Что на самом деле происходит с человеческим телом в космосе

11 июля 2021 года Ричард Брэнсон отправился в космос на самолете с ракетным двигателем, разработка которого велась около 14 лет. Мы говорим “в сторону”, потому что спорно, действительно ли Брэнсон достиг “космоса”, который на международном уровне определяется как 62 мили над уровнем моря. Брэнсон достиг чуть более 50.

Конечно, Брэнсон даже близко не был первым человеком, достигшим космоса. Это был советский космонавт Юрий Гаргарин, который 12 апреля 1961 года “пролетел по орбите Земли на максимальной высоте 187 миль”, – сообщает “История”. Менее чем через месяц, 5 мая 1961 года, американский астронавт Алан Шепард стал первым американцем, достигшим космоса. С тех пор более 500 человек побывали в космосе. В их число входит бизнесмен Джефф Безос, который совершил полет на высоту 60 миль над уровнем моря через девять дней после путешествия Брэнсона. Около 243 человек даже побывали на Международной космической станции, которая находится на высоте 250 миль над уровнем моря.

Смертельные случаи в космосе относительно редки, о чем мы поговорим ниже, но это не означает, что космос и путешествия в него и из него не опасны по своей природе. Это также не означает, что нет долгосрочных последствий. Читайте дальше, чтобы узнать, что на самом деле происходит с человеческим организмом в космосе и в результате космических путешествий.

Самый значительный и непосредственный риск

Из 550 человек, совершивших полет в космос, только трое действительно погибли в космосе: Советские космонавты Георгий Добровольский, Владислав Волков и Виктор Пацаев. Хотя эти трое успешно провели три недели июня 1971 года на тогдашней международной космической станции “Салют-1”, все они были найдены мертвыми в своей ракете после возвращения на Землю. Причина их смерти дает представление об одном из самых значительных и непосредственных рисков для человеческого организма, связанных с космическими путешествиями: удушье. Это результат того, что в космосе нет воздуха, а при попадании в него воздуха он действует как вакуум.

Следователи установили, что на высоте 104 миль над уровнем моря на космическом корабле открылся клапан, который высосал весь воздух из кабины. Согласно журналу Гарвардского университета “Наука в новостях”, у человека, подвергшегося внезапной разгерметизации, скорее всего, произошло бы чрезмерное расширение легких, что привело бы к разрыву легких и смерти. Кроме того, жидкость в кровеносной системе могла испариться, нарушив кровообращение и вызвав отеки и синяки, что и было отмечено на телах космонавтов, которые, как было установлено, умерли от удушья. В наши дни космонавты должны носить скафандры, находящиеся под давлением, даже во время путешествия в герметичном космическом корабле.

Отсутствие гравитации в космосе негативно сказывается на распределении жидкостей в организме

В результате многолетних исследований, которые продолжаются до сих пор, Программа исследований человека НАСА придумала аббревиатуру “RIDGE”, чтобы выделить пять опасностей космических путешествий для человеческого организма. Это радиация, изоляция, расстояние, гравитация и окружающая среда.

Хотя ни одно из этих слов не говорит нам точно, что происходит с человеческим телом в космосе, каждое из них предлагает свое собственное окно. Например, то, что обычно происходит с человеческим телом в космосе, даже в скафандре, – это отеки, особенно в верхней части тела и на лице, возникающие в результате микрогравитации. В частности, астронавты, как известно, сталкиваются с “синдромом опухшего лица”, сообщает BBC. Это относится к категории “G” – гравитация.

Вода составляет огромную часть человеческого тела. У младенцев вода составляет почти 80%, у взрослых – 60-65%. На Земле гравитация тянет жидкости вниз, к нижним конечностям, что приводит к более или менее равномерному распределению по всему телу. В космосе отсутствие гравитации мешает этому, заставляя жидкости двигаться вверх, что приводит к заметным отекам в верхней части тела – особенно лица и головы.

Космос способен вызвать значительную заложенность верхних дыхательных путей у человека

По данным журнала Science in the News, в космосе в результате отсутствия гравитации, а точнее микрогравитации, в человеческом организме возникает застой в верхних дыхательных путях. “В условиях микрогравитации происходит потеря нормального градиента гидростатического давления между головой и ногами, наблюдаемого при вертикальной позе на Земле, что приводит к смещению жидкости в цефалическом направлении”, – пишут авторы исследования, опубликованного в 2020 году в журнале Американской медицинской ассоциации “Отоларингология – хирургия головы и шеи”. В переводе на простой язык это означает, что в результате того, что микрогравитация не может оптимально распределить жидкости в организме вниз, верхняя часть тела не только отекает, но и может возникнуть ощущение заложенности верхних дыхательных путей, включая давление на голову. Или, говоря иначе: Космонавты подвержены риску возникновения симптомов, связанных с заложенностью носа и пазух.

