Космическая анатомия

В связи с выходом человека в космос он стал проникать в новую для него внешнюю среду - внеземное, космическое пространство с его иными свойствами - отсутствием воздушной атмосферы и земного тяготения. Этот выход заставил по-новому взглянуть на всю анатомию растений, животных и человека, которая во многом является морфологическим выражением приспособления живой природы к гравитационному полю Земли.

Вся предшествующая эволюция человеческого организма имела своей движущей силой приспособление (адаптацию) его к жизни на Земле, в частности к земному притяжению (гравитации). Это особенно ярко можно видеть, например, на развитии аппарата движения позвоночных. У них появился твердый скелет и мощная мускулатура. При этом у животных, живущих в воде (рыбы), где вес тела облегчен, костный скелет развит еще слабо или даже совсем отсутствует (хрящевые рыбы); отсутствуют и опорные конечности, а имеются плавники, являющиеся приспособлениями для движения в воде. При выходе позвоночных из воды на сушу, где сила тяжести увеличивается, животные приобретают новые приспособления для движения по земле - конечности, при помощи которых они сначала только ползают на брюхе (рептилии) или выползают из воды на сушу (крокодилы).

В дальнейшем с развитием конечностей животные постепенно как бы отрывают брюхо от земли и становятся на четыре ноги (четвероногие) или даже на две ноги (прямохождение человека).

Пневматизация костей и превращение передних конечностей в крылья у птиц позволяет им взлетать в воздух.

Таким образом, все строение аппарата движения определяется силами земного тяготения, а само движение и другие механические функции (опора) есть преодоление его.

С этой точки зрения аппарат движения можно рассматривать как аппарат преодоления гравитации (аппарат антигравитации). С этой же точки зрения необходимо рассматривать и строение составляющих его органов - костей, суставов и мышц.

Так, строение кости из компактного и губчатого вещества, расположение костных перекладин соответственно направлению сил сжатия и растяжения, содержание в костном веществе солей кальция и прочие определяется силами гравитации. Это доказывается тем, что в условиях невесомости отмечается декальцинация костного вещества, разрежение его (остеопороз) и нарушение обычного строения и формы кости. Также и мышцы теряют нормальное расположение и направление мышечных волокон, и наступает их дегенерация.

Анализ изменений всех элементов аппарата движения показывает, что в условиях невесомости организм как бы стремится освободиться от тех структур, которые не требуются ему в этих условиях.

Аппарат преодоления гравитации в условиях гравитационного поля Земли работает в единстве со стато-кинетическим анализатором. Последний на основании изучения его в условиях невесомости рассматривается теперь не только как анализатор равновесия, статики и динамики тела, но и как анализатор сил земного тяготения.

Этот анализатор только исторически и грубо анатомически связан с анализатором слуха, отчего оба они по традиции объединяются в один орган слуха и равновесия, organon vestibulocochleare.

На самом деле у позвоночных животных и человека имеется отдельный анализатор чувства земного притяжения и пространства, именуемый не совсем точно стато-кинетическим анализатором. Он имеет свой рецептор, названный Я. А. Винниковым рецептором гравитации, который локализуется в utriculus, sacculus и полукружных каналах. Он имеет свой нерв, p. vestibularis, входящий в состав n. vestibulocochlearis (VIII пара черепных нервов), который содержит также отдельный нерв слухового анализатора, p. cochlearis. Имеются и свои ядра в головном мозге и корковый конец в височной и теменной долях его.

Поступающие из рецептора гравитации сигналы перерабатываются в корковом конце стато-кинетического анализатора. Отсюда соответственные импульсы поступают в эфферентный отдел нервной системы аппарата движения и преодоления сил земного тяготения, образуя функциональную систему (П. А. Анохин) адаптации к силам земного притяжения и их преодоления. При этом тело всегда на что-то опирается, за исключением редких секунд во время прыжка.

Таким образом, вся эволюция человека в условиях жизни на нашей планете обусловила возникновение специального органа, приспособленного к восприятию сил земного тяготения. Развившись вместе с органом слуха, он постепенно отделился от него и стал самостоятельным анализатором чувства земного притяжения.

Следовательно, органов внешних чувств имеется не пять, как обычно пишется в учебниках, а шесть: анализаторы кожного чувства, чувства земного притяжения и положения в пространстве, слуха, зрения, вкуса и обоняния.

