Наступне завдання для потрапляння на Марс: Що відбувається з людським організмом у космосі

Від програми НАСА “З Місяця на Марс” до амбітного плану Ілона Маска відправити мільйон людей на Марс до 2050 року – перегони за те, щоб людська нога ступила на червону планету, тривають. Завдяки дедалі досконалішим ракетам і робототехніці технологічні виклики, що стоять на шляху до цієї мети, швидко розмиваються.

Але є й інша проблема, яка може стати на заваді планам вивести людей за межі планети і відправити їх досліджувати решту Сонячної системи. У космосі з людським тілом відбуваються дивні речі, і нам потрібно буде знайти способи вирішення цих медичних проблем, якщо ми хочемо мати можливість відправляти астронавтів на тривалі місії, такі як кілька років, які може зажадати місія на Марс.

Digital Trends поспілкувався з кардіологом Університетського коледжу Лондона доктором Рохіном Френсісом, який проводив дослідження в галузі космічної медицини, про те, як людський організм реагує на тривале перебування в космічному середовищі і що це може означати для пілотованих місій на Марс.

• Приватний екіпаж NASA Ax-1 отримав додатковий час у космосі
• Підпал речей на МКС для вивчення полум’я в космосі
• Перевірте науку, що прямує на МКС під час наступного польоту SpaceX Crew Dragon

Що ми знаємо про людське тіло в космосі

Коли мова йде про космічні місії, є два основних фактори, які впливають на організм людини: мікрогравітація та іонізуюче випромінювання.

Наразі ми маємо багато досліджень про вплив невагомості на організм з років досліджень на Міжнародній космічній станції (МКС), і ми знаємо, що перебування в умовах мікрогравітації протягом місяців або років призводить до цілого ряду медичних побічних ефектів.

Ці висновки підтверджуються так званими аналоговими дослідженнями, в яких середовища з низькою гравітацією імітуються на Землі. “Більшість досліджень мікрогравітації використовують аналоги мікрогравітації”, – пояснює Френсіс. “Це люди, яким платять за те, щоб вони лежали в ліжку тижнями або місяцями поспіль. Це найкращий спосіб імітувати мікрогравітацію на Землі”.

Такі програми, як програма Європейського космічного агентства з постільного режиму, дозволяють дослідникам вивчати вплив мікрогравітації, утримуючи добровольців у ліжку, нахиленому до голови, що створює подібні до мікрогравітації ефекти, коли кров і рідини приливають до голови, а м’язи виснажуються.

Що відбувається з тілами в умовах низької гравітації?

Одним з найбільш проблематичних наслідків тривалого впливу мікрогравітації є атрофія м’язів, оскільки м’язам не потрібно докладати жодних зусиль, щоб протидіяти гравітації і залишатися у вертикальному положенні. З часом м’язи по всьому тілу в’януть, що спричиняє серйозні проблеми при поверненні космонавтів у повногравітаційне середовище Землі. Саме тому астронавти на борту МКС займаються фізичними вправами протягом двох годин щодня, щоб якомога довше підтримувати м’язи в робочому стані.

Інші проблеми, викликані мікрогравітацією, включають втрату щільності кісткової тканини – оцінки потенційних наслідків місії на Марс кажуть, що астронавти можуть втратити до половини своєї скелетної маси, сказав Френсіс, хоча він зазначив, що ці оцінки є суто спекулятивними – а також втрату серцево-судинної здатності, проблеми з носовими пазухами і погіршення зору через зміну форми очного яблука.

Це лише деякі з симптомів, виявлених НАСА в ході знакового дослідження близнюків, в якому астронавт Скотт Келлі провів рік у космосі, перш ніж його фізіологія була порівняна з фізіологією його брата-близнюка Марка Келлі.

“Ви отримуєте перерозподіл рідини, так що ви отримуєте цю дуже набряклу верхню частину тіла, і набряклу голову. Раніше вважалося, що тиск в голові підвищується, і це тисне на задню частину очного яблука. У астронавтів відзначалося зменшення кровопостачання і атрофія зорового нерва, що могло бути пов’язано з підвищенням внутрішньочерепного тиску”, – сказав Френсіс. Однак останні дані свідчать про те, що тиск в голові не є рушійною причиною зниження зору. Можливо, ці проблеми викликає якийсь інший, поки що невідомий механізм.

