взгляду, укачивание связывают с функцией вестибулярного аппарата – сложно построенного образования, расположенного в толще височной кости и относящегося к внутреннему уху.

По-видимому, немногие представляют, насколько сложно устроено у человека ухо. Как известно, ушная раковина переходит в наружный слуховой проход, отделяемый барабанной перепонкой от небольшой по объему полости (барабанной). Последняя заполнена слуховыми косточками со связками и мышцами, сосудами, нервами. Внутренняя стенка полости – костный массив, в толще которого замуровано образование, называемое лабиринтом.

Схема строения уха и связь вестибулярного аппарата с другими органами (обозначена стрелками). а – кора головного мозга; б – глаз; в – мышца; г – желудок; 1 – ушная раковина; 2 – наружный слуховой проход; 3 – полукружные каналы; 4 – мешочек преддверья, 5 – слуховой нерв; 6 – улитка; 7 – барабанная полость.

Лабиринт состоит из преддверия, трех неполных костных колец (полукружных каналов) и улитки (органа слуха), очень напоминающей по виду настоящую улитку, чем и вызвано это название.

В углублениях преддверия расположены два перепончатых мешочка, соединенные между собой узким проходом. В один из них открываются перепончатые полукружные каналы, располагающиеся внутри костных и, как слепок, повторяющие их форму. Те и другие заполнены жидкостью. Полукружные каналы расположены соответственно трем взаимно перпендикулярным плоскостям, мешочки – в различных положениях относительно вертикальной оси тела.

На внутренней поверхности мешочков выступают небольшие возвышения, выстланные волосковыми нервными клетками; сверху клетки и их волоски покрыты студенистым веществом с вкрапленными в него кристаллами углекислой извести (отолитами). В утолщенных концах полукружных каналов имеются гребешковидные выступы, к которым подходят нервные окончания, связанные с чувствительными нервными клетками. Клетки снабжены длинными волосками склеенными между собой в виде кисточки (купулы). Нервные образования, выступающие в просвет мешочков и каналов, раздражаются при сдвиге заполняющей их жидкости.

Дело в том, что жидкость находится в замкнутом пространстве и сдвиги ее возможны только под влиянием действующих на лабиринт ускорений – угловых или прямолинейных. Первые воспринимаются волосковыми клетками полукружных каналов и в большей степени одним из них, который попадает в плоскость действия ускорения; вторые – нервными клетками мешочков. Представить себе бодрствующего человека в состоянии абсолютного покоя невозможно; либо сам он движется, либо перемещается с помощью каких-то транспортных средств. Какие бы движения ни совершались, будь то наклоны головы или стремительные полеты на ракете, они оказываются неравномерными, а следовательно, действуют на рецепторы лабиринта.

Человеческий организм способен воспринимать приблизительно 0,01 величины g (g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек²) и по прямой – ускорение от 2 до 20 см/сек².

Раздражителем нервных приборов мешочков является также либо давление отолитов на волоски нервных клеток, либо их отвисание в силу тяжести, но этот вопрос недостаточно изучен.

Перепончатые полукружные каналы и мешочки преддверия представляют собой по существу орган равновесия; они-то и объединены общим названием вестибулярный аппарат.

Будучи в деятельном состоянии, вестибулярный аппарат посылает сигналы в центральную нервную систему. Что же происходит дальше? Нервные приборы лабиринта связаны с корой головного мозга и через центральную нервную систему со многими органами – мышцами, глазами, сердцем, желудком и др. В результате нервных импульсов, притекающих в кору головного мозга, возникают ощущения, более или менее точно отражающие внешние воздействия. Некоторые считают, что благодаря вестибулярному аппарату возможно запоминание и в последующем воспроизведение местонахождения тела в пространстве, если даже не помогает зрение.

Собака, например, которая неоднократно переносится в клетке на определенное расстояние с закрытыми глазами, способна в дальнейшем угадывать это расстояние с большой точностью. Такие наблюдения позволяют относить вестибулярный аппарат к органам пространственного чувства.

Связь вестибулярного аппарата с мышцами дает возможность человеку выравнивать положение тела при угрозе потери равновесия. Этот процесс может совершаться подсознательно. Достаточно вспомнить, как «срабатывает» орган равновесия, если человек поскользнулся. «Команда» на соответствующие мышцы с целью выравнивания тела дается раньше, чем человек осознает последствия падения. Вестибулярному аппарату присущи и другие качества.

Оказывается, длительные слабые его раздражения способствуют накапливанию (кумуляции) возбуждения в вестибулярных центрах. В результате возникают рефлексы на сердце и сосуды (учащение или замедление пульса, изменение артериального давления), на желудок (тошнота и рвота), потовые железы (усиленное потоотделение), дыхательный аппарат. Эти ощущения весьма неприятны. Это и есть «морская» или «воздушная» болезнь.

Функция вестибулярного аппарата тесно связана со зрением, слухом и двигательными актами. В результате взаимодействия органов чувств вестибулярные ощущения могут либо усиливаться, либо ослабляться. Известно, например, что человек, склонный к укачиванию при передвижении на автомашине, не испытывает неприятных явлений, когда управляет машиной сам. То же наблюдается и у некоторых летчиков: сосредоточение внимания и напряжение мышц, связанные с фиксированием взгляда и управлением самолетом, подавляют симптомы воздушной болезни. Каков механизм этих явлений – не совсем ясно. Имеются, например, данные, свидетельствующие, что под влиянием напряжений определенных групп мышц изменяется чувствительность вестибулярного аппарата к раздражениям.

Зрительный анализатор также способен оказать влияние на вестибулярную функцию. Лишение человека первичных зрительных ориентиров, к которым он привыкает с момента его сознательной жизни, может привести к ощущениям, не соответствующим действительности. Так возникают иллюзии пространственного положения. Они нередко появляются у летчиков при пилотировании по приборам в сложных метеорологических условиях. Летчику начинает казаться, что самолет летит с креном или шасси вверх, несмотря на правильные показания приборов. Подобные ощущения могут привести даже к катастрофе, если летчик недостаточно подготовлен или знаком с подобными явлениями или если у него совершенно необоснованно теряется вера в показания аэронавигационных приборов.

