Влияние гравитации на организм человека


  1. Естественная гравитация, ее влияние на развитие и жизнедеятельность животного организма

Наиболее распространенным фактором среды является естественная гравитация, действие которой проявляется во всех звеньях вселенной (от атомов до галактик), но в большей мере в мега- и макромире по следующей причине. Силы гравитации по сравнению с внутриядерными, внутриатомными и даже внутримолекулярными силами ничтожны (так, гравитационное притяжение между двумя протонами относится к электростатическим силам взаимного отталкивания как 1:1036), в связи с чем влияние гравитационных сил на биологические объекты должно проявляться лишь на уровне структур, имеющих размеры от микронов и выше. Более мелкие же структуры (например, некоторые бактериофаги) из-за своих слишком малых размеров выходят из-под непосредственного влияния гравитационных сил и живут лишь в поле действия молекулярных электрических сил.

Величина гравитационного воздействия на живой организм напрямую зависит от его собственной массы (с увеличением массы гравитационное воздействие Земли возрастает).


есте с тем гравитационное поле Земли является одной из немногих констант окружающей среды: с момента зарождения жизни на Земле на протяжении многих миллионов лет изменялись почти все параметры среды – температура, влажность, газовый состав атмосферы, атмосферное давление, спектр достигающих Земли электромагнитных колебаний, за исключением гравитационного воздействия Земли, зависящего от ее массы и размеров. При этом только благодаря стабильному гравитационному полю Земли, атмосфера и водные бассейны удерживаются на ней и не рассеиваются в космическое пространство, во многом предопределяя климатические условия планеты.

Гравитационное воздействие Земли (которое является частью механических условий окружающей среды) оказывает существенное влияние на процессы развития живых организмов, индуцируя формирование антигравитационных механизмов, уравновешивающих организмы с окружающей средой. Механические условия окружающей среды, действующие на живой организм, складываются из следующих видов сил:

ü  гравитационных (земного притяжения, интенсивность которого зависит от собственного веса организма), действуют одновременно на все структуры тела.

ü  внутренних (внутримолекулярных и внутриатомных сил)

ü  внешних (механических сил, возникающих в теле при сокращении скелетной и гладкой мускулатуры), их действие носит локальный характер, возникает в месте сокращения мышечной ткани и может проявляться в локальной деформации (изменении механического напряжения структур в ограниченных участках тела), либо изменении взаимного расположения одних частей тела относительно других, либо в сообщении телу ускорения, обуславливающему изменение кинетики движения.
йствие внешних сил независимо от конечного эффекта приводит к возникновению в теле деформаций, которые могут быть преходящими (упругими, или обратимыми, в случае, если исчезают после прекращения внешней силы) или необратимыми (не исчезающими после применения внешней силы и приводящими к возникновению в теле различного рода травм).

Действие гравитационных сил на организм ощущается в случае затруднения его движения в гравитационном поле (при наличии опоры, силы трения) и проявляется возникновением субъективного ощущения собственного веса. Так, при контакте человека с опорой возникает внешняя сила, действующая на организм в виде реакции опоры, которая распространяется лишь на структуры организма, имеющие непосредственный контакт с опорой; все же остальные структуры продолжают перемещаться в гравитационном поле до тех пор, пока внутри самого тела не возникнут противодействия в виде упругих сил (упругих деформаций, представляющих собой изменение взаимного расположения отдельных элементов тела без нарушения целостности структур), уравновешивающих их массу.
ыми словами, действие гравитационных сил на человека, касающегося какой-то опоры (будь-то поверхность земли, пола, кровати), проявляется в его некотором сжатии (под действием земного притяжения), но при этом и развитии в тканях собственного упругого сопротивления (упругих деформаций), препятствующего дальнейшему сжатию. В теле человека и животных деформации, противодействующие сжатию, вызванному земным притяжением, проявляются в виде сжатия и растяжения кожи, надкостницы, мышц, связок, костей, натяжения и смещения каркасных элементов (соединительнотканных оболочек и стромы) и паренхимы органов, перемещения жидкостей в межклеточном пространстве (межклеточных щелях, сосудах, полостях тела и органов), растяжения стенок сосудов в связи с перемещением масс крови и лимфы. В связи с существенными различиями механических свойств разных тканей, а также особенностями анатомического строения тела (предопределяющими механические связи между различными его структурами) возникающие в теле человека деформации являются неоднородными и могут проявляться в виде сжатия, растяжения, сдвига или кручения. При этом в связи с тем, что различные слои тела должны уравновешивать различные массы тела, величина упругих сил в разных слоях тела оказывается неодинаковой (деформации тем сильнее, чем больше величина действующих сил и чем слабее механические связи между структурами тела), и это обуславливает возникновение в теле сложного поля эластических сил, во многом предопределяющего субъективное восприятие веса собственного тела.


ибольшие напряжения возникают в опорно-связочном аппарате, в связи с тем, что, во-первых, через него передается действие внешних сил на организм, а, во-вторых, на него приходится основная нагрузка по уравновешиванию весомой массы органов и тканей тела. Возникновение поля эластических сил в теле человека под действием гравитационного притяжения Земли служит причиной раздражения различных механорецепторов, одни из которых реагируют только на начало процесса упругой деформации тканей, тогда как другие сохраняют свою активность на протяжении всего периода существования поля эластических сил, обуславливая постоянное ощущение человеком собственного веса.

Рекомендуемые файлы

Характер поля эластических сил и выраженность деформаций в теле под действием гравитации не являются постоянными и зависят от положения тела относительно вектора гравитационного поля, площади и области тела, через которую передается реакция опоры, а также от характера движений человека. Так, при вертикальном положении человека кости его нижних конечностей, таза и позвоночника испытывают деформацию сжатия, тогда как в костях верхних конечностей, закрепленных в плечевом поясе, напротив, возникают деформации растяжения. В случае, когда человек сидит, не касаясь опоры ногами, местом приложения внешних сил опоры является поверхность бедер и ягодиц, в которых возникает сжатие, тогда как в голени, наоборот, рястяжение.


Ощущение собственного веса исчезает лишь тогда, когда на тело не действуют никакие внешние силы и соответственно существующие между его структурами механические связи не испытывают никаких напряжений (состояние невесомости). Подобное состояние возникает в начальный период свободного падения (когда сопротивление воздуха еще столь незначительно, что не оказывает тормозящего действия на тело, и тело перемещается в направлении вектора гравитационного поля с ускорением в 1g) или в космосе, когда космонавты вместе с кораблем находятся в состоянии как бы непрерывного падения (т.н. динамическая невесомость). Таким образом, все случаи динамической невесомости связаны с прекращением действия на тело внешних сил опоры, в результате чего оно начинает перемещаться под действием гравитационного поля земли.

При погружении тела человека в воду поле эластических сил, обусловленное действием гравитации, ослабевает настолько, сколько весит вытесненная телом жидкость. Однако возникающее при этом субъективное ощущение потери веса связано не с прекращением действия внешних сил, обуславливающих эффект веса, а с тем, что выталкивающая сила воды, выступающая в роли внешней силы, действует на большую часть поверхности тела, а не на ограниченную область, как это имеет место когда человек стоит, сидит или лежит на мягкой кровати. Однако, подобно тому, как члены экипажа подводной лодки при погружении ее в воду не теряют своего веса, так и все органы и ткани тела при погружении человека в жидкость продолжают сохранять неизменным свой первоначальный вес, а, следовательно, и упругие напряжения, обусловленные их деформацией. Более того, в состоянии динамической невесомости наши внутренние органы также сохраняют свой вес, что имеет существенное значение в механизме нарушений координации движений тела.


В случае действия на организм человека внешних сил, вызванных ускорением, превышающим ускорение силы тяжести, выраженность деформаций и упругих напряжений, противодействующих этим силам, будет гораздо большей гравитационных деформаций, что может послужить причиной развития необратимых деформаций (травм). Таким образом, с точки зрения физических процессов, вес, перегрузка и динамическая невесомость имеют единую природу и исключительно количественные различия, определяемые величиной внешних сил, действующих на организм и соответственно степенью собственного упругого напряжения тканей. Все они отражают особенности механического состояния тела: выраженность деформаций и напряженность поля эластических сил в теле. Но при этом, если эффект веса возникает в результате механических напряжений в тканях, противодействующих гравитационным силам, то перегрузка – механических напряжений в тканях, противодействующих силам, превосходящим гравитационные. Для динамической невесомости же характерно такое состояние тела, при котором в нем отсутствуют какие-либо механические напряжения, обусловленные действием внешних сил.


Гравитационное поле Земли оказывает наиболее выраженное влияние на процессы эмбриогенеза живых существ, развитие опорно-двигательного аппарата и деятельность сердечно-сосудистой системы. В частности, еще К.Э. Циолковский выдвинул предположение, согласно которому между линейными размерами тела живых существ и величиной гравитационного поля Земли, зависящей от ее размеров, должна существовать обратная зависимость. С одной стороны, чем выше сила гравитационного притяжения, тем меньше будут размеры тела животных, что было экспериментально доказано при культивировании некоторых животных в условиях гипергравитации. С другой стороны, действие гравитационного поля должно проявляться тем сильнее, чем больше масса организмов, в связи с увеличением напряженности поля эластических сил у крупных животных. Дело в том, что с увеличением размеров тела его масса растет пропорционально кубу линейных размеров, тогда как прочность структур тела – пропорционально квадрату линейных размеров. Таким образом, механические свойства тканей уже сами по себе предопределяют конечные размеры биосистемы. Если учесть, что масса наименьшего организма (вируса) отличается от массы наиболее крупного организма (кита) на 23 порядка, то, очевидно, что и влияние сил гравитации на эти организмы должно быть различным. Именно этим, по-видимому, объясняется то, что бактерии могут переносить ускорения даже в 50 000 g, тогда как кит, будучи выброшенным волной на берег, погибает под действием собственной тяжести.
смотря на то, что размеры организмов определяются многими факторами, тем не менее хорошо известно, что животные-гиганты обитают только в водной среде, где выталкивающая сила воды способствует снятию большей части нагрузки с опорно-двигательного аппарата. Масса даже самых крупных наземных животных – бегемотов и слонов – в десятки раз меньше массы некоторых водных животных. В условиях искусственно создаваемой гравитации, величина которой в несколько раз превышает величину естественной, масса и размеры тела мышей, крыс, хомяков, цыплят даже в процессе онтогенеза оказываются значительно меньшими, чем у животных, выращенных в нормальных условиях. Длительная гипервесомость оказывает заметное влияние на строение костно-опорного аппарата, развитие антигравитационной мускулатуры, массу и размеры большинства органов (за исключением селезенки). Переход из водной в наземную среду обитания по существу представлял собой переход в гипергравитационную среду и был сопряжен с необходимостью не только уравновешивания массы тела, но и постоянного преодоления действия гравитационных сил при локомоциях. Все это в процессе эволюции привело к значительному увеличению массы скелета, появлению хорды, заменившейся в дальнейшем в процессе эволюции позвоночным столбом, и развитию мощной антигравитационной мускулатуры. Данные эволюционной морфологии свидетельствуют о том, что относительная масса скелета у наземных животных и птиц, для которых естественной средой обитания является суша, больше таковой водных животных.
ичем у наземных животных и птиц почти 50% от общей массы скелета приходится на те его отделы, которые имеют непосредственное отношение к уравновешиванию силы тяжести. Более того, направление костных трабекул в губчатом веществе большинства костей полностью совпадает с направлением действия упругих сил, вызванных гравитационным полем (расположение трабекул таково, что они всегда "работают" только на сжатие, но не на изгиб или скручивание). Установлено, что расположение даже целых групп костей подчиняется этой же закономерности. Расположение трабекул в костной ткани не является генетически обусловленным, при изменении поля упругих сил происходит перестройка трабекулярной системы (так, при оперативном удалении большеберцовой кости у щенка происходит компенсаторное действию гравитационных сил 5-6-кратное усиление роста соседней малоберцовой кости; в случае неправильно сросшихся переломов также перестраивается трабекулярная система соседних участков кости). Высокие нагрузки всегда ведут к компенсаторному росту костей (закон Вольфа). Рядом исследователей показано, что длительная гипервесомость животных сопровождается утолщением костей, разрастанием соединительной ткани, увеличением содержания коллагена в связочном аппарате (иными словами, резкое усиление напряженности поля эластических сил обуславливает изменения не только функционального, но и морфологического характера). Действие динамической невесомости, напротив, приводит к потере кальция и фосфора костной тканью, уменьшению ее прочности. Проявлением данной закономерности является некоторая редукция скелета у вторично водных млекопитающих (тюленей, дельфинов, китов), у которых выталкивающее действие воды частично компенсирует гравитационное притяжение Земли. Между тем перемещение в воде сопряжено с преодолением значительно большего сопротивления среды и требует соответственно большего развития локомоторной мускулатуры.


Вместе с тем на формирование скелета повлияли не только гравитационные силы, но и характер передвижения животных в среде обитания, предопределяющий сопротивление движению. Если первые обитатели суши использовали преимущественно ундулирующий способ передвижения, то в дальнейшем в качестве основного получил развитие рычажный способ с помощью ходных конечностей. Несмотря на то, что передвижение с помощью конечностей привело к значительному сокращению трения с почвой, благодаря чему при той же мощности локомоторного аппарата затраты энергии, связанные с передвижением тела, значительно уменьшились, тем не менее такая форма локомоций потребовала, с одной стороны, возможности динамической фиксации подвижных сочленений, а, с другой – сохранения нормального положения тела в системе пространственных координат как в состоянии покоя, так и при движениях. Все это обусловило развитие специальных мышечных групп и формирование центров автоматического поддержания тонуса мускулатуры со сложной системой статических и статокинетических рефлексов. Отмеченные изменения достигли наибольшей выраженности у человека в связи с вертикальной позой. Влияние силы тяжести при вертикальном положении человека привело к более выраженному развитию ряда структур, обеспечивающих уравновешивание массы тела, а также тканей, выполняющих роль амортизационных устройств (межпозвоночные диски, мениски), появлению изогнутости позвоночного столба, сводчатости стопы, значительному развитию тазовых костей, обеспечивающих наряду с мышцами живота уравновешивание массы органов брюшной полости. Ортостаз человека обуславливает повышенную нагрузку не только на нижние конечности, но и на осевой скелет.

