Астронавт NASA Фрэнк Рубио вернулся недавно с миссии на орбите, где он провел 371 день на борту МКС. Это путешествие могло изменить его мышцы, мозг и даже бактерии, живущие в его кишечнике.
Его время на орбите превысило предыдущий рекорд США в 355 последовательных дней. Больше его пробыл на орбите только российский астронавт Валерий Поляков, проведший 437 дней на космической станции “Мир” в середине 1990-х годов.
Так много времени в низкой гравитации на МКС отрицательно скажется на организме Рубио, но также даст ценную информацию о том, как лучше противодействовать воздействию длительных космических полетов.
Это важные знания, ведь ученые планируют отправлять миссии в глубь Солнечной системы. Полет на Марс и обратно, например, может занять около 1100 дней (чуть более трех лет). А космический корабль, на котором полетят астронавты, будет гораздо меньше МКС, а значит, тренажеры на нем будут небольшими.
Мышцы и кости
Без действия силы тяжести на наши конечности масса мышц и костей быстро начинает убавляться в космосе.
Больше всего страдают мышцы спины, шеи, икр и квадрицепсов, которые помогают поддерживать осанку – в условиях невесомости им не нужно работать так же интенсивно и они начинают атрофироваться.
Уже через две недели мышечная масса может уменьшиться на 20%, а во время более продолжительных миссий от трех до шести месяцев – на целых 30%.
Кости также начинают деминерализоваться и терять крепкость.
Астронавты могут терять 1-2% своей костной массы ежемесячно и до 10% в течение полугода. На Земле пожилые мужчины и женщины теряют костную массу со скоростью 0,5-1% ежегодно.
Это увеличивает риск переломов и время, необходимое для роста. По возвращении на Землю восстановление костной массы может занять до четырех лет.
Чтобы бороться с этим, астронавты на МКС ежедневно по 2,5 часа тренируются на тренажерах. Они также принимают диетические добавки, чтобы сохранить свои кости как можно здоровее.
Астронавты также могут заметить, что за время на орбите они немного подросли, ведь из-за отсутствия силы тяжести позвоночник немного вытягивается.
Это может вызвать боль в спине и смещение дисков в позвоночнике по возвращении на Землю.
Потеря веса
Хотя в условиях гравитации вес практически не имеет значения, поддерживать его в норме может быть сложно.
Несмотря на то, что НАСА пытается обеспечить своим астронавтам разнообразный рацион, включающий даже несколько листьев салата, выращенных на борту космической станции, они все равно теряют вес.
Американский астронавт Скотт Келли, принимавший участие в масштабном исследовании последствий длительного космического полета, потерял 7% массы тела после 340 дней на борту МКС.
Зрение
На Земле сила тяжести вынуждает кровь в наших телах опускаться, а работа сердца обеспечивает давление, благодаря которому кровь поднимается вверх.
Однако в космосе этот процесс сбивается (хотя организм несколько адаптируется), и кровь может больше скапливаться в голове, чем обычно. Часть жидкости собирается в задней части глаза и вокруг зрительного нерва, что приводит к отеку.
Это может изменить зрение, снижая его остроту, а также влиять на саму структуру глаза. Эти изменения начинаются только через две недели в космосе, но постепенно риск возрастает. Зрение восстанавливается только через год после возвращения астронавта на Землю, но некоторые изменения могут стать постоянными.
Воздействие галактических космических лучей и энергичных солнечных частиц также может привести к проблемам с глазами. На Земле от вредного излучения нас ограждает атмосфера.
Но на орбите, несмотря на то, что у космических кораблей также есть определенная защита, космические лучи и солнечные частицы могут попасть на сетчатку и зрительный нерв астронавта.
Мозг
После длительного пребывания на МКС когнитивные показатели Скотта Келли мало изменились и были примерно такими же, как у нелетавшего в космос брата-близнеца.
Однако после шести месяцев на Земле исследователи заметили, что скорость и точность умственных способностей астронавта снизились. Причина, возможно, в том, что его мозг снова привык к гравитации, а также к совершенно иному образу жизни дома.
Исследование российского космонавта, проведшего 169 дней на МКС в 2014 году, также показало, что во время пребывания на орбите в мозге происходят некоторые изменения.