Вернемся к объяснению неприятных ощущении, которые имели место у Г. С. Титова или возникают у некоторых летчиков в период кратковременной невесомости (полеты на самолетах по параболической кривой). Одни полагают, что основу для раздражений вестибулярного аппарата в космическом полете составляют ускорения Кориолиса. Это своеобразное ускорение возникает в результате сложения двух сил. если одна из них вызывает вращение тела, а другая действует под углом к первой в 90°. Представим себе, что по прямой катится колесо; тогда для получения ускорений Кориолиса необходимо, чтобы какая-то новая сила пыталась сдвинуть это колесо за ось в направлении, перпендикулярном его движению. Нечто аналогичное можно предположить в отношении полукружных каналов вестибулярного аппарата в космическом полете, когда корабль вращается в различных плоскостях, а космонавт производит наклоны головой. Действительно, по словам Г. С. Титова, движения головой усиливали неприятные ощущения.

Однако проведенная гипотеза не подкрепляется в достаточной степени исследованиями наземных условиях воздействия на организм ускорений Кориолиса.

К сожалению, нет сколько-нибудь убедительных данных о пониженной функции вестибулярного аппарата при невесомости. Напротив, накапливаются материалы, свидетельствующие об активном функционировании вестибулярного анализатора в условиях пониженной и нулевой гравитации. Лабораторные исследования, проведенные в области взаимодействия анализаторов, дали возможность выявить ряд фактов, которые проливают свет на механизмы вегетативных явлений в космическом полете.

Так, выяснено, что степень возбудимости вестибулярного аппарата зависит от зрительных раздражений и от характера мышечных сокращений преимущественно мышц шеи и туловища. Повышение чувствительности вестибулярного аппарата, например, имеет место при мелькании зрительных объектов в иоле зрения, балансировании человека на неустойчивой опоре, когда отсутствуют стабильные мышечные напряжения.

Возможны конфликтные ситуации в коре головного мозга, которые возникают, если зрительные представления о пространственном положении предметов не соответствуют внутренним информациям, связанным с ощущениями силы тяжести (гравитационной вертикали).

Был проделан такой опыт: зритель панорамного кинофильма (летчик) усаживался на неустойчивую опору, на которой свободно балансировал; испытуемый не терял равновесия.

Кривые движения панорамного фильма (испытуемый сидит на неустойчивой опоре в состоянии балансирования). а – движения вправо и влево; б – движения вперед и назад; в – время 0,5 сек.

Тот же испытуемый при просмотре панорамного фильма, показывающего движение автомобиля по извилистым горным дорогам. Обозначения такие же, как и на предыдущем рисунке.

При демонстрации резких эволюций самолета в воздухе или движения автомобилей по извилистым горным дорогам равновесие постепенно нарушалось вплоть до падения со стула. У нелетчиков при этом нередко наблюдались вегетативные расстройства. Фиксирование взгляда на неподвижной точке экрана восстанавливало равновесие.

В космическом полете отсутствуют привычные зрительные объекты для ориентации в пространстве и имеет место изменение характера мышечной деятельности. Координация движений туловища и конечностей в период перегрузок нарушается, позднее же протекает по несколько иным закономерностям, чем на Земле. Таким образом создаются условия для повышения вестибулярной чувствительности; вместе с тем, по-видимому, ослабляются или исчезают тормозные влияния на вестибулярный аппарат со стороны зрительного и двигательного анализаторов. На этом фоне действуют вестибулярные и оптикокинетические раздражители (мелькание объектов) в комплексе с еще недостаточно изученным влиянием длительной невесомости на многочисленные физиологические системы организма. В итоге создаются предпосылки для вовлечения в реакцию вегетативной нервной системы, тем более что вестибулярный и зрительный анализаторы имеют широкие нервные связи с вегетативными центрами.

В целом можно сказать, что факторы космического полета, преимущественно длительная невесомость, изменяют установившуюся системность взаимосвязи анализаторов (преимущественно пространства), которая прочно закрепилась в условиях постоянного гравитационного поля Земли.

После полета Г. С. Титова перед исследователями встала задача предотвратить возможность появления некоторых вегетативных расстройств в предстоящих космических полетах. Были несколько изменены требования к отбору космонавтов. Специально разработанные методы исследования позволили определять особенности функционирования вестибулярного аппарата при взаимодействиях его со зрительным и двигательным анализаторами. Исследовались не только вестибулярные реакции, возникающие при воздействии на человека угловых, прямолинейных и кориолисовых ускорений, но и возможности их затормаживания с помощью зрения и мышечных напряжений.

Большое внимание уделялось экспериментальному воспроизведению у испытуемых иллюзорных ощущений пространственного положения. Лица, склонные к иллюзиям, расценивались как непригодные к космическим полетам. В качестве пробы при отборе космонавтов служили также реакции на кратковременную невесомость при полетах на приспособленных к созданию невесомости самолетах.

Подготовка космонавтов, как и раньше, предусматривала приобретение ими теоретических знаний, повышение путем специальной тренировки устойчивости организма и его различных систем к воздействию факторов космического полета и освоение определенных рабочих навыков по управлению сложными механизмами корабля.

В теоретическую подготовку входило изучение многих дисциплин – астрономии, геофизики, географии, основ космической и ракетной техники, основ космической биологии и медицины и т. д.

Космонавт должен в деталях знать свой корабль, все приборы и оборудование, уметь с ними обращаться в любых создавшихся условиях. На специальных тренажерах для этого отрабатывались элементы управления космическим кораблем. Кроме того, дополнительно проверялась индивидуальная подгонка космических скафандров, методов крепления электродов и датчиков для регистрации физиологических функций, а также уточнялся рацион питания.

Исследования проводились с использованием систем кондиционирования воздуха, связи, системы АСУ¹ и аппаратуры для регистрации физиологических функций.

1 АСУ – ассенизационное устройство.

Собака-космонавт с прикрепленным асу.

В соответствии с физиолого-гигиеническими требованиями температура воздуха в кабине макета корабля допускалась в пределах от 18 до 22°, относительная влажность 30 – 70%, барометрическое давление от 710 до 900 мм ртутного столба. Пребывание в макете в какой-то степени соответствовало реальным условиям полета. Поэтому представлялось особенно важным получить основные показатели физиологических функций, контрольные данные о нервно-психической устойчивости и работоспособности для сравнения с материалами, получаемыми в реальном полете.

Специальные тренировки включали длительное пребывание в баро- и сурдокамерах; испытания в термокамере при создании тепловых нагрузок; полеты на самолетах, приспособленных для создания кратковременной невесомости; вращение на центрифуге, испытание на вибростенде, вестибулярные тренировки, парашютную и общефизическую подготовку.