К земной жизни приспособлены и внутренности. Например, весь путь пищеварительного тракта от ротовой полости до заднего прохода в общем совпадает с направлением силы тяжести. В тех же отрезках кишечника, в которых содержимое продвигается против этих сил, последние преодолеваются сокращением гладкой мускулатуры. Благодаря этому акт глотания и движение пищи по пищеводу может происходить даже при стоянии человека вверх ногами. Все развитие и строение интеграционных систем (нервной и сосудистой) как и всего организма, который они объединяют, ясно приспособлено к силам земного притяжения. Ярким примером этого из области нервной системы служит мозжечок, являющийся органом приспособления организма к преодолению основных свойств массы тела - тяжести и инерции.

Из трех состояний материи (твердого, жидкого и газообразного) наиболее поддается силам земного тяготения жидкость. Поэтому сосудистая система человека имеет специальные приспособления для преодоления гравитации.

Сердце и сосуды проталкивают кровь не только по направлению к земле, но и обратно, как это имеет место в артериях головы, в венах и лимфатических сосудах туловища и конечностей. Движение крови вверх осуществляется сокращением сердца и артерий, преодолевающих силу тяжести, а в венах и лимфатических сосудах присасывающая сила грудной клетки и сокращение сосудистой стенки дополняются клапанами, препятствующими падению крови и лимфы вниз и являющимися, таким образом, антигравитационными приспособлениями.

Благодаря соответственным механизмам сердечно-сосудистая система осуществляет свою нормальную функцию в любом положении тела.

Так обстоит дело в обычных условиях. При полете с Земли в космос космонавту приходится полностью преодолевать все силы земного притяжения и испытывать огромные гравитационные перегрузки. Под воздействием этих перегрузок в сосудистой системе нетренированного организма совершаются значительные макро- и микроскопические изменения ее структуры.

Артерии по сравнению с нормой претерпевают следующие изменения (М. Г. Привес, В. И. Степанцов, Н. И. Зотова, И. Н. Преображенская, А. К. Косоуров и др.):

а) артериальное русло органа инъецируется неодинаково, вследствие чего чередуются участки с различной степенью выявления сосудов, то более, то менее густые;

б) направление сосудов меняется и становится необычным;

в) сосудистые стволы перестают быть прямыми и делаются извитыми; контуры их неравномерные, волнистые;

г) диаметр сосудов оказывается неодинаковым, они местами расширяются, а местами суживаются вплоть до полного перехвата (спазм).

Местами, наоборот, встречаются локальные односторонние расширения типа аневризм ("микроаневризмы") с истончением артериальной стенки. Иногда возникают даже разрывы стенки сосуда с выхождением его содержимого наружу.

Все эти изменения обусловливают искажение нормальной ангиоархитектоники.

Эти макроскопические изменения сосудов обусловлены потерей мышечного тонуса и эластичности сосудистой стенки вследствие дегенеративных изменений мышечных и эластических волокон (Р. А. Бардина).

В системе микроциркуляции наблюдаются извилистость и неравномерное расширение капилляров, мелкие кровоизлияния, микроаневризмы и микроварикозности (В. В. Куприянов и В. Г. Петрухин).

Капиллярная сеть становится неравномерной: то густой, то редкой. Диаметр капилляров делается неодинаковым: местами они резко расширяются, местами суживаются вплоть до полного перехвата.

Изредка в капиллярной сети встречаются резкие паралитические расширения капилляров, занимающие небольшие участки ее (Н. И. Зотова, О. М. Михайлова).

Вены изменяются примерно так же, как артерии, а именно:

а) нормальная ангиоархитектоника венозного русла искажается вследствие изменения направления венозных стволов и неравномерной густоты выявляющихся сосудов (А. В. Дроздова);

б) вены становятся извитыми и неравномерно суживаются и расширяются;

в) местами возникают локальные, односторонние расширения типа варикозных ("микроварикозности") с истончением венозной стенки, которая иногда разрывается с выхождением содержимого сосуда за его пределы.

