NASA + Медицина

На сегодняшний день влияние космической медицины на земную пока довольно незначительно, и причины этого вполне прозаичны. Современная биология, как и физика элементарных частиц, является отраслью, в которой изучается крошечный испытуемый объект микро- и наноскопического размера с помощью огромных агрегатов, которые могут занимать целые комнаты.

Простой комплекс для поддержания жизнедеятельности клеток ex vivo (специалисты называют это «культивированием»), состоящий из ламинарного бокса и CO₂-инкубатора, весит пару тонн.

Ясно, что тащить его на орбиту чрезвычайно ресурсозатратно и просто нерентабельно с точки зрения возможного полезного выхода.

С другой стороны, медицинские исследования с «космической перспективой» могли бы проводиться и в земных лабораториях, но тут мы сталкиваемся с другой проблемой: геркулесовым здоровьем космонавтов.

Как сказал Смит Джонстон, директор Клиники специальной и полетной медицины NASA, «аэрокосмическая медицина — это когда мы берем очень здоровых людей и помещаем их в очень специфические условия».

Можно сказать, что обычная медицина направлена на лечение разных патологий у любых пациентов, а космическая решает большинство проблем путем отсева всех потенциальных пациентов еще на начальных этапах.

Это в основном превентивная отрасль. В пользу этого тезиса свидетельствует и такой факт: кривые выживаемости Каплана-Мейера, построенные на основе данных о 316 бывших астронавтах из США (включая 45 уже умерших), совпадают с такой же кривой для наиболее здоровой частицы от тотальной популяции — людей, которые не курят, не страдают лишним весом и регулярно занимаются физическими упражнениями.

Впрочем, даже космонавты болеют. История космических путешествий знает и случай инфекции мочеполового тракта во время выполнения миссии Appolo 13 (неудачной по всем пунктам), и внезапного проявления сердечной аритмии у одного из членов экипажа более успешной Appolo 15, и обнаружения почечных камней у советского космонавта прямо на орбите в 1982 году, и еще несколько десятков мелких и средних патологий, которые произошли при выполнении задач в космосе и которые могли угрожать их успешному завершению или даже жизни пилота.

Однако в контексте нашей темы интересно другое: среда вне Земли очень непривычна и даже враждебна для человеческого тела — вероятно, не менее враждебна, чем руины Чернобыльской АЭС или дно Марианской впадины — и пребывание в ней вызывает в организме изменения не столько патологического, сколько адаптивного характера.

Незаметные в случае короткого орбитального путешествия, они могут приобрести угрожающий масштаб за время длительного (более полугода) пребывания на МКС или, тем более, в течение предстоящей миссии на Марс, которая, вероятно, растянется на несколько лет. Само исследование этих изменений и разработка соответствующих контрмер больше всего способны послужить врачебному делу.

«Антигравитационные» мышцы. Источник: NASA

Эффекты, о которых идет речь, касаются, прежде всего, микрогравитации и ее влияния на опорно-двигательный аппарат. Еще с ранних времен пилотируемых полетов стало известно, что человек теряет примерно 20% мышечной массы всего за 5-10 дней в невесомости.

Больше страдают при этом мышцы, которые специалисты в этой области называют «антигравитационными» и которые в земных условиях играют важную роль в поддержании осанки: мышцы спины, шеи и некоторые из мышц ног, прежде всего икроножные и четырехглавые.

Такие поразительные изменения отражают исключительную способность биологических систем к самонастройке. Метафорически говоря, их можно назвать сплошными клубками обратных связей. Даже «безработные» сенсорные и моторные нервные окончания, как известно, в течение 1-2 месяцев отмирают в случае ампутации иннервированной ими конечности, что составляет немалую проблему при конструировании современных типов протезов.

В регулировке «тренированности» мышц участвует целая сеть сигнальных молекул, объединяемых под общим названием «миокины». Некоторые из них — такие, как FDF-8, или миостатин — своей активностью приводят к ослаблению мышц и использованию их сокращаемых белковых элементов как строительного материала для других процессов в организме, тогда как FST (фолистатин) и подобные выполняют обратную задачу (укрепление) и заставляют тело жертвовать ради этого другими тканями, прежде всего жировой.

