Скоро на Марс! Поиски идеальной модели длительного пребывания человека в невесомости
Ведущий автор работы Лекс ван Лун, научный сотрудник Медицинской школы ANU, сообщил в пресс-релизе, что с появлением космических путешествий полёты на Марс вызывают много опасений в плане здоровья из-за длительного пребывания в условиях микрогравитации, часто называемой «нулевой» гравитацией.
Ван Лун сказал, что длительное пребывание в невесомости в сочетании с воздействием вредного солнечного излучения может вызвать «фундаментальные» изменения в организме человека. В качестве примера можно привести изменения в структуре кровеносных сосудов человеческого тела и сокращение сердечных мышц, которые происходят, когда человек живёт в невесомости длительное время, например, во время шести-семимесячного путешествия на Марс.
Чтобы изучить эти изменения, исследователи ANU смоделировали влияние длительного пребывания в условиях невесомости на сердечно-сосудистую систему — сердце, кровь и кровеносные сосуды. Эта информация позволила им создать модель, которая может послужить важным инструментом в решении вопроса о высадке людей на поверхность Марса и использована для оценки влияния как коротких, так и длительных космических путешествий на организм человека.
Скафандр Gandolfi 2 снаружи SHEE (Self-Deployable Habitat for Extreme Environments) во время первой симуляции марсианской миссии проекта Moonwalk в городе Минас-де-Риотинто, Испания, 22 апреля 2016 года. (Jorge Guerrero/AFP/Getty Images)
Нулевая гравитация негативно влияет на организм человека
Соавтор исследования Эмма Такер, врач, астрофизик и научный сотрудник ANU, говорит, что в условиях невесомости сердце становится ленивым, потому что ему не приходится работать так интенсивно, чтобы перекачивать кровь по организму. В условиях почти полного отсутствия гравитации сердцу не нужно преодолевать силу тяжести, чтобы перекачивать кровь вверх.
«Когда вы находитесь на Земле, гравитация притягивает жидкость к нижней половине нашего тела, поэтому некоторые замечают, что к концу дня их ноги начинают отекать», — говорит Такер.
«Но когда вы выходите в космос, гравитационное притяжение исчезает, что означает, что жидкость перемещается в верхнюю половину тела, и это вызывает реакцию, которая обманывает организм, заставляя его думать, что жидкости слишком много».
«В результате вы начинаете часто ходить в туалет, избавляетесь от лишней жидкости, не чувствуете жажды и мало пьёте, что означает обезвоживание в космосе».
По её словам, именно из-за эффекта невесомости в новостях показывают обмороки астронавтов, когда они возвращаются к вертикальному движению на Земле.
«Это довольно распространённое явление в результате космических путешествий, и чем дольше вы находитесь в космосе, тем больше вероятность того, что вы упадёте в обморок, когда вернётесь к гравитации».
«Цель нашей модели — предсказать с большой точностью, сможет ли астронавт безопасно прибыть на Марс без обморока. Мы считаем, что это возможно».
Обморок — критическая проблема при исследовании космоса
Астронавты должны быть в состоянии выполнять свои обязанности без срочной помощи экипажей поддержки, поскольку существует задержка в передаче сообщений между Марсом и Землёй.
По данным НАСА, радиосигналу с Марса обычно требуется от 5 до 20 минут, чтобы достичь Земли, в зависимости от положения планет. Ван Лун сказал, что продолжительность задержки зависит от положения планеты относительно Солнца.
Планеты обращаются вокруг Солнца с разной скоростью, Земля проходит по орбите примерно за 365 дней, а Марсу требуется около 687 дней, планеты сближаются и отдаляются друг от друга по мере своего движения.
«Если астронавт упадёт в обморок при выходе из космического корабля или если возникнет экстренная медицинская ситуация, на Марсе ему никто не поможет», — отметил Ван Лун.
«Вот почему мы должны быть абсолютно уверены, что астронавт пригоден к полёту и сможет адаптироваться к гравитационному полю Марса. Они должны быть в состоянии работать эффективно и результативно с минимальной поддержкой в эти критические первые несколько минут».
В своём электронном письме в редакцию The Epoch Times Ван Лун сказал, что сам по себе обморок не так уж проблематичен.
Однако поскольку обморок приводит к падению, это увеличивает риск возникновения непредсказуемых проблем со здоровьем, а при отсутствии медицинской поддержки важно предсказать степень, до которой астронавт может потерять сознание.
Фотография Марса, сделанная 10 марта 1997 года. (Nasa/Getty Images)
Создание модели
«В качестве базовой модели была использована проверенная клиническая математическая модель», — сказал Ван Лун.
«Эта базовая модель широко используется в (земной) медицине врачами для моделирования, прогнозирования и обучения сложным физиологическим процессам».
Для оценки параметров модели использовались данные НАСА об астронавтах, отправлявшихся в космос и прилетавших из него.
«Модель точно соответствует требованиям, которые мы предъявляли во время разработки. А именно: физиология сердечно-сосудистой системы, выполнение теста стоя, различные уровни гравитации и космические путешествия».
«Очевидно, что это не охватывает весь спектр проблем, связанных со здоровьем, которые возникают при космических путешествиях (радиация и другие системы органов)».
В 2019 году исследователи из Юго-западного медицинского центра Техасского университета обнаружили, что ежедневные физические упражнения могут помочь предотвратить потерю сердечной мышцы у астронавтов в космосе.
«Многочисленные исследования показывают, что эти протоколы упражнений являются важными контрмерами для поддержания сердечно-сосудистой системы в форме», — сказал Ван Лун.
«Женщины, как оказалось, более точно придерживаются таких протоколов, и поэтому у них меньше проблем с возвращением на Землю. Для моделирования Марса мы предположили, что человек должен придерживаться строгого протокола выполнения физических упражнений».
Расширение возможностей модели
Хотя данные, использованные для определения параметров модели, были собраны у астронавтов среднего возраста и с хорошей физической подготовкой, исследователи намерены расширить возможности модели, чтобы дать более полное представление о том, как космическое путешествие повлияет на обычного человека.
Для этого они планируют смоделировать воздействие длительного космического путешествия на людей с заболеваниями сердца.
Ван Лун сказал, что благодаря развитию коммерческих космических полётов Space X и Blue Origin, у людей, которые не всегда здоровы, появляется всё больше возможностей испытать космические путешествия, включая будущие коммерческие полёты на Марс.
Лили Келли, австралийский репортёр The Epoch Times.