Человек в поле Земного притяжения

Человек в поле Земного притяжения
Притяженье Земли, притяженье садов,
И закатов, и сосен в пушистом снегу,
Небольших деревень и больших городов,
И ночного костра на пустом берегу…
(Д. Тухманов)
Тарасова Ольга Сергеевна
проф. кафедры физиологии человека
и животных биологического факультета МГУ
Тяжесть – самое неизбежное
и постоянное поле, от которого
ни одно существо никогда на
Земле не освобождается
Алексей
Алексеевич
Ухтомский
(1875—1942)
Synopsis
1. Из жизни растений и животных (примеры
адаптации наземных жителей к гравитации)
2. Как изменяется работа разных систем
в невесомости?
3. Как можно замедлить развитие этих
изменений (облегчить возвращение
в условия земного тяготения)?
4. Как «космические разработки» используются
в наземной медицине?
Каждая клетка может определять свое положение
в поле притяжения Земли
Фермент
Сигнальные
молекулы
Ca2+
Механочувствительный
ионный канал
Органеллы
Цитоскелет
F=mxg
Примеры из жизни растений
Они растут так!
Но не так!
Примеры из жизни растений
Они растут так!
Но не так!
В невесомости растения теряют ориентацию
Побег
растет
вверх
А корень вниз
Выход животных на сушу
Эпоха расцвета
амфибий,
появляются
рептилии и
высшие растения
Мышцы-разгибатели конечностей (у человека – ног) – это «антигравитационные» мышцы
Ягодичная
мышца
Четырехглавая
мышца бедра
Такие мышцы:
 могут развивать длительное
сокращение без утомления
(«медленные мышцы»);
 получают энергию за счет
окисления веществ (потребляют
много О2);
 обильно снабжаются кровью
(«красные мышцы»)
Камбаловидная
мышца
(одна из головок
икроножной
мышцы)
Системы, благодаря которым человек ориентируется
в пространстве
Гравитационнонезависимые:
•Зрение
•Слух
Гравитационнозависимые:
•Опорные зоны стопы
•Вестибулярный аппарат
Рецепторы опоры - тельца Пачини
Роговой
слой
Эпидермис
Кориум
Оболочка
Нервное
волокно
Подкожная
клетчатка
Спирали
коллагена
Тельце
Мейснера
Диски
Меркеля
Внутренняя колба
Тельце
Пачини
Расположение телец
Пачини в стопе
Внутреннее ухо
Вестибулярный аппарат:
чувство равновесия
Полукружные
каналы
Восприятие ускорений
(повороты головы,
резкие движения)
Купула
Овальный
и круглый
мешочки
Купула
Отолитовый
аппарат
Восприятие положения тела
в поле силы тяжести
Функции вестибулярного аппарата обеспечивают:
• ориентацию в пространстве;
•управление равновесием;
•стабилизацию изображения на сетчатке глаз
Вестибулярный аппарат управляет движениями глаз
Глаза поворачиваются в сторону, противоположную повороту головы
Изменения в системе
кровобращения человека
при изменении положения
тела
У спокойно стоящего человека
давление крови в венах ног
намного выше, чем в венах рук
Мышечный насос способствует
возврату крови по венам к сердцу:
Клапан
открыт
Клапан
закрыт
Стоя без
движения
Во время
сокращения мышц
Сразу после
сокращения
Давление
крови
Гравитационные
проблемы жирафа
100
мм рт.ст.
Сонная
артерия
200
Почему же у жирафа
не отекают ноги?
•
Строение артерий ног
(толстая стенка и
узкий просвет)
•
Малопроницаемые
капилляры
•
Толстая кожа +
подкожная фасция
•
Мышечный насос при
движении
мм рт.ст.
Артерия
голени
300
мм рт.ст.
Давление
крови
Гравитационные
проблемы жирафа
100
мм рт.ст.
Сонная
артерия
200
Почему же у жирафа
не отекают ноги?
•
Строение артерий ног
(толстая стенка и
узкий просвет)
•
Малопроницаемые
капилляры
•
Толстая кожа +
подкожная фасция
•
Мышечный насос при
движении
мм рт.ст.
Артерия
голени
300
мм рт.ст.
А почему он не
умирает от
инсульта, когда
опускает голову?
Сонная артерия
В положении стоя
Яремная вена
Голова опущена
Когда жираф наклоняет голову, в венах его шеи накапливается
около 5 л крови. Это способствует снижению артериального
давления и защищает сосуды головы от повреждения
Brondum et al.
Как изменяется работа разных систем в невесомости?
