Учась ходить заново: как космос ломает организм человека

Как говорил известный оптимист доктор Леонард Маккой из фильма "Звездный путь": "Космос — это риск и болезнь во мраке и тишине". Мы вынуждены согласиться. Наглядно последствия пребывания в космосе — например, воздействия пониженной гравитации — изображены в киноленте "Космос между нами", где главный герой, выросший в колонии на Марсе, влюбляется в девушку с Земли, сбегает к ней и сталкивается с проблемами. Какие же проблемы его настигли — не будем спойлерить, но то, что космос влияет на человеческий организм не поддается сомнениям. В этом материале мы расскажем о том, как пребывание вне Земли влияет на человека и что делает NASA для того, чтоб обойти законы природы.

Пока ученые не научатся бороться с негативными последствиями пребывания человека в космосе, путешествие к другим планетам так и останется уделом роботов. Например, Curiosity.

Астронавт Скотт Келли заново учился ходить. В медицинской палатке где-то в степи Казахстана он встал на колени. Потом поднялся на ноги и, то и дело пошатываясь и теряя равновесие, сделал пару несмелых шагов. Несколько человек рядом протягивали к нему руки, страхуя, чтоб не споткнулся и не упал. В соседней палатке нечто подобное наверняка происходило с коллегой Келли — космонавтом Михаилом Корниенко. В начале марта 2016 года они оба вернулись с Международной космической станции, на которой провели практически год.

Нет широкой кости!

В "Экспансии" (англ. — "The expanse", иногда переводится, как "Пространство"), серии книг Джеймса Кори, у жителей Пояса астероидов был довольно специфический внешний вид. Высокие, тонкокостные, с длинными конечностями, очень худые. Так влияет на человеческий организм пониженная гравитация.

Идею эту Кори взял не "с потолка". Еще после исследования астронавтов, работавших на космических станциях "Мир" и Skylab, ученые установили, что в условиях невесомости человек теряет костную массу — в среднем ежемесячно она сокращается на 1-2%. То есть астронавт, который провел на МКС полгода, может потерять от 6 до 12%. Хотя тут все индивидуально. По данным врачей Национального космического биомедицинского исследовательского института (National Space Biomedical Research Institute, США) у некоторых астронавтов за полгода пребывания в невесомости эта цифра достигала 20%.

Особенно сильно страдает нижняя половина тела — поясничный отдел позвоночника и кости ног. Если коротко, то это связано с тем, что человеку больше нет нужды напрягаться, "борясь" с земным притяжением. По этой же причине атрофируются ненагруженные мышцы. Нечто подобное происодит, например, с теми, кто ввиду преклонного возраста или болезни вынужден длительное время лежать неподвижно.

В результате возрастает риск переломов. Скажем, в одной и той же ситуации шанс что-нибудь сломать у астронавта, побывавшего в космосе полгода-год, в пять раз выше, чем у обычного человека. Например, космонавт Александр Лазуткин, работавший на станции "Мир" в конце 90-х, в одном из своих интервью вспоминал, как один из членов его экипажа сломал палец, просто случайно задев стол. 

Тестирование оборудования во время параболического полета, имитирующего условия невесомости

Кроме того, сокращение костной массы, по некоторым данным, повышает уровень кальция в крови, что, в свою очередь, может привести к возникновению камней в почках.

Хотя есть и положительный момент. В невесомости можно "подрасти". Нет давления на позвоночник, потому рост некоторых астронавтов увеличивается на 2-4 см. Но тут главное правильно померять, чтоб не было, как у Норишиге Канаи, который огорошил NASA, заявив, что вырос на целых 9 см. 

Глаза б мои…

В 2011 году офтальмологи Томас Мейдер и Эндрю Ли провели дополнительный осмотр семи астронавтов, которые жаловались на ухудшение зрения. Всем семерым было около 50 лет, все они пробыли на МКС более полугода, все они утратили четкость зрения: предметы буквально расплывались перед глазами. Проблемы начинались еще на орбите, после 6 недель пребывания в невесомости. А у некоторых и не закончились даже через месяцы после возвращения на Землю.

Астронавты на МКС самостоятельно проверяют зрение. На фото — Александр Герст из Европейского космического агентства использует оптический когерентный томограф.

В результате исследований Мейдер и Ли обнаружили ряд общих симптомов, характерных для большинства испытуемых. Отек диска зрительного нерва и сплющивание глазного яблока у пятерых астронавтов. У стольких же — складки в сосудистой оболочке глаза (т.н. хориоидальные складки). У шестерых — утолщение слоя нервных волокон. При этом абсолютно все испытуемые плохо видели предметы вблизи (грубо говоря, заработали дальнозоркость или гиперметропию). И ладно бы эти семеро. Другие проверки показали, что более 20 человек, проработавших на орбите от полугода (что считается длительным пребыванием), испытывали те же проблемы.

Причем вероятность заработать SANS выше именно у астронавтов, улетевших в космос надолго. По статистике, в случае краткосрочного пребывания на орбите проблемы со зрением начинаются у 29% астронавтов. Из тех же, кто находится в невесомости длительное время, об изменениях докладывают уже две трети. 

Кстати, Корниенко, коллега Келли по длительному полету, в одном из своих интервью рассказал, что после прилета на МКС его зрение…  улучшилось. Поначалу, читать мелкий текст с экрана компьютера, расположенного в каюте, ему было трудно. Как, собственно, и на Земле. Но уже через две недели все наладилось. 

Причины SANS, как пока считают ученые, в том, что жидкость в организме человека (кровь, лимфа, спинномозговая и другие), пребывающего в невесомости, перераспределяется не так, как на поверхности Земли, смещаясь к шее и голове.

Как результат — увеличение внутричерепного давления, что влияет в том числе и на зрение.  

Ради миссии на Марс

Все вышеперечисленное — хрупкость костей, утрата мышечной массы, ухудшение зрения или повышение внутричерепного давления — лишь вершина айсберга. То, что удалось узнать благодаря работе международных космических орбитальных станций. И даже эти проблемы пока не решены. Что уже говорить о длительных и дальних полетах. На этот случай у NASA уже есть целый список рисков, с которыми сталкиваются или могут столкнуться астронавты.

Например, риск психических и поведенческих отклонений, риск негативного влияния радиации на центральную нервную систему, риск пагубного влияния смены циркадных ритмов и бессонницы (космонавты на МКС часто жалуются, что там очень трудно уснуть). Не ясно как длительное пребывание в космосе повлияет на моторные функции и, соответственно, на возможность выполнять работу и поставленные перед астронавтами задачи и прочее. В целом, в списке более 200 пунктов.

Фильм "Марсианин" режиссера Ридли Скотта отлично показывает все трудности и риски работы вне Земли. На этом кадре герой Метта Деймона Марк Уотни выращивает марсианский картофель. Кстати, юридически благодаря этому он колонизировал Марс.

Без решения большинства этих вопросов миссия на Марс, а именно она на текущий момент является долгосрочной целью работы агентства, остается лишь смелой фантазией Илона Маска. Сами подумайте: небольшое путешествие по маршруту Земля-Марс-Земля займет в среднем года три. За это время путешественник прочувствует на себе три разных по силе типа гравитации: шесть месяцев в условиях невесомости, потом годик-другой на Марсе, где притяжение равно примерно 1/3 земного, а потом домой, в некогда стандартные условия. Не говоря уже про чудовищные дозы радиации или возникновение непредвиденных ситуаций. Реально? Не очень. При таком раскладе даже новая Лунная программа вызывает сомнения.

Потому в NASA к проблеме подошли комплексно, создав Human Research Program (HRP) — многомиллионную программу по изучению влияния космоса на человеческий организм. Создана она с прицелом на то, чтоб отправить астронавтов на Марс. 

В HRP есть пять основных направлений-элементов — тематик, на которые разбиты исследования. Человеческий фактор и поведение, медицинские технологии, поддержание здоровья человека (поиск контрмер в случае негативного влияния космических полетов на организм), медицинские эксперименты на МКС и космическая радиация. В рамках этих направлений агентство проводит исследования, эксперименты, тендеры и даже выдает гранты, подталкивая ученых и просто активистов со всех уголков мира решать общую проблему. Один из таких тендеров, Human Exploration Research Opportunities (HERO), к примеру, проходил в конце 2017. Участники могли получить финансовую поддержку от $100 тыс до $1 млн.

Кстати, годичное пребывание Келли на МКС проходило в рамках именно проекта HRP. Не исключено, что работу Келли продолжат астронавты Джессика Мейр и Виктор Гловер.

В материале использованы фото NASA.