Испытания в сурдокамере при нахождении в ней космонавта длительное время имели целью: изучение состояния нервно-психической сферы и физиологических реакций, выявление способности К точному выполнению заданной деятельности в условиях, резко отличающихся от привычных. Только люди с устойчивой нервной системой могли успешно перенести длительную изоляцию при отсутствии речевой связи с внешним, миром, при резком ограничении информации и движений при измененном цикле бодрствования и сна или удлиненных сутках, нарушающих годами выработанный стереотип.

Космонавт должен был выполнять экспериментальные задания, осложненные работой с многочисленными приборами, передавать отчетные сообщения в спокойной обстановке и при включении помех в виде неожиданных экстрараздражителей (резкие звуки, световые вспышки и др.).

В процессе исследования производилось наблюдение за поведением космонавта, регистрировались физиологические реакции (биотоки головного мозга и сердца, пульс, дыхание, ответнодвигательные реакции). Исследовались намять, внимание, тонкая координация движений.

На основании анализа всех данных можно было с большой долей вероятности судить об эмоционально-психической сфере космонавта и его возможностях адаптироваться (приспособиться) к необычным условиям.

Испытания в термокамере были направлены на повышение устойчивости организма к действию высоких температур.

Исследование состояло из ознакомительных и серии тренировочных воздействий.

В период исследований осуществлялся тщательный контроль за субъективными ощущениями, сердечно-сосудистой системой, дыханием, температурой тела и тепловым балансом.

Испытания в термокамере.

В результате космонавты способны были переносить температуру более 60° в течение длительного времени.

Полеты на самолетах по параболической кривой предусматривали ознакомление космонавта с состоянием невесомости, а также с переходными воздействиями от перегрузок к нулевой гравитации и обратно. Эти полеты способствовали выявлению лиц с пониженной устойчивостью к невесомости и выявляли возможность оттренировать их к действию указанного фактора. Кроме того, отрабатывались приемы питания с обращением внимания на состав пищи, наиболее приемлемый для создаваемых условий. Так, например, космонавт по специальной команде извлекал из наполненного кармана брюк тюбик с водой или пакет с пищей, навинчивал наконечник на тюбик, раскрывал пакет и принимал пищу.

Исследовалась быстрота восстановления координации движений, изучалось влияние невесомости на слуховую и речевую функции.

Экспериментальные исследования показали, что все испытуемые в соответствии с характером реакций на нулевую гравитацию могут быть разделены в основном на три группы. У наиболее устойчивых не возникает никаких заметных расстройств и невесомость воспринимается ими как приятное состояние.

У других очень быстро наступают вегетативные реакции в виде выраженной общей слабости, побледнения, потливости, тошноты и даже рвоты, которые исключают возможность продолжение полетов.

Наконец, у третьих лиц в первых полетах отмечаются нерезко выраженные симптомы укачивания, в последующем они привыкают к этим явлениям и уже не испытывают каких-либо неприятных ощущений. Следует, однако, отметить, что кратковременная невесомость, которая создается при полетах на специальных самолетах, далеко не сходна с длительной невесомостью в космическом полете. В первом случае человек не успевает освободиться от воздействий, предшествующих невесомости, то есть от перегрузок, которые оказывают существенное влияние на все физиологические системы и вызывают возбуждение в соответствующих центрах. Остается длительный след от возбуждения, откладывающий определенный отпечаток на все последующие реакции. Сами космонавты отмечают, что это «не та» невесомость. Она больше соответствует переходным состояниям от одного вида гравитации к другому. В связи с этим подобные исследования не дают оснований для благоприятных прогнозов воздействия длительной невесомости, хотя сами по себе являются достаточно ценными.

Не исключено, что при воздействии длительной невесомости исследователи столкнутся с неизвестными еще явлениями, которые в настоящее время либо не занимают умы ученых, либо не привлекают к себе должного внимания, например с вопросами биохимических процессов в тканях, регенерации клеточных элементов, особенно кровотворных.

Имеется предположение, что пребывание в условиях длительной невесомости может нарушить процесс внутриклеточного дыхания, что особенно отрицательно сказывается на делении клеток. Важным является также сам по себе вопрос адаптации к продолжительному воздействию невесомости, в связи с чем возникает опасение, как перенесет человек, приспособившийся к нулевой гравитации, воздействие перегрузок и нормальной гравитации при возвращении на Землю?

Проводились специальные опыты с длительным пребыванием человека в воде (погружение осуществлялось по шею). Как известно, в воде с добавлением солей имеет место частичная потеря в весе, которая несравнима с нулевой гравитацией космоса. Однако и в этих условиях у испытуемого развивается выраженная адинамия (заторможенность), слабость. При попытках встать на твердую почву и произвести активные мускульные движения нередко отмечаются серьезные расстройства сердечной деятельности, требующие медикаментозного воздействия.

Исследования на центрифуге должны были ознакомить космонавтов с действием различных по длительности и интенсивности ускорений. Кроме того, в задачу этих исследований входило определение индивидуальной переносимости перегрузок применительно к участку выведения объекта на орбиту и возвращения на Землю, а также изучение возможности повышения устойчивости организма к перегрузкам заданных параметров.

В процессе исследований производилась регистрация многих физиологических показателей: биотоков головного мозга, сердца (электрокардиограмма), частоты дыхания, пульса, времени ответнодвигательных реакций на команды и световые раздражители. Учитывалась острота зрения, некоторые вестибулярные реакции.

В этих испытаниях выявилось две группы лиц: одни переносили перегрузки хорошо или удовлетворительно, другие выявляли пониженную устойчивость. Те и другие в последующем проходили тренировку.

Полеты Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова подтвердили правильность принятой системы тренировок на центрифуге. Об этом же свидетельствует и отличное состояние А. Г. Николаева и П. Р. Поповича при выполнении космического полета.

Испытания на вибростенде показали, что космонавты обладают хорошей переносимостью вибраций. Каких-либо сдвигов в физиологических реакциях не отмечалось.

Это объясняется, по-видимому, тем обстоятельством, что люди, живущие в крупных промышленных городах, где развитие городского и пригородного транспорта значительно, привыкают к вибрациям с детства. Особенно это заметно в жилых домах вблизи полотна железных дорог: высокочастотные вибрации очень плохо демпфируются¹, поэтому они воспринимаются даже на 10-м и 12-м этажах, не говоря уже о том, что вибрации действуют в момент использования транспорта для передвижений.