Динамическое равновесие между этими противоположными процессами нарушается, когда космонавты попадают в условия микрогравитации, из-за чего на орбите им приходится почти 2,5 часа ежедневно заниматься на тренажерах. Не исключено, что при приближении долгожданной экспедиции на Марс стратегию придется поменять.

Тренажер не панацея, а первопроходцев в конце пути будет ждать не заботливая команда медиков и длительный реабилитационный курс, а чужая планета с силой тяжести в 0,4 g.

Кто знает, не решит ли NASA или SpaceX эту проблему, подарив ленивому человечеству первую фармакологическую замену спортзалу?

Чтобы избежать атрофии мышц, члены экипажа Международной космической станции ежедневно проводят более двух часов на тренажерах. Источник: NASA

А пока подобные ноу-хау остаются делом хоть и недалекого, но все же будущего, космическая медицина еще в 60-х внесла определенный вклад в решение проблемы мышечной атрофии. Здесь следует отметить, что существует немало «наземных» патологий (травматических, инфекционных, нейродегенеративных), одним из последствий которых является частичное или полное обездвиживание пациента.

Всем известен случай Стивена Хокинга, страдавшего латеральным амиотрофическим склерозом — загадочной болезнью, при которой по непонятным пока причинам избирательно погибают α-мотонейроны — нервные клетки спинного мозга, непосредственно передающие команды от моторной зоны церебрального кортекса к скелетным мышцам.

Подобные случаи можно разделить на две категории: необратимые нарушения, при которых поддержание мышц в нормальном состоянии может иметь разве что эстетический смысл, и обратимые изменения, при которых препятствование мышечной атрофии позволяет обойтись без длительной, дорогостоящей и неприятной реабилитации.

Например, именно со случаем такого рода сейчас имеют дело специалисты «Украинских генетических технологий». Пациент, большую часть жизни проживший за границей, вернувшись в Украину, был внезапно парализован ниже поясницы. Применение техники массового параллельного секвенирования позволило установить инфекционный характер поражения (дающий надежду на его обратимость), однако встал вопрос, как замедлить деградацию мышечной ткани, пока не удастся изгнать патогенные бактерии из цереброспинальной жидкости больного и восстановить его двигательную активность.

Один из подходов, разработанных в начале эры орбитальных полетов, состоит в электрическом стимулировании двигательных нервов, что позволяет создавать функциональную нагрузку на мышцы даже в условиях, когда передача сигналов от ЦНС заблокирована. Методика довольно примитивна, но проведение ежедневных сеансов продолжительностью примерно 30 минут позволяет достигать неплохих результатов.

И хоть эта технология не нашла значительного применения в аэрокосмической отрасли (из-за некоторых неприятных ощущений, сопровождающих ее применение), однако в обычных клиниках ее до сих пор используют — например, при восстановлении пациентов после инсульта.

Открытие миостатина связано с выведением пород домашних животных, у которых соответствующий ген был «сломан» (или, как говорят биологи, подвергся делеции)

Не менее угрожающие изменения в невесомости претерпевает костная ткань. Хотя, на первый взгляд, она является образованием стабильным, неорганическим и состоящим преимущественно из карбоната кальция (CaCO₃), на самом деле любая кость тоже находится в состоянии динамического равновесия. Как и в случае с мышечной тканью, здесь функциональное состояние определяется балансом между процессами формирования кости, осуществляемым рассеянными по неорганическому матриксу клетками под названием «остеобласты», и ее резорбции, определяющую роль в которой играют клетки-остеокласты.

Сегодня собрано немало данных относительно изменений в костной ткани (специалисты называют это «ремоделированием») у испытуемых животных, которые предварительно находились 30 и более суток в условиях микрогравитации на борту МКС. В частности, группа проф. Мелиссы Кайсены из Университета штата Индиана показала, что всего через месяц у экспериментальных мышей общая костная масса уменьшилась на 13%, а плотность костной ткани — на 21%.

Более того, исследования по этой проблематике проводились и на людях — конечно, с помощью неинвазивного метода МРТ. Группа проф. Кейтлин Бургхарт из МИТ продемонстрировала многочисленные анатомо-морфологические изменения в позвоночнике шести астронавтов, только что вернувшихся из МКС, среди которых были утолщение межпозвоночных дисков и удлинение позвоночника в целом. Только представьте себе, что было бы, если люди после года в невесомости прибыли на Марс со старческим остеопорозом и грыжами межпозвоночных дисков!