Коли мова йде про ще більш тривале перебування в космосі, з точки зору десятиліть або цілого життя, виникає ще більша медична проблема: Розмноження. “Ми не впевнені, наскільки успішним буде процес запліднення в умовах мікрогравітації”, – сказав Френсіс. В ході досліджень було виявлено, що людські сперматозоїди плавають в мікрогравітації менш ефективно, ніж на Землі, тому “навіть потрапляння сперматозоїда до яйцеклітини може зазнати значного впливу”. Нещодавні дослідження репродукції серед мишей в умовах невагомості показали, що вони могли успішно зачати дитину, але незабаром у них стався викидень.

Можливо, навіть люди не зможуть завагітніти далеко від Землі, що ставить під сумнів перспективу побудови довгострокової позаземної колонії.

А як щодо гравітації на Марсі?

Питання, яке ще належить вирішити, полягає в тому, як саме дослідження з невагомості МКС будуть застосовані до низькогравітаційного середовища Марса, де гравітація становить близько 38% від земної. Може виявитися, що існує поріг гравітаційної сили, нижче якого організм починає відчувати проблеми зі здоров’ям. Або це може бути лінійна залежність, тому вплив на астронавтів на Марсі буде меншим, ніж вплив на астронавтів на МКС. Поки ми не отримаємо більше даних про цей взаємозв’язок, ми не можемо знати напевно.

“Марсіанська гравітація насправді може бути досить сильною, щоб запобігти багатьом з цих проблем”, – сказав Френсіс. “Якщо у вас є деяка гравітація, навіть якщо вона менша, ніж на Землі, і ви поєднуєте її з контрзаходами, такими як навчання, це може бути нормально. Але головним викликом є саме подорож туди”.

Перебування на поверхні Марса могло б підтримати стан астронавтів, або вони могли б навіть відновити частину м’язової і скелетної маси, втраченої під час подорожі. “Поки що оцінки базуються на тому, що астронавти відчувають мікрогравітацію протягом усього польоту, тому що ми не знаємо, як врахувати шість місяців, які вони можуть провести на поверхні”.

Слон в кімнаті: Іонізуюче випромінювання

Завдяки багаторічному досвіду роботи в умовах мікрогравітації космічні агентства розробили стратегії пом’якшення і вирішення більшості медичних проблем, викликаних ними. Але існує зовсім інша проблема, яка виникає, коли люди починають досліджувати космос за межами захисного магнітного поля Землі. За межами цієї безпечної гавані все, що рухається в космосі, бомбардується небезпечними космічними променями. Єдині пілотовані місії, які вийшли за межі цієї безпечної гавані, – це місії на Місяць, але вони передбачали вплив радіації лише протягом тижнів, а не місяців чи років.

Ми знаємо, що космічне проміння може пошкодити делікатну електроніку, тому космічні апарати, які призначені для виходу за межі магнітосфери Землі, мають екранування для захисту своїх компонентів. Але ці ж промені є потенційно смертельними для людини, і ми тільки починаємо розуміти, як вони можуть впливати на людський організм. Наприклад, дослідження на мишах показали, що вплив радіації може впливати не тільки на тіло, але й на мозок, і навіть може призвести до змін у поведінці, таких як підвищення рівня тривожності.

Радіаційний вплив не є чимось, наслідки якого можна пом’якшити так само, як атрофію м’язів. Єдиний спосіб захистити астронавтів від радіації – побудувати фізичні структури, які убезпечать їх від неї. “Радіація, ймовірно, буде головною перешкодою, – сказав Френсіс. “З біологічної точки зору ви нічого не можете зробити, щоб захистити себе від радіації. Це дійсно буде залежати від дизайну і проектування корабля, а не від біології чи медицини”.

Рекомендації редакції

• Дивіться, як астронавти космічної станції готуються до сну
• Що записи марсохода Perseverance розповідають про звук на Марсі
• Ось як відпрацьовують святкові надмірності – якщо ви в космосі
• Дивіться баскетбольне тренування астронавта через кілька днів після повернення з космосу
• Це круте відео з космічної станції викличе посмішку на вашому обличчі

Source: digitaltrends.com