¹ Демпфирование – поглощение колебаний.

Принятая система тренировок предусматривала повышение устойчивости вестибулярного аппарата к раздражениям в самых разнообразных условиях.

Широко разработанный комплекс физических упражнений был направлен, помимо укрепления общефизического состояния, на выработку навыков по удерживанию определенного положения тела в пространстве в период воздействия разного рода раздражителей.

Правильно проведенная подготовка космонавтов позволила А. Г. Николаеву и П. Р. Поповичу провести полеты без вестибуло-вегетативных расстройств.

Тренировки, сопровождавшиеся в ряде случаев значительным эмоциональным напряжением, укрепляли волевые качества и нервно-психическую сферу космонавта.

В процессе работы вносились коррективы в тренировку в зависимости от индивидуальных особенностей космонавтов, переносимости ими тех или иных нагрузок. Большое внимание обращалось на последовательность чередования видов тренировки.

изиологические исследования в космических полетах имеют первостепенное значение. Их основной задачей является врачебный контроль за состоянием здоровья космонавта и сбор научной информации о влиянии факторов полета на организм человека.

Сложность решения этих задач состоит в том, что объект исследования – космонавт – находится за сотни километров от врача, в кабине космического корабля, совершающего орбитальный полет вокруг Земли. Уже одно это определяет ряд особых требований к бортовой физиологической регистрирующей аппаратуре.

Такая аппаратура должна быть малогабаритной, иметь минимальный вес, потреблять минимум электроэнергии, быть надежной при длительном непрерывном использовании, не бояться вибраций, ускорений, помех, стойко работать в условиях невесомости.

Это еще не все. Условия регистрации физиологических показателей в космическом полете значительно отличаются от всего, с чем привыкли иметь дело в лабораторной практике на Земле. Так, например, в лабораториях и клиниках пациент во время исследования может принимать по указанию врача нужную позу, лежать неподвижно, садиться, двигаться, расслаблять мускулатуру или напрягать ее, дышать или задерживать дыхание.

При этом процесс регистрации физиологических показателей ограничивается несколькими минутами и датчики (специальные приспособления, которые прикрепляются к телу и воспринимают физиологические функции) могут быть достаточно громоздкими.

В космическом полете космонавт находится все время в деятельном состоянии, совершая какую-либо работу. Правда, бывают периоды, когда по заранее обусловленному плану космонавт принимает нужную позу и в это время производится необходимые регистрации. Но задача физиологических исследований в полете состоит в том, чтобы фиксировать реакции человека не только в эти периоды, но и в любое другое время. Поэтому в течение всего полета датчики должны быть надежно закреплены на теле космонавта. Следовательно, необходимо, чтобы они были невелики и, будучи закрепленными, не вызывали неудобств и затруднений в работе. В идеальном случае космонавт вообще не должен ощущать датчиков.

Наконец, еще одна весьма существенная особенность физиологических исследований в космическом полете, – это дистанционная передача биологической информации, для чего нужна не только специальная аппаратура, но и согласования объема информации с емкостью радиотелеметрических каналов.

Новое научное направление, которое занимается всеми этими вопросами, получило название «биологическая телеметрия». Успехи космонавтики вызвали особенно интенсивное развитие телеметрии.

Первые радиотелеметрические записи были получены в 1949 – 1954 гг. при вертикальных запусках ракет с животными на борту.

Следующим важным этапом в развитии и усовершенствовании биологической телеметрии были исследования, проведенные во время орбитальных полетов кораблей-спутников с животными.

Получение научной информации из космоса во время полета является важным как для экспресс-диагностики состояния здоровья космонавта, так и для первоначального суждения о действии факторов полета на организм. Детальный анализ явлений, имевших место в полете, можно иметь только после расшифровки радиотелеметрических материалов, а это очень трудоемкий и достаточно сложный процесс, требующий специальных методов. Достаточно, например, сказать, что в последних полетах было получено более 70 км пленки, которую надо было просмотреть, разметить, расшифровать.

Дешифровка телеметрических записей имеет ряд особенностей по сравнению с аналогичной работой при анализе кривых, полученных после лабораторных экспериментов. Как правило, телеметрические кривые менее четкие, имеют больше артефактов (побочных явлений), которые связаны с движениями космонавта, радиопомехами и т. д. Все это затрудняет работу с лентами.

Этапами научного анализа радиотелеметрической информации являются сортировка данных для отбора наиболее качественных материалов, составление единых временных цепей информации для каждого показателя, синхронизация всех цепей между собой и с данными телевидения и радиосвязи, математическая обработка полученных материалов.

При математической обработке материалы группируются соответственно этапам полета. При этом выделяют предстартовый период, участок выведения космического корабля на орбиту, орбитальный полет и участок спуска. Данные, полученные на орбите, группируются по виткам (оборотам вокруг Земли). Чтобы более подробно изучить влияние на организм человека перехода от гравитации к невесомости и, в частности, времени восстановления физиологических показателей после действия перегрузок, особое внимание при расшифровке уделяется первому витку, где анализу подвергаются пятиминутные интервалы полета.

Во время группового полета космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4» была существенно расширена программа медико-биологических измерений по сравнению с предыдущими полетами. Это дало возможность более основательно судить о правильности подготовки космонавтов. Ниже приводится таблица, характеризующая увеличение объема радиотелеметрической передачи физиологических показателей космонавтов от полета к полету. Помимо радиотелеметрии, которая позволяла получать объективные данные по перечисленным физиологическим показателям, источниками медико-биологической информации о состоянии космонавтов в полете являлись телевизионные наблюдения. Они давали возможность судить о внешнем виде и двигательной активности человека на различных этапах полета. Так, например, бодрый вид, жизнерадостное настроение, спокойствие, четкие координированные движения А. Г. Николаева и П. Р. Поповича – все это можно было уловить на экранах телевизоров и вместе с оптимистическими докладами космонавтов вселяло уверенность в благополучном исходе космического полета.

Контроль за ведением связи с Землей и переговорами между двумя кораблями, оценка объема в качестве выполнения задания позволяли персоналу, находящемуся на Земле, делать важные заключения о самочувствии и работоспособности космонавта.

Таким образом, основными способами получения медико-биологической информации с борта космических кораблей являлись радиотелеметрия, наблюдение за телевизионным изображением, контроль за радиообменом и оценка объема и качества выполнения полетного задания. Основные объективные данные поступали по линиям радиотелеметрии.