Кроме того, как вы можете потерять обоняние при простуде или синусите, так и астронавты часто теряют обоняние на время, находясь в космосе, сообщает NASA. А это может привести к ухудшению вкусовых ощущений. “С начала 1960-х годов астронавты обнаружили, что их вкусовые рецепторы работают не так эффективно, когда они находятся в космосе”, – пишет НАСА.

Космические путешествия негативно влияют на почки

В космосе организм испытывает трудности с распределением жидкостей в организме, уровень которых обычно регулируется, частично, с помощью гравитационного притяжения Земли. Это гравитационное притяжение оттягивает жидкости от головы и к конечностям. По данным медицинского факультета Висконсинского университета, помимо отеков, еще одним негативным фактором, на который может повлиять пребывание в условиях микрогравитации, является здоровье почек. “Некоторые состояния, связанные с плохим здоровьем почек, быстрее проявляются в космосе и могут иметь последствия на всю жизнь”, – сказал UWDM специалист по почкам, доктор Джонатан Химмельфарб. “К ним относятся белок в моче, потеря костной массы и камни в почках”.

Камни в почках, большинство из которых состоят в основном из кальция, часто присутствуют в крови астронавтов в космосе в чрезмерно высоких концентрациях. В 2001 году НАСА объявило о миссии, направленной на понимание механизма развития камней в почках у астронавтов и проверку эффективности цитрата калия в качестве “контрмеры для снижения этого риска”.

Человеческий организм сильно подвержен тошноте во время пребывания в космосе

По данным BBC, до 50% всех астронавтов сталкиваются с тошнотой в результате воздействия на организм человека силы тяжести в космосе. Эта тошнота считается одной из форм “укачивания”, поскольку считается, что она является результатом того, что внутреннее ухо получает сигналы от окружающей среды, которые противоречат тому, что видит глаз. Именно это обычно является причиной укачивания в автомобилях, на кораблях и самолетах.

На Земле гравитация бессознательно сообщает нам о том, где мы находимся по отношению к земле и небу, через наши внутренние уши. Часто, когда нас укачивает на Земле, мы можем найти облегчение, активно используя глаза, чтобы наблюдать за движением, которое бессознательно регистрируют внутренние уши. В космосе, где отсутствует гравитация, внутренние уши не получают сообщений о том, где мы находимся по отношению к “вверху” и “внизу”. В то же время наши глаза регистрируют то, что они считают “вверх” и “вниз”. Поскольку укачивание происходит, когда глаза не регистрируют то, что воспринимают внутренние уши, укачивание, характеризующееся тошнотой, головокружением и головной болью, является одним из наиболее распространенных побочных эффектов космических путешествий. У нее даже есть название: “синдром космической адаптации”, согласно книге The Mars Generation. К счастью, известно, что это явление не проходит после того, как космический путешественник возвращается на Землю.

Отсутствие гравитации влияет на глаза

Еще один риск космических путешествий – ухудшение зрения, согласно журналу Гарвардского университета “Наука в новостях”. В отличие от некоторых других вещей, которые происходят с человеческим телом в космосе, эта может быть постоянной, сообщает National Geographic. Одна из причин – неспособность микрогравитации оптимально распределять жидкости в организме. На Земле гравитация помогает обеспечить достаточное распределение жидкости в нижней части тела, в то время как в космосе этого не происходит.

Это может привести к необратимому уплощению глазного яблока и повреждению зрительного нерва, что впервые наблюдалось у астронавта Джона Филлипса в 2005 году после шести месяцев пребывания в космосе. По данным НАСА, это явление получило название “космический нейро-окулярный синдром”. SANS наблюдается примерно у 70% космических путешественников в той или иной степени, и часто обостряется при длительном пребывании в космосе.

Другая причина ухудшения зрения в космосе заключается в том, что в космосе человеческое тело находится ближе к Солнцу, чем на Земле, и не имеет преимущества земной атмосферы для фильтрации солнечного ультрафиолетового излучения, которое, как известно, вызывает повреждение глаз. Другими факторами могут быть повышенный уровень углекислого газа и воздействие радиации в целом, которая может повредить ДНК человеческого организма – вплоть до необратимого изменения генов.