Ученые заметили их в нейронных связях в областях мозга, которые отвечают за движение, а также в вестибулярной коре, которая играет важную роль в ориентации, балансе и восприятии наших собственных движений.
Это, возможно, не давно, учитывая особую природу невесомости. Астронавтам часто приходится учиться эффективно двигаться без силы тяготения и жизни в мире, где нет ни верха, ни низа.
340-дневное путешествие Скотта Келли на МКС позволило исследователям изучить, как космос повлиял на него по сравнению с его братом-близнецом на Земле.
Недавнее исследование вызвало беспокойство по поводу других изменений в структуре мозга, которые могут произойти во время длительных космических миссий.
Полости в мозге, известные как правый боковой и третий желудочек (отвечают за хранение спинномозговой жидкости, обеспечение мозга питательными веществами и утилизацию отходов), могут набухать. Нужно около трех лет, чтобы они снизились до нормального размера.
Дружественные бактерии
Последние исследования свидетельствуют, что ключом к здоровью есть состав и разнообразие микроорганизмов, живущих в нашем теле и на нем.
Они влияют на то, как мы перевариваем пищу, влияем на уровень воспаления в нашем теле и даже меняем работу нашего мозга.
После пребывания на МКС бактерии и другие микроорганизмы, живущие в кишечнике Келли, значительно изменились. Это понятно, ведь изменилась и еда и люди, с которыми он проводил дни (мы получаем невероятное количество кишечных и ротовых микроорганизмов от людей, с которыми живем рядом).
Но влияние радиации и использования переработанной воды, а также изменение его физической активности также сыграли свою роль.
Кожа
Келли обнаружил, что его кожа стала слишком чувствительной и склонной к сыпи примерно через шесть дней после того, как он вернулся с космической станции.
Исследователи предположили, что причиной этого могло быть отсутствие стимуляции кожи во время миссии.
Отсутствие гравитации может оказать значительное влияние на организм человека, что станет проблемой, когда люди начнут длительные полеты в глубь Солнечной системы.
Гены
Одним из важнейших выводов длительного путешествия Келли в космос было влияние на его ДНК.
В конце каждой цепи ДНК есть структуры, известные как теломеры, которые помогают оградить наши гены от повреждения. С возрастом они становятся короче, но ученые обнаружили, что у Келли и других астронавтов, долго находившихся в космосе, длина теломеров изменилась.
Профессор из Университета штата Колорадо Сьюзан Бейли провела отдельные исследования Келли и его брата-близнеца, а также еще 10 не связанных между собой астронавтов, участвовавших в более коротких миссиях продолжительностью полгода.
“Нас поразило, что во время полета их теломеры были существенно длиннее, – говорит ученая, – Но не менее удивительно и то, что они быстро сократились по возвращении на Землю у всех членов экипажа”.
В целом у астронавтов было гораздо больше коротких теломеров после космического полета, чем раньше, пришли к выводу исследователи.
Бейли не может точно объяснить, почему это происходит.
Одной из возможных причин может являться влияние сложной смеси радиации во время пребывания в космосе. По ее словам, астронавты, подвергшиеся длительному облучению во время пребывания на орбите, имеют признаки повреждения ДНК.
Астронавты на МКС тренируются до 2,5 часов в день, чтобы сохранить мышечную массу и плотность костей.
Ученые также заметили изменения в экспрессии генов – механизме, считывающем ДНК для выработки белков в клетках.
Некоторые из них связаны с реакцией организма на повреждение ДНК, изменения в костях и реакцией иммунной системы на стресс.
Большинство из этих изменений, однако, вернулись в норму в течение шести месяцев после возвращения на Землю.
Иммунная система
Келли получил несколько вакцин до, во время и после своего путешествия в космос. Оказалось, что его иммунная система нормально реагирует.
Но исследования Бейли обнаружили, что астронавты страдают некоторого снижения количества лейкоцитов в крови, связанного с радиацией, которую они получают на орбите.
Впрочем, остается еще много вопросов о том, какое космическое путешествие влияет на двуногий вид с большим мозгом, который эволюционировал, чтобы жить на Земле.
Пока Рубио приходит в себя после 371 дня в космосе, исследователи будут изучать его медицинские тесты, образцы крови и сканирование, чтобы узнать новые вещи.
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.