Из всех проблем доставки людей на Марс, та, которую мы, возможно, наиболее далеки от решения, не имеет ничего общего с ракетами, обитаемыми зонами или сложными системами фильтрации воды. Большая проблема, с которой нам приходится сталкиваться, - это ограничения человеческого тела.
Наши тела невероятно приспособлены к различным условиям здесь, на Земле, но не так сильно, когда речь заходит об окружающей среде на других планетах.
Мы поговорили с двумя экспертами в космической медицине, чтобы узнать о том, как вы лечите больных или раненых пациентов в космосе и какие некоторые из больших открытых вопросов возникают, когда речь заходит о здоровье астронавтов, которых мы планируем отправить в Солнечную систему.
Эта статья является частью серии "Жизнь на Марсе", состоящей из 10 частей, в которой исследуются передовые научные и технологические достижения, которые позволят людям заселить Марс
Тело в пространстве
Мы уже многое знаем о том, как человеческий организм реагирует на космические полеты благодаря двум с лишним десятилетиям исследований на Международной космической станции (МКС). Окружающая среда в условиях микрогравитации приводит к целому ряду изменений в организме, включая потерю костной массы, атрофию мышц и перераспределение жидкостей (когда нет силы тяжести, чтобы тянуть жидкости вниз, они в конечном итоге скапливаются в верхней части тела), а также другие связанные с этим проблемы, такие как нарушение зрения. Эти симптомы проявляются в типичных поездках продолжительностью от шести месяцев до одного года, которые астронавты выполняют на МКС, что примерно сопоставимо с количеством времени, которое потребовалось бы для полета на Марс.
Хорошей новостью является то, что исследователи нашли много способов противодействия этим эффектам, например, важность нескольких часов ежедневных упражнений для предотвращения истощения мышц.
Филиппо Каструччи, летный хирург Европейского космического агентства, рассказал Digital Trends, что длительный космический полет, такой как полет на Марс, во многом с медицинской точки зрения будет похож на пребывание на МКС. И это означает, что мы можем быть достаточно уверены в том, что астронавты смогут отправиться на Марс без возникновения чрезвычайной ситуации со здоровьем.
“За 20 лет постоянного проживания на МКС на сегодняшний день на орбите не наблюдалось заболеваний, требующих медицинской эвакуации”, - сказал он, добавив, что этому способствовал тщательный отбор астронавтов, которые находятся на пике здоровья и за которыми наблюдают не менее двух лет перед отправкой в миссию. “Таким образом, вероятность того, что во время полета на Марс произойдет медицинское событие, хотя и возможна, невелика, как показывают текущие данные на МКС”.
Врачи на борту
Тем не менее, низкая вероятность оказания неотложной медицинской помощи-это не то же самое, что отсутствие возможности возникновения чрезвычайной ситуации. Экипаж миссии на Марс должен быть готов иметь дело с чем угодно-от обычных жалоб, связанных с космосом, до случайных травм и неожиданных заболеваний.
Каждый астронавт обучен базовым медицинским навыкам, и в каждом экипаже, как правило, есть по крайней мере два члена экипажа, которые проходят дополнительную медицинскую подготовку, чтобы стать медицинскими работниками экипажа (CMOs). CMOS обучены на уровне, аналогичном уровню парамедиков, и умеют пользоваться медицинскими принадлежностями, распределять лекарства и использовать дефибриллятор.
Тем не менее, Кастручи говорит, что даже хорошо обученных КМОП может быть недостаточно для медицинской поддержки миссии на Марс, поэтому для более длительной космической миссии, вероятно, понадобятся обученные врачи, чтобы путешествовать в составе экипажа.
“При полете на Марс без возможности эвакуации любая чрезвычайная ситуация, превышающая текущие возможности CMO, может значительно снизить шансы пациента на выживание. Поэтому способность на уровне врача является необходимым условием для продолжительной миссии вдали от [низкой околоземной орбиты]”,-сказал он. “Два врача скорой медицинской помощи, чтобы обеспечить избыточность, с навыками хирурга и внутренней медицины должны быть частью команды”.
Лечение неотложной медицинской помощи в космосе
Одной из проблем лечения в потенциальной миссии на Марс является задержка связи между экипажем и Землей. Когда астронавты находятся на МКС, медицинская поддержка может быть оказана в режиме реального времени врачами на земле. Но по мере удаления космического аппарата от Земли связь все больше и больше задерживается, с задержкой до 20 минут между Землей и Марсом. Это означает, что экипажу Марса придется действовать более автономно в случае чрезвычайной ситуации, поэтому поддержка с земли будет в основном оказываться в форме подготовки и инструкций.
Процедурные вопросы также возникают при попытке использовать определенные методы лечения в космосе, поэтому обучение должно быть адаптировано к условиям микрогравитации.
Каструччи привел пример маневров сердечно-легочной реанимации (СЛР), которые на Земле предполагают, что пациент лежит лицом вверх на твердой поверхности, чтобы спасатель мог использовать вес своего тела для сжатия грудной клетки. Однако это не работает в условиях микрогравитации.
В космосе летательный аппарат должен быть оснащен специальными плоскими поверхностями, которые крепятся к раме и к которым может быть прикреплен раненый член экипажа. Спасатель также должен закрепиться на раме, чтобы он мог сжимать грудь, не отталкиваясь. И им приходится давить сильнее, так как они не могут использовать вес своего тела при сжатии грудной клетки.
Все это делает искусственное дыхание медленнее и труднее выполнять в космосе, чем на земле, и это лишь один пример того, насколько сложной может быть космическая медицина.
Проблемы Марса
Именно такие проблемы возникают при лечении медицинских проблем в космосе, и в основном они связаны с жизнью в условиях микрогравитации. Как только астронавты доберутся до Марса, они вернут себе некоторую гравитацию – гравитация Марса составляет около 40% от земной, – но планета сама по себе столкнется с новыми проблемами.
Марс-чрезвычайно пыльная среда, и это может вызвать кожную сыпь и раздражение глаз, а также раздражение дыхательных путей и застойные явления. Это не говоря уже об усталости, стрессе и плохом сне, которых можно ожидать от очень напряженной миссии, а также о взаимодействии между психологией и физическим здоровьем.
Но действительно большая проблема на Марсе-это нечто невидимое невооруженным глазом: радиация. Здесь, на Земле, наша планета имеет магнитосферу, которая защищает нас от излучения космических лучей и солнечного ветра, но на Марсе такого нет. Усугубляет проблему разреженная атмосфера Марса, плотность которой составляет всего около 1% плотности атмосферы Земли.
Предыдущие миссии на Марс, такие как космический корабль Mars Odyssey, показали, что уровень радиации в 2,5 раза выше, чем на МКС. И были времена, когда радиация повышалась (вероятно, связанная с солнечной активностью) до гораздо более высоких уровней, чем.
Итак, как вы защищаете астронавтов от этой невидимой угрозы?
Невидимая опасность радиации
Мы знаем, что облучение подвергает людей более высокому риску развития рака и дегенеративных заболеваний, а также может повредить нервную систему. Это также может способствовать развитию таких заболеваний, как катаракта или бесплодие. Совсем недавно такие врачи, как Манон Меерман, специалист по сердечно-сосудистой системе, изучающая влияние радиации на здоровье в результате длительных космических полетов, обнаружили, что сердце и сердечно-сосудистая система также могут быть чувствительны к космическому излучению.
Меерман сказал нам, что одна из тревожных вещей, связанных с воздействием радиации в космосе, заключается в том, что мы недостаточно знаем, чтобы уверенно предсказать, каковы будут последствия для здоровья. Маловероятно, что астронавты заболеют или умрут от этого во время полета на Марс, но в долгосрочной перспективе они будут подвергаться более высокому риску возникновения опасных для жизни заболеваний, таких как рак.
“Если мы в конечном итоге захотим расширить космические полеты на Луну или на Марс, нам действительно придется глубже погрузиться в то, как этот тип излучения влияет на организм человека”.
Информация, которой мы располагаем о радиации в космосе за пределами низкой околоземной орбиты, взята из крошечной выборки: очень немногих людей, которые посетили Луну, что не дает достаточно данных, чтобы сделать широкие выводы. Мы можем собрать больше информации из сопоставимых источников, таких как пациенты, получившие лучевую терапию, или люди, подвергшиеся воздействию радиации в ядерных авариях, таких как Чернобыльская катастрофа в 1986 году. Но это может дать только ограниченное сравнение.
