Виклики та можливості подорожей у космосі

Перебування у космосі може зашкодити людському організму, тому вчені працюють над пом’якшенням цих ризиків, перш ніж відправляти людей на Марс

Автор: Рейчел Cайдлер, професорка прикладної фізіології та кінезіології Флоридського університету.

30 травня 2023 року 17 людей одночасно перебували на орбіті навколо Землі, що стало новим рекордом. Оскільки НАСА та інші федеральні космічні агентства планують більше пілотованих місій, а людей у космос доставляють комерційні компанії, можливості для подорожей людей у космос стрімко зростають.

Однак подорож у космос становить ризик для людського організму. НАСА хоче відправити пілотовану місію на Марс у 2030-х роках, тому вченим потрібно швидше знайти захист від цих небезпек.

Як кінезіологиня, яка працює з космонавтами, я багато років вивчала вплив космосу на мозок і тіло. Я також беру участь у проєкті НАСА, спрямованому на пом’якшення небезпеки для здоров’я, з якою можуть зіткнутися учасники майбутньої місії на Марс.

Космічне випромінювання

Земля має захисний шар, званий магнітосферою, який є областю космосу навколо планети, яку контролює її магнітне поле. Цей щит фільтрує космічне випромінювання. Однак астронавти, які подорожують далі від Міжнародної космічної станції, будуть постійно зазнавати впливу цього випромінювання, що еквівалентно від 150 до 6000 рентгенографіям грудної клітки.

Це випромінювання може пошкодити нервову та серцево-судинну системи, включно з серцем та артеріями, що призводить до серцево-судинних захворювань. Крім того, це може викликати порушення гематоенцефалічного бар’єру. Це може піддавати мозок впливу шкідливих для нього хімічних речовин і білків – сполук, які безпечні для крові, але токсичні для мозку.

НАСА розробляє технологію, яка може захистити мандрівників, які відправляються в місію на Марс, від радіації, вбудовуючи в космічні апарати та скафандри такі матеріали, як кевлар і поліетилен. Деякі дієти та харчові добавки, такі як ентерейд, також мінімізують вплив радіації. Подібні добавки, які також використовують під час променевої терапії у хворих на рак, можуть полегшити побічні шлунково-кишкові ефекти радіаційного опромінення.

Гравітаційні зміни

Астронавтам доводиться займатися фізичними вправами в космосі, щоб мінімізувати втрату м’язів, з якою вони зіткнуться після тривалої місії. Місії, які призначені до польоту на Марс, повинні будуть забезпечити астронавтів добавками, такими як бісфосфонат, який використовується для запобігання руйнуванню кісток при остеопорозі. Ці добавки повинні підтримувати їхні м’язи та кістки в хорошому стані протягом тривалого періоду часу, проведеного без впливу земної гравітації.

Мікрогравітація також впливає на нервову та кровоносну системи. На Землі ваше серце качає кров угору, а спеціальні клапани у вашій системі кровообігу не дають біологічним рідинам концентруватися у ваших ногах. За відсутності сили тяжіння рідини зміщуються до голови.

Мої дослідження та праці інших науковців показали, що це призводить до розширення заповнених рідиною просторів усередині мозку. Наявність додаткової рідини в черепі та відсутність сили тяжіння, яка б утримувала мозок внизу, призводить до зміщення мозку вище у черепі та притискання верхньої частини мозку до внутрішньої частини черепа.

Ці зміни розташування рідини можуть викликати пов’язаний з космічним польотом нейроокулярний синдром — цей стан, який переживають багато астронавтів, впливає на структуру та функцію очей. Задня частина ока може сплощуватися, а нерви, які несуть візуальну інформацію від ока до мозку, набрякають і згинаються. Астронавти все ще можуть бачити, проте у декого зорові функції погіршуються. І хоча це ще недостатньо вивчено, дослідження цього стану показують, що він може тривати протягом кількох років після повернення на Землю.

Вчені можуть повернути рідини назад до нижньої частини тіла за допомогою спеціальних «штанів», які діють так само, як вакуум. За допомогою цих штанів можна перерозподілити рідини в організмі у той спосіб, як це робить гравітація Земля.

Астронавт НАСА Скот Келі одягнений тут у вакуумний костюм для нижньої частини тіла Чибіс (Chibis), який може допомогти протидіяти негативним наслідкам переміщення рідини в організмі, що їх викликає мікрогравітація. Джерело: НАСА

Психічне здоров’я та ізоляція

Космічні подорожі можуть зашкодити тілу, а ізоляція, яка їх супроводжує, може мати глибокий вплив на психіку.

Уявіть, що вам доводиться жити і працювати з тими самими людьми з невеликої групи без можливості бачити свою сім’ю чи друзів місяцями. Щоб навчитися справлятися з екстремальними умовами та підтримувати спілкування і дисципліну, астронавти спочатку проходять тренінги з командної роботи на Землі.

Вони тижнями перебувають або в місії НАСА з операцій в екстремальному навколишньому середовищі на дослідницькій станції Акваріус (Aquarius), яка знаходится під водою біля Флорида-Кіс, або займаються картографуванням та досліджують печери в рамках програми КЕЙВС (CAVES) Європейського космічного агентства. Ці програми допомагають астронавтам будувати добрі стосунки зі своїми товаришами по команді та навчитися справлятися зі стресом і самотністю у далекому суворому середовищі.

Науковці досліджують питання, як найкраще відстежувати й підтримувати психічне і поведінкове здоров’я за таких екстремальних умов та ізоляції.

Під час космічних подорожей присутні стрес та самотність, але астронавти також описують «ефект огляду»: почуття захоплення та зв’язку з усім людством. Це часто трапляється під час спостереження за Землею з Міжнародної космічної станції.

Схід Землі – відоме зображення, зроблене під час місії Аполон (Apollo), показує Землю з космосу. Спостерігаючи за Землею здалеку, багато астронавтів кажуть, що відчувають приголомшливий «ефект огляду». Джерело: НАСА

Знання про те, як підтримувати здоров’я та враховувати фізіологічні потреби людини в космосі, також має численні переваги для життя на Землі. Наприклад, продукти, які захищають астронавтів від космічного випромінювання та протидіють його шкідливому впливу на наш організм, також можуть лікувати хворих на рак людей, які проходять променеве лікування.

Розуміння того, як захистити наші кістки та м’язи в умовах мікрогравітації, може покращити лікування слабкості, яка часто супроводжує старіння. А дослідження космосу привело до багатьох технічних досягнень, що сприяють розвитку нових систем очищення води та супутникових систем.

Дослідники, які вивчають способи збереження здоров’я астронавтів, очікують, що їхня робота принесе користь людям як у космосі, так і тут, на землі.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «Spending time in space can harm the human body — but scientists are working to mitigate these risks before sending people to Mars» в журналі The Conversation 19 вересня 2023 року.

Переклали Ростислав Кашуба і Яна Руча