​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

  • 15/11/2017

    Какие перемены принес Год экологии в России

    Глава минприроды Сергей Донской, анонсируя предстоящий в декабре V Всероссийский съезд по охране окружающей среды, отметил заметно возросший интерес к охране природы со стороны обычных граждан, властных структур и производственных компаний - больших и малых, что в нынешних условиях особенно ценно.
    221
  • 20/12/2017

    Кто оказал наибольшее влияние на науку в 2017 году по мнению журнала Nature

    В науку в уходящем году вложились не только ученые: биологи, астрофизики или математики. Свой вклад внесли и политики, и «инквизитор», и даже маленькая девочка. Кого журнал Nature включил в десятку самых-самых людей науки 2017 года, читайте в материале Indicator.
    70
  • 28/12/2017

    Монгольские ГЭС: главные события 2017 года

    ​Год назад никто не предполагал, что в истории со строительством ГЭС в Монголии, затянувшейся на долгие годы, случится столько поворотных событий. А сама тема, казавшаяся слишком острой и чрезвычайно политизированной, вдруг резко и быстро затихнет, утонув в переговорных процессах и смене власти в Монголии.
    42
  • 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.
    124
  • 09/01/2018

    Чем запомнился Год экологии в Иркутской области

    Иркутская область богата как биоресурсами, так и проблемами, связанными с экологией. Над чем работали и что удалось сделать властям и рядовым гражданам в Год экологии - в итоговом материале ИА "Иркутск онлайн".
    39
  • 14/12/2017

    Данные о впадающих в Байкал реках нуждаются в обновлении

    ​Данные о том, что озеро Байкал питают более 300 рек, устарели, их нужно обновить, с устаревшими данными сложно изучать озеро и в том числе причины его обмеления, заявил в среду директор Байкальского института природопользования Сибирского отделения РАН, доктор географических наук, профессор РАН Ендон Гармаев.
    105
  • 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.
    864
  • 29/11/2017

    «Сланцевая революция» состоялась

    ​Сегодня, пожалуй, даже закоренелым скептикам становится понятно, что "сланцевая революция" состоялась, хотя долгое время новые технологии газо - и нефтедобычи не воспринимали всерьез Еще в начале 2014 года, когда нефть котировалась на уровне более 100 долларов за баррель, многие эксперты (не только российские, но и зарубежные) были уверены в том, что эпоха дешевой нефти завершилась, и потребителю-де придется привыкать к дорогим углеводородам.
    140
  • 12/01/2018

    Цитируемые ученые ТПУ: самые медийные научные статьи 2017 года

    Всего, по данным отдела развития публикационной активности ТПУ, на конец 2017 года политехниками опубликовано 500 научных статей в журналах с импакт-фактором более 1, из них 421 — в журналах первого и второго квартилей (данные актуальны на 13 декабря 2017 года).
    88
  • 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.
    116