Позвоночник космонавта до и после нахождения на МКС. Обратите внимание на существенно утолщенные межпозвоночные диски и

увеличение общей длины позвоночника. Источник: PLoS One. 2015 Feb 25;10(2):e0117967

Эта проблема заставляет напрягать мозги и земных биологов. В статье Вея Сана с коллегами из Китайского центра исследований и тренировки тайконавтов рассасывание костной ткани при отсутствии гравитационной нагрузки связали с белком Piezo1. Эта недавно открытая молекула считается одним из основных «биологических датчиков» механической стимуляции в организмах высших животных.

Ее исследуют всюду: в чувствительных нервных терминалях кожи Piezo1 позволяет ощущать прикосновение, в сосудах — приводить их архитектуру в соответствие с током крови, а, например, в киевском Институте физиологии им. Богомольца ее изучают в связи с работой гладких мышц, испытывающих растяжение. Как было обнаружено в работе д-р Вея Сана, «выключение» гена Piezo1 — состояние, сравнимое с условиями нулевой гравитации — приводит к катастрофическим последствиям при формировании костей у мышей.

Плотные их части оказываются утонченными, а губчатые (в специальной терминологии — «трабекулярные») почти не формируются. Впрочем, есть и хорошие новости: уже сегодня существуют фармакологические вещества, способные активировать Piezo1 даже при отсутствии собственно механической стимуляции. Самое первое из созданных веществ такого типа — Yoda1, названное в честь мастера Йоды из «Звездных войн», который в одном из эпизодов поднял космический корабль X-Wing из болота без применения физической силы.

Последующие эксперименты с подобными препаратами, вдохновленные, как и описанное выше исследование, проблемами жизни в условиях микрогравитации, могут в дальнейшем послужить и в дальних космических миссиях, и при лечении ломкости костей у обычных землян.

Еще одной проблемой, в решении которой космическая медицина может помочь человечеству, является расстройства сна. Космонавты на борту МКС обычно спят 4-6 часов в сутки, что рядовому студенту в разгар сессии, наверное, могло бы показаться роскошью, но вообще это не является нормой для здорового взрослого человека — тем более, когда цена ошибки намного больше, чем пересдача зачета .

Снотворные таблетки являются одними из наиболее употребляемых из 150 препаратов, поставляемых на орбиту. Отчасти это объясняется тем, что экипаж станции видит восход солнца 16 раз в сутки и живет, по словам специалиста ESA Норы Петерсен, «в состоянии постоянного джет-лага». Методы, которыми медики пытаются бороться с бессонницей у космонавтов, включают в себя всевозможные полумеры вроде «сонного обучения» и даже написание специального софта, контролирующего дневной распорядок экипажа.

Впрочем, написание удобного программного обеспечения для «сонного тайм-менеджмента» может быть только паллиативным решением. Корень проблемы — в физиологии головного мозга, и ключ к ее решению следует искать там. Интересное предложение недавно выдвинули ученые NASA, и оно уже нашло свое воплощение в приложениях для мобильных устройств: речь идет о том, как цикл сна/бодрости модулируется спектральными характеристиками попадающего в глаза света.

Кости подопытных мышей, у которых ген Piezo1 был разрушен (Piezo1Ocn/Ocn) в сравнении с контрольными (Piezo1fl/fl). Из публикации Китайского центра исследований и тренировок тайконавтов. Источник: J Biomech. 2014 Sep

22;47(12):2983-8

Глаз (точнее, его рабочая часть — сетчатка, выполняющая ту же роль, что ПЗС-матрица в фотоаппарате) сконструирован эволюцией не только для кодирования информации о форме и размере окружающих предметов. Дело в том, что восприятие света в глазу, как недавно считалось, осуществляется исключительно клетками-фоторецепторами — палочками и колбочками, обладающими этой способностью благодаря наличию в них особых белков-опсинов.

Всего выделяют четыре вида этих светочувствительных молекул: «черно-белый» родопсин, имеющийся в палочках (от англ. rod – «палка»), и три типа фотопсинов, локализующихся в колбочках, максимум спектра поглощения которых приходится на зеленое, синее и красное излучения (общеизвестно, что разнообразие красок и оттенков, все эти «салатовые», «чайные» и «коралловые» цвета, в которых так хорошо разбираются женщины и в которых так теряются мужчины, декодируются мозгом из соотношения всего трех базовых цветовых сигналов). Впрочем, недавно стало известно, что описанная выше модель неполна.