Космос может изменить ДНК человека

В течение года, который астронавт Скотт Келли провел в космосе, его здоровье в целом было признано “хорошим”, но, тем не менее, было установлено, что время, проведенное над Землей, изменило его ДНК. Более того, было установлено, что это произошло навсегда в отношении около 7% его генов, сообщает USA Today. Изменения в ДНК Келли, которые теперь известны как “космические гены”, были заметны в основном на микроскопическом уровне, хотя некоторые из них были заметны на клиническом уровне, включая повреждение глаз Келли и утолщение сонной артерии. Другие заметные гены, которые были изменены у Келли, по словам исследователей, относятся к его “иммунной системе, сетям восстановления ДНК и формирования костей, среди прочих функций организма”, сообщает USA Today.

Исследователи оценили уровень изменений как тот, который соответствует людям, испытывающим стресс, например, при восхождении в горы или погружении под воду. Однако, как представляется, суть исследования заключается в том, что стресс для человеческого организма, вызванный различными опасностями космического полета, такими как радиация, гравитация и замкнутая среда, вызывает воспаление в организме, а также другие симптомы стресса, которые, в свою очередь, влияют на экспрессию генов, как было показано в исследовании 2017 года.

Иммунная система получает удар

Еще со времен первых полетов “Аполлона” ученые знали, что космические путешествия могут изменить иммунную систему организма, и не обязательно в лучшую сторону, пояснили в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. “Некоторые астронавты даже испытывали повторную активацию спящих вирусов, таких как вирус ветряной оспы”, – рассказали в UCSF.

На протяжении многих десятилетий вину за это возлагали в основном на воздействие относительного отсутствия гравитации в космосе. “Микрогравитация, как ее называют, может вызвать фундаментальные изменения, некоторые временные, некоторые постоянные, в функционировании организма и его реакции на стрессы и предполагаемые угрозы. Она также может вызвать изменения в меньшей степени в закрытой среде, присущей космическим путешествиям, что приводит к увеличению воздействия одних и тех же микробов из одних и тех же источников, без возможности для микробиома человека построить и изменить стратегически.

Однако в исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports в 2021 году, ученые установили более конкретную причину, которая заключается в том, что космические путешествия вызывают аномальную активацию иммунных клеток Т-регулятора. Это исследование, проведенное UCSF и Стэнфордским университетом, было посвящено иммунной системе и здоровью Милли Хьюз-Фулфорд, “первой женщины-специалиста по полезной нагрузке на орбите Земли”, которая умерла от лейкемии в феврале 2021 года.

В результате космического путешествия у человека может уменьшиться мышечная масса

Астронавт Скотт Келли сообщил, что после возвращения на Землю он испытывал некоторые симптомы потери мышечной массы, включая болезненность, скованность и слабость. На самом деле, давно известно, что человеческий организм подвержен риску потери мышечной массы во время и в результате космических путешествий, и особенно длительных космических путешествий.

В одном из старых исследований, опубликованном в журнале FASEB, рассматривался вопрос “атрофии скелетных мышц” в результате космических путешествий. Известно, что причиной этого является относительное отсутствие гравитации и ограниченное пространство для передвижения в космосе. Чем меньше сила гравитации, действующая на тело, его мышцы и кости, тем меньше усилий приходится прилагать телу, чтобы двигаться. Поэтому, даже если космонавт ежедневно получает регулярные физические нагрузки, у него может произойти атрофия мышц, подобная той, которая наблюдается у людей, находящихся на длительном постельном режиме.

Для борьбы с возможной потерей мышц астронавты должны заниматься физическими упражнениями два и более часа в день, сообщает BBC, и это не просто мягкая йога или бег на беговой дорожке. Скорее, ученые придумали “странные приспособления”, призванные увеличить нагрузку, которую организм должен выполнять во время тренировок в условиях микрогравитации.

Костная масса уменьшается

С тем, что космические путешествия могут привести к потере мышечной массы, тесно связан тот факт, что может пострадать и костная масса. Во-первых, кости, как и мышцы, получают пользу от регулярных упражнений с отягощениями, сообщает Healthline, а в космосе для этого нет возможностей. В той степени, в которой микрогравитация заставляет организм не прилагать столько усилий, чтобы двигаться в космосе, скелетная система страдает вместе с мышечной. Кроме того, было отмечено, что в космосе кости человека могут подвергаться химическим изменениям, которые способствуют заметной потере костной массы, сообщает НАСА. Организация отметила, что за каждый месяц, проведенный в невесомости, астронавт теряет в среднем 2% своей костной массы. Однако точный механизм этого пока неизвестен. Известно лишь то, что в результате пребывания в космосе кости теряют кальций, который расщепляется и попадает в кровь, причем в крови наблюдается заметное повышение уровня кальция.

