Несколько барьеров преграждают человечеству путь в космос. Многие из них — технические и биологические — преодолеваются на Земле. Но невесомость преодолеть на Земле нельзя. Физиологу не обойтись здесь без космических полетов. Многие космонавты уже находились в состоянии невесомости продолжительное время. Участникам будущих далеких космических полетов придется месяцами или даже годами жить в состоянии невесомости. Ученым предстоит решить, смогут ли космонавты без ущерба для здоровья выдержать месяцы и годы невесомости, или же на космических кораблях нужно создавать искусственную силу тяжести.
Что же такое невесомость и, наоборот, весомость — чувство тяжести? Где орган этого удивительного чувства, от которого никто не может избавиться на Земле? Как обеспечивается ориентация тела в трехмерном пространстве, в котором мы все живем?
Точная ориентация в пространстве достигается согласованной работой нескольких органов чувств — зрения и слуха, информацией, поступающей постоянно от проприорецепторов (о них вы прочтете дальше). Но главный орган чувства равновесия, положения тела в пространстве, — это вестибулярный аппарат. Его с особой тщательностью исследуют космическая физиология и медицина, ибо от него во многом зависит нормальное самочувствие космонавтов в полете.
Вестибулярный аппарат находится во внутреннем ухе, там же, где помещается улитка — орган слуха. Он состоит из полукружных каналов и отолитового аппарата.
Полукружные каналы расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и заполнены полупрозрачной студенистой жидкостью. При всяком перемещении тела или головы в пространстве, особенно при вращении тела, в этих каналах смещается жидкость.
Внутри каналов находятся чувствительные волоски, погруженные в жидкость. Когда при движении жидкость смещается, она надавливает на волоски, те немного сгибаются, и это мгновенно вызывает возникновение импульсов в окончаниях вестибулярного нерва.
Отолитовый аппарат, в отличие от полукружных каналов, воспринимает не вращательные движения, а начало и конец равномерного прямолинейного движения, ускорение или замедление его, а также (для невесомости это главное!) воспринимает изменение силы тяжести.
Принцип работы отолитового аппарата — органа, воспринимающего силу тяжести — гравитацию, — достаточно прост. Состоит он из двух маленьких мешочков, заполненных студенистой жидкостью. Дно мешочков покрыто нервными клетками, снабженными волосками. В жидкости взвешены маленькие кристаллики солей кальция — отолиты. Они постоянно (ведь на них действует сила тяжести) давят на волоски, в результате клетки все время возбуждены и импульсы от них по вестибулярному нерву «бегут» в мозг. От этого мы всегда ощущаем силу тяжести. При перемещении же головы или тела отолиты смещаются, и мгновенно меняется их давление на волоски — по вестибулярному нерву в мозг поступает информация: «Положение тела изменено».
Космонавтам в очень трудных условиях приходится определять положение своего тела в пространстве.
Только в космическом полете, когда сила тяжести исчезла, отолиты взвешены в жидкости отолитового аппарата и перестают давить на волоски. Лишь тогда прекращается посылка в мозг импульсов, сигнализирующих о положении тела в пространстве относительно центра тяжести. Тогда и наступает состояние невесомости, при котором исчезает чувство земли, чувство тяжести, к которому за миллионы лет эволюции приспособился организм животных и человека.
Полной невесомости на Земле быть не может. Но в глубинах вод океанов и морей, где зародились первые живые частички протоплазмы, сила тяжести была минимальна. Нежные организмы оказались защищенными от силы земного тяготения. Когда первые живые существа вышли из воды на сушу, они вынуждены были приспосабливаться к этой силе. К тому же требовалось точно знать о положении тела в пространстве. Животным стал необходим совершенный вестибулярный аппарат.
В космосе отолитовый аппарат отключен, но организм привык к силе тяжести. Поэтому еще К. Э. Циолковский выдвинул идею защиты космонавта от невесомости: «На космическом корабле надо создать искусственную силу тяжести за счет центробежной силы». Сейчас ученые сходятся на том, что если уж создавать такую «космическую тяжесть», то она обязательно должна быть в несколько раз меньше земной.
Для спортсменов, летчиков, моряков и космонавтов нормальная работа вестибулярного аппарата исключительно важна. Ведь им в сложнейших условиях приходится определять положение своего тела в пространстве.