Таким образом, изменение кинетики роста, размеров тела, структурной организации костной ткани под влиянием гравитационных воздействий представляет собой лишь завершающий этап целой цепи процессов, начальным звеном которых являются изменения физиолого-биохимического характера. Пусковым механизмом этих реакций являются происходящие в различных структурах тела изменения напряженности поля эластических сил.

Ещё посмотрите лекцию «Часть 4» по этой теме.

Наряду с костной системой, большой вклад в уравновешивание механических условий окружающей среды вносит скелетная мускулатура, фило- и онтогенетическое развитие которой во многом предопределяется действием гравитационных сил и характером передвижения животных. Выход животных на сушу обусловил резкое увеличение весовой нагрузки на костно-опорный аппарат, что вызвало компенсаторное усиление мышц-разгибателей и усложнение организации деятельности всей антигравитационной мускулатуры. Если у водоплавающих животных сохранение равновесия достигается сравнительно легко даже при неустойчивом равновесии, когда центр тяжести находится выше геометрического центра тела, то у наземных организмов достижение равновесия оказалось возможным лишь при условии постоянного перераспределения тонуса антигравитационной мускулатуры, обеспечивающей уравновешивание различных областей тела.

Развитие рычажного способа передвижения и удлинение конечностей привело к перемещению центра тяжести на значительное расстояние от поверхности земли, что потребовало не только обеспечение постоянного противодействия силе тяжести, но и сохранение равновесия тела как в состоянии покоя, так и при перемещениях отдельных его частей в связи с изменением позы и локомоциями. Передвижение с помощью конечностей связано с необходимостью постоянного преодоления поля гравитационных сил, так как при такой форме движения происходит постоянное перемещение массы тела относительно направления гравитационного поля. Все это в процессе эволюции привело к значительному развитию скелетной мускулатуры, на долю которой у большинства наземных организмов приходится до 40% от массы тела. Наибольшее развитие получила экстензорная мускулатура, формирование которой начинается раньше в процессе онтогенеза, а атрофия в старости происходит позже. Причем для создания постоянного антигравитационного усилия нужна экстензорная мускулатура с преобладанием медленных фазных единиц, способных к длительному тоническому напряжению.

Влияние естественной гравитации на сердечно-сосудистую систему человека осуществляется прямым и опосредованным путем. Прямое действие гравитационных сил связано с непосредственным их влиянием на массу крови (т.е. с появлением весомой массы крови под действием силы тяжести) и проявляется в возникновении гидростатического давления. Опосредованное действие гравитации на аппарат кровообращения состоит в том, что механические условия окружающей среды создают определенный запрос на развитие и функционирование антигравитационной мускулатуры, во многом определяющей уровень энергозатрат организма, а, следовательно, и интенсивность работы сердечно-сосудистой системы, от которой зависит доставка к периферическим тканям субстратов окисления и кислорода. Уровень доставки питательных веществ и кислорода, в свою очередь, определяет не только массу циркулирующей крови, но и в определенной мере степень развития всей сердечно-сосудистой системы, в том числе и размеры сердца. Наличие такой взаимосвязи подтверждается четкой взаимозависимостью, существующей у различных представителей позвоночных, между величиной сердца и весовыми особенностями тех отделов скелета, которые обеспечивают уравновешивание силы тяжести. Так, с увеличением роста животного организма увеличиваются и размеры сердца, масса циркулирующей крови и величина артериального давления. В частности, у жирафов при росте 3,5-4 метра давление в артериях дистальных отделов конечностей составляет 350-400 мм рт.ст. Такое высокое гидростатическое давление необходимо для обеспечения достаточного для нормального кровоснабжения давления в артериях головного мозга, поскольку из-за большой удаленности головного мозга от сердца (при расстоянии по вертикали от сердца до головного мозга в 1,2-1,4 метра), величина гидростатического давления на этом участке сосудистого русла падает на 90-100 мм рт.ст. Кроме гораздо более высокого, чем у других млекопитающих, артериального давления, для жирафов характерно наличие клапанов в артериях шеи, препятствующих обратному току крови в период диастолы, который возможен из-за значительного градиента давления в данной части сосудистого русла. Наконец, у этих млекопитающих имеет место более низкое расположение сердца, благоприятствующее венозному притоку к правому предсердию, а также исключительно жесткая кожа на конечностях, практически исключающая возможность растяжения венозных сосудов и депонирования в них крови. В строении сердечно-сосудситой системы тетрапод (ленивцев, летучих мышей и некоторых других), для которых нахождение головой вниз является вполне естественным, имеется также ряд существенных особенностей, предотвращающих развитие у них нарушений мозгового кровообращения при необычном направлении действия гидростатических сил.

Вертикальная поза человека и достаточно большие конечные размеры его тела обусловили значительные эволюционные перестройки в аппарате кровообращения. Так, в связи с тем, что крупные магистральные сосуды расположены вдоль вертикальной оси тела, наибольшей величины гидростатическое давление при вертикальной позе достигает в сосудах нижних конечностей, что обеспечивает увеличение и венозного давления, а, значит, само по себе облегчает венозный возврат от нижних конечностей к сердцу (из-за повышения градиента давления между венами нижних конечностей и венами, доставляющими кровь к сердцу). В то же время при одинаковой степени повышении давления в артериях и венах емкость вен в силу большей растяжимости их стенок возрастает в несколько раз больше, чем артерий, что может способствовать возникновению некоторого венозного застоя при длительном вертикальном положении тела. Между тем, препятствуют значительному венозному застою клапаны, имеющиеся в изобилии в венах нижних конечностей, а способствует венозному оттоку из нижних конечностей сдавливающее вены сокращение окружающих их скелетных мышц конечностей, имеющее место при ходьбе, беге, любых позных движениях. В случае же прекращения мышечной активности, в особенности, сочетающейся со снижением тонуса венозных сосудов, длительный ортостаз из-за скопления крови в нижних конечностях и нарушения ее притока к правой половине сердца может послужить причиной коллапса. Резкая перемена положения тела в пространстве с горизонтального на вертикальное приводит к первоначальному уменьшению венозного возврата по сосудам нижних конечностей и венам туловища, лежащим ниже уровня сердца, что сопровождается уменьшением кровенаполнения правой половины сердца, значительным уменьшением ударного объема сердца (до 45%) и минутного объема кровотока (на 20-40%, до 1-1,5 л/мин). Компенсаторно с целью нормализации кислородного снабжения тканей возрастает артерио-венозная разность по кислороду (почти на 70% по сравнению с исходным уровнем) и запускаются рефлекторные реакции в ответ на снижение активности прессорецепторов магистральных сосудов (вследствие снижения системного артериального давления) и повышения активности хеморецепторов магистральных сосудов (пониженным рО2 и повышенным рСО2). Отмеченные рефлекторные реакции проявляются в активации прессорного отдела сосудодвигательного центра и симпатических центров регуляции деятельности сердца, что приводит к возникновению тахикардии (способствующей нормализации минутного объема кровотока), повышению тонуса артериол, преходящим увеличением тонуса вен, а также интенсификацией присасывающего действия грудной клетки (вследствие усиления дыхания в ответ на повышение активности хеморецепторов сосудистого русла). При этом, если сердечный компонент компенсаторных реакций начинает проявляться почти одновременно с возникновением изменений гидростатических условий, то сосудистый – достигает своего максимума лишь через 10-20 с, тогда как основную роль в компенсации гемодинамических сдвигов в данный момент времени играет сокращение мышц нижних конечностей и живота, которое может обеспечить значительное повышение давление в сосудах брюшной полости и стремление к нормализации венозного возврата крови к сердцу. Сокращение же мышц нижних конечностей (преимущественно экстензорных, т.е. антигравитационных) возникает рефлекторно с целью поддержать ортостаз.