Лимфатические сосуды претерпевают следующие изменения (М. Г. Привес, Б. И. Пшегорницкий):

а) выявляется большее количество инъецирующихся сосудов, чем это наблюдается в норме;

б) все эти сосуды выглядят более широкими, чем обычно;

в) резко обозначаются клапаны лимфатических сосудов;

г) последние становятся извитыми;

д) повышается проницаемость стенки сосудов, вследствие чего введенное в них красящее или контрастное (для рентгенолимфографии) вещество выходит за пределы сосудов в окружающие ткани;

е) лимфатические узлы увеличиваются.

Отмеченные анатомические изменения лимфатических сосудов и узлов являются морфологическим выражением застоя лимфы, обусловленного действием перегрузок в обратном направлении по отношению к току лимфы.

При направлении вектора перегрузки, совпадающем с направлением тока лимфы, эти изменения выражены меньше.

Описанные изменения сосудистого русла (кровеносного и лимфатического) зависят от разных факторов:

а) от величины гравитационной перегрузки - чем больше ее величина, тем резче отмеченные анатомические изменения;

б) от направления вектора перегрузки - при продольных перегрузках изменения резче, чем при поперечных;

в) от направления движения жидкости в сосуде - при направлении вектора перегрузки, обратном току жидкости, изменения более резкие, связанные с ее застоем. При направлении вектора перегрузки, совпадающем с направлением тока крови, изменения выражены меньше. Однако морфологические изменения сосудов, вызванные гравитационными перегрузками, определяются не только законами гемодинамики, но также и реакцией нервной системы. Как и все другие процессы организма, адаптация (приспособление) сосудистой системы к этим экстремальным условиям осуществляется с помощью нейро-гуморальной регуляции при ведущей роли нервной системы (неврогенная теория);

г) от направления сосудистых стволов - сосуды, совпадающие в своем ходе с направлением вектора перегрузки изменяются меньше, чем сосуды, перпендикулярные ему.

Учитывая эти закономерности и зная направление как внеорганных, так и внутриорганных сосудов в данном органе, можно заранее предсказать характер анатомических изменений, возникающих под влиянием гравитационных перегрузок в каждой части тела, в каждом отдельном органе и его отдельном участке.

Этому помогает знание закономерностей распределения внутриорганных сосудов, описанных нами.

При этом надо учитывать формы разветвления внутриорганных сосудов. Имеются две основные формы: 1) рассыпная, когда материнский ствол сразу рассыпается на дочерние ветви радиарно, и 2) магистральная, когда материнский ствол идет в виде магистрали, от которого на всем ее протяжении последовательно отходят дочерние ветви параллельно друг другу, как ветви от ствола елки. При рассыпной форме разветвления в разных участках органа сосудистые стволы будут иметь различное направление, которое в одних местах будет параллельно вектору перегрузки, а в других - перпендикулярно ему. Поэтому в одном и том же органе будут наблюдаться разные анатомические изменения сосудов.

При магистральной форме разветвления сосудов материнский ствол идет на большем протяжении в виде магистрали, а его ветви параллельно друг другу. Вследствие этого изменения сосудов будут примерно одинаковыми на всей территории органа.

Таким образом, анатомия внутриорганных сосудов служит основой космической анатомии сосудистой системы.

Изменения в сосудистой системе тесно связаны с изменениями нервного аппарата стенок как артерий (М. Г. Привес, В. В. Астахова, В. И. Степанцов и А. В. Еремин), так и вен (С. С. Михайлов, В. М. Клебанов и др.).

Описанные изменения являются морфологическим выражением приспособления (адаптации) организма к особым (экстремальным) условиям космического полета. После непродолжительного действия гравитационных перегрузок возникшие изменения могут исчезнуть и сосудистое русло вернется к нормальному состоянию ("обратимость").

Предварительная специальная тренировка организма может предотвратить наступление структурных изменений сосудистого русла, что имеет большое практическое значение для подготовки космонавтов.

Кроме гравитационных перегрузок, при длительном пребывании в космическом корабле возникает проблема малоподвижности, так как при этом отмечается ограничение подвижности - гипокинезия, которая сопровождается ослаблением силы мышц, гиподинамией, особенно в условиях невесомости.

Гипокинезия и гиподинамия наблюдаются также у хронических больных, вынужденных длительно пребывать в постели. Она является и следствием развития транспорта и автоматизации различных видов производства. В связи с этим гипокинезию начинают считать "проблемой века".