Оказалось, что, кроме фоторецепторов, на свет в сетчатке реагирует еще одна структура — так называемые ганглиозные клетки. Об их существовании было известно задолго до начала эры космических полетов, как и об основной их функции, заключающейся в формировании длинных нервных окончаний и, наконец, зрительного нерва, передающего электрический сигнал от палочек и колбочек к церебральной коре.

Так вот, исследования показали, что ганглиозные клетки имеют в своей цитоплазме белки-опсины, причем нового, ранее неизвестного типа — т.н. меланопсины. Они не выполняют роли «биологической видеокамеры», регулируя сон, что и предлагает использовать в своем изобретении NASA.

Такое неожиданное «навешивание» нескольких функций на одну и ту же структуру является привычным делом в «живых» механизмах, что разительно отличает их от механизмов «технических». Если инженеры-люди предпочитают простоту, строгость и монофункциональность каждой детали, то природа чаще идет запутанным путем многозадачности и экономии средств.

Если бы, скажем, Международную космическую станцию проектировала биологическая эволюция, то вакуумным туалетом можно было бы пылесосить, а пища в тюбиках использовалась бы как термопаста и средство для протирания иллюминаторов.

Каким же образом восприятие ганглиозными клетками света связано с невысыпанием космонавтов и циркадными ритмами? Через гормональную систему: коллатерали от нервных окончаний этих нейронов, кроме зрительной коры V1 в церебральной коре, идут к нескольким ядрам в стволе мозга, связанным с секрецией гормонов мелатонина и кортизола.

Те, кто испытывает проблемы с ночным отдыхом, точно видели по крайней мере первое из этих веществ на полках аптек; на МКС оно также пользуется спросом.

Эти два гормона — антагонисты. В земных условиях максимум секреции «сонного» мелатонина приходится на темную часть суток между 02:00 и 03:00, в то время как выделение «бодрого» кортизола достигает пика днем между 09:00 и 10:00. Следовательно, освещая сетчатку светом с определенной длиной волны, можно управлять, например, выделением «ночного» мелатонина и помогать мозгу переключиться в режим покоя.

По состоянию на данный момент инженерами NASA сконструирован и испытывается прибор SSLA, который является просто твердотельной лампой переменного освещения: в дневное время пиковая часть ее спектра излучения приходится на голубой, что соответствует максимуму поглощения меланопсина, а в ночные часы SSLA переключается на бледно-красный цвет.

Представим себе офисы будущего (в случае, если эксперименты со SSLA завершатся успешно), залитые «бодрой» голубизной, которая хоть и может показаться кому-то скучной и однообразной, но уж точно не топ-менеджерам соответствующих компаний, которые увидят ощутимый прирост производительности труда своих подчиненных.

В заключение стоит отметить, что идея, пришедшая в голову космическим медикам, используется ныне в мобильных телефонах с приложениями типа Twilight или BlueLightFilter. Ночью, заботясь о быстром засыпании своих владельцев, такие устройства отсекают голубые тона на LCD-дисплее устройства, подавляя активацию меланопсина и стимулируя секрецию мелатонина.

Следовательно, космической медицине еще предстоит пройти долгий путь, чтобы преодолеть все проблемы, с которыми могут столкнуться космонавты во время длительного пребывания на МКС, а также передать многие созданные на этом пути изобретения и решения земным врачам.

Бюджет NASA на 2019 год предусматривал выделение 200 млн долларов на Human Research Program (не так уж большая сумма, если учесть затратность современной биологии, к тому же она должна была быть использована в основном в пределах непосредственно связанных с американским космическим агентством исследовательских институтов).

Кто знает, возможно, в грядущие годы — с приближением миссии на Марс и запуском программ по длительному пребыванию на Луне — эти бюджеты будут увеличены, и исследователи перейдут к более смелым экспериментам с человеческим телом, позволяющим улучшить здоровье и первопроходцев космоса, и рядовых жителей нашей планеты.

Источник

11 января 2020 года в 17:25 по МСК запланирована отстыковка корабля Cargo Dragon миссии CRS-21 от МКС. После своей 35-дневной миссии на МКС корабль возвратит с орбиты 2358 кг результатов научных исследований и экспериментов, а также вышедшее из строя и заменяемое оборудование.

Cardinal Heart (Органы на чипе) - изучение влияния силы тяжести на клетки сердечно-сосудистой системы на тканевом и клеточном уровнях. Это специальные тканевые чипы в рамках технологии т.н. органов на чипе, а именно - трёхмерные искусственные сердечные ткани.

Результаты этого исследования могут предоставить важные данные для понимания проблем с сердцем на Земле, помочь найти новые методы лечения и разработать новые критерии рисков сердечно-сосудистой системы человека для космических полётов в будущем.

- Space Organogenesis - исследование "космического органогенеза", проведённое Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Оно демонстрирует рост трёхмерных органоидов из стволовых клеток человека с целью анализа изменений в экспрессии генов. Результаты этого исследования могут показать преимущества использования микрогравитации для передовых разработок регенеративной медицины и технологий, необходимых для создания искусственных органов человека.

- Эксперимент по бактериальной адгезии и коррозии, который идентифицирует бактериальные гены, необходимые во время роста биоплёнки, что вызывает коррозию нержавеющей стали. Это исследование может дать представление о более эффективных способах контроля и удаления биоплёнки с поверхности стальных поверхностей, что может быть полезно для будущих длительных космических миссий [ред. - SpaceX это тоже пригодится с кораблём Starship]

- Эксперимент по производству оптоволоконных элементов. На Землю возвращаются экспериментальные оптические волокна, созданные в условиях микрогравитации с использованием смеси циркония, бария, лантана, натрия и алюминия (т.н. ZBLAN). Результаты помогут подтвердить, что волокна, созданные в космосе, должны иметь гораздо лучшие качества, чем те, что производятся на Земле.

- Rodent Research-23 - на Землю возвращаются живые мыши. Этот эксперимент изучает функцию артерий, вен и лимфатических структур глаза, а также изменения сетчатки до и после космического полёта. Цель исследования состоит в том, чтобы выяснить, ухудшает ли зрительную функцию долгосрочный полёт в космос. По меньшей мере 40% астронавтов испытывают нарушение зрения, известное как нейроокулярный синдром во время длительных космических полётов, что может отрицательно сказаться на успехе будущих космических миссий.

Доставка грузов миссии CRS-21

Планируется проведение целой спецоперации: научный груз из корабля будет загружен в вертолёт, он доставит результаты исследований на Мыс Канаверал, затем они оперативно будут перевезены в Центр обработки исследований Космического центра им. Кеннеди, где их будут ждать научные группы, которые сразу начнут свою работу с образцами. Из KSC образцы оперативно отправятся в разные концы США и даже Японию для исследований другими научными группами.

Такое стало возможным благодаря модернизации грузового космического корабля Dragon, который теперь имеет повышенную вместимость для научных исследований. (Прим. Dragon является единственным грузовозвращаемым космическим кораблем - ранее эту функцию выполняли Шаттлы)

"Старый корабль был похож на пончик с кремовой начинкой. Мы упаковали всё вокруг стен, а в середине была гигантская стопка мешков. Новый грузовой корабль больше похож на трёхэтажный дом. Вы закладываете груз в подвал, затем на второй этаж, затем поднимаетесь наверх и пакуете третий этаж", - заявили в NASA.

Это также позволяет быстрее выгружать исследования после приводнения, что в сочетании с новым местом приводнения у побережья Флориды позволяет в рекордно короткие сроки доставлять научные образцы исследователям. Что очень важно для получения точных данных:

"При использовании предыдущего космического корабля Dragon могло пройти до 48 часов с момента посадки до возвращения его на берег. Теперь у нас будет возможность передать научные образцы исследователям через 4-9 часов после приводнения... Возможность наблюдать адаптацию живых организмов к Земной гравитации через меньшее время после возвращения с орбиты открывает совершенно новые возможности для науки", - заявили в NASA.

Трансляция отстыковки от станции:

Источник: https://vk.com/wall-41152133_286287

Недавние эксперименты на грызунах подтвердили, что действие космических лучей при планируемых полетах на Марс грозит космонавтам нарушениями памяти, интеллекта и поведения, характерными для деменции. И это лишь один из множества факторов, угрожающих здоровью межпланетных путешественников.

