ОБЗОРЫ -
УДК 612.46+615.357:613.693
АДАПТАЦИЯ ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО МЕТАБОЛИЗМА К УСЛОВИЯМ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА И ПРИ ЕГО ИМИТАЦИИ
© 2013 г. В. Б. Носков
ФГБУНГНЦРФ — Институт медико-биологических проблем РАН, Москва Поступила в редакцию 30.05.2013 г.
Изучение состояния водного и электролитного обмена, функции почек и их гормональной регуляции при космических полетах и в реадаптационном периоде, а также в модельных экспериментах (гипокинезия, иммерсия и др.) показало важнейшую роль водно-солевого метаболизма в процессах общей адаптации человека к новым условиям жизнедеятельности. В условиях невесомости и при ее имитации наблюдается гипогидратация организма и развитие отрицательного баланса основных электролитов, и особенно кальция, с повышением риска костной травмы и образования мочевых камней. После возвращения к нормальной гравитации развиваются адаптивные реакции, направленные на восполнение потерь внеклеточной жидкости. В результате 50-летних исследований разработаны методы диагностики состояния водно-электролитного метаболизма и специфические средства профилактики, направленные не только на коррекцию водно-солевого обмена, но и на повышение общей устойчивости организма.
Ключевые слова: водно-солевой метаболизм, функция почек, гормональная регуляция, космический полет, гипокинезия, постельный режим, иммерсия.
Б01: 10.7868/80131164613050111
За 50 лет существования космической физиологии исследованы основные особенности функционирования различных органов и систем человека в необычных условиях жизни и расшифрованы многие механизмы адаптации к ним. Далеко не последнее место в ряду наиболее значимых проблем, как с общефизиологической точки зрения, так и с утилитарных, практических позиций, заняла физиология водно-электролитного обмена. Уже самые первые орбитальные полеты поставили перед исследователями вполне конкретные вопросы о механизмах адаптационных сдвигов водного и солевого метаболизма [1, 2].
Исследования закономерностей перестройки водно-солевого обмена при воздействии факторов космического полета, таких как невесомость, особая гемодинамическая ситуация из-за перераспределения жидких сред организма, измененная нейрогормональная регуляция, специфический состав атмосферы и необычный характер жизнедеятельности, вскрывают физиологические механизмы поддержания гомеостаза. В то же время, необходимость сохранения здоровья и работоспособности человека в этих сложных условиях способствует поиску и апробации новых средств и способов профилактики и защиты космонавтов от неблагоприятного воздействия среды обитания.
К настоящему времени стало ясно, что непосредственное влияние на состояние водного и
минерального гомеостаза оказывают такие факторы космического полета, как невесомость, гипокинезия, а также состав рациона и ежедневные физические тренировки. Очевидно также, что изменения водного гомеостаза и электролитного обмена могут быть причиой расстройств деятельности сердечно-сосудистой и других систем организма, а также нарушений метаболизма в целом.
Для исследования особенностей водно-электролитного метаболизма, свойственных условиям орбитального полета, и с целью поиска средств профилактики, используются различные способы его имитации — это и гипокинезия, и постельный режим, в том числе и антиортостатическая гипокинезия (АНОГ), и иммерсия, и другие так называемые "модельные эксперименты". Основными воздействующими факторами при модельных экспериментах являются обездвиженность и перераспределение жидких сред организма вдоль оси тела.
В специальных исследованиях на борту орбитальных станций (ОС) принимали участие космонавты, а в модельных экспериментах — испытатели-добровольцы. Экстремальным воздействиям подвергались лабораторные животные. Создание широкой научной кооперации способствовало расширению исследований и вовлечению в проблему заинтересованных лиц. Ничуть не умаляя вклада европейских и особенно американских исследователей в обсуждаемую проблему, следует
сказать, что в настоящем обзоре основное внимание сосредоточено на работах сотрудников Института медико-биологических проблем РАН под руководством академика А.И. Григорьева.
Динамика жидкостных секторов организма
Наиболее интенсивные сдвиги в жидкостных средах организма происходят в первые сутки после перехода к условиям невесомости или модельных экспериментов, когда, вслед за гемодинами-ческими сдвигами и изменением активности во-люморегулирующих гормонов, развиваются первичные изменения водно-электролитного баланса и функции почек. Снижается реабсорбция жидкости и электролитов в почечных канальцах, усиливается клубочковая фильтрация и в несколько раз возрастает диурез и выведение осмотически активных веществ, при одновременном снижении водопотребления [1, 2]. Таким образом создаются условия для развития отрицательного баланса жидкости и основных электролитов. Развитие гипогидратации организма в ранний период космического полета следует расценивать как приспособительную, защитную реакцию, направленную на адаптацию организма к необычному, имитирующему гиперволемию, состоянию путем сброса "лишней" жидкости и электролитов, что и приводит к снижению объема циркулирующей плазмы на 15—20% [3—5].