По данным НАСА, потеря костной массы, связанная с космосом, начинается практически сразу, а “наиболее сильная потеря” происходит “между вторым и пятым месяцами пребывания в космосе, хотя этот процесс продолжается в течение всего времени пребывания в микрогравитации”. В некоторых наиболее тяжелых случаях ученые наблюдали астронавтов, которые потеряли до 20% своей костной массы до выхода в открытый космос. К счастью, большая часть этой потери может быть восстановлена после возвращения на Землю.

Сердце человека меняет форму в космосе

Отсутствие гравитации в космосе может негативно повлиять на человеческое сердце, по данным НАСА, которое объясняет, что “сердечно-сосудистая система, включающая сердце и кровеносные сосуды, эволюционировала для работы в условиях земной гравитации в положении стоя, сидя или лежа. Ежедневная физическая активность во время работы или упражнений против силы тяжести помогает поддерживать нормальное кровообращение”. Однако изменения в работе сердца, которые могут произойти в результате космического путешествия, не ограничиваются только изменениями, вызванными сдвигом жидкости.

“В условиях микрогравитации сердце меняет свою форму с овальной на круглую”, – отметили в НАСА. Кроме того, сердце – это мышца, и поэтому оно подвержено той же атрофии, что и ягодицы и дельтовидные мышцы. В результате сердце, проведшее время в космосе, может оказаться неспособным оптимально контролировать кровоток в системе кровообращения. На данный момент на Международной космической станции проводятся исследования, чтобы узнать больше о том, как пребывание в космосе может повлиять на сердце человека, и разработать “контрмеры против множества возможных изменений в сердечно-сосудистой системе”.

Хорошо выспаться в космосе вряд ли удастся

Все знают о важности получения достаточного количества качественного сна, и в космосе это не менее актуально, чем на Земле, согласно исследованию 2018 года, опубликованному в журнале Military Medical Research. “Проблемы со сном могут ухудшить работоспособность и здоровье членов экипажа, что в конечном итоге может повлиять на безопасность полетов в космос”, – пишут авторы исследования. Факторов, вызывающих нарушение сна в космосе, много, и их можно разделить на несколько из пяти общих опасностей, связанных с космическими путешествиями, а именно: гравитация, закрытая среда и изоляция.

Например, длительное пребывание в условиях микрогравитации может напрямую нарушить оптимальное распределение жидкостей в организме, что, в свою очередь, может привести к ряду проблем, влияющих на сон, таких как застойные явления и боли, например, головные. Что касается закрытой среды, некоторые астронавты сообщают о трудностях со сном как прямом результате некомфортной температуры в помещении и высокого уровня шума. Изоляция может способствовать возникновению или обострению существующих психологических или поведенческих проблем, которые мешают нормальной гигиене сна.

Кроме того, в космосе полностью отсутствуют “циркадные подсказки”, такие как восход и заход солнца, которые в противном случае способствовали бы здоровому функционированию часов организма, говорится в исследовании 2018 года. Авторы также отметили, что “нарушение циркадного ритма может быть важной причиной нарушения орбитального сна у астронавтов”.

Какое влияние оказывает космос на старение человеческого организма?

Некоторые изменения, которые могут произойти в результате выхода в открытый космос, схожи с изменениями, которые происходят естественным образом по мере старения человеческого организма и его клеток. Поэтому, вероятно, не будет ничего удивительного в том, что люди в космосе стареют быстрее, чем люди на Земле, сообщает NMN. Тем не менее, некоторые исследования показывают, что полеты в космосе могут замедлить процесс старения, сообщает The Conversation.

Например, когда астронавт Скотт Келли провел год в космосе, исследователи заметили, что некоторые из его хромосомных “теломер”, которые естественным образом укорачиваются по мере старения, к концу года пребывания в космосе стали длиннее. Однако после возвращения Келли на Землю эти теломеры быстро укоротились, но в конце концов стабилизировались до “среднего уровня, близкого к предполетному”. И все же, “с точки зрения старения и риска заболеваний”, после космического путешествия у Келли оказалось больше коротких теломер, чем было в начале.

Наука еще не смогла дать окончательный ответ на вопрос, может ли космическое путешествие замедлить или даже потенциально обратить вспять процесс старения, или же окажется, что все наоборот. Известно лишь то, что, хотя космические путешествия связаны с различными телесными изменениями, которые могут считаться сокращающими жизнь, исследование 2018 года показало, что астронавты, совершающие космические путешествия, на самом деле могут жить дольше, чем население в целом.