Що космос робить з організмом людини

Астронавт NASA Френк Рубіо нещодавно повернувся з місії на орбіті, де він провів 371 день на борту МКС. Ця подорож могла змінити його м’язи, мозок і навіть бактерії, що живуть у його кишківнику.

Його час на орбіті перевищив попередній рекорд США у 355 послідовних днів. Більше нього пробув на орбіті лише російський астронавт Валерій Поляков, який провів 437 днів на космічній станції “Мир” у середині 1990-х років.

Так багато часу у низькій гравітації на МКС негативно позначиться на організмі Рубіо, але також дасть цінну інформацію про те, як найкраще протидіяти впливу тривалих космічних польотів.

Це важливі знання, адже вчені планують відправляти місії вглиб Сонячної системи. Політ на Марс і назад, наприклад, може зайняти близько 1100 днів (трохи більш як три роки). А космічний корабель, на якому полетять астронавти, буде набагато меншим за МКС, а значить тренажери на ньому будуть невеликими.

Але що взагалі тривалий космічний політ робить з людським тілом?

М’язи та кістки

Без дії сили тяжіння на наші кінцівки маса м’язів і кісток швидко починає зменшуватися в космосі.

Найбільше страждають м’язи спини, шиї, литок і квадрицепсів, які допомагають підтримувати поставу – в умовах невагомості їм не потрібно працювати так само інтенсивно і вони починають атрофуватися.

Уже через два тижні м’язова маса може зменшитися на 20%, а під час триваліших місій від трьох до шести місяців — на цілих 30%.

Кістки також починають демінералізуватись і втрачати міцність.

Астронавти можуть втрачати 1-2% своєї кісткової маси щомісяця і до 10% протягом пів року. На Землі літні чоловіки та жінки втрачають кісткову масу зі швидкістю 0,5%-1% щороку.

Це збільшує ризик переломів і час, необхідний для зростання. Після повернення на Землю відновлення кісткової маси може зайняти до чотирьох років.

Щоб боротися з цим, астронавти на МКС щодня по 2,5 години тренуються на тренажерах. Вони також приймають дієтичні добавки, щоб зберегти свої кістки якомога здоровішими.

Астронавти також можуть помітити, що за час на орбіті вони трохи підросли, адже через відсутність сили тяжіння, хребет трохи витягується.

Це може спричинити біль у спині та зміщення дисків у хребті після повернення на Землю.

Втрата ваги

Хоча в умовах гравітації вага практично немає значення, підтримувати її в нормі може бути складно.

Попри те, що НАСА намагається забезпечити своїм астронавтам різноманітний раціон, який включає навіть кілька листків салату, вирощених на борту космічної станції, вони все одно втрачають вагу.

Американський астронавт Скотт Келлі, який брав участь у наймасштабнішому дослідженні наслідків тривалого космічного польоту, втратив 7% маси тіла після 340 днів на борту МКС.

Зір

На Землі сила тяжіння змушує кров у наших тілах опускатися, а робота серця забезпечує тиск, завдяки якому кров підіймається вгору.

Однак у космосі цей процес збивається (хоча організм дещо адаптується), і кров може більше накопичуватися в голові, ніж зазвичай. Частина рідини збирається у задній частині ока та навколо зорового нерва, що призводить до набряку.

Це може змінити зір, знижуючи його гостроту, а також впливати на саму структуру ока. Ці зміни починаються лише після двох тижнів у космосі, але поступово ризик зростає. Зір відновлюється лише через рік після повернення астронавта на Землю, але деякі зміни можуть стати постійними.

Вплив галактичних космічних променів і енергійних сонячних частинок також може призвести до проблем з очима. На Землі від шкідливого випромінювання нас захищає атмосфера.

Але на орбіті, попри те, що космічні кораблі також мають певний захист, космічні промені та сонячні частинки можуть потрапити на сітківку та зоровий нерв астронавта.

Мозок

Після тривалого перебування на МКС когнітивні показники Скотта Келлі мало змінилися й були приблизно такими ж, як у його брата-близнюка, який не літав у космос.

Однак після шести місяців на Землі дослідники помітили, що швидкість і точність розумових здібностей астронавта знизилися. Причина, можливо, у тому, що його мозок знову звикав до гравітації, а також до геть іншого способу життя вдома.

