Pull to refresh

Биологические эффекты долговременного космического полёта

Popular science Biotechnologies Astronautics
Согласно распространённому стереотипу, всё очень просто: космонавт полетел на станцию и выполняет там эксперименты. Иногда его рабочие будни становятся героическими: на космической станции случается пожар, разгерметизация или ещё какая напасть, и он справляется с проблемами, но в целом ни во время, ни после полёта он не испытывает никаких проблем с собственным здоровьем или хотя бы гигиеной.

На самом деле человек при долговременном космическом полёте испытывает разнообразные виды физических и психологических нагрузок. Существует множество отрицательных факторов, с которыми связано пребывание за пределами и на орбите Земли, и они оставляют свой след на теле и психике.

Мы можем так защитить человека от вакуума и перепада температуры, что он даже и не почувствует, что находится в космосе, но со следующими факторами можно справиться лишь частично.

Радиация


Повышенные уровни радиации могут привести к катаракте. К примеру, поставивший рекорд срока пребывания на орбите Земли (221 день) Валентин Лебедев потерял зрение. Радиацией действительно нельзя пренебрегать.

Различные субатомные частицы от Солнца, звёзд Млечного Пути и других объектов проникают в тело космонавтов и разрушают структуры ДНК, что приводит к повышенному риску развития раковых заболеваний. От 99,9 процентов этих частиц нас защищают магнитное поле Земли и атмосфера, но уже на МКС их помощь не так велика. Для сравнения: газовая атмосфера нашей планеты обеспечивает защиту, аналогичную листу металла толщиной в 1 метр. Стенки же станции составляют всего несколько миллиметров.

Кроме того, согласно заявлению НАСА, из-за космической радиации растёт риск развития болезни Альцгеймера.

Экипаж МКС имеет лишь частичную защиту магнитным полем Земли. Повышенные уровни радиации разрушают лимфоциты, обеспечивающие работу иммунной системы. Подавленные вирусы в крови человека могут активизироваться, а Т-лимфоциты будут ослаблены.

Космические лучи являются одной из причин, сдерживающих человечество от полёта за пределы области действия магнитного поля Земли. Показания датчиков «Кьюриосити» говорят о том, что даже недолгое десантирование на поверхность Марса чревато дозой в 0,06 зиверт. Для сравнения: НАСА разрешает астронавтам получать максимум 1 зиверт за всю их карьеру, а шесть месяцев на МКС чреваты 0,068 зивертами, по другим данным день на МКС «стоит» 0,001 зиверт. Каждый зиверт увеличивает риск онкологических заболеваний на 5,5 процентов.

Геомагнитная буря, сопоставимая с бурей 1859 года, легко может убить людей в космосе. Если мы хотим отправиться на Марс, то с этим придётся что-то делать, иначе до красной планеты просто долетит не весь экипаж.

Микрогравитация


С практически полным отсутствием притяжения связано множество не всегда временных эффектов.
На Земле наш состоящий на три пятых из воды организм при распределении жидкостей борется с гравитацией, которая тянет кровь вниз. В космосе эти системы продолжают работать, поэтому немедленно происходит нечто подобное изображённому на рисунке слева (он комично преувеличивает эффекты). Именно поэтому космонавты одутловаты и круглолицы, а в их носовых пазухах скапливается жидкость.

Растёт внутричерепное давление, а с ним с давление на глазные яблоки, что влияет на их форму, а также немного деформирует зрительный нерв. Эффект был замечен только в 2012 году при томографии спустя целый месяц после возвращения на Землю.

На 20% падает содержание плазмы в крови. Меньше крови, которую нужно прокачивать, поэтому атрофируются мышцы сердца, в результате чего снижается давление крови. Снижаются аэробные возможности и интенсивность кровообращения организма.

По неизвестным пока причинам у некоторых теряются вкус и обоняние. В условиях микрогравитации люди начинают активнее потреблять специи и продукты с выраженным вкусом, а некоторые лакомства уже не приносят прежнего удовольствия.

Страдает и вестибулярный аппарат, находящийся внутри головы орган восприятия положения тела. При изменении направления гравитации меняется воздействие на чувствительные волоски заполняющей орган жидкости. На Земле этот орган позволяет без усилия воли поддерживать прямое положение тела и перемещаться в пространстве.

В космосе этот орган полностью бесполезен, поскольку нет ни верха, ни низа, поэтому людям приходится ориентироваться при помощи зрения. Бесполезны и мышцы спины и ног, обычно поддерживающие осанку, когда человек стоит. В условиях микрогравитации тело практически ничего не весит, поэтому можно потерять 20% мышечной массы всего за 5—11 дней.

Меняется не только объём, но и характер: теперь это не долгоработающие, поддерживающие одно положение длительные периоды времени мышечные волокна, а быстрые мышцы, неспособные к тяжёлому труду. Сразу после возвращения на Землю космонавты не в состоянии стоять более 10 минут.

Из-за нарушения процессов восстановления в среднем 1,5% костной ткани теряется за каждый месяц пребывания на орбите. Особенно страдают нижние позвонки, таз и бёдра. Кости становятся хрупкими, происходящие процессы аналогичны остеопорозу. До сих пор неясно, наносится ли непоправимый урон организму. Для борьбы с эффектами атрофии на МКС есть две беговых дорожки, к которым человек крепится амортизирующими тросами.

Примерно 45% космонавтов испытывают синдром космической адаптации, выражаемый симптомами головокружения, потери аппетита, головных болей, усиления слюноотделения и общего дискомфорта, иногда случаются рвота (что опасно при ношении скафандроов) и пространственные иллюзии. Морская болезнь случается у более половины людей в космосе. Как правило, организму редко нужно более 72 часов для адаптации. Вскоре космонавт чувствует низ, там где находятся его ноги, но после возвращения на Землю ему нужно время для обратного процесса.

При долгосрочных полётах линяет кожа тех мест, которые обычно сильно натираются. Кожный покров ягодиц и стоп становится мягким, свежим и чувствительным. Плакать в этом случае тоже не рекомендуется — слёзы из глаз не вытекают.

Как в этих условиях люди едят пищу, почему она не идёт вверх? На самом деле она и не должна идти вверх, она просто парит. Мы способны есть даже вверх ногами, поэтому проталкивание пищи пищеводом и кишечником в условиях отсутствия гравитации не является настолько большой проблемой. Менструальная кровь тоже не идёт вверх и не попадает в фаллопиевы трубы.

Кроме того, в космосе человек вырастает до 103% от своей нормы. Случается это из-за увеличения пространства между позвонками. Это может приводить к болям при нагрузках. Астронавт Клэйтон Андерсон пишет, что в целях борьбы с этой чувствительностью он и другие члены экипажа сжимали спины путём давления руками и ногами на потолок и пол. Несколько минут таких упражнений помогали ослабить боли.

Психологические эффекты


Они бывают и положительными: космонавты начинают больше ценить природу нашей планеты и других людей. Но есть и множество отрицательных эффектов, как подобных земным, так и уникальных, не проявляющихся нигде больше. Некоторые из них описаны в этой статье.

Довольно странно ожидать отсутствия проблем, если засунуть на полгода в металлическую банку трёх и более людей разных профессий, национальностей, родных языков, культур, запустить её на околоземную орбиту и заставлять их выполнять каждодневный труд в необычных условиях. Влияние космического полёта на психику человека — пожалуй, самый важный вопрос среди всех остальных. Космонавт Валерий Рюмин в своём дневнике цитирует книгу О. Генри: «Если вы хотите поощрить ремесло человекоубийства, заприте на месяц двух человек в хижине восемнадцать на двадцать футов. Человеческая натура этого не выдержит».

Возникают обычные человеческие отношения с изгоями и лидерами, но свою лепту вносит и новизна условий космоса. Всё это может выразиться в слабости, усталости, потере аппетита, депривациях сна, раздражительности, в проблемах с концентрацией и вниманием.

Вообще, человеку трудно спать без организации искусственных дня и ночи. А нарушения распорядка на МКС происходят регулярно в связи с необходимостью проведения манёвров и прибытием экипажей или грузовых кораблей. Мешают постоянный шум вентиляторов системы жизнеобеспечения и прекрасная слышимость. В результате многие спят в среднем по 6 часов при норме в примерно 8,5, а половина астронавтов Шаттлов принимала снотворное.

Продолжительность пребывания на орбите оказывает сильный стресс. Три экспедиции на «Скайлэб» продержались 1, 2 и 3 месяца, соответственно, на «Салюте-6», «Салюте-7» и МКС этот срок составляет 5—6 месяцев. На «Мире» полёты длились и дольше.

Полёт за пределы околоземного пространства будет сопряжён с многолетней изоляцией, которая только усугубляется полным отсутствием возможности связи в реальном времени с домом — после определённой стадии удаления сигнал будет запаздывать уже на несколько секунд. Известным экспериментом в этой области является Марс-500, в ходе которого экипаж изолировали в условном полёте на 14, 105 и 520 суток.

Гигиена и стирка одежды


Этот далеко не самый важный вопрос сможет легко отпугнуть множество желающих полететь на МКС или отправиться дальше, за пределы орбиты Земли. Стоимость каждого килограмма, выводимого в космос, драгоценна, поэтому воду приходится сильно экономить.

В то время, как побриться и причесаться легко, мытьё остаётся тяжёлой задачей. В условиях микрогравитации невозможно открыть кран и вымыть руки — вода будет парить в окружающем пространстве. Проблем добавляют размножающиеся с большей скоростью микроорганизмы.

Известно, что жители МКС протирают своё тело с помощью смоченных в растворе особого мыла полотенец. Используются специальные виды зубной пасты и шампуня.

На «Скайлэб-2» стоял настоящий душ, он представлял собой цилиндрическую конструкцию из пластика, не дающую воде выйти за её пределы. Астронавт внутри неё наносил на своё тело воду и удалял её по окончании процедуры. Был душ и на «Салюте-3», которым космонавты пользовались ежемесячно, но подобная операция включала множество действий как до, так и после душа и отнимала практически целый день.

Как на МКС стирают вещи? Никак, их просто носят до той поры, пока они не станут грязными настолько, что приходит время выкинуть их. Мусор собирают в российские «Прогрессы» и европейский АГК/ATV. Грузовики со своим содержимым позже сгорают в верхних слоях атмосферы.

Если запускать на МКС чистое нижнее бельё для каждого из трёх членов экипажа для ежедневной смены в течении 6 месяцев, то на это уйдёт 540 пар, а цена запуска каждого килограмма груза измеряется десятками тысяч долларов. Можно догадаться, каким является выход из этой ситуации. На «Мире» космонавты носили нижнее бельё иногда и на протяжении недели.

На МКС дела идут получше: Дон Петтит писал, что производит смену нижнего белья раз в 3—4 дня, а в феврале носил ту же пару шорт, что и по прибытии в ноябре. Рубашки меняются раз в месяц, носки — раз в неделю.

Звучит не слишком приятно. Но на космической станции вещи мараются не так быстро, как на Земле: температура поддерживается на определённом, контролируемом и комфортном уровне, влажность низка, а микрогравитация не требует больших усилий для перемещения тела в пространстве. Впрочем, для поддержания костей и мышц на должном уровне космонавтам всё равно приходится заниматься на специальных тренажёрах дважды в сутки. Отдельной строкой идут проблемы гигиены менструации женщин.

Не всё так плохо, к примеру, Кеннет Дуэйн Бауэрсокс даже попробовал стирать вещи в пластиковом пакете. Дональд Петтит выращивал рассаду, используя грязную одежду вместо почвы. Ещё во времена «Мира» российские учёные производили эксперименты с метановым брожением хлопка и бумаги, что не только избавляет от отходов, но и позволяет получать потенциально полезный для работы станции биогаз. Но пока это остаётся перспективным направлением — на поиск нужной бактерии могут уйти годы. Кроме того, в НАСА в 2011 году задумывались над стиральной машиной для МКС, работающей при помощи пара, воздуха и микроволн.

Из-за микрогравитации в космосе обоняние притупляется, но космонавты и астронавты всё равно предпочитают соблюдать границы личного пространства, чтобы не чувствовать запаха друг друга.



Космос ставит человеку ультиматум: либо космонавт сможет существовать по законам безвоздушного пространства, либо он погибнет, и человек адаптируется. Но для дальнейшего развития пилотируемой космонавтики биологических пределов человеческого организма будет не хватать. Только полёт к Марсу и обратно потребует 18 месяцев и может выйти за пределы текущих знаний о выживании в космосе.

По материалам en.wikipedia.org, Race To Mars.
Tags:
Hubs:
Total votes 48: ↑48 and ↓0 +48
Views 26K
Comments Comments 47