1. Гравитация как архитектор тела
Эволюция формировала человеческое тело миллионы лет в условиях постоянной гравитации. Наши мышцы приспособлены преодолевать вес. Наш скелет рассчитан на нагрузку. Наши жидкости циркулируют так, чтобы доставлять кровь к голове вопреки силе тяжести.
На Земле позвоночник сжат. Позвонки давят друг на друга, межпозвоночные диски (хрящевые прослойки между позвонками) находятся под постоянным давлением. Взрослый человек за день становится чуть ниже к вечеру — потому что диски сжимаются под весом тела. За ночь, в горизонтальном положении, они восстанавливаются.
В космосе гравитации нет. Позвоночник больше не сжат. Межпозвоночные диски расправляются, как пружины, из которых убрали груз. Позвонки расходятся на доли миллиметра каждый — но суммарно это дает 3-5 сантиметров прибавки в росте.
Это самое заметное и безобидное изменение. Но далеко не единственное.
А знаете ли вы? Рост в космосе — временное явление. Через несколько дней после возвращения на Землю позвоночник снова сжимается, и астронавт возвращается к своему обычному росту. Но иногда диски восстанавливаются не полностью, и бывшие астронавты навсегда остаются на сантиметр-два выше.
2. Кости: Теряем то, что не используем
Кость — не мертвая опора. Это живая ткань, которая постоянно разрушается и восстанавливается. На Земле два типа клеток работают в балансе: остеобласты строят новую костную ткань, остеокласты разрушают старую. Нагрузка — ходьба, бег, подъем тяжестей — стимулирует остеобласты.
В космосе нагрузки почти нет. Астронавт парит, не опираясь на ноги. Позвоночник не сжат. Кости, которые на Земле испытывают постоянное давление (бедренные, берцовые, позвонки), оказываются без работы.
Организм рассуждает рационально: зачем тратить ресурсы на поддержание ткани, которая не используется? Остеобласты замедляют работу, остеокласты продолжают разрушать. Кость истончается.
Цифры говорят сами за себя. Астронавты теряют 1-2% костной массы в месяц, проведенный в космосе. В основном страдают нижняя часть позвоночника, таз, шейка бедра и большеберцовая кость. За полгода на МКС можно потерять до 12% костной массы — столько же, сколько пожилой человек теряет за 10-15 лет на Земле.
Самое тревожное: после возвращения костная масса восстанавливается не полностью. Даже через год на Земле астронавты не набирают потерянного. Космический полет оставляет необратимый след в скелете.
А знаете ли вы? Чтобы замедлить потерю костной массы, астронавты занимаются на специальных тренажерах по 2 часа в день. Но даже интенсивные тренировки не могут полностью имитировать гравитационную нагрузку — они лишь снижают скорость потерь, а не останавливают ее.
3. Атрофия в невесомости
Мышцы в космосе перестают работать так, как привыкли. На Земле даже просто стоять — это работа мышц. Они постоянно напряжены, чтобы удерживать тело вертикально. Ходить — еще больше работы. Поднимать предметы — борьба с гравитацией.
В невесомости мышцы отдыхают. Астронавт передвигается легкими толчками от стенки к стенке. Чтобы удерживать позу, мышечных усилий почти не нужно. Даже мышцы спины и шеи, которые на Земле удерживают голову, в космосе почти не задействованы — голова больше не давит.
Организм снова включает экономию. Мышцы без нагрузки атрофируются. Быстрее всего — мышцы ног и спины. Медленнее — мышцы рук, которые все же используются для работы.
За полгода на МКС астронавт может потерять до 20-30% мышечной массы в нижней части тела. При этом мышцы становятся не только меньше, но и слабее — нарушается их иннервация и структура мышечных волокон.
Возвращение на Землю — тяжелое испытание. Астронавтам трудно ходить. Их ноги словно чужие. Первые шаги после посадки — неуверенные, шаткие. Многие говорят, что чувствуют себя глубокими стариками. Требуются недели интенсивной реабилитации, чтобы вернуть мышечную силу.
4. Куда девается вода в теле
На Земле гравитация тянет кровь вниз, к ногам. Сердцу приходится работать против силы тяжести, чтобы качать кровь к голове.
В космосе гравитации нет. Кровь и другие жидкости перестают скапливаться в ногах. Они равномерно распределяются по телу. Но самое главное — избыток жидкости устремляется в верхнюю половину тела.
Лицо астронавта становится одутловатым, опухшим. Щеки округляются. Это явление называют «лицом-луной». Ноги, наоборот, худеют — из них ушла жидкость.
Организм реагирует на перераспределение жидкости. Он ошибочно решает, что общий объем крови стал слишком большим (хотя на самом деле кровь просто собралась в верхней части тела). Включается механизм выведения жидкости: астронавты больше мочатся, меньше пьют. Общий объем крови в теле уменьшается на 10-15%.
Когда астронавт возвращается на Землю, его кровеносная система не готова к гравитации. Крови стало меньше, а гравитация снова тянет ее вниз. Сердце испытывает трудности с доставкой крови к голове. Поэтому многие астронавты после приземления чувствуют головокружение, темнеет в глазах, а иногда они даже теряют сознание при попытке встать. Это называется ортостатической гипотензией.
