Космические полёты могут влиять на сердце, кости и даже на зрение. Российские учёные ищут способы защитить организм от перегрузок и невесомости — исследуют механизмы работы клеток сердечной мышцы, проверяют защитные свойства белка из молока и слёзной жидкости и экспериментируют с созданием костной ткани на орбите. Какие решения уже проверяют в лабораториях и что в будущем поможет космонавтам легче переносить длительные экспедиции, читайте в материале «Первого технического».
Почему космос меняет организм
На Земле сердце, мышцы и скелет постоянно работают в условиях привычной силы тяжести. Сердцу приходится поддерживать кровообращение, мышцы удерживают вес тела, а кости получают нагрузку при ходьбе и других движениях.
В космосе эта система перестраивается. На старте и при возвращении на Землю организм испытывает кратковременные перегрузки. На орбите, напротив, привычная механическая нагрузка почти исчезает.
При сильном ускорении кровь перераспределяется, а мозг и другие ткани могут получать меньше кислорода. При баллистическом спуске, по словам директора Института физиологии Пироговского университета, профессора Андрея Камкина, перегрузки могут в 8–9 раз превышать силу тяжести, к которой человек привык на Земле. Противоперегрузочный костюм помогает организму переносить такие воздействия, но не устраняет их полностью.
В невесомости возникает другая проблема. Жидкость в организме смещается в сторону головы, из-за чего лицо может отекать, а распределение крови и нагрузка на сосуды меняются. Это может оказать влияние в том числе на зрение.
Одновременно организм постепенно теряет то, что ему больше не требуется поддерживать в прежнем объёме. Без обычной нагрузки мышцы ослабевают, а костная ткань теряет минералы. Меняются и другие системы, включая вестибулярный аппарат.
Влияние перегрузок и невесомости на сердце
Исследователи Пироговского университета изучают, как клетки сердечной мышцы реагируют на перегрузки и невесомость. В экспериментах клетки сердца крыс в течение семи дней подвергали перегрузке, в четыре раза превышающей обычную силу тяжести на Земле. После этого клетки стали чувствительнее к растяжению. При моделировании микрогравитации наблюдался обратный эффект.
Учёные связывают эти изменения с механочувствительными ионными каналами. Это белковые структуры в оболочке клетки, которые реагируют на растяжение и сжатие и участвуют в передаче электрических сигналов, необходимых для работы сердца. Исследователи рассчитывают найти вещества, которые смогут регулировать работу этих каналов. При перегрузках такие соединения могли бы ослаблять чрезмерную реакцию клеток, а в невесомости помогать поддерживать работу сердечной мышцы.
Как сохранить кости и хрящи в невесомости
Кости в невесомости теряют привычную нагрузку, из-за чего меняется их структура и может повышаться риск переломов после возвращения на Землю. В эксперименте «Коррекция» Институт медико-биологических проблем РАН изучает изменения костной ткани до и после полёта. Учёные ищут способы точнее подбирать профилактику и реабилитацию. Пока основными мерами остаются физические упражнения и полноценное питание. Также рассматривается искусственная гравитация с помощью центрифуг.
Другое направление связано с созданием материалов для восстановления костей. На МКС учёные Института металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАН получили образцы на основе фосфата кальция, близкого по составу к минеральной части кости. В исследованиях на животных вокруг таких образцов формировалась новая костная ткань.
Учёные из Сеченовского университета изучают и способы защиты хрящей от последствий снижения механической нагрузки. В экспериментах на трёхмерных моделях хрящевой ткани они проверяли действие лактоферрина, белка, который содержится в молоке и слёзной жидкости. В наземных условиях, имитирующих невесомость, он лучше сохранял свойства ткани, чем в эксперименте на МКС.
Может ли пребывание в космосе отразиться на зрении
Перераспределение жидкости в невесомости затрагивает не только кровообращение. У некоторых космонавтов возникают изменения глазного яблока, сетчатки и зрительного нерва. Этот комплекс нарушений называют нейроокулярным синдромом, связанным с космическим полётом.
У части экипажей после длительного пребывания на орбите отмечались отёк диска зрительного нерва, изменения формы задней части глазного яблока и сдвиги рефракции. Иногда последствия сохраняются и после возвращения на Землю.
Как учёные изучают влияние радиации
Космическая радиация может повреждать ДНК, а невесомость и другие условия полёта влияют на работу клеток. Учёные исследуют, как организм восстанавливает такие повреждения и меняется ли эффективность процессов при повторном воздействии космической среды. Для этого они проводят эксперименты на клетках и животных, разделяя влияние разных факторов.
В Институте медико-биологических проблем РАН, например, изучают дрозофил, чтобы понять, как космические условия влияют на восстановление ДНК и реакцию клеток при повторном воздействии.
Что ещё медицина сможет предложить космонавтам
Один из способов лучше оценивать состояние космонавтов — отслеживать изменения кровообращения и обмена веществ в тканях. Для этого используют прибор «ЛАЗМА ПФ», который измеряет микроциркуляцию, то есть движение крови по мельчайшим сосудам. Измерения помогают увидеть, как организм приспосабливается к невесомости и меняется ли кровоснабжение разных тканей.
В будущем эти данные могут помочь врачам точнее подбирать физические нагрузки, питание и другие меры профилактики с учётом реакции конкретного человека. Для полётов к Луне и Марсу это особенно важно, поскольку экипажу предстоит долго находиться вдали от Земли.
Для проведения более масштабных исследований ФМБА России предложило создать медико-биологический модуль для Российской орбитальной станции. Он должен расширить возможности изучения здоровья космонавтов непосредственно на орбите.