Если в начальный период ортостаза компенсация гемодинамических сдвигов обеспечивается преимущественно рефлекторным путем, то при длительном пребывании человека в вертикальном положении уравновешивание гидростатического давления достигается благодаря дополнительному подключению гуморальных механизмов, действие которых следует рассматривать как проявление адаптационных реакций организма, направленных на изменение емкости сосудистой системы и объема циркулирующей крови до уровня, соответствующего обменным процессам организма. Сущность этих гуморальных механизмов, принимающих участие в поддержании необходимого уровня артериального давления и объема циркулирующей крови, состоит в увеличении продукции антидиуретического гормона передним гипоталамусом, альдостерона клубочковой зоной коры надпочечников (секреция их возрастает в ответ на снижение артериального давления и соответственно активности прессорецепторов магистральных сосудов, способствуют уменьшению диуреза и увеличению объема циркулирующей крови) и активации ренин-ангиотензиновой системы (выброс ренина усиливается в ответ на понижение давления в приносящих артериолах почечных клубочков, оказывает влияние как на тонус артериол, так и на объем циркулирующей крови).

Источник: studizba.com

Как меняется организм в состоянии невесомости?

Одним из наиболее интересных является изменение роста человека. В условиях гравитации мышцы обеспечивают прилегание позвонков друг к другу, благодаря чему поддерживаются правильные изгибы позвоночника. В невесомости мышцы постепенно ослабевают и атрофируются. В результате рост может увеличиваться на несколько сантиметров.

Любые изменения в теле очень важны для космонавтов. Например, посадочная капсула содержит ложемент – специальное приспособление, которое изготавливается для каждого индивидуально. Ложемент должен полностью соответствовать параметрам космонавта, иначе под угрозой оказывается его безопасность во время посадки на Землю.

Ложемент кресла космонавта
Ложемент кресла космонавта

Чтобы избежать подобных проблем, космонавты носят специальные костюмы – «Пингвины». Главная задача такого костюма – создавать нагрузку на опорно-двигательный аппарат, снижать эффект невесомости.

Костюм космонавта "Пингвин"
Костюм космонавта “Пингвин”

Нельзя забывать о том, что сердце тоже является мышцей, а, значит, аналогичным образом невесомость воздействует и на него. Давно доказано, что сердце при отсутствии гравитации становится слабее и теряет объем. Но исследования НАСА показали еще одно изменение – округление формы сердца.

В данном исследовании приняли участие 12 космонавтов, трудившихся на МКС. Оказалось, что сердце человека становится на 9,4% круглее. Когда космонавт возвращается в привычные условия, мышца постепенно обретает нормальную форму. Чтобы проще было понять влияние на сердце, можно представить, что одна неделя в невесомости – это то же самое, что и 1,5 месяца постоянного постельного режима.

В космосе также активизируется процесс старения. Даже, невзирая на негативные процессы в опорно-двигательном аппарате, в невесомости происходят изменения с эндотелиальными клетками. Они располагаются внутри всех сосудов, что вызывает влияние на сердечнососудистую систему. Ученые настаивают на том, что именно благодаря гравитации произошла эволюция человека, а при ее отсутствии ткани организма очень быстро стареют.

Поддаются пагубному влиянию невесомости и кости. Происходит это по нескольким причинам, таким как недостаток костного материала, нарушение обмена фосфора, снижение количества кальция. Организм понимает, что поддерживать тело нет необходимости, и все эти процессы приостанавливаются. В результате за 30 дней нахождения в космосе человек может потерять 1-2% костной массы. Разрушение костей даже имеет отдельный термин – космическая остеопатия.

По возвращению на Землю космонавт постепенно восстанавливает объем костной массы. При этом важно, чтобы пребывание в космосе не слишком затянулось, поскольку восстановление окажется невозможным при критических показателях (при потере 50% костной массы, например).

Для космонавтов жизненно необходимо выполнять различные тренировки в процессе космического полета. Для этого используются специальные тренажеры, которые обеспечивают притяжение тела и нагрузку на организм. К ним принадлежат беговые дорожки, тренажеры для силовых тренировок, имитаторы велосипеда и др. Также космонавты проходят тщательную подготовку к полету в специализированных центрах.

Исследования воздействия космоса на организм

Также ученые путем экспериментов и исследований выяснили, что пребывание в невесомости сказывается на иммунной системе организма. Другими словами, человек сильнее подвержен различным заболеваниям, поскольку ухудшается его иммунитет. Если говорить простым языком, то суть работы иммунной системы – отыскать в организме чужеродный микроорганизм и атаковать его.

Исследования проводила группа ученых NASA с привлечением 23 космонавтов (мужчин и женщин) в возрасте около 53 лет. Космонавты находились в условиях невесомости разное количество времени. Необходимые анализы им сделали до вылета, некоторые участники эксперимента брали у себя кровь, находясь на станции. Затем обследования проводились по прибытию космонавтов на Землю сразу и спустя определенные промежутки времени.

Таким образом, удалось сравнить результаты и выяснить, что иммунитет космонавтов, которые работали на МКС полгода, значительно ухудшился по сравнению с остальными участниками исследований. В частности, существенно снизилась способность иммунной системы распознавать угрозу и устранять ее. По возвращению космонавтов на Землю работа иммунитета начала медленно восстанавливаться. Точная причина таких изменений не установлена, поскольку это может быть стресс, нарушение работы биологических часов, нахождение в невесомости.

