Как сделать космос ближе

Уже на первых этапах освоения космоса перед человечеством встала задача разработки средств защиты космонавтов от влияния неблагоприятных факторов, сопровождающих пребывание человека в космическом пространстве. Сегодня, когда реально ведутся работы по программе освоения Марса, выполнения других длительных космических перелетов, данная задача становится особенно актуальной. В этих исследованиях активное участие принимают казанские ученые. О конкретных целях и результатах исследований мы беседуем с известным физиологом, академиком РАН, заведующим кафедрой медицинской и биологической физики КГМУ Евгением Никольским и заведующим кафедрой медицинской биологии и генетики КГМУ, профессором Рустемом Исламовым.

Евгений НИКОЛЬСКИЙ,
академик РАН, заместитель председателя КазНЦ РАН по научной работе, заведующий кафедрой с курсами информатики и медицинской аппаратуры профессор, д.м.н.

«Одним из неблагоприятных факторов, действующих на человека в космосе, является невесомость, - говорит академик Никольский. – Ее пагубное действие особенно ярко проявляется не во время полета, а после возвращения на Землю, в условия обычной гравитации. Все системы организма, адаптировавшиеся к условиям, где отсутствует вес, оказываются неспособными работать в условиях нормального тяготения. Особенно ярко это проявляется в нарушениях функции опорно-двигательного аппарата: снижаются сила и выносливость мышц, изменяются строение и свойства костей, нарушается работа систем, ответственных за построение движений – развивается патологическое состояние, которое называется «гипогравитационный двигательный синдром».

Опыт длительных космических полетов показал, что самым эффективным средством сохранения работоспособности космонавтов является регулярное выполнение во время полета сложного комплекса физических упражнений в условиях, имитирующих земное притяжение. Но даже усердное выполнение космонавтами существующих профилактических комплексов не устраняет полностью развитие гипогравитационного двигательного синдрома, и после возвращения на Землю они вынуждены проходить интенсивный реабилитационный курс. Очевидно, что успешность длительных межпланетных полетов в значительной степени будет определяться достижениями в области совершенствования средств противодействия негативному влиянию на организм невесомости.

Российские ученые вносят большой вклад в решение этой проблемы. Уже около 10 лет после приглашения Института медико-биологических проблем РАН — ведущей научной организации, занимающейся изучением влияния космических полетов на человека, ученые институтов Казанского научного центра РАН, КГМУ, КФУ принимают участие в исследованиях механизма гипогравитационного двигательного синдрома.

Казанскими учеными в исследованиях, выполненных на мышах, содержавшихся в условиях, моделирующих невесомость, получены приоритетные данные о механизме развития гипогравитационного двигательного синдрома. Оказалось, что одним из механизмов развития «космических» нарушений является развитие процесса демиелинизации моторных нервных волокон, приводящее к снижению скорости проведения нервных импульсов к скелетным мышцам. Молекулярно-биологические исследования показали, что это происходит за счет изменения экспрессии генов, кодирующих синтез белков, входящих в состав миелиновых оболочек. Казалось бы, механизм, запускающий всю последовательность нарушений, обнаружен, осталось только найти метод его «обратного запуска». Однако справедливость полученных данных могла быть оценена только после сопоставления результатов модельных экспериментов с результатами, полученными на животных, находившихся в реальном космическом полете.

В апреле прошлого года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Союз-2.1а» с научным космическим аппаратом «Бион-М1». В нем в космос на 30 дней отправились 45 мышей, 15 ящериц-гекконов, 8 монгольских песчанок, 20 улиток, растения и колонии различных микроорганизмов. Команда ученых со всего мира за месяц провела более 70 экспериментов с целью изучения влияния невесомости и факторов космического полета на изменения физиологии организмов на клеточном уровне, воздействия ионизирующего излучения на живые организмы.

И космос внес свои коррективы. После приземления аппарата «Бион-М1» и исследований результатов 30-дневного воздействия невесомости на мышей казанские исследователи установили, что наземная модель недостаточно полно воспроизводит то, что происходит в реальной невесомости. Так, у «космических» животных не было выявлено столь четких нарушений экспрессии генов, ответственных за миелинизацию нервных волокон.

«В принципе, это и неудивительно. Космос есть космос — это не только отсутствие веса, но и действие многих других факторов, - говорит Евгений Никольский. – На Земле мы содержим животных в условиях, когда они своими конечностями не касаются опоры. В принципе, то же самое происходит и в космосе. Но оказалось, что в рамках земного эксперимента и в условиях космического полета изменения вызываются разными механизмами. Таким образом, сейчас перед нами стоит задача — понять, какие факторы, помимо отсутствия опоры, запускают развитие гипогравитационного синдрома».

Конечно, ждать решения проблемы после одного космического полета — не в правилах фундаментальной науки. Евгений Евгеньевич напомнил об известной немецкой пословице: «Einmal ist keinmal», что означает «Eдиножды — все равно, что ни разу». Поэтому работа продолжается, исследования идут сразу во многих казанских лабораториях, где изучают изменения в сердечно-сосудистой, центральной и периферической нервной системах, костной ткани, мышцах. Планируется запуск новых биоспутников. Однако и в результате эксперимента, выполненного по программе «Бион-М1» был получен богатейший материал, позволяющий дополнить земные исследования, сделать промежуточные выводы и в ходе дальнейших экспериментов получить информацию, которой не было раньше.

«Надо признать, что мы далеки от полного понимания того, как космос влияет на биологические объекты и человека в частности, - говорит академик Никольский. – Поэтому ценность реальных космических экспериментов чрезвычайно велика. На сегодняшний день мы имеем некое мозаичное полотно, в котором многие элементы уже стоят на своих местах, но для получения общей картины еще многого не хватает, поэтому исследования должны продолжаться».

Сейчас перед учеными всего мира стоит задача подготовить человека не только к условиям полета, но и к тем, которые будут на месте прибытия, например, на марсианских равнинах — там есть гравитация, пусть и неземная. Как, впрочем, и на луне. Понимая, как невесомость влияет на все функции человека, причем с учетом всех нюансов физиологических процессов, можно создать такие технологии адаптации, которые сведут к минимуму негативные влияния космоса. При таком целеполагании, зная, что на другой планете люди приобретут иной вес, на них будут воздействовать определенные силы, имея методику нивелирования гипогравитации и схему реадаптации, можно было бы заранее готовить их к инопланетным условиям. Чтобы, несмотря на все трудности, космос стал ближе.

Рустем ИСЛАМОВ,
заведующий кафедрой медицинской биологии и генетики КГМУ, профессор, д.м.н.

Необходимость в исследовании влияния особых условий космоса на человека возникла одновременно с началом эпохи освоения космического пространства. за более чем 59-летнюю историю это направление превратилось в отдельную научную дисциплину — космическую медицину.

«В космосе организм человека подвергается воздействиям, которые ранее он не испытывал, таким как гипогравитация или невесомость, - объясняет Рустем Робертович. - Все же эволюция живых систем происходила в условиях земного притяжения. Длительное его отсутствие нарушает функцию практически всех органов и систем организма на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. При этом скелетная мускулатура оказалась наиболее чувствительной к невесомости».

Согласно исследованиям ученых, в скелетных мышцах, обеспечивающих сохранение естественной позы, изменения возникают в первые же сутки полета. Затем в процесс вовлекаются мышцы, контролирующие произвольные движения, и развивается гипогравитационный синдром. Чтобы снизить влияние этого процесса на организм, космонавты на орбите вынуждены много часов заниматься физическими упражнениями. Однако ввиду того, что механизмы развития гипогравитационного двигательного синдрома до сих пор остаются недостаточно изученными, каких-то универсальных и оптимальных методик для тренировки космонавтов не существует.

«Мы хорошо понимаем, что результаты, полученные на Земле, нельзя в полной мере экстраполировать на условия орбитального полета, - говорит Рустем Исламов. - Поэтому надеемся получить данные, подтверждающие или корректирующие нашу гипотезу о механизме развития гипогравитационного двигательного синдрома, по результатам реальных космических испытаний. К ним как раз и относится проект «Бион-М», одним из исполнителей которого мы являемся».

Кстати, полет спутника «Бион-М1» оказался самым продолжительным автоматическим полетом в истории. И хотя реакции человека и животных на воздействия неблагоприятных факторов могут различаться, ученые пришли к выводу, что проявления гипогравитационного двигательного синдрома у мышей и у человека чрезвычайно схожи. А это дает основание полагать, что и природа молекулярно-клеточных механизмов развития этой патологии идентична.

«Самый длительный срок пребывания человека в космосе составляет 438 суток, что сопоставимо с расчетным временем полета марсианской экспедиции, - отмечает профессор Исламов. - Нет никаких сомнений, что в дальнейшем сроки пребывания космонавта в невесомости будут только возрастать. Вот поэтому сейчас очень остро стоит вопрос разработки методов профилактики гипогравитационного синдрома и методов реабилитации космонавтов по прибытию на Землю. Или на Марс, если говорить о предстоящей экспедиции».

По данным Института медико-биологических проблем РАН, следующий аппарат серии «Бион» полетит в космос в 2015 году, он будет выведен на высоту в одну тысячу километров.

В статье использованы фото с сайта imbp.ru

Также на HealthyNation.ru

К оглавлению

Все выпуски

Вы можете оформить подписку на журнал

Написать нам

Разместить рекламу

При использовании материалов сайта и журнала Healthy Nation, ссылка на источник обязательна.