5. Сердце: Переучиваясь работать
Сердце — тоже мышца. В космосе ему становится легче: не нужно перекачивать кровь вверх, против гравитации. Объем крови в теле уменьшился, и сердцу требуется меньше усилий, чтобы протолкнуть ее по сосудам.
Сердце адаптируется к новым условиям. Как и другие мышцы, оно становится меньше и слабее. Его масса уменьшается. Атрофия сердечной мышцы — серьезная проблема.
Когда астронавт возвращается на Землю, сердце оказывается не готово к нагрузке. Ему снова приходится качать кровь вверх, к голове. Но оно стало слабее, и крови теперь меньше. Первое время сердце работает на пределе, а иногда и не справляется.
Долгосрочные последствия до конца не изучены. Есть данные, что длительные космические полеты могут приводить к необратимому снижению эластичности миокарда. Марсианская экспедиция (которая продлится два-три года) может стать серьезным испытанием для сердечно-сосудистой системы.
6. Сон и циркадные ритмы
На МКС день и ночь меняются каждые 45 минут. Станция делает полный оборот вокруг Земли за 90 минут, и за это время 16 раз встречает рассвет и 16 раз — закат. Организм человека, привыкший к 24-часовому циклу (циркадному ритму), впадает в замешательство.
Астронавты спят в гермошлемах с клапанами — отсеках размером с телефонную будку. Крепятся спальными мешками к стене, чтобы не улететь во сне. Темноты нет — иллюминаторы закрывают шторками, но солнечный свет все равно пробивается.
Нарушение циркадных ритмов приводит к хроническому недосыпу. Астронавты спят в среднем на 1-2 часа меньше номинальных 8 часов. Качество сна снижается. Это влияет на внимание, скорость реакции, настроение, иммунитет.
Используются специальные лампы, имитирующие дневной свет, и строгий режим. Но полностью проблему не решить. На Марсе, где сутки длятся 24 часа 37 минут, будет чуть легче — но до этого еще нужно долететь.
7. Иммунитет
Невесомость подавляет иммунную систему. Лимфоциты — клетки, которые отвечают за распознавание и уничтожение инфекций — работают хуже. Ученые до конца не понимают механизм, но факт остается фактом: в космосе астронавты чаще болеют.
Вирусы, которые на Земле дремали в организме, активируются. Вирус герпеса (Varicella zoster) возвращается — у астронавтов появляются высыпания, похожие на опоясывающий лишай. Цитомегаловирус, который у здорового человека обычно не проявляется, тоже может проснуться.
Кроме того, на МКС особая среда. Замкнутое пространство, рециркуляция воздуха, невозможность полноценно проветрить отсеки. Бактерии и грибки чувствуют себя прекрасно. Иммунитет ослаблен, а патогенов вокруг много.
8. Космическая слепота
Одно из самых неожиданных открытий: у многих астронавтов после длительных полетов ухудшается зрение. Более 40% членов экипажей МКС возвращаются с изменениями в глазах.
Причина — перераспределение жидкости в организме. Избыток жидкости в голове повышает внутричерепное давление. Это давление передается на глазные яблоки: они немного сплющиваются, сетчатка сдавливается, зрительный нерв отекает.
Проявляется как дальнозоркость — астронавтам трудно читать мелкий текст. У некоторых изменения необратимы. Для длительных миссий — например, к Марсу — это серьезная проблема. Пока неясно, как защитить глаза от повышенного внутричерепного давления в невесомости.
9. Дорога обратно на Землю
Возвращение — самая тяжелая часть полета. Астронавт привык к невесомости. Его тело перестроилось. Земная гравитация обрушивается на него, как тяжелый груз.
После посадки астронавтов выносят на специальных носилках. Они не могут ходить. Не могут стоять. Кости и мышцы ослабли, сердечно-сосудистая система не справляется.
Первые шаги — через несколько дней. Первая пробежка — через недели. Полная реабилитация занимает от нескольких месяцев до года. Некоторые изменения остаются навсегда.
Но организм удивителен. Он помнит, как жить на Земле. И через несколько месяцев большинство астронавтов возвращается к нормальной жизни. Многие готовы лететь снова.
10. Марс и радикальные решения
Для полета на Марс нужны новые подходы. Полет туда займет 9 месяцев, обратно — 9 месяцев, плюс год на поверхности. Итого — два с половиной года в космосе или на Марсе (где гравитация в 2,6 раза слабее земной). Никто не знает, что произойдет с телом человека за такое время.
Предлагаются разные решения:
- Искусственная гравитация — вращающиеся модули корабля, создающие центробежную силу. Технически сложно, но возможно.
- Усиленные тренировки — больше нагрузки, более совершенные тренажеры.
- Фармакологическая защита — препараты, замедляющие потерю костной массы и атрофию мышц.
- Частичная гравитация на Марсе — она поможет, но не решит проблему полностью.
Пока ответа нет. Первые марсианские астронавты станут подопытными в эксперименте, который никто не проводил.
Когда вы в следующий раз увидите кадры с МКС — астронавты парят в невесомости, улыбаются в объектив, выполняют сложные эксперименты — вспомните, какой ценой дается это парение. Их тела платят за каждый день на орбите. Но они летят. Потому что исследование космоса — это не только физика и астрономия. Это еще и физиология человека, бросившего вызов своей собственной эволюции.
Подпишись, чтобы не пропустить новые статьи!
Другие темы: