Численное моделирование и исследование воздействия невесомости на работу кровеносной системы 

К.Г. Номоконова (Новосибирск)

Одним из важных факторов для длительных полётов космонавтов (полёт на Марс – 2…3 года) служит действие невесомости. Вместе с тем экспериментальные исследования такой продолжительности затруднены. Целью работы было исследование влияния на работу кровеносной системы человека условий пониженной гравитации и невесомости.

В работе содержатся результаты исследования данного вопроса по двум направлениям. Во-первых, собран материал и выполнен анализ экспериментальных данных в области космической биологии и медицины о физиологических особенностях воздействия невесомости на человеческий организм. Во-вторых, выполнено численное моделирование и исследование распределения крови в организме человека при воздействии на него пониженной гравитации.

В результате анализа литературы выявлены основные механизмы воздействия невесомости на организм человека: снятие гидростатического давления; изменение афферентации; снятие весовой нагрузки на костно - мышечный аппарат. Установлено, что наибольшие физиологические отклонения зафиксированы в кровеносной (перераспределение крови к голове), опорно - двигательной (гиподинамия и гипокинезия) и нервной (сенсорные реакции и иллюзии, изменение пространственного анализа) системах организма.

Исходная математическая модель расчета описывает расходно - напорные характеристики эквивалентной гидравлической системы большого круга кровообращения и представляет собой систему уравнений Бернулли, составленную для пяти характерных групп потребителей: 1 - голова,  2 - руки, 3 - миокард, 4 - мышцы туловища и внутренние органы, 5 - мышцы ног, позволяющую определять минутный объем крови по всем тканям организма.

В процессе численного исследования был выполнен расчёт и анализ данных об особенностях работы кровеносной системы для условий Земли, пониженной гравитации (Марса, Луны) и состояния невесомости. При этом определялось распределение крови на различные ткани организма в пределах действия линейных ускорений в диапазоне a = 0 … + 1 g. Установлено, что, в основном, влияние пониженной гравитации и невесомости сказывается на увеличение кровоснабжения мозга (до 9 % на Марсе, 12 … 15 % на Луне и до 20 % в состоянии невесомости) при одновременном пропорциональном ослаблении кровоснабжения туловища и ног. Результаты расчетов качественно и количественно согласуются с известными физиологическими данными. Материалы работы могут быть использованы при изучении гемодинамики в случаях, близких к условиям пониженной гравитации (лежачие больные, нахождение в воде, гиподинамии).