Биотелеметрическая система космического корабля состояла из датчиков, которые улавливают незначительные электрические процессы – изменения электрических потенциалов (биотоков) в тканях живого организма (мышечной, нервной); радиоэлектронной аппаратуры, предназначенной для измерения и усиления этих слабых электрических сигналов; радиотелеметрических устройств для передачи усиленных биотоков на Землю.

Непосредственно примыкают к биотелеметрическим системам бортовые устройства, которые используются для записи и запоминания физиологических данных в такие периоды полета, когда передача на Землю невозможна, например при отделении приборного отсека перед спуском корабля на Землю или во время приземления на парашюте. К этим устройствам относятся бортовые и автономные регистраторы. Приводим методические приемы физиологических исследований, применяющихся на кораблях «Восток-3» и «Восток-4».

Электрокардиография – метод, позволяющий оценить состояние сердечной мышцы, ритм сокращений, характер прохождения волны возбуждения по различным отделам сердца, отчасти сократительную функцию миокарда.

Обычно в лабораторных условиях и в клинике электроды прикрепляют к рукам, ногам и к грудной клетке. При этом исследуемый должен лежать спокойно, так как его движения вызывают сокращения соответствующих мышц, биотоки с которых накладываются на электрокардиограмму, и расшифровать ее становится крайне затруднительно. Естественно, что в космическом полете такой метод наложения электродов не может быть применен. Поэтому для регистрации электрокардиограммы у космонавтов использовались так называемые грудные отведения, когда электроды располагаются справа и слева в пятом межреберье по средней подмышечной линии.

Блок-схема биологических измерений на космических кораблях «Восток-3» и «Восток-4». Обозначения: ЭЭГ – электроэнцефалограмма; ЭОГ:– электроокулограмма; УС – усилитель; ЭКФ – электрокардиофон; АР – автоматический регистратор; КГР – кожио-гальванический рефлекс; РТС – радиотелевизионная станция; БР – бортовой регистратор; С – сигнал.

Электроды должны надежно в течение всего полета прилегать к телу, не вызывая болезненного раздражения. В многочисленных лабораторных экспериментах испытывались материалы, пригодные для изготовления электродов, различные проводящие пасты, обеспечивающие их контакт с кожей, исследовались способы обработки кожи перед наложением электродов. В результате были признаны лучшими электроды, изготовляемые из чистого серебра и имеющие форму дисков диаметром 15 – 20 мм и толщиной 0,5 мм.

При полете Ю. А. Гагарина фиксация электродов осуществлялась при помощи наклейки из марли, но уже начиная с полета Г. С. Титова применяли специальную лямочную систему и нагрудный пояс.

Постоянство давления серебряных дисков на кожу обеспечивалось пористой поролоновой или резиновой прокладкой, а также за счет резиновых сегментов, вмонтированных в пояс. Характер электрокардиограммы, записанной при последних полетах по этой методике, не отличается от записей, получаемых в так называемом первом стандартном отведении.

Пневмография – метод регистрации дыхательных движений грудной клетки. Частота и амплитуда дыхания являются одним из основных физиологических показателей состояния человека. В норме, при мышечном покое, человек обычно совершает 14 – 18 дыхательных движений в минуту, объем каждого вдоха и выдоха составляет около 0,4 – 0,6 л воздуха. Легочная вентиляция может значительно изменяться при мышечных напряжениях, изменениях обмена веществ, состава газовой среды кабины, а также при нарушениях в деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем.

Для регистрации дыхания А. Г. Николаева и П. Р. Поповича в нагрудный пояс космонавтов были вмонтированы два датчика – угольный и контактный. Угольный предназначался для регистрации изменений периметра грудной клетки во время дыхательных движений. Он представляет собой резиновую трубку, заполненную угольным порошком. При растягивании трубки во время вдоха уменьшается ее поперечное сечение, а следовательно, толщина и электрическое сопротивление угольного порошка; остается только зарегистрировать эти изменения сопротивления. Тогда можно судить о степени и частоте изменения периметра грудной клетки. Контактный датчик – это по сути дела микровыключатель, который срабатывает с помощью системы капроновых тросиков. При вдохе и выдохе натяжение тросиков меняется, что и вызывает то замыкание, то размыкание контактов выключателя. Этот датчик служит для регистрации частоты дыхания. Дублирование записи дыхательных движений обеспечивало полную надежность работы системы регистрации.

Электроэнцефалография – запись биотоков коры головного мозга. В коре мозга человека и животных обнаруживаются ритмически возникающие электрические потенциалы. Они наблюдаются при полном покое, в период сна и исчезают лишь при весьма глубоких стадиях наркоза. По электроэнцефалограмме можно судить, бодрствует человек или спит, возбужден или утомлен и каковы реакции центральной нервной системы на различные воздействия.

На электроэнцефалограмму возлагались определенные надежды в смысле объективного отражения нервно-психического состояния космонавтов во время длительного пребывания в условиях невесомости. На Земле для регистрации биотоков головного мозга используют весьма громоздкие и сложные приборы, включающие большое число радиоламп, потребляющих много электроэнергии. Для исследований в космическом полете были разработаны специальные усилители на полупроводниках, размеры которых позволяют свободно разместить их в кармане скафандра. Серебряные электроды были вмонтированы в шлем космонавта и прилегали к коже головы в области лба и затылка. Применение токопроводящей пасты и хорошая индивидуальная подгонка шлема обеспечили устойчивый контакт электродов с кожей и надежную высококачественную электроэнцефалограмму в течение всего полета.

Электроокулография – метод регистрации движений глаз, основанный на улавливании разности потенциалов между положительно заряженным глазным яблоком и отрицательно заряженными его внутренними отделами (сетчатой оболочкой). Эти биотоки, характеризующие движение глазного яблока, усиливались по телеметрии на Землю и записывались на фотобумагу. Метод был введен в программу для регистрации так называемого нистагма¹ (в случае его появления). Для регистрации электроокулограммы использовались миниатюрные серебряные электроды, вмонтированные в шлем космонавта и фиксированные около наружных углов обоих глаз.

¹ Нистагм – особый вид ритмических движений глазных яблок с быстрым компонентом в какую-либо одну сторону и относительно медленным возвращением в прежнее положение. Всем известные нистагмоидные движения глазных яблок наблюдаются у человека, который едет в поезде и следит за мелькающей в окне панорамой. Нечто подобное возникает при действии угловых ускорений на вестибулярный аппарат и является одним из показателей его перевозбуждения.

