Излучение и отвага

Что угрожает психическому и физическому здоровью путешественников на Марс

Киностудия «Мосфильм»

Недавние эксперименты на грызунах подтвердили, что действие космических лучей при планируемых полетах на Марс грозит космонавтам нарушениями памяти, интеллекта и поведения, характерными для деменции. И это лишь один из множества факторов, угрожающих здоровью межпланетных путешественников.

Вслед за фантастами

Ученые всерьез говорят об отправке человека на Марