​В детстве одним из самых популярных ответов на вопрос: «А кем ты хочешь стать, когда вырастешь?» был: «Космонавтом!». Однако с развитием новых технологий мы всё больше и больше узнаем о том, насколько сложна и опасна эта работа: причем не только в моральном, но и в физическом плане. О влиянии невесомости и космических лучей на организм человека рассказала научный журналист и популяризатор науки Ася Казанцева. ​​

Даже если не учитывать проблем с техникой, на здоровье космонавтов оказывается колоссальная нагрузка — прежде всего, из-за микрогравитации (невесомости) и облучения.
 

На Луне есть единственный памятник погибшим космонавтам — алюминиевая скульптура, изображающая астронавта в скафандре, который лежит ничком. Рядом с ним воткнута табличка с 14 именами людей, которые умерли либо во время экспедиции, либо в процессе предполетной подготовки. Памятник был установлен в 1971 году командиром «Аполлона-15».

Гравитация, бессердечная ты!..
Помимо самого космического пространства, невесомость есть на Международной космической станции, расположенной на расстоянии 400 км от Земли. Однако если построить дом с такой же высотой и сбросить оттуда вниз какой-то предмет, то он упадет прямиком на нашу планету — то есть на этом уровне гравитация все еще присутствует. Наличие невесомости на МКС обусловлено тем, что она очень быстро летает, из-за чего возникает эффект падающего лифта: космонавт и корабль движутся с одной и той же скоростью, так что корабль не выступает в качестве опоры, а космонавт может летать в воздухе. По сути, скорость движения МКС препятствует тому, чтобы она притянулась к поверхности Земли.
 
— Проблема в том, что люди эволюционировали в совершенно других условиях, — рассказывает Ася Казанцева. — В организме множество разных систем, заточенных на то, чтобы жить в земном притяжении. Сердце должно гнать кровь по всему телу в условиях земной гравитации, а многие сосуды ему в этом помогают. Например, в венах на ногах есть клапаны, которые способствуют притоку крови вверх и не дают ей идти в обратном направлении. С другой стороны, мышцы ног расположены по отношению к венам так, что при каждом сокращении подталкивают кровь ввысь. Кроме того, когда человек пытается понять, где находится в пространстве, мозг по умолчанию считает, что притяжение есть, а если это не так, происходит дезориентация, головокружение, сенсорные галлюцинации.
 

Мы никогда не отправим в космос жирафа, потому что у него в теле всё еще сильнее заточено на то, чтобы отправлять кровь вверх. У этого животного супермощное и огромное сердце, которое перегоняет довольно густую кровь ─ она поднимается на два метра и, соответственно, стекает на два метра вниз. В условиях невесомости у жирафа будет такой прилив крови к мозгу, что тот, скорее всего, погибнет.

 
В космосе первые несколько дней происходит синдром космической адаптации. Тело пытается понять, как жить в новых условиях: все жидкости приливают к голове, так как гравитация им больше не мешает, ноги становятся тонкими, тело отекает… От этого происходят проблемы с вестибулярным аппаратом, который не понимает, что делать, а также начинаются тошнота, головокружение, нарушение зрения. Однако за несколько дней кровеносная система адаптируется к новой ситуации, и через 3-4 дня космонавты начинают чувствовать себя относительно нормально.
 
— Невесомость действует на разных людей в разной степени, — добавляет Ася Казанцева. — Есть шуточная единица измерения в один Гарн — в честь американского сенатора Джейка Гарна, который участвовал в программе «Политик в космосе». Он много лет был летчиком, однако, прибыв на МКС, не смог вообще ничего делать: настолько ему было плохо. Так что один Гарн означает полную потерю работоспособности. Большинство космонавтов обычно страдают на 0,1-0,2 Гарна.
 
Постепенно люди адаптировались к невесомости и начали постоянно жить на МКС. В этом случае тело осуществляет ряд долгосрочных изменений, которые могут быть даже полезны для жизни без гравитации, но совершенно неуместны по возвращении на Землю: космонавт заново учится ходить, координировать движения, сохранять равновесие, потому что абсолютно отвык от этих условий. В невесомости сильно снижается нагрузка на кости, так как они больше не должны таскать на себе вес всего тела, и организм логично запасает в каждую из них меньше кальция. На практике это приводит к снижению плотности костей, и в условиях гравитации повышается вероятность переломов. Также уменьшается сила мышц: в частности, у космонавтов брали биопсию до полета на Международную космическую станцию и после толщина мышц снизилась на 20%, а сила мышечных сокращений — на 50%, несмотря на то, что на МКС космонавты уделяют тренировкам по два часа в день.
 
— Следует помнить, что сердце — это тоже мышца, которой становится легче перекачивать кровь и, как следствие, оно слабеет, — поясняет популяризатор. — На Земле снижается частота сердечных сокращений и систолическое давление, начинается аритмия. В недавних исследованиях было показано, что долгое пребывание в космосе влияет и на мозг — правда, пока это слабо изучено. Всего томограмму сделали 24 астронавтам: в меньшей степени у летавших на шаттлах и в большей — у тех, кто был в более долгосрочных полетах, снизилась плотность серого вещества в ряде областей мозга (прежде всего, во фронтальной и височной коре). 
 
Сокращение плотности серого вещества, скорее всего, связано с тем, что спинномозговая жидкость направляется вверх, а потому повышается внутричерепное давление. С другой стороны, сравнение этих же томограмм показало, что у космонавтов немного увеличена концентрация серого вещества в сенсорной и моторной коре. Видимо, когда люди учатся новому — например, двигаться в условиях другой физической реальности, — у них растут новые синаптические связи.
 
Опасности облучения
Вторая, гораздо более серьезная проблема —​  космическое облучение. От Солнца идет солнечный ветер, и, кроме того, в космосе есть галактические, рентгеновские и гамма-лучи, а также протоны, электроны и ионизирующее излучение. Всё это может взаимодействовать с клетками человека и нарушать структуру молекул — в частности, ДНК. В результате такого разрушения организм может избавиться от клеток, что отражается на уровне разных органов: например, если погибнет много клеток печени, она станет хуже справляться с переработкой токсинов. Однако гораздо хуже, если из-за облучения клетки превратятся в раковые. На Международной космической станции эта проблема стоит относительно слабо благодаря тому, что МКС находится в зоне влияния магнитного поля Земли, где есть так называемые радиационные пояса Ван Алена, способные захватывать высокоэнергичные заряженные частицы. Также на Земле нас защищает атмосфера. В то же время за полгода на МКС космонавт получает 160 миллизивертов (дозу ионизирующего излучения) в 66 раз больше, чем у среднестатистического землянина за год.
 
— Острее всего такая проблема будет стоять, когда (и если) мы полетим на Марс, — рассказывает Ася Казанцева. — Длина пути до этой планеты величина нестабильная, потому что Земля и Марс крутятся вокруг Солнца, находясь в разных точках друг от друга. Однако каждые несколько лет Земля приближается к Марсу достаточно близко, и расстояние между ними составляет всего 55 000 000 км. В этом случае полет продлится около 6 месяцев. Дальше нужно будет провести время на Красной планете и подождать, пока она снова сблизится с нашей чтобы вернуться домой. Поэтому общее время экспедиции составит около трех лет, за которые космонавт получит дозу радиации, эквивалентную 1 200 миллизивертам.
 
На практике это означает, что все клетки организма каждые несколько дней будут сталкиваться с летящим на них протоном или электроном и примерно раз в месяц — с ионом какого-нибудь тяжелого элемента. Для космонавта вероятность умереть от рака за время экспедиции составит около 5%. Это порождает целый ряд вопросов об организации космической медицины. Так, на МКС есть минимальный набор приборов для лечения и диагностики: аппараты УЗИ и искусственной вентиляции легких, дефибриллятор и самое главное вероятность эвакуации, что невозможно на Марсе. 
 
— Возникает вопрос: каким образом лечить людей и, например, заниматься хирургией в условиях отсутствия гравитации? — рассуждает Ася Казанцева. — Есть вариант поставить робота-хирурга: практикующий врач на расстоянии мог бы управлять манипуляторами и провести операцию. Однако чтобы сигнал долетел от Марса до Земли, нужно целых три минуты скорости света, а потому столь долгая операция окажется бессмысленной. То есть в составе экипажа должны быть хирурги, способные вырезать опухоль из любой части тела. Причем нужно несколько таких специалистов по закону подлости, именно единственный врач заболеет раком в экспедиции.
 
Кроме того, в земной медицине развиваются различные, не требующие операционного вмешательства технологии — например, иммунные: можно извлечь лимфоциты прямо из опухоли, интенсифицировать с помощью генной терапии способность распознавать тот или иной рак и направить лимфоциты против него. Если бы к моменту полета на Марс подобные технологии были адаптированы, чтобы их можно было взять с собой, это помогло бы вылечить человека прямо на месте.

Отбор космонавтов ​ сложная задача, над которой работают в том числе психологи. На проекте «Марс-500» и ему подобных, где люди много дней сидели в модуле и будто летели на эту планету, участники справились хотя бы потому, что изначально отбирались по психологической совместимости.
 
Когда человечество всё-таки долетит до Марса, возникнет проблема с тем, как выращивать еду. В принципе, на этой планете есть углекислый газ и его может быть достаточно, чтобы растения смогли заниматься фотосинтезом. Но для этого нужен еще и кислород, поэтому на ранних этапах их всё равно придется держать под куполом. Также нашей фауне надо будет адаптироваться к жизни на Марсе, для чего могут понадобиться определенные генетические модификации.
 
— Для освоения космоса, конечно, нужны пилоты, инженеры, физики, — подытоживает популяризатор. — Но важно не забывать, что огромный вклад в это вносят медики, разрабатывающие технологии защиты и лечения, а также биологи, делающие генно-модифицированные растения, которые могут помочь нам основать колонию. Будет хорошо, если это случится, потому что человечеству нужна резервная копия, чтобы сохранить нашу культуру, популяцию, вид — на случай, если мы все испортим и уничтожим на Земле.
 
Алёна Литвиненко

Источники

И на Марсе будут яблони цвести
Наука в Сибири (sbras.info), 21/07/2017

Похожие новости

  • 19/10/2016

    Сибирские ученые полагают, что глобальное потепление грозит эпидемиями

    ​Нынешнее лето в Заполярье выдалось аномально теплым. Для местного населения это вроде бы должно быть праздником, но тепло разбудило и местных микробов, что заставило и оленеводов, и микробиологов бить в набат.
    566
  • 15/09/2017

    Как спасти байкальского омуля, не лишив работы рыбаков

    ​Запрет на вылов уникального байкальского омуля, по мнению ученых, на сегодняшний день является единственной возможной мерой для его сохранения. Как сообщил глава Росрыболовства Илья Шестаков, ведомство уже подготовило все необходимые документы, и запрет будет введен в течение ближайшего месяца.
    108
  • 14/02/2017

    Парижское соглашение год спустя. Есть ли изменения к лучшему?

    ​В минувшем декабре исполнился год со дня принятия Парижского соглашения по климату. Этот документ, вступивший в силу 4 ноября, с 2020 года придет на смену действующему с 1997 года Киотскому протоколу.
    356
  • 31/07/2017

    Эксперты считают, что об экологии много говорят, но улучшений пока нет

    ​Весь 2017 год, объявленный президентом Годом экологии, в регионе много пиар-активности на эту тему. Но эксперты пока не видят результатов, ощутимых в буквальном смысле носами и легкими горожан. Уровень загрязнения воздуха в городах Красноярского края в 2016 году был в два раза выше, чем в среднем по России.
    173
  • 11/10/2017

    Как повысить доходы Бурятии до уровня передовых стран

    Начался новый учебный год в России. Некоторым из учащихся повезло. Учатся в обновленных классах, купаются в школьных бассейнах... Но, увы, точечно. Тысячи ребятишек ходят учиться во вторую, третью и даже в четвертую смены в Улан-Удэ.
    49
  • 17/10/2017

    Подведены итоги красноярской экоконференции «Охрана окружающей среды и промышленной деятельности на Севере»

    ​В Красноярске прошла VI экологическая конференция "Норникеля" "Охрана окружающей среды и промышленная деятельность на Севере", организованная совместно с Сибирским федеральным университетом (СФУ) и Научно-исследовательским институтом проблем экологии.
    63
  • 20/09/2017

    Алтайская горная страна как ключ к становлению фаун в Северном полушарии

    ​Алтай уникален. Он доступен для изучения, но обладает полным набором высотных поясов, богатой геологической историей и почти не подвержен антропогенному прессу. Ни одна другая горная система не может похвастаться таким набором идеальных для исследования качеств.
    61
  • 19/05/2017

    По мнению ученых, ГЭС в Монголии изменят состояние водных стоков Селенги

    ​Строительство Монгольских ГЭС понесет за собой изменение водных стоков впадающей в озеро Байкал реки Селенги, заявила старший научный сотрудник лаборатории гидроэнергетических и водохозяйственных систем Института систем энергетики имени Л.
    272
  • 13/03/2017

    Академик Михаил Грачев: если Байкалу не возвращать долги, долго ли еще он протянет

    Традиции - это не подражание ветхозаветному. Традиции - это всегда великолепие и блеск современности, впитавшие в себя мудрость и красоту веков, и устремленное в будущее. Как русская литература, вобравшая в себя благоухание пушкинского слова, дала миру Лермонтова, Гоголя, Достоевского, Островского, Толстого, Чехова, Горького, Есенина, Маяковского, Шолохова.
    661
  • 17/10/2017

    Александр Колотов о битве за Байкал

    Этой осенью у российских и монгольских экологов появился повод отпраздновать важную победу: Всемирный банк отменил тендеры на проектирование монгольских ГЭС на реке Селенге, главном притоке Байкала.
    29