Регистрация кожно-гальванических реакций – изменения омического сопротивления кожи при действии на человека различных раздражителей. Нервные импульсы, связанные с возбуждением симпатической нервной системы, вызывают целый ряд вегетативных сдвигов в организме (усиление сердечной деятельности, мобилизация гликогена печени и др.), а также изменение секреции кожных потовых желез, что в свою очередь сказывается на электрическом сопротивлении кожи. Оно-то и служит объектом излучения при регистрации кожно-гальванических реакций.

Таким образом, по изменениям кожно-гальванических реакций можно с известной долей вероятности судить о процессах, протекающих под влиянием импульсов симпатической нервной системы и характеризующих приспособляемость организма к «экстренным требованиям», предъявляемым к нему изменениями внешней среды.

На кривой электрического сопротивления кожи, записанной на бумажную ленту, различают быстрые и медленные колебания уровня. Первые возникают в результате нервно-эмоциональных напряжений, вторые связаны с периодическими, например суточными, колебаниями тонуса симпатической нервной системы. Для регистрации кожно-гальванических реакций использовались два серебряных электрода, расположенных на стопе и в нижней трети правой голени космонавта.

С космическими кораблями осуществлялась двусторонняя радиосвязь на ультракоротких (УКВ) и коротких (KB) волнах. Первая отличается высокой устойчивостью. Однако дальность ее практически ограничена пределами прямой видимости космического корабля (около 1500 км). Поэтому связь по УКВ каналам осуществлялась лишь тогда, когда космонавты летели над территорией Советского Союза. Кроме УКВ радиоканалов, в распоряжении космонавтов была коротковолновая передача, дальность которой значительно больше.

Медицинская радиоэлектронная аппаратура, расположенная на борту космических кораблей, отличалась малыми габаритами и весом. Она устойчиво работала на всех участках полета.

Радиотелеметрическая система передачи медико-биологической информации на Землю включалась автоматически при пролете космических кораблей над территорией Советского Союза.

Наземные пункты наблюдения и связи были оборудованы радиоаппаратурой, приборами для записи информации на фотопленку и магнитную ленту, а также аппаратами, позволяющими осуществлять визуальный и звуковой контроль за поступающей информацией. Для визуального контроля служили светящиеся экраны, на которые подавались электросигналы биотоков. На таких экранах опытный наблюдатель, следивший за всплесками светящихся голубоватых столбиков, мог подсчитать пульс, дыхание и даже составить приблизительное впечатление о некоторых элементах электрокардиограммы. Таким образом, немедленно еще до проявления и обработки фотопленок в центр поступали предварительные сообщения о физиологических реакциях космонавта в полете.

Организация медицинского обеспечения полетов, надежная связь позволили своевременно передавать в координационно-вычислительный и командный центры полета медико-биологическую информацию, принимаемую значительным числом радиопунктов, расположенных на всей территории Советского Союза.

С каждого пункта после сеанса связи с космическими кораблями в центры направлялись две сводки: первая – немедленная включала данные визуального и звукового контроля, вторая – более подробная и уточненная – после просмотра пленок.

Подробные сводки составлялись на каждый виток и за сутки, включали в себя данные о частоте пульса, дыхания, самочувствии и поведении космонавта, сведения о гигиенических условиях в кабине и уровне радиации. Оценивалось также психическое состояние и вестибуло-вегетативные реакции космонавтов.

Обстоятельный научный анализ всего материала производился позже, уже после завершения полета.

По мере накопления опыта космических полетов и расширения научных задач, связанных с изучением влияния их на организм человека, все большее значение приобретают исследования деятельности космонавтов, возможности выполнения ими различных задач.

Большое внимание в программе медицинских исследований при групповом космическом полете было уделено изучению работоспособности космонавтов. Сопоставлялись условия, объем и качество выполнения полетного задания на различных участках полета. Прямое отношение к изучению работоспособности имеет также исследование нервно-психической сферы космонавтов. При состояниях возбуждения, депрессии, значительном утомлении выполнение даже довольно простых тестов может представить некоторые трудности.

А. Г. Николаеву и П. Р. Поповичу предлагались психологические пробы корректурного типа: космонавт должен был громко назвать нарисованные на таблице геометрические фигуры (ромб, треугольник, квадрат и др.). Считывание производилось либо по вертикали, либо по горизонтали, то через одну, то через две фигуры, что заранее определялось краткой инструкцией.

Использовались и цифровые пробы в виде достаточно элементарного устного арифметического действия. При выполнении обеих проб показателем снижения работоспособности могло служить увеличение времени, затрачиваемого на выполнение такой пробы, и увеличение количества допущенных ошибок. Речь космонавта, выполняющего пробы, записывалась магнитофоном. Ряд таких записей позволял сделать нужные сравнения как в различные периоды полета, так и с данными, полученными в лаборатории.

«Чувство времени» (способность человека без часов или секундомеров отсчитывать определенные временные интервалы) воспитывалось у космонавтов задолго до полета. При этом предлагалось по команде начинать в уме отсчитывать 20 секунд, конец этого отсчета фиксировался и по секундомеру определялась ошибка. Навык считался закрепленным, когда ошибки не превышали 1 – 2 секунд при десятикратном повторении отсчета. Интересно было выяснить, сохраняется ли этот навык в условиях космического полета? Поэтому «проба на время» была введена в задание космонавту.

Как уже упоминалось, одним из важных вопросов, который подлежал разрешению в полетах А. Г. Николаева и П. Р. Поповича, было изучение реакций вестибулярного анализатора при длительном действии невесомости. Для этого, помимо расширения информации об изменениях физиологических функций, передаваемых по телеметрии, в полетном задании было предусмотрено выполнение так называемых вестибулярных проб.

Кроме того, проводились пробы на координацию движения в спокойном состоянии, а также после поворотов головы и наклонов туловища.

В целом программа медико-биологических исследований в групповом космическом полете имела целенаправленный характер, была хорошо усвоена космонавтами, которые выполняли ее с полным пониманием каждого элемента, выступая в данном случае в роли не только испытуемых, но и исследователей.

Прежде чем перейти к изложению результатов исследований, полученных в космическом полете А. Г. Николаева и П. Р. Поповича, следует напомнить, что приводимые ниже данные не отражают всей информации, полученной с борта космических кораблей. Анализ и изучение материалов еще продолжаются.