Дослідження російського космонавта, який провів 169 днів на МКС у 2014 році, також показало, що під час перебування на орбіті у мозку відбуваються деякі зміни.

Вчені помітили їх у нейронних звʼязках у тих ділянках мозку, які відповідають за рух, а також у вестибулярній корі, яка відіграє важливу роль в орієнтації, балансі та сприйнятті наших власних рухів.

Це, можливо, не дивно, з огляду на особливу природу невагомості. Астронавтам часто доводиться вчитися ефективно рухатися без сили тяжіння та життя у світі, де немає ні гори, ні низу.

Нещодавнє дослідження викликало занепокоєння щодо інших змін у структурі мозку, які можуть відбутися під час тривалих космічних місій.

Порожнини в мозку, відомі як правий бічний і третій шлуночок (відповідають за зберігання спинномозкової рідини, забезпечення мозку поживними речовинами та утилізацію відходів), можуть набухати. Потрібно близько трьох років, щоб вони зменшилися до нормального розміру.

Дружні бактерії

Останні дослідження свідчать, що ключем до здоров’я є склад і різноманітність мікроорганізмів, які живуть у нашому тілі та на ньому.

Вони впливають на те, як ми перетравлюємо їжу, впливати на рівень запалення в нашому тілі та навіть змінюють роботу нашого мозку.

Після перебування на МКС бактерії та інші мікроорганізми, які живуть у кишківнику Келлі значно змінилися. Це зрозуміло, адже змінилася і їжа, й люди, з якими він проводив дні (ми отримуємо неймовірну кількість кишкових і ротових мікроорганізмів від людей, з якими живемо поруч).

Але вплив радіації та використання переробленої води, а також зміни його фізичної активності також зіграли свою роль.

Шкіра

Келлі виявив, що його шкіра стала надто чутливою і схильною до висипів приблизно через шість днів після того, як він повернувся з космічної станції.

Дослідники припустили, що причиною цього могла бути відсутність стимуляції шкіри під час місії.

Гени

Одним із найважливіших висновків тривалої подорожі Келлі в космос був вплив на його ДНК.

На кінці кожного ланцюга ДНК є структури, відомі як теломери, які допомагають захистити наші гени від пошкодження. З віком вони стають коротшими, але вчені виявили, що у Келлі та інших астронавтів, які довго були у космосі, довжина теломерів змінилася.

Професорка з Університету штату Колорадо Сьюзан Бейлі провела окремі дослідження Келлі та його брата-близнюка, а також ще 10 не пов’язаних між собою астронавтів, які брали участь у коротших місіях тривалістю пів року.

“Нас вразило, що під час польоту їхні теломери були суттєво довшими, — каже науковиця. – Але не менш дивним є і те, що вони швидко скоротилися після повернення на Землю у всіх членів екіпажу”.

Загалом в астронавтів було набагато більше коротких теломерів після космічного польоту, ніж раніше, дійшли висновку дослідники.

Бейлі не може точно пояснити, чому це відбувається.

Однією з можливих причин може бути вплив складної суміші радіації під час перебування в космосі. За її словами, астронавти, які зазнали тривалого опромінення під час перебування на орбіті, мають ознаки пошкодження ДНК.

Вчені також помітили зміни в експресії генів – механізмі, який зчитує ДНК для вироблення білків у клітинах.

Деякі з них пов’язані з реакцією організму на пошкодження ДНК, зміни в кістках та реакцією імунної системи на стрес.

Більшість із цих змін, однак, повернулися до норми протягом шести місяців після повернення на Землю.

Імунна система

Келлі отримав декілька вакцин до, під час і після своєї подорожі у космос. Виявилося, що його імунна система реагує нормально.

Але дослідження Бейлі виявили, що астронавти страждають від деякого зниження кількості лейкоцитів у крові, повʼязаного з радіацією, яку вони отримують на орбіті.

Утім, залишається ще багато питань про те, який космічні подорожі впливають на двоногий вид із великим мозком, який еволюціонував, щоб жити на Землі.

Поки Рубіо оговтується після 371 дня у космосі, дослідники вивчатимуть його медичні тести, зразки крові та сканування, щоб дізнатися нові речі.

Джерело