Еще одно исследование проводилось по влиянию невесомости на кожу организма. Космонавты часто жаловались на возникновение зуда кожи и сухости. Для эксперимента на орбиту отправили мышей сроком на три месяца. Обследование вернувшихся из космоса грызунов показали, что кожный покров истончился на 15%, а также изменился рост шерсти. Причем изменения происходили на уровне генов.

В невесомости кровь оказывает давление на мозг
В невесомости кровь оказывает давление на мозг

Космонавты, работающие на МКС, часто жалуются на ухудшение зрения. По прибытию их на Землю зрение тоже постепенно возвращается к прежнему состоянию, но, как и в случае с другими органами и системами, все зависит от длительности нахождения в космосе. Ученые активно занимаются поиском решений, которые помогут снизить влияние невесомости на человеческий организм.

Невесомость несвойственна для человеческого организма. Многие его системы зависимы от силы притяжения, поэтому отсутствие гравитации негативно сказывается на здоровье космонавтов. Ухудшается работа опорно-двигательного аппарата, сердечнососудистой системы, ослабевают мышцы, зрение, иммунитет, состояние кожи. Пагубный эффект невесомости зависит от того, насколько долго космонавт пребывает в космосе. Для профилактики различных заболеваний и проблем используется специальное снаряжение, а космонавты тщательно готовятся к отправке в космос.

Источник: kipmu.ru

Гравитация и тело человека

Человек освоил прямохождение около 3,6 миллионов лет назад. Наша походка формировалась под действием силы тяжести, эквивалентной примерно на 9,8 ньютонов на килограмм массы тела. Рассчитав крепость костей и мускулатуры, исследователи выяснили, что люди смогут передвигаться, пусть и с огромным трудом, на планетах, чья гравитация в 4 раза превышает гравитацию на Земле. В случае, если гравитация на экзопланете будет превышать земную в пять раз, человек не сможет даже пошевелиться.

Однако главной опасностью при такой силе тяжести окажется нагрузка на сердце – перекачивание крови в верхние отделы организма будет сильно затруднено, так как вся кровь прильет к нижним конечностям. В случае же, если гравитация превысит земную в десять раз, скелет сломается под тяжестью собственного тела.

К столь критической оценке исследователи пришли приняв во внимание тот факт, что наши кости – впечатляющие сооружения, если говорить о технике. На самом деле, одна только большеберцовая кость способна выдержать примерно 90-кратную земную гравитацию, прежде чем расколоться. Работая с цифрами о силе человеческой мускулатуры, исследователи определили, что находясь в хорошей физической форме и регулярно тренируясь мы довольно просто могли бы противостоять силе тяжести не более 5 g.

Если вам интересно, какое будущее ожидает нашу цивилизацию, подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Но можно ли ходить при такой гравитации? С точки зрения физики, ходьба – это, по существу, цикл контролируемого падения, где качание каждой ноги предотвращает встречу лица с землей. Этот паттерн «падение-сброс-падение-сброс» заставляет наш центр масс качаться вверх и вниз, где сосредоточена большая часть работы. Вот почему физики разработали собственную модель так называемой «перевернутой маятниковой походки», учитывающую колебания центра масс человека и время его раскачивания ногами. Рекорд Бьернссона (игра престолов), составляющий пять шагов, устанавливает довольно хороший ориентир для верхних пределов того, чего может достичь человеческая походка.

Объединив массу бревна, вес и размер ноги Бьернссона, команда определила, что человек с таким же телосложением может медленно передвигаться по планете с гравитацией – или g – примерно в 4,6 раза больше земной. Наше сердце едва справляется с гравитацией около 5 g, выше которой мы начинаем терять сознание. Таким образом, похоже, эта цифра устанавливает абсолютную границу для любого вида человеческого исследования.

Как пишут сами авторы исследования, работа имеет ряд ограничений. Так, авторы не учитывали роль скафандров и любых дополнительных технологий, которые могут увеличить предел допустимой силы тяжести. Тем не менее, для долгосрочного пребывания на незнакомой планете это вряд ли это подойдет.

Гравитация на экзопланетах

Претендентом на самую большую экзопланету земного типа является экзопланета BD+20594b – планета, диаметром в половину диаметра Нептуна и примерно такой же массой. На ее поверхности гравитационное притяжение в три раза больше чем на Земле.

Вам будет интересно: #видео | В зоне Златовласки обнаружена экзопланета земного типа

Вообще, BD+20594b довольно странная планета, поскольку масса большинства скалистых миров составляет менее 1,6 массы нашей планеты и гораздо меньший радиус, так что может и не стоит выбирать ее в качестве будущего дома человечества.

Авторы работы, опубликованной в журнале The Physics Teacher отмечают, что из 594 экзопланет, достаточно изученных для того, чтобы оценить на них силу тяжести, пригодными для человека являются 422 (если не принимать во внимание другие условия, которые могут быть и пострашнее гравитации). А как вы думаете, приземлятся ли люди когда-нибудь на эти далекие миры, по крайней мере в обозримом будущем? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Источник: Hi-News.ru

1

  • Авторы
  • Резюме
  • Файлы
  • Ключевые слова
  • Литература

Только человек сопротивляется направлению гравитации: ему постоянно хочется падать вверх.
Ф.Ницше

Жизнь – это медленно рождаться.
Антуан де Сент-Экзюпери

Мы не в состоянии избавиться от силы тяжести и поэтому навсегда останемся невежественными относительно ее роли в эволюции.
Ч. Дарвин

Рассматривая вопросы здоровья и нездоровья человека, следует учитывать его принципиальные отличия от всех остальных животных. Изучаемые в современной антропологии морфологические и психосоциальные базовые качества человека, как биологического вида [2,33], и с учетом эволюционной последовательности их проявления можно сформулировать в синтетическом понятии гоминидной триады – прямохождение, мозг и речь, из которых ключевым признаком биологии вида Homo является прямохождение. Эти признаки называются именно в той последовательности, в какой они формировались в эволюции Homosapiens.

Несколько миллионов лет назад – это прямоходящее существо, мозг которого по своим относительным размерам не отличался от остальных животных. Но владельцем этого мозга было существо, которое перемещалось на двух ногах (бипедия) и при полностью разогнутом туловище, длинная ось которого по гравитационной вертикали совпадала с длинной осью нижних конечностей (ортоградная поза). При этом важно подчеркнуть, что прямохождение – это не просто поза, а уникальная форма адаптации к жизни в условиях земной силы тяжести.

С момента зарождения жизни на нашей планете на протяжении многих миллионов лет происходило постепенное изменение большинства факторов внешней среды (состава атмосферы, температуры, атмосферного давления и др.); неизменным оставалось лишь действие гравитации. Все тела живой и неживой природы находятся под постоянным гравитационным влиянием планеты, которое стало существенным фактором развития растительного и животного мира на Земле.