В течение всего периода подготовки к полетам за космонавтами осуществлялось тщательное медицинское наблюдение различными специалистами с подробными и достаточно частыми функциональными исследованиями. Это подчас вызывало у космонавтов, людей совершенно здоровых, добродушную усмешку. Но врачи и сами космонавты прекрасно понимали, что только при таком внимательном контроле можно гарантировать отсутствие явлений переутомления, перетренировки, ведь физическая нагрузка и нервно-эмоциональное напряжение при подготовке к полету были очень высоки.

На протяжении всего периода подготовки у А. Г. Николаева и П. Р. Поповича не было отмечено никаких заболеваний или неблагоприятных реакций. Их ни разу не отстраняли по состоянию здоровья от занятий или тренировок, настроение сохранялось ровным, спокойным. Обоих космонавтов, и особенно А. Г. Николаева, отличало удивительное упорство, настойчивость, целеустремленность при выполнении всех разделов программы подготовки. При регистрации исходных физиологических показателей, проведенных в подготовительном периоде с использованием стационарного медицинского оборудования и бортовой аппаратуры, всегда отмечались стабильные результаты. В предстартовом периоде состояние и самочувствие космонавтов были отличными. Утром в день старта были проведены последние регистрации основных физиологических функций и врачебное обследование. Никаких патологических изменений обнаружено не было. В ночь перед стартом у обоих космонавтов сон был достаточно глубоким, спокойным.

Частота пульса и дыхания А. Г. Николаева и П. Р. Поповича во время космического полета. 1 – А. Г. Николаев; 2 – П. Р. Попович. Заштрихованные столбики – период сна.

За 4 часа до старта у А. Г. Николаева частота пульса была 72 удара в минуту, частота дыхания – 11 в минуту; у П. Р. Поповича – соответственно 80 и 15 в минуту.

В дальнейшем, в связи с вполне естественным эмоциональным напряжением, предшествовавшим старту, у обоих космонавтов, так же как это было в свое время у Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова, отмечено постепенное учащение сердечных сокращений. Так, за час до старта у А. Г. Николаева частота пульса достигла 88 ударов в минуту, у П. Р. Поповича– 100 ударов в минуту, а за 5 минут до взлета космического корабля у А. Г. Николаева частота биения сердца составляла 115 ударов в минуту, а у П. Р. Поповича – 110 ударов в минуту.

У П. Р. Поповича отмечалось довольно значительное учащение дыхания (примерно в 2 раза), что, по-видимому, было вызвано повышением температуры воздуха кабины и значительной двигательной активностью космонавта в это время. У А. Г. Николаева частота дыхания практически не менялась.

Выведение космического корабля на орбиту, когда действовали перегрузки, шум, вибрации, космонавты перенесли хорошо. Частота пульса у А. Г. Николаева достигала 120 ударов в минуту, у П. Р. Поповича – 130 ударов в минуту. Такое увеличение обусловлено действием на организм физических факторов, которое имеет место на активном участке полета. Самочувствие космонавтов оставалось хорошим, работоспособность была сохранена.

Анализ материалов радиопереговоров позволяет считать, что в течение всего периода выведения космического корабля на орбиту действия космонавтов характеризовались большой решительностью и четкостью. Они уверенно держали связь с наземными радиостанциями, передавали сообщения о своем самочувствии и наблюдениях. Во время перегрузок космонавтами было отмечено затруднение дыхания, которое, однако, не мешало вести радиопереговоры и не снижало работоспособности. Переход от повышенной гравитации к невесомости оценивался как очень легкий, плавный.

Некоторое учащение сердечных сокращений на отдельных участках полета нельзя связывать с действием невесомости или каких-либо других особенностей полета. Объясняется это, по-видимому, тем, что измерение частоты пульса происходило сразу после выполнения космонавтами физических упражнений, предусмотренных программой полета.

Нормализация частоты сердечных сокращений после отделения последней ступени ракеты-носителя и выхода космического корабля на орбиту у А. Г. Николаева происходила так же, как у Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова. Частота пульса у П. Р. Поповича достигла исходных цифр значительно быстрее.

Образцы телеметрических записей, полученные у А. Г. Николаева и П. Р. Поповича в первые сутки полета. 1 – окулограмма; 2 – электрокардиограмма; 3 – 7 – энцефалограмма.

Уже в начале второго оборота вокруг Земли частота сердечных сокращений и дыхания была ниже, чем непосредственно перед стартом, а с третьего витка приближалась к величинам, зарегистрированным за 4 часа до старта. В течение полета у А. Г. Николаева частота пульса в бодрствующем состоянии колебалась в пределах 59 – 84 ударов в минуту, в период сна – 60 – 71 удара в минуту. У П. Р. Поповича аналогичные показатели составляли в нервом случае 60 – 75 ударов в минуту, а во втором – 47 – 62.

Анализ радиотелеметрических записей не обнаружил патологических изменений зубцов электрокардиограммы, не были также выявлены изменения со стороны электроэнцефалограммы и кривой кожно-гальванических реакций. Нистагмоидных движений глаз не наблюдалось.

В течение всего орбитального полета космонавты по заданию брали управление на себя для проверки ручной ориентации корабля, проводили киносъемку ручным киноаппаратом, вели наблюдения и коррекцию приборов, активно поддерживали связь с Землей и между собой. Анализ бортового журнала, в котором космонавты вели записи всех событий, происходящих в полете, и делали отметки о выполнении задания, свидетельствует о полном сохранении пространственной ориентировки, нормальном восприятии окружающего.

В течение всего полета состояние и самочувствие космонавтов оставались хорошими. Отличное выполнение всех элементов полетного задания свидетельствует о сохранении высокого уровня работоспособности. Аппетит был обычным.

Отрицательных явлений при выполнении вестибулярных проб у А. Г. Николаева и П. Р. Поповича отмечено не было, что указывает на их высокую устойчивость к действию невесомости. Однако проблему невесомости нельзя считать решенной, и исследования в этом направлении будут продолжаться.

Вместе с тем получены весьма оптимистические результаты в отношении координации движений в состоянии невесомости даже в случае оставления космонавтом кресла и свободного плавания в кабине корабля. При этом сохранялась пространственная ориентировка; она нарушалась лишь при выключении зрительного контроля за положением своего тела (закрывание глаз), в этом случае космонавт не в состоянии был определить, какое положение он занимает в кабине.