Вслед за фантастами

Ученые всерьез говорят об отправке человека на Марс уже более полувека — еще в 1952 году небезызвестный Вернер фон Браун опубликовал книгу Das Marsprojekt, в которой изложил свои мысли о технологических аспектах подобной миссии. За прошедшее с тех пор время разными организациями и исследователями были предложены десятки проектов и проведены более тысячи технологических экспериментов, однако ни один из проектов не дошел до практической реализации.

Тем не менее, в настоящее время разработкой проектов по отправке космонавтов на Марс занимаются как государственные космические управления, такие как NASA, ESA и другие, так и частные компании, в первую очередь SpaceX и Boeing. Все они планируют добиться полной готовности к полету в 2030-х годах.

Помимо огромного числа технологических задач, связанных с доставкой, возвращением и жизнеобеспечением экипажа, организаторам полета придется иметь дело с разнообразными негативными последствиями дальнего космического перелета для здоровья будущих колонистов. Пожалуй, именно в этом направлении пока сделано меньше всего.

Облучиться и забыться

Первоочередной угрозой для здоровья космонавтов в дальних миссиях считается космическая радиация, представляющая собой потоки высокоэнергетических частиц (преимущественно протонов, а также полностью ионизированных ядер других элементов), испускаемых Солнцем и галактическими источниками. Людей на поверхности Земли и космонавтов на низкой околоземной орбите от них защищает магнитное поле нашей планеты. Вне его действия космическая радиация превышает безопасные для здоровья пределы, что подтверждено прямыми измерениями, в частности во время полетов Mars Odyssey в 2001 году и Mars Science Laboratory в 2011–2012 годах.

По оценкам, сделанным с помощью этих аппаратов, космонавты в межпланетном пространстве будут получать примерно от 400 до 900 миллизивертов излучения в год, что близко к предельно допустимой дозе радиации за всю карьеру космонавта на низкой земной орбите. На Земле этот показатель составляет в среднем 2,4 миллизиверта в год.

Согласно статистике, у членов лунной миссии «Аполлон» (единственные 24 человека, побывавшие за пределами земной магнитосферы; восемь из них к настоящему времени умерли) резко выросла предрасположенность к смерти от сердечно-сосудистых заболеваний. Моделирование на животных показало, что наиболее вероятной причиной этого является действие космической радиации на стенки артерий.

Другие пилотные исследования на грызунах указывают на то, что излучение в космосе может вызывать дегенерацию различных тканей, в том числе нервной, и способствовать раннему развитию болезни Альцгеймера.

Чтобы уточнить влияние космических лучей на организм живых существ, сотрудники Калифорнийского университета в Ирвайне облучили мышей высокоэнергетическими заряженными частицами (полностью ионизированными ядрами кислорода и титана) в дозах, сопоставимых с теми, которые могут получить космонавты при длительном космическом полете.

Как следует из публикации в журнале Scientific Reports, выяснилось, что подобное воздействие вызывает разнообразные долгосрочные когнитивные нарушения, связанные с работой коры мозга и гиппокампа. В частности, у животных снизились исполнительные функции, которые лежат в основе гибкого целенаправленного поведения, особенно в непривычных ситуациях. В результате этого они плохо справлялись с постановкой задач, их распределением по времени и фокусировке на основных действиях, необходимых для достижения цели.

В это же время у мышей наблюдалось ухудшение пространственной, эпизодической и опознающей памяти, а также снижение угасания страха (процесса повторной адаптации к чему-либо, вызвавшему травмирующее воздействие; например, привыкания к воде после пережитого утопления) и, как следствие, повышение тревожности. Все перечисленные эффекты наблюдались как минимум в течение 24 недель (для мыши это существенный отрезок жизни).

На клеточном уровне действие радиации вызывало воспаление нервной ткани, нарушение целостности синапсов, а также формы, плотности и сложности дендритов нервных клеток медиальной префронтальной коры. Это приводило к выраженным поведенческим расстройствам.

Исследователи отмечают, что подобное действие космической радиации не только грозит космонавтам инвалидностью, но и ставит под угрозу выполнение конечных целей миссии, поскольку выявленные расстройства непосредственно касаются принятия решений, быстроты и адекватности реакции, выполнения поставленных задач и общения в коллективе.

Помимо нарушений функций центральной нервной системы, не стоит забывать и о более «привычных» эффектах радиации, связанных с повреждением ДНК и выработкой активных форм кислорода, нарушающих структуру биологических макромолекул. Они включают повышенный риск развития рака, нарушения работы внутренних органов, снижение иммунитета и высокую частоту радиационной катаракты.