Жизнь зародилась и долгое время существовала в воде, т.е. в среде, в которой противодействующие весу тела силы идеально распределены по всей его поверхности. В этих условиях ослабевает восприятие веса тела, что существенным образом уменьшает и проявление земной силы тяжести на организм. Постепенный переход живых существ от водной среды обитания к земноводному и наземному образу жизни привел к относительному усилению влияния гравитационных сил. Это влияние в дальнейшем прогрессировало параллельно изменению характера статики (от четвероногой к полувертикальной) и достигло максимума при прямохождении.

Живые существа активно взаимодействуют с гравитационным окружением. История развития наземных животных – это история преодоления силы тяготения. В результате произошло формирование мощного скелета и мышечной системы наземных позвоночных, обеспечивающих опорную функцию и реализацию позной и двигательной активности. В отношении именно этой функции (реакции, адаптации) был впервые использован термин «антигравитационная» [34,38].

Увеличение энергетических потребностей, что связано с относительным возрастанием влияния гравитационных сил на животные организмы в процессе их эволюционного развития, привело к направленным изменениям практически во всех системах организма [см. обзор, 7], включая модификацию системы газообмена [20,21,36]. Гравитация наложила свой отпечаток на весь обмен веществ животного организма, став существенным фактором его развития.

Прямостояние и прямохождение явились биологической базой для прогрессивного развития, прежде всего двигательных возможностей Человека прямоходящего. Это и усложнившаяся система ориентации в пространстве и поддержания равновесия в условиях относительного повышения центра тяжести и резкого уменьшения площади опоры при бипедии (двустопости). Это и освобождение пары передних (верхних) конечностей от примитивной функции опоры и возможность развития хватательной функции, а на ее основе формирование и прогрессивное развитие тонких дифференцированных движений кистью и пальцами. Все это и обеспечило многообразие поз и форм движений Человека. Начиная от естественного поведения, бытовой и хозяйственной деятельности и заканчивая спортом, искусством и наукой.

Двигательные возможности Человека прямоходящего явились основой для прогрессивного развития нервной и мышечной систем, а на их основе и прогрессивного развития мозга. Такое эволюционное накопление и привело к увеличению относительной массы мозга, функцией которого стала речь [33]. Особо следует подчеркнуть, что выразителем интеллектуальной составляющей речи являются опять-таки двигательные возможности. Это тонкая и сложно координированная работа нескольких десятков мимических мышц и не только их, учитывая экспрессивность человеческой речи.

Рассмотренная эволюционная последовательность изменений влияния земной гравитации на животные организмы, включая процесс становление сначала Человека Прямоходящего, а затем Человека Разумного, проявляется и в определенной этапности возрастного развития человека. Это проявляется в стереотипном формировании характерных поз и движений, подготавливающих ребенка к становлению у него стояния и прямохождения – по сути первого признака гоминидной триады (рис. 1).

Влияние гравитации на организм человека

Рис. 1. Этапы позной адаптации к земной гравитации у детей до года

Влияние земной гравитации на развитие плода минимально. Взвешенность плода в околоплодных водах обуславливает равномерное распределение силы тяжести по всей поверхности тела, которая равна площади опоры, а отсюда и минимальную гравитационную напряженность. Это определяет относительно слабое непосредственное влияние на плод силы тяжести.

Рождение ребенка – это начало формирование базовых биологических адаптаций к основным физическим условиям среды. После рождения ребенок полностью оказывается во власти гравитационных сил планеты. И если переход на легочный тип дыхания происходит практически сразу после рождения с первым криком ребенка, то адаптация к жизни в гравитационном поле Земли растягивается на годы, проходя характерные этапы, определяющие видовые особенности всего постнатального развития человека.

Если другие животные после рождения очень быстро осваивают позу стояния, а затем и передвижение на четырех конечностях (например, жеребенок и теленок), включая и детеныша самого крупного наземного млекопитающего – слоненка, то у человека этот процесс затягивается на более длительный период времени. Только к году, пройдя через поэтапное формирование характерных поз тела (рис. 1) и соответствующих форм двигательной активности, которые определяются как антигравитационные реакции [3,4,5], ребенок может самостоятельно и непродолжительно стоять и сделать первые шаги. Полное освоение прямохождения и устойчивой реализации основных локомоторных форм (ходьба, бег, прыжки и другие) с возможностью длительного поддержания вертикальной позы затягивается до 6–7 лет. Параллельно формируется и к этому возрасту закрепляется индивидуальный профиль функциональной (моторной, сенсорной, психической) асимметрии и схемы не просто тела, а постуральной модели человека как прямоходящего существа [16].

Это оказывается, действительно, очень длительный и трудный процесс формирования всего того, что принципиально отличает двигательный образ жизни Человека прямоходящего от остальных животных с четвероногой локомоцией. Практически любое животное можно обучить стоять и передвигаться на задних конечностях, но длительно (на протяжении многих часов) и так координировано, как это делает Человек, даже с грубыми неврологическими дефектами, например, при детском церебральном параличе или после перенесенного инсульта, недоступно ни одному виду животных. И, наконец, только у Человека формируется и закрепляется исключительно надежная регуляция кровообращения по гравитационному (гидростатическому) фактору, которая обеспечивает функционирование сердечно-сосудистой системы (CCC) в условиях прямохождения [8,11].

На рисунке 2 схематически показаны этапы относительных изменений влияния земной гравитации и напряженности организменной адаптации в процессе роста, физического развития и жизнедеятельности человека: 0 – пренатальное развитие (от оплодотворения яйцеклетки до рождения); 1 – формирование прямостояния (от рождения до 1 года); 2 – формирование основных локомоторных форм прямохождения (к 5 годам); 3 – способность длительного удержания тела в условиях прямостояния и прямохождения (к 7 годам); 4 – половое закрепление прямохождения и формирование полодифференцированных форм адаптации организма женщин и мужчин к гравитации (к 20–21 годам); 5 – репродуктивные и нозологические формы нарушения адаптации на протяжении первого и второго зрелого возраста (от 20–21 года до менопаузы у женщин и до 60 лет у мужчин); 6 – старение и амортизационные формы проявления адаптации к гравитации (после менопаузы у женщин и старше 60 лет у мужчин и до конца жизни).

Влияние гравитации на организм человека

Рис. 2. Этапы относительных изменений влияния земной гравитации и организменной адаптации к ним в процессе развития и жизнедеятельности человека

Помимо возрастных границ основных этапов, по шкале возраста цифрами обозначены дополнительные разграничительные даты в пределах выделенных этапов. По этапу 4 – дата 14–15 лет соответствует вхождению в период полового созревания, по этапу 5 – дата 35 лет разграничивает периоды 1-го и 2-го репродуктивного возраста, по этапу 6 – дата 70 лет разделяет фазу пострепродуктивного возраста до и после условного рубежа средней продолжительности жизни. В качестве последней принимается условная средняя продолжительность жизни при рождении от общей численности населения по данным ВОЗ [27]. Рассмотрим содержание этапов онтогенетической адаптации к земной гравитации в жизнедеятельности Человека как существа прямоходящего более подробно.

