Группа ученых из компании KBR при поддержке Исследовательского центра Эймса НАСА смогла установить причины, по которым может ухудшаться здоровье астронавтов на орбите. Как выяснилось, на состояние людей влияют изменения в активности митохондрий во время полета.
Данный вывод был сделан на основе данных, которые собрали за десятилетия экспериментов на Международной космической станции. Они включали образцы, взятые у 59 астронавтов. Эксперименты отслеживали влияние низкой гравитации, радиации, замкнутого пространства и других факторов на здоровье человека во время продолжительных миссий. Также ученые задействовали данные исследований на животных, собранные на платформе GeneLab в Эймсе. Платформа собирает большие объемы данных космической биологии, которые можно использовать для характеристики и количественной оценки ДНК, РНК и белков, а также их систематического воздействия на структуры и функции организмы.
Афшин Бехешти, ведущий исследователь, заявил, что «все начинается с митохондрий». Это крошечные структуры внутри клеток, которые производят энергию. Когда производство прекращается, многие ключевые органы и иммунная система могут оказаться под угрозой.
Первая подсказка о роли митохондрий была получена в результате исследований на грызунах. Исследователи сравнили ткани мышей, побывавших в разных космических полетах. У всех выявили митохондриальную дисфункцию. Также наблюдались проблемы со зрением и печенью, источником которых была нестабильная работа митохондрий.
Изменения в иммунной системе астронавтов Скотта Келли и его брата-близнеца Марка за год пребывания в космосе, начиная с 2015 года, объяснили аналогичными изменениями. Образцы крови и мочи десятков других астронавтов показали, что в различных типах клеток митохондриальная активность была нарушена.
По словам Бехешти, эту проблему в перспективе можно решить. Ученый отметил, что в качестве одного из вариантов можно использовать те лекарства, которые уже применяются для борьбы с митохондриальными нарушениями на Земле.
Астронавты на орбите подвергаются воздействию ионизирующего излучения, и этот фактор становится еще более серьезным, если говорить о предстоящих полетах в дальний космос. Среда космического излучения — это частицы, которые состоят из электронов и позитронов (2%), протонов (85%), ядер гелия (12%) и ионов. На МКС астронавты частично защищены магнитным полем Земли, но продолжают подвергаться средней дозе излучения в 100–200 миллизиверт (мЗв) в год, тогда как годовой предел облучения для профессиональных радиологов составляет 50 мЗв/год. Дозы, полученные во время будущего полета на Марс, будут еще выше, до 350 мЗв/год для трехлетней миссии.
Кроме того, существует ряд различных уровней гравитации, которые будут испытывать космические путешественники, например, на Луне (1/6 гравитации Земли) и Марсе (1/3). А при спуске через атмосферу часто возникают интенсивные силы, во много раз превышающие силу тяжести (в 3–6 раз). Микрогравитация вызывает клеточные и молекулярные адаптации и изменения в геноме, эпигеноме, а также протеоме, и эти изменения создают вероятность развития патологий. На уровне организма жидкости, в том числе кровь, смещаются вверх к голове и грудной клетке, что приводит к уменьшению снабжения ног и компенсаторному изменению сердечно-сосудистой системы. Кости и мышцы атрофируются в результате процессов ремоделирования.
Путешествие в дальний космос будет ограничивать и изолировать космонавтов внутри космического корабля на длительные периоды времени. Расширенная физическая и социальная изоляция, вероятно, увеличит психологические, поведенческие и физиологические риски для здоровья. Социальная изоляция может привести к неврологическому дефициту, включая нарушение функций гиппокампа и повышенной тревожности. Она может напрямую способствовать нарушению регуляции иммунитета.
Постоянное и продолжительное проживание в закрытой экосистеме космического корабля представляет собой биологически враждебную и закрытую среду для здоровья космонавтов. Обитаемость космических аппаратов должна контролироваться на предмет температуры, качества воздуха, микробных обитателей, давления, освещения и шума. Постоянный шум, высокий уровень углекислого газа могут повлиять на здоровье сердечно-сосудистой, неврологической и иммунной систем, вызвать нарушения сна и когнитивные нарушения.
Последней серьезной опасностью космического полета является удаление от Земли, которое вызывает психологический стресс и нарушает командную динамику. Удаленность от Земли также ограничит возможности медицинского лечения, поставок другого оборудования, быстрой эвакуации или немедленного спасения.
Скот Келли рассказал, что астронавту требуется несколько дней, чтобы почувствовать свое состояние. Спустя примерно месяц участники миссий уже понимают, как контролировать свое тело, находясь в невесомости. Через 2-3 месяца, как отметил Келли, он уже «ходил» по МКС, отталкиваясь ногами от поручней.
«Прожив на космической станции год, я не хотел бы всю оставшуюся жизнь прожить в каком-нибудь месте обитания на Марсе», — поделился астронавт. Он отметил, что в условиях микрогравитации людей тошнит, а углекислый газ сказывается на работе пищеварительной системы, и кишечник отключается, как будто человек «только что перенес операцию на брюшной полости». По мнению Келли, можно отправиться в космос в качестве туриста максимум на пару дней, но вряд ли можно найти кого-то, кто хотел бы пожить на орбите больше недели, если на это нет причины, поскольку это быстро наскучит.