При гипокинезии и гиподинамии происходят также определенные анатомические изменения в сосудистом русле:

а) неравномерная инъекция сосудов, вследствие чего общее их число становится меньше, чем в норме, причем местами образуются малососудистые или даже бессосудистые зоны;

в) направление сосудистых стволов меняется и делается необычным;

г) сосудистые стволы становятся непрямыми, волнистыми или извитыми;

д) диаметр их делается неравномерным, суженным иногда до полного перехвата или неравномерно расширенным;

е) местами встречаются единичные локальные односторонние расширения артерий ("микроаневризмы") и вен ("микроварикозности").

Сходные изменения отмечаются и в лимфатических сосудах (Л. А. Алексина):

а) затрудняется отток лимфы, вследствие чего лимфатические сосуды расширяются;

б) резче, чем в норме, обозначается клапанный аппарат;

в) повышается проницаемость сосудистой стенки с выхождением содержимого сосуда за его пределы;

г) выявляются резервные лимфатические сосуды, обычно не участвующие в оттоке лимфы из данной области тела, но в условиях гипокинезии включающиеся в лимфоток вследствие затруднения последнего.

Обобщая описание отмеченных изменений кровеносных и лимфатических сосудов, можно видеть, что возникающие при гравитационных перегрузках и гипокинезии анатомические изменения сосудистого русла сходны и принципиальных отличий не имеют; они не являются специфичными для какого-либо из названных экстремальных факторов.

Эти изменения оказываются морфологическим выражением приспособления (адаптации) кровеносной и лимфатической систем к экстремальным условиям космических полетов.

Космическая анатомия составляет новое направление анатомии, являющейся частью космической биологии и медицины. Она изучает изменение структуры организма и его органов и систем в процессе приспособления (адаптации) здорового организма к особым (экстремальным) условиям жизни в космосе и при возвращении на Землю (реадаптация)^*.

^* (Космическая анатомия сосудистой системы начала впервые разрабатываться на кафедре нормальной анатомии I Ленинградского медицинского института им. акад. И. П. Павлова под руководством проф. М. Г. Привеса (В. И. Степанцов, А. В. Еремин, A. В. Дроздова, Н. И. Зотова, И. Н. Преображенская, А. К. Косоуров, В. А. Муратикова, B. Г. Шишова, Л. А. Алексина, Л. И. Савинова, Б. И. Пшегорницкий, Р. А. Войнер, Е. А. Беляева и др.), а затем на кафедре нормальной анатомии Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова (Р. А. Бардина и др.).)

Подводя итог всему вышеизложенному, можно сказать следующее.

Если старая, описательная анатомия изучала строение тела человека как таковое, в отрыве от условий его жизни, то современная анатомия исследует человеческий организм в его единстве с внешней средой - биологической и социальной.

Изучение анатомии живых людей с учетом условий их жизни и работы дает в руки анатома богатейший материал для построения такой анатомии живого человека, которая ставит своей целью вскрытие закономерностей специфической эволюции человека и его индивидуальной изменчивости, обусловленных конкретным влиянием окружающей среды. Установление этих закономерностей создает предпосылки и для овладения ими, что способствует разработке проблемы направленного воздействия на человеческий организм с целью его гармоничного развития.

Разная адаптация структуры к внешним воздействиям связана с разной устойчивостью человека к заболеваниям и с их разными проявлениями.

Современная медицина не удовлетворяется общими схемами болезней, а стремится исследовать и лечить данного человека. Поэтому она требует и от анатомии не общих схем строения абстрактного человеческого тела, а точных сведений о структуре конкретного человеческого организма.

Изучение строения живого целостного организма, рассматриваемого в его единстве с условиями жизни, дает возможность переходить от анатомии человека вообще к конкретной индивидуальной анатомии людей, с учетом их образа жизни и труда.

Для построения такой анатомии требуется не только анализ, но и синтез. "Чтоб в бесконечном путь найти верней, и разлагать, и связывать умей" (Гёте). В противовес классической описательной анатомии развивается новая анатомия, которая не только описывает и объясняет структуру человеческого организма, но и вместе с другими науками изменяет ее, управляет ею с целью гармоничного развития человека.

Сбывается мечта Гёте, который говорил, что анатомия - это наука о строении, образовании и преобразовании. Современная анатомия - это прогрессивная и перспективная наука, живая - по мысли и для живого - по цели.