В процессе формирования основного биологического качества Человека – прямохождения со всеми его составляющими (ортоградная позная статика и бипедальные формы многообразных локомоций, гравитационный фактор кровообращения) влияние земной гравитации постоянно усиливается. Сначала – это скачкообразное усиление к 1 году, когда ребенок встал на ноги, а в дальнейшем перманентно в связи с ростовым увеличением линейных размеров и изменениями пропорций тела. Кроме того, усиление гравитационной напряженности связано и с увеличением жизненной экспозиции пребывания в вертикальном положении тела (стоя, сидя, при ходьбе).

Последующий период ростовой адаптации Человека к жизни в условиях земной силы тяжести совмещается с половым созреванием и завершением роста и физического развития (к 20–21 годам). Относительное усиление влияния земной гравитации на данном этапе развития связано с дальнейшими изменениями массы, линейных размеров и пропорций тела. Ростовой процесс продолжается, но уже в видоспецифических для человека условиях многообразия локомоторных форм прямохождения. Именно в этих условиях в процессе роста и физического развития происходит окончательное оформление характерной соматической конституции человека как прямоходящего существа.

Определенную нестабильность на этом этапе организменной адаптации к земной гравитации придает пубертатный скачок роста. Реальной для данного этапа является и перманентно увеличивающаяся суточная экспозиция гравитационной нагрузки в вертикальном положении тела в связи со значительным расширением деятельности в социальной сфере и в периоде активной жизнедеятельности (учеба, спорт, развлечения и т.д.) детей и особенно подростков.

Важнейшим содержанием этого этапа является половое закрепление характерных для прямоходящего Человека форм локомоций, а также полодифференцированных форм адаптации организма женщин и мужчин к гравитации. Речь идет не о различиях просто двигательного поведения, хотя и они очевидны, а имеются в виду конституциональные особенности двигательного обеспечения полового поведения и детородной функции. Это, прежде всего, изменения в организме женщины, подготавливающие его к длительному вынашиванию беременности.

После завершения процессов физического развития и формирования конституции тела, с вступлением в зрелый период жизни относительное усиление гравитационной напряженности связано преимущественно с увеличением суточной экспозиции пребывания в вертикальном положении тела в связи с повышающимся уровнем социально и репродуктивно мотивированной поисковой активности. Кроме того, это и наиболее продолжительный этап жизни человека, на протяжении которого реализуются репродуктивные и нозологические формы адаптации к земной гравитации. Для женщин это, прежде всего, беременность – состояние, при котором значительно и на протяжении достаточно продолжительного времени усиливается гравитационная нагрузка на организм женщины.

Это и нарушение суточного ритма с увеличением времени пребывания в вертикальной позе с укорочением периода лежания, включая нарушения естественной синхронизации по биоритму день-ночь. Все это дополнительно усиливает напряжение организма в режиме антигравитационного обеспечения [10], реально ведущее к развитию синдрома утомления [15].

Такое усиление антигравитационного напряжения реально на фоне нарастающей на протяжении второго репродуктивного возраста (старше 35 лет) заболеваемости. В этом отношении особому обсуждению подлежит рассмотрение основных неинфекционных заболеваний, типичных для нозологического профиля человека. Это, прежде всего, заболевания CCC – артериальная гипертония и гипотония, ишемическая болезнь сердца, нарушения мозгового кровообращения, недостаточность артериального и венозного кровообращения нижних конечностей. Кроме того, это дегенеративные заболевания позвоночника и крупных суставов, в первую очередь, тазового пояса и нижних конечностей. Это язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, сахарный диабет и ряд других заболеваний.

С одной стороны, на фоне любых заболеваний дополнительно усиливается напряженность систем организма в режиме антигравитационного обеспечения. Отсюда широко практикующаяся врачебная рекомендация для болеющих людей – расширение постельного режима. С другой стороны, характерные для человека болезни являются проявлением особой (нозологической) формы адаптации к относительно усилившемуся влиянию земной гравитации [8,9,15], что рано или поздно приводит к дезадаптации. Такое жизненное антигравитационное напряжение организма на протяжении всего постнатального онтогенеза, взаимодействуя с факторами риска (средового и организменного происхождения), и определяет антропогенетическую основу процесса старе­ния, включая главные неинфекционные болезни, качество и продолжительность жизни человека. С этих позиций представляется целесообразным пересмотр определения термина «антропопатология» (греч. ánthropos – человек, греч. παθος – страдание, боль, болезнь и λογος – изучение), основанного на представлении о том, что развитие болезни у человека (будто бы у других животных иначе) не ограничивается локальным процессом, а оказывает влияние на весь организм [18,25,26,31,32]. Хотя уже тогда [25,26] и в последующее [18] время были достаточно обоснованные предпосылки связать определение «антропопатология» с прямохождением.

Иные возможности адаптации к гравитационной нагрузке при прямохождении определяются у человека в пострепродуктивном возрасте. На фоне старения существенно ослабляется возможность поддерживать уровень антигравитационного напряжения организма. Именно поэтому все большее время человек предпочитает находиться в покое, особенно в положении лежа.

Предложенные этапы постнатального онтогенеза Человека, ориентированные на его биологическое качество – прямохождение, позволяют по-иному рассматривать основные проявления его жизнедеятельности во всем диапазоне состояний – здоровье – нездоровье – болезнь, с учетом адаптации организма к земной гравитации.

Активное противодействие организма, особенно его опорно-двигательного аппарата и кровообращения, гравитационным силам требует соответствующего энергетического обеспечения. У наземных животных среднего размера расход энергии на уравновешивание механических условий окружающей среды составляет от 20 % до 27 % от общего расхода энергии. У более крупных животных с массой тела порядка 70 кг расход энергии выше и составляет в условиях одинаковой двигательной активности около 40 % от общей величины энергозатрат [46]. У человека же гравитационный компонент энергозатрат еще выше и составляет от 40 % до 50 % всей метаболической энергии [35], а при ослабленном (болезнью, утомлением, недоеданием) состоянии организма и выше. Именно поэтому общий уровень обмена у человека на протяжении всего постнатального онтогенеза относительно выше, чем у остальных животных.

На рис. 3 представлена композиция фрагментов логарифмических шкал возрастной зависимости метаболизма (калории/кг массы тела в сутки) у мелких (крысы – верхняя группа кривых) и крупных (овцы, свиньи, лошади, крупный рогатый скот – нижняя группа кривых) животных [43]. Данные по человеку (выделено темной зоной) приведены у женщин и мужчин [37] в положении лежа (соответственно нижняя и верхняя кривая) и промоделированы стоя (верхний край затемненной зоны) в соответствии с приростом показателей энергообмена при спокойном стоянии по отношению к уровню основного обмена. В ряду млекопитающих от мелких и до крупных животных общий уровень интенсивности обмена на единицу массы тела снижается. Эта закономерность проявляется и в пределах каждого вида животных, включая человека, на протяжении онтогенеза – сначала быстрое, а затем медленное снижение уровня метаболизма.

Влияние гравитации на организм человека

Рис. 3. Возрастная динамика основного обмена у человека и животных.

Если ориентироваться на стандартные условия определения у человека основного обмена, а это в положении покоя лежа, то и в этом случае общий уровень метаболизма у человека, как было отмечено выше [35,46], значительно выше, чем у животных, близких по массе тела. При этом следует иметь в виду, что сопоставимым с четвероногими животными условием определения основного обмена у человека является все же не лежание, а спокойное стояние. Поэтому если сравнивать интенсивность метаболизма человека с остальными животными с учетом этого условия (на рис. 3, верхний край затемненного профиля), то совершенно очевидно более высокий уровень обмена выявляется у человека.

Более высокая энергетическая стоимость прямохождения выявляется и по сравнительной оценке расходов кислорода у различных животных, включая человека [39]. По данным рис. 4 представлена цена бега, выраженная в количестве кислорода, необходимом для перемещения 1 кг массы тела на 1 км. Эти расходы закономерно снижаются с увеличением размеров тела: 1 – белая мышь, 2 – кенгуровая крыса, 3 – суслик, 4 – белая крыса, 5 – собака, 6 – человек, 7 – пони, 8 – лошадь. Данные по человеку (бег на двух конечностях) располагаются выше линии регрессии, по которой представлены млекопитающие, передвигающиеся на четырех конечностях. При соблюдаемой одной скорости бега для всех объектов исследования это свидетельствует о более высокой энергетической стоимости локомоции в условиях прямохождения. Бипедия оборачивается почти в два раза большим расходом энергии по сравнению с типичным для млекопитающих передвижением на четырех ногах [49].

Влияние гравитации на организм человека

Рис. 4. Потребление кислорода человеком и животными на единицу массы тела на 1 километр

В связи с такой высокой энергоемкостью антигравитационной функции животных организмов параллельное формирование у них гомотермии несомненно явилось прогрессивным морфогенетическим процессом, отражающим адекватное терморегуляционное обеспечение наземного существования организмов в гравитационом поле Земли. Высокая энергоемкость прямохождения как определяющего видового качества человека и соответствующее повышение теплопродукции потребовало формирование адекватного и более мощного, по сравнению с остальными животными, механизма теплоотдачи. Отсюда и уникальная у человека характеристика кожного покрова как основного эффекторного органа терморегуляторного обеспечения

Поэтому в эволюции человека – сначала прямохождение, затем рудиментация шерстного покрова и переключение на кожный кровоток, как основной механизм теплоотдачи при резко возросшей энергоемкости жизнедеятельности в условиях вертикального положения тела, а сапиенизация и все, связанное с ней, потом. В том числе и формирование характерных для человека форм поведенческой терморегуляции – от примитивной одежды, согревания у открытого очага и в жилище до антропогенного изменения жизненного пространства и формирования новых источников энергии на Земле и в Космосе. Другими словами – сначала надежный животный организм, обеспечивающий жизнедеятельность прямоходящего существа в уникальных условиях очень высокого, по сравнению с остальными животными, энергоемкого антигравитационного напряжения базовых функций организма – двигательной, циркуляторной и терморегуляторной. Модификация системы терморегуляции и достижение ее высокой степени эффективности у прямоходящего человека отражает значение энергетического напряжения и теплового стресса (внешнего и внутреннего происхождения) как фактора давления в эволюционном отборе гоминид [40].

Сложная и длительная позно-двигательная адаптация к земной силе тяжести в процессе формирования прямохождения у Человека является необходимой базой и для его психического развития.

На рис. 5 показаны имеющиеся в литературе данные по срокам миелинизации проводящих систем мозга человека [1,50]. Они наложены на этапы онтогенетической адаптации к земной гравитации в процессе становления прямохождения, начиная с внутриутробного периода – этапы 0, 1, 2, 3, 4. и 5 (см. рис. 2). Номерами сверху вниз обозначены различные проводящие пути: 1 – вентральные и 2 – дорсальные корешки спинного мозга, 3 – вестибуло-акустический тракт покрышки, 4 – медиальные лемниски, 5 – внутренняя и 6 – наружная часть нижних ножек мозжечка, 7 – верхние и 8 – средние ножки мозжечка, 9 – ретикулярная формация, 10 – ножки нижнего и 11 – верхнего двухолмия, зрительный нерв и тракт, 12 – таламический пучок Фареля Н1 и пучок Викдазира, 13 – лентикулярная петля, 14 – лентикулярный пучок Фареля Н2, 15 – зрительная радиация, 16 – соматосенсорная радиация, 17 – акустическая радиация, 18 – неспецифическая таламическая радиация, 19 – стриатум, 20 – пирамидный тракт, 21 – люмбо-мостовой тракт, 22 – свод, 23 – цингулюм, 24 – длинные комиссуральные пучки мозга, 25 – внутрикорковые ассоциативные связи.

Влияние гравитации на организм человека

Рис. 5. Возрастная динамика структурной организации проводящих путей мозга (по скорости миелинизации)

Очень важно, что именно только после состоявшегося перехода к прямохождению идет формирование речи – сложнейшего психомоторного выражения процесса сапиенизации ребенка. Поэтому становится понятной необходимость определенного уровня зрелости нервной системы для успешного психомоторного развития ребенка.

Не случайно, не просто соответствие, а фактически полное совпадение сроков завершения структурной организации большинства проводящих путей мозга [1,50] с наиболее важными первым (до 1 года) и вторым (до 5 лет) этапами онтогенетической адаптации к земной гравитации в процессе становления прямохождения (рис. 5). Это является свидетельством весьма интимных отношений между параллельным и взаимозависимым развитием нервной системы и характерных для человека позно-двигательных форм, как основы его дальнейшей сапиенизации. В онтогенезе, как и в эволюции, сначала идет формирование Homoerectus (Человека прямоходящего) и только затем Homosapiens (Человека разумного). Это и есть биологическая база для развития мозга и дальнейшего формирования такой психодвигательной реализации развития человека как формирование речи [33], без которой невозможно полноценное завершение процесса онтогенетической сапиенизации.

На рисунке 6 приводится этапная последовательность основных поз ребенка как проявление адаптации к земной силе тяжести в процессе становления у него прямостояния, а затем прямохождения и составленная на основе сводных данных [19,22,28] последовательность овладения сначала звуковыми компонентами, а затем и речью.


Библиографическая ссылка

Диленян Л.Р., Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С., Рыжаков Д.И., Кононец В.В., Пухальская Л.Г. «ГРАВИТАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ – АНТРОПОЛОГИЯ» В АНТРОПОГЕНЕТИЧЕСКОМ ОБОСНОВАНИИ ЗДОРОВЬЯ И НЕЗДОРОВЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13976 (дата обращения: 21.07.2021).



Источник: science-education.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.