Все перечисленные эффекты связаны с фоновым космическим излучением. Если же космонавты окажутся на пути относительно редких выбросов высокоэнергетических протонов Солнца, то их, скорее всего, ждет смерть от острой лучевой болезни.

Не только радиация

Излучение — далеко не единственный фактор, угрожающий здоровью космонавтов в ходе марсианской (и любой другой межпланетной) миссии. Крайне важную роль будет играть также длительное нахождение в невесомости. Как свидетельствуют опыт пилотируемых орбитальных полетов, проживание людей на Международной космической станции (МКС) и различные эксперименты, пребывание в невесомости способно оказывать многообразные эффекты на организм.

В отсутствие гравитации отпадает необходимость в напряженной работе систем, которым на Земле приходится ей противодействовать. В первую очередь это опорно-двигательный аппарат и сердечно-сосудистая система. В условиях невесомости происходит атрофия мышц с уменьшением их силы, а также замедление сердечной деятельности, аритмия, перераспределение крови (оно проявляется отеком лица и расстройствами со стороны органов чувств из-за повышения внутричерепного давления) и уменьшение потребления кислорода (что приводит к снижению выносливости). Поэтому космонавтам на МКС приходится регулярно упражняться на тренажерах, однако даже это не избавляет их от потребности в длительной адаптации после возвращения на Землю. Свою лепту вносит и потеря жидкости — объем крови у космонавтов может снизиться почти на четверть, что влияет на кровообращение и обмен веществ.

Кости в отсутствие гравитации начинают быстро терять кальций и становятся более ломкими. Этот процесс, называемый остеопорозом, приводит к повышению уровня кальция в крови, что, в свою очередь, способствует образованию камней в почках, запорам и (опять же) психическим расстройствам.

Также невесомость нарушает работу вестибулярной системы, вызывая состояние, схожее с морской болезнью (правда, большинство космонавтов быстро к ней адаптируются). Кроме того, она может негативно сказываться на взаимодействии человека с его микробиомом, хотя этот вопрос требует дополнительного излучения.

Помимо радиации и невесомости NASA в своем докладе 2015 года выделяет еще три группы факторов риска.

Связанные с пребыванием в изолированном пространстве космического аппарата:

неполноценное питание;

несовершенство систем управления;

различные травмы;

нарушения газового состава воздуха и возможное проникновение космической пыли;

переутомление и расстройства сна;

возможное действие токсических веществ и перепадов давления.

Связанные с изоляцией:

когнитивные и поведенческие расстройства (и здесь они);

сложности с взаимодействием в команде.

Связанные с удаленностью от цивилизации:

отсутствие адекватной медицинской помощи;

непредсказуемое действие лечения из-за длительного хранения лекарств в условиях невесомости и радиации, а также возможных изменений их распределения и утилизации в организме.

К полету не допущены

К настоящему времени предложено несколько способов защиты космонавтов от перечисленных угроз. Например, от радиации может защитить дополнительное пассивное экранирование или электромагнитная защита, а от невесомости — искусственная гравитация путем раскручивания космического корабля. Однако их применению препятствуют жесткие ограничения по взлетной массе и технологические сложности. При этом для некоторых факторов риска методов профилактики не существует даже теоретически.

Несмотря на немалое финансирование (в 2014 году только NASA потратило на исследования в этой области более 150 миллионов долларов), по многим вопросам здоровья межпланетных путешественников нет даже адекватной информации (об этом говорится в уже упомянутом докладе). Из 25 факторов, выделяемых в запланированном NASA графике работ по снижению риска для здоровья космонавтов, только один признан полностью и 12 частично контролируемыми на сегодняшний день. Согласно этому же графику, ко времени первой (беспилотной) фазы марсианской миссии единственным фактором, который не будет поддаваться даже частичному контролю, останется космическая радиация. Именно с ней связаны наибольшие опасения.

Управление признает, что координированный подход к охране здоровья космонавтов в дальнем космосе до сих пор не выработан. Другие космические агентства тоже не могут похвастаться его наличием.

Так что когда инженеры сообщат о технической возможности приступить к марсианской миссии, у врачей и физиологов могут появиться вполне обоснованные возражения.