Это связано с тем, что для миссии на Марс необходимо учитывать два типа излучения: во-первых, существуют галактические космические лучи, которые приводят к непрерывному воздействию проникающих ионов. Во-вторых, существуют также случайные и очень мощные всплески излучения, вызванные солнечными вспышками. Когда дело доходит до того, как каждый тип излучения повлияет на здоровье в долгосрочной перспективе, мы многого просто не знаем.
“Если мы в конечном итоге захотим расширить космические полеты на Луну или на Марс, нам действительно придется глубже погрузиться в то, как влияет этот тип излучения на организм человека”, - сказал Меерман.
Новые методы исследования
Поскольку радиация является такой важной проблемой для космических путешествий, в последние годы в этой области наблюдается огромный рост исследований. Помимо традиционных методов исследования, таких как исследования на животных, один из подходов, над которым работают Меерман и другие, - это исследование “орган на чипе". Это включает в себя создание чипа, содержащего созданные в лаборатории клетки для имитации реакций реального человеческого органа. Это может быть использовано для исследований, которые было бы опасно или невозможно провести на живом человеке.
Это большая тема исследований, проводимых в настоящее время на МКС, в надежде, что использование этого метода поможет нам больше узнать о том, как космическая среда влияет на органы человека. В будущем это может стать перспективным направлением исследований в области космической радиации.
Другой подход заключается в моделировании космического излучения в лабораториях здесь, на Земле. Однако воссоздать радиационную среду в космосе нелегко, поэтому так важны специальные лаборатории, такие как Лаборатория космической радиации НАСА, которая использует коллайдер с тяжелыми ионами для имитации излучения.
Как защитить космонавтов от радиации
Существуют идеи и исследования о том, как защитить астронавтов от космической радиации. В настоящее время космические агентства ограничивают продолжительность жизни астронавтов низкими уровнями, которые не должны создавать неоправданного риска. Но для миссии на Марс это помогло бы иметь большую гибкость с точки зрения того, как долго астронавты проводят в космосе.
Наиболее практичным подходом к защите здоровья астронавтов является использование защитных экранов, в которых используются толстые листы металла для предотвращения излучения и обеспечения безопасности астронавтов. Защита может быть применена к космическому кораблю или среде обитания, позволяя астронавтам свободно перемещаться внутри, а также проводится работа над защитными жилетами или костюмами, которые имеют встроенную защиту, если астронавту потребуется выйти за пределы безопасной среды.
Большим недостатком экранирования является то, что оно очень тяжелое, что является проблемой как для запуска ракеты с минимальной массой, так и для людей, пытающихся передвигаться с большим дополнительным весом.
Другой подход состоит в том, чтобы рассмотреть лекарства, которые могли бы защитить людей от воздействия радиации, хотя у нас и близко нет таблеток, которые могли бы обезопасить астронавтов. Меерман поднял вопрос о том, что даже если бы мы могли создать эффективные лекарства на Земле, мы не знаем, как эти лекарства будут работать в космической среде. Человеческое тело проходит через столько изменений в пространстве, что способы поглощения наркотиков могут быть разными, и мы просто недостаточно знаем, чтобы предсказать, как это может выглядеть.
И последнее, что потенциально может помочь сохранить здоровье астронавтов, - это найти способы укрепить их собственную естественную иммунную систему, например, включив в свой рацион продукты, богатые антиоксидантами. Это многообещающая концепция, поскольку ее гораздо проще реализовать, чем другие решения, хотя это исследование также находится на очень ранних стадиях.
Слишком много неизвестных
Большая проблема для таких врачей, как Меерман, заключается в том, как много неизвестных существует, когда речь заходит о здоровье астронавтов, отправляющихся на Марс. Мы просто не можем точно сказать, каковы могут быть долгосрочные последствия радиационного воздействия для здоровья, и у нас также пока нет надежного способа защитить астронавтов от этих потенциальных последствий.
Поэтому, хотя мы, возможно, технологически готовы отправить людей на Марс прямо сейчас, возникает вопрос о морали принятия такого выбора, пока медицинские исследования все еще находятся в зачаточном состоянии. “Мы должны спросить себя, готовы ли мы отправиться на Марс, не зная точных рисков, которым мы подвергаем астронавтов”, - сказала она. “Это скорее этический вопрос, чем научный”.