Юрий Гагарин: 12.04.1961 -
один оборот вокруг Земли (108 минут )
Валерий Поляков
Самый продолжительный космический полет XX века - 437 суток
08.01.1994 – 22.03.1995
Сила тяжести влияет на строение и работу:
 Опорно-двигательной
системы (скелета и
мышц,
в том числе,
дыхательных)
 Нервной системы
(управление
движением
и др.)
 Сердечно-сосудистой
системы
Космонавты
адаптируются
(приспосабливаются)
к жизни в
невесомости.
Но ведь они
должны вернуться
на Землю!
 Почек (водно-солевой
баланс в организме)
 Многих гормональных
систем
Поисковая команда несет
российского космонавта
А.М.Самокутяева
после приземления
16 сентября 2011 г.
В невесомости нет нагрузки на скелет
и мышцы, поддерживающие позу тела
Изменения позы тела и регуляции движений
Изменение
позы тела
в невесомости
До
Во время
После
«Поза эмбриона»
Снижение
двигательной активности, изменение «техники» движений
Изменение
работы рецепторов, воспринимающих опору тела
Изменение
работы рецепторов, реагирующих на осевую нагрузку
Изменение
работы вестибулярного аппарата
Моделирование невесомости в наземных условиях
Эксперименты в Институте медико-биологических проблем РАН
«Сухая иммерсия»
Движения глаз на Земле и в невесомости
НА ЗЕМЛЕ
глаза поворачиваются
в сторону,
противоположную
повороту головы
В НЕВЕСОМОСТИ
глаза
поворачиваются
в ту же сторону,
что и голова
Движение головы
Движение глаз
В невесомости также нарушаются «следящие» движения глаз
На Земле
В невесомости
Изменения скелета
Уменьшение плотности
костной ткани
Рост тела в длину
(«вымывание» кальция)
На
Земле
Позвонок
Хрящевые диски
между позвонками
становятся толще
В
невесомости
Сильнее всего
страдают кости
нижних
конечностей
Ложемент, в котором космонавт спускается на Землю
Изменения
мышц
Медленные
мышечные
клетки
Быстрые
мышечные
клетки
В невесомости уменьшаются размеры мышц
Активная мышца
кость
мышцы
жир
Неактивная мышца
При этом в основном
страдают медленные
мышечные клетки
Уменьшение размеров медленных
мышечных клеток в мышце задней
конечности крысы после
10-дневного космического полета
Изменения в сердечно–сосудистой системе:
перераспределение жидкости в организме
До полета
В невесомости
Отек лица
«Птичьи
ноги»
После полета
Слабость,
вплоть до
обморока
Изменения в сердечно–сосудистой
системе: перераспределение жидкости
в организме
Японский астронавт
Чиаки Мукаи
на земле и в полете
На Земле
В первые дни
невесомости
После адаптации
к невесомости
Сразу после
возвращения на
Землю
Угроза недостаточного
кровоснабжения головного
мозга и обморока
__Создание «опоры тела»__
Как бороться с изменениями?
Опорно-двигательной
системы (скелета и мышц,
в том числе,
дыхательных)
Нервной системы
(управление движением
и др.)
Сердечно-сосудистой
системы
Почек (водно-солевой
баланс в организме)
Многих гормональных
систем
Физическая
тренировка
Физическая
тренировка
Создание
разности
давлений между
верхней и нижней
частями тела
(как на Земле)
Создание разности давлений между верхней
и нижней частями тела (как на Земле)
Снижение давления
вокруг нижней
части тела
Такое воздействие
имитирует повышение
давления в сосудах ног
Создание разности давлений между верхней
и нижней частями тела (как на Земле)
Снижение давления
вокруг нижней
части тела
Такое воздействие
имитирует повышение
давления в сосудах ног
Космонавт А.А.Скворцов
в костюме Чибис
Создание разности давлений между верхней
и нижней частями тела (как на Земле)
Снижение давления вокруг нижней части тела в сочетании
с физической нагрузкой
Камера
с низким
давлением
Педали
Специальная физическая тренировка для космонавтов:
бег + «продольная нагрузка» (60-70% от массы тела)
Нагрузочный костюм
«Пингвин»
(он же «Регент»)
«Компенсатор опорной разгрузки»:
воздействие на рецепторы стопы = «чувство опоры»
Компрессор и блок
управления
Ботинки
Пневматические
стельки
2.39 мин
Космическая медицина против земных заболеваний
Нагрузочный
костюм
Нарушения движений
Детский церебральный
паралич
После инсульта
(нарушение
кровоснабжения
головного мозга)
«Компенсатор
опорной
разгрузки»
Другие
заболевания,
связанные с
длительным
пребыванием в
постели
Спасибо
за внимание!