Обратная сторона невесомости: как космос разрушает наше тело

Внеземные сверхурочные

Научно-фантастические фильмы рисуют нам потрясающее будущее: межзвездные перелеты, космические базы, терраформирование планет и прочие удивительные приключения, но суровая реальность пока далека от прекрасной утопии Звёздного Пути. И дело не только в технологиях: неожиданным препятствием на пути к космическому будущему могут стать наши собственные тела.

18 марта на Землю наконец-то вернулись Суни Уильямс и Бутч Уилмор, астронавты NASA, застрявшие на МКС 9 месяцев назад. Командировка, которая  должна была продлиться всего 8 суток, затянулась на 286 дней из-за внештатной ситуации с утечкой гелия и вышедшими из строя двигателями ориентации корабля CST-100 Starliner, прилежащего компании Boing.

История получила неожиданное продолжение уже после возвращения экипажа, когда выяснилось, что за сверхурочные дни, проведенные на орбите, астронавты получат примерно по 1400 долларов, из расчёта 5 долларов США за день задержки (такая практика распространена в стране по отношению к госслужащим: подразумевается, что командировочные должны покрывать их расходы на транспорт, чаевые и прочее). Подобная несправедливость вызвала общественное недовольство, и не зря.

Любому здравомыслящему человеку очевидно: 5 долларов в день — это слишком мало для работы, которая приводит к настолько серьезной потере мышечной и костной массы, что по возвращении на Землю астронавты первое время нуждаются в кресле-каталке. Каждый день на орбите — это балансирование на грани жизни и смерти, а также неизбежное накопление разрушительных последствий для здоровья в долгосрочной перспективе.

Но что именно происходит с телом человека в невесомости? Начнём по порядку.

1. Сердечно-сосудистые изменения

Сердце-мутант

Даже краткосрочное пребывание в космосе вызывает изменения в работе сердца и сосудов, которые сохраняются и после возвращения на Землю. Так, например, за время нахождения на орбите у некоторых астронавтов уменьшается масса и объём сердца. Это уменьшение происходит по причине того, что в условиях микрогравитации главной мышце нашего организма не нужно преодолевать силу тяжести, качая кровь по сосудам. Показательным является пример Скотта Келли, чей объём сердца сократился на 27 процентов за 340 дней полета.

Случай Келли удивил исследователей, однако не вызвал серьёзного повода для беспокойства: по словам Бенджамина Левина, кардиолога из Юго-западного медицинского центра Техасского университета, подобные изменения лишь показывают способность сердца адаптироваться к новым условиям в окружающей среде. Интересно, что у части астронавтов масса и объем сердца не просто не уменьшились, а, напротив, незначительно увеличились. По мнению кардиолога, такой парадокс можно объяснить индивидуальными особенностями организма.

Так, похоже, что более тренированные астронавты теряют массу и объем сердца, в то время как у менее тренированных показатели, наоборот, увеличиваются, что объясняется большим количеством ежедневных тренировок на МКС. Одно из последних исследований показало: несмотря на снижение нагрузки на сердце на 12 процентов, бóльшая часть астронавтов успешно компенсирует уменьшение массы и объёма сердца физическими нагрузками.

Давление скачет

Кроме того, после возвращения на Землю астронавты сталкиваются с ортостатической гипотензией — неспособностью организма поддерживать нормальное кровяное давление при переходе из горизонтального положения в вертикальное. Все дело в том, что невесомости кровь равномерно распределяется по телу, сосуды теряют тонус, а объем крови уменьшается на 10-15% (все потому, что организм ошибочно считает, будто жидкости стало слишком много).

После возвращения к условиям с привычной гравитацией кровь резко приливает к ногам, но сосуды не успевают сузиться, в результате чего давление падает, а мозг получает на 30 процентов меньше кислорода, что может привести к обмороку.

Согласно исследованиям, 20-30% астронавтов после кратковременных космических полетов и 80% — после длительных, испытывают симптоматическую ортостатическую гипотензию, в то время как среди населения в возрасте до 50 лет она составляет всего 5%.

После возвращения на Землю нормальная работа сердца и сосудов восстанавливается в течение нескольких месяцев. Но есть и долгосрочные последствия.

Внеземная радиация

В научном отчете, опубликованном в  журнале Nature, говорится о том, что у астронавтов, летавших на Луну, риск смерти от сердечно-сосудистых заболеваний в 4-5 раз выше (43%) по сравнению с астронавтами, никогда не летавшими в космос (9%) и теми, кто летал лишь на низкую околоземную орбиту (11%).

Группа исследователей считает, что дело не в микрогравитации, а в том, что экипажи лунных миссий покидали пределы магнитосферы, защищающей все живое от радиации. И именно радиация могла вызвать неправильную работу системы кровообращения астронавтов «Аполлона». Чтобы подтвердить свои опасения, ученые провели исследование на мышах: поместив подопытных в крошечные жгуты, имитирующие невесомость, их подвергли облучению того же типа, что воздействовало на астронавтов программы «Аполлон».

То, что произошло с мышами, подтвердило опасения исследователей: хотя невесомость не оказала на грызунов никакого видимого влияния, радиация нарушила работу ферментов, контролирующих способность кровеносных сосудов расслабляться. В результате сосуды становились маленькими и узкими, что затрудняло отток крови. У людей это может привести к повышению кровяного давления и, в некоторых случаях, к сердечным заболеваниям.

2. Опорно-двигательная система

Тело разваливается?

Опорно-двигательный аппарат страдает не меньше. Во-первых, длительное пребывание в невесомости ведет к деградации костной ткани. На Земле наши кости постоянно испытывают нагрузку, как в движении, так и в статичном положении. В состоянии невесомости же нагрузка исчезает, в результате чего остеобласты (костеобразующие клетки) замедляют синтез нового матрикса, а остеокласты (клетки, разрушающие костную ткань в целях контроля её количества), напротив, начинают работать активнее.

Таким образом, за месяц пребывания в невесомости астронавты теряют 1-2% костной ткани, а уже через 6 месяцев состояние их скелета сопоставимо с показателями пожилых женщин, страдающих от остеопороза. Подобные дегенеративные изменения ведут к повышенному риску переломов, причём у некоторых астронавтов минеральная плотность костей так и не возвращается к предполётным показателям.

Во-вторых, невесомость приводит к мышечной атрофии (ведь больше человеку не нужно подниматься по лестнице, ходить и бегать, носить тяжелые предметы и т.д.). В коротких миссиях потеря мышечной массы колеблется от 10 до 20%, в длинных же, при отсутствии каких-либо превентивных мер, этот показатель может доходить до 50%. Такие изменения опасны не только на Земле: мышечная атрофия затрудняет внекорабельную деятельность, а также мешает покинуть капсулу в случае аварийного приземления. В результате атрофии постуральных мышц астронавты часто жалуются на боли в пояснице.

3. Системные нарушения

Разрушаются кости — минус почки

Процесс деминерализации костей и следующее за ним выделение кальция в кровь запускает формирование камней в почках и мочевыводящих путях. Общее число зафиксированных случаев превысило 30, и некоторые из них возникли даже в ходе непродолжительных космических миссий.

Мочекаменная болезнь — критический риск для здоровья астронавта, способный сорвать миссию на любом этапе, ведь почечные колики вызывают нестерпимую боль, требующую немедленного медицинского вмешательства, а сопутствующее воспаление (пиелонефрит) на фоне ослабленного иммунитета в космосе может привести к сепсису и полиорганной недостаточности.

Зубы, глаза и уши

Деминерализация повышает и риск развития кариеса — ещё одной скрытой угрозы для миссии: в условиях невесомости вязкая слюна хуже омывает зубы, создавая идеальную среду для размножения анаэробных бактерий, способных за несколько недель разрушить и без того ослабленную эмаль.

Микрогравитация влияет даже на зрение, провоцируя развитие нейро-окулярного синдрома (SANS), при котором в результате перераспределения жидкостей в организме повышается внутричерепное давление, что ведёт к отёку зрительного нерва и изменению формы глаза и, как следствие, к снижению остроты зрения.

Среда на МКС тоже способствует накоплению негативных последствий для здоровья: у астронавтов падает острота слуха из-за постоянного шума вентиляторов (уровень достигает 60 — 78 дБ), а сухой воздух провоцирует истончение кожи и сыпь.

Радиация, невесомость, стресс, изоляция, нарушения циркадного ритма, — все это может подорвать  иммунную систему человека и вызвать обострение инфекций и аллергий, «дремавших» на Земле.

Поэтому в День космонавтики мы решили напомнить, что героизм астронавтов не ограничивается бесстрашием перед неизвестностью или изоляцией. Они готовы столкнуться с действительно опасными условиями, о воздействии которых нам известно гораздо меньше, чем хотелось бы.