Период вхождения космического корабля в плотные слои атмосферы во время спуска характеризовался возникновением перегрузок, действием вибраций, угловых ускорений, связанных с раскачиванием кабины.

Динамика изменений частоты пульса и дыхания у космонавтов на участке спуска космического корабля на Землю характеризовалась увеличением этих показателей (пульс у А. Г. Николаева – 97 ударов в минуту, дыханий – 16; у П. Р. Поповича пульс 146 ударов, дыханий – 23). В дальнейшем частота сердечных сокращений и дыханий несколько снижалась, но продолжала оставаться на высоком уровне (в пределах 88 – 92 у А. Г. Николаева и 120 – 127 – у П. Р. Поповича). К концу участка спуска эти физиологические показатели вновь значительно возрастали (у А. Г. Николаева сердечные сокращения достигли 148 в минуту, дыханий – 16, а у П. Р. Поповича соответственно 156 и 34).

Такое значительное увеличение числа сердечных сокращений обусловлено, по-видимому, особенностями реакций организма на перегрузки после длительного пребывания в условиях невесомости. Несколько меньшие реакции пульса и дыхания у А. Г. Николаева связаны с тем, что он вообще отличался чрезвычайно высокой переносимостью перегрузки.

После выполнения космического полета и благополучного приземления первым, кого увидели космонавты, был врач, спускавшийся к ним на парашюте. Так начались послеполетные обследования возвратившихся космонавтов. А. Г. Николаев был сдержан, деловит, у него отсутствовали бурные проявления радости по поводу своего благополучного возвращения. П. Р. Попович был умеренно возбужден, несколько многословен. При осмотре и проведении функциональных проб, в том числе и вестибулярных, никаких отклонений от нормы не обнаруживалось.

Медицинское обследование после полета проводилось в течение трех дней в стационарных условиях.

Патологических изменений со стороны внутренних органов, опорно-двигательного аппарата, слуха, зрения, нервной системы обнаружено не было.

А. Г. Николаев за время полета потерял в весе 1 кг 800 г. Данные психологического обследования выявили умеренно выраженное нервно-эмоциональное возбуждение.

П. Р. Попович за время полета потерял в весе 1 кг 200 г. При психологическом обследовании отмечено увеличение скорости ассоциативных реакций, эмоциональное возбуждение астенического характера.

Однако практически это не отразилось на уровне работоспособности.

Неблагоприятных вестибуло-вегетативных проявлений не было обнаружено и при повторном исследовании.

Таким образом, клиническое обследование космонавтов показало, что болезненных явлений после космического полета не наблюдается. Найденные изменения некоторых физиологических показателей укладывались в рамки функциональных сдвигов. Практически все физиологические процессы, а также нервно-эмоциональные реакции приходили к исходному уровню в течение первых нескольких суток после полета.

Таким образом установлено, что в условиях космического полета, продолжительностью порядка 100 часов, человек, прошедший необходимую тренировку, в состоянии вполне удовлетворительно переносить невесомость. Пребывание в состоянии невесомости при установившемся режиме в кабине космического корабля не вызывает заметных изменений в течение суточной периодики физиологических процессов в организме.

Важным фактором, подтвержденным на практике, следует считать, что работоспособность космонавтов на всех участках полета была сохранена на необходимом уровне и обеспечивала выполнение всего полетного задания, а также проведение физиологических, психологических, вестибулярных и биологических проб.

Кроме того, имелась полная возможность для выполнения рабочих операций в условиях нефиксированного положения и свободного перемещения по кабине, что и проделывалось космонавтами неоднократно.

Усовершенствованные способы тренировки оправдали себя, хотя исследования в этом направлении вместе с разработкой новых способов должны продолжаться, учитывая большие резервные возможности человека в смысле развития у него устойчивости к воздействию внешних факторов.

Что касается систем жизнеобеспечения и индивидуальных средств снаряжения, то они успешно выдержали экзамен и обеспечили в кабинах космических кораблей оптимальные условия для жизни и деятельности космонавтов, хотя возможности дальнейшего усовершенствования систем далеко не исчерпаны. Научные данные, которые в настоящее время продолжают тщательно анализироваться, позволят еще более целенаправленно проводить экспериментальные медико-биологические исследования при полетах в космическое пространство.

ока настоящая книга находилась в производстве, произошло событие великого исторического значения. Совместный полет космических кораблей «Восток-5» и «Восток-6», пилотируемых подполковником В. Ф. Быковским и первой женщиной-космонавтом В. В. Терешковой, это новый значительный шаг вперед в освоении Вселенной. Понятно, что чем больше людей побывает в космическом пространстве, тем скорее мы его «обживем», тем больше мы получим научных данных о воздействии на организм человека таких необычных для него факторов как: относительная изоляция, невесомость, космическая радиация, адинамия и др.,– все это позволит ученым, конструкторам, инженерам разработать наиболее эффективную и надежную защиту от вредного воздействия факторов полета, позволит создать наиболее благоприятные условия не только для нормальной жизни в космическом корабле, но и для трудовой деятельности в условиях космического полета. Это особенно важно при последующих длительных полетах на другие небесные тела. Научная программа экспериментальных исследований совместного полета это не повторение программы первого группового полета, она значительно шире. Ученые получат из этого очередного эксперимента более обширный научный материал. Одно то, что на орбиту к кораблю «Восток-5» выведен космический корабль «Восток-6» с женщиной-космонавтом на борту и советские ученые впервые в мире получат данные о влиянии факторов космического полета на организм женщины, говорит уже само за себя. В этом групповом космическом полете решался большой комплекс медико-биологических проблем с применением новейших методов исследования и разнообразной измерительной, регистрирующей автоматической аппаратурой.

В. Ф. Быковский.	В. В. Терешкова.

По-прежнему было уделено большое и серьезное внимание обеспечению радиационной безопасности полета. Подготовка и успешное завершение совместного полета свидетельствуют о дальнейшем расширении и углублении творческого содружества представителей различных научных дисциплин. В результате полета получен большой научный материал, который сейчас обрабатывается и систематизируется.

Советский Союз продолжает быть впереди Соединенных Штатов Америки. Советские ученые, конструкторы, инженеры, рабочие вместе с летчиками-космонавтами будут успешно продолжать дальнейшее освоение космического пространства в мирных целях для блага всего человечества.