Однако перераспределение жидких сред организма с увеличением кровенаполнения органов грудной клетки и головы в ряде случаев сопровождаются ухудшением самочувствия космонавтов и астронавтов, это обусловлено тем, что адаптация к столь необычным для человека условиям происходит не сразу и не у всех одинаковым образом. Изучение механизмов волюморегуляции в этих условиях позволило разработать и внедрить способ фармакологической гипогидратации организма с помощью диуретика как средства ускорения адаптации и борьбы с неблагоприятным влиянием невесомости в начальном периоде космического полета. Иными словами, прием диуретика облегчает состояние космонавта и помогает ему сохранить работоспособность [6]. Кроме того, в условиях антиортостаза показано защитное и профилактическое влияние контролируемой ги-погидратации на состояние пищеварительной системы, поскольку прием диуретика предотвращает развитие гемодинамического застоя в органах брюшной полости и препятствует развитию их дисфункциональных изменений [7].
После более продолжительного пребывания на орбите почти всегда обнаруживалось снижение жидкостных секторов организма. Так у группы космонавтов, совершивших полеты на ОС "Мир" продолжительностью от 126 до 438 суток, объем внеклеточной жидкости был снижен в
среднем на 11.9% по сравнению с исходной величиной [8].
В условиях 120-суточной АНОГ (6°) содержание общей жидкости тела у обследуемых снижалось через 2 месяца на 5.8%, а объем внеклеточной жидкости уменьшался на 11.7%, и такой дефицит сохранялся до конца эксперимента [9].
С помощью современного неинвазивного метода биоимпедансного анализа удалось изучить динамику гидратационного статуса человека непосредственно во время орбитального полета. При полугодовых полетах на борту международной космической станции все жидкостные сектора организма уменьшались в среднем на 5.2— 10.4% [10], что вполне сопоставимо с вышеприведенными данными, полученными и в модельных экспериментах, и при космических полетах с помощью различных индикаторов и изотопных меток. Как видно, в целом, в условиях невесомости и при ее моделировании наблюдаются очень сходные изменения гидратационного статуса человека с одинаковой степенью выраженности.
Сразу после окончания полета у большинства космонавтов отмечалось снижение массы тела по сравнению с дополетной величиной, но уже на 3-и сутки после приземления масса тела обычно восстанавливалась, что позволяет сделать заключение о том, что этот дефицит во многом обусловливается гипогидратацией организма, а такое состояние может быть главной причиной послеполетной ортостатической неустойчивости [11]. Именно поэтому сниженный гидратационный статус человека, развивающийся при длительном пребывании на орбите или в АНОГ, требует коррекции при возвращении к обычным условиям. Поэтому на заключительном этапе орбитальных полетов космонавты применяют комплекс профилактических мероприятий, в состав которого, наряду с физическими тренировками и воздействием орицательного давления на нижнюю часть тела, входят водно-солевые добавки [12].
Прием хлорида натрия и дополнительного количества жидкости приводит в соответствие емкость сосудистого русла и его объем, повышая при этом сосудистый тонус и увеличивая объем циркулирующей плазмы. Результаты обследования членов экипажей ОС "Мир" показали, что у применявших водно-солевые добавки космонавтов улучшается переносимость перегрузок на участке спуска на Землю и послеполетная орто-статическая толерантность [2, 13].
Минеральный обмен и костная ткань
Важнейшим параметром, характеризующим состояние гомеостаза минеральных веществ организма, является ионный состав сыворотки крови. В первые сутки после окончания полугодовых
космических полетов российских космонавтов, как правило, наблюдалась умеренная гипокалие-мия и повышение содержания ионизированной фракции кальция в сыворотке крови, причем выраженность этих сдвигов не зависела от продолжительности космического полета [11, 14]. Концентрация других ионов в сыворотке крови обычно сохраняется в пределах нормальных значений. Такие же характерные изменения в ионном составе крови наблюдаются и после длительной гипокинезии, при этом выявлена высокая корреляционная зависимость между изменениями ионо-граммы крови и электрофизиологическими свойствами сердечной мышцы [15].
Для более детального исследования механизмов адаптивных изменений обмена веществ под действием факторов космического полета, проводились эксперименты на животных (крысы, обезьяны и др.) и в условиях гипокинезии, и при полетах на российских биоспутниках. Было показано развитие в этих условиях общего дефицита одно- и двухвалентных ионов, при этом электролитный состав большинства тканей сохранялся практически на фоновом уровне, за исключением уменьшения содержания кальция в костях и в печени, и увеличения концентрации калия и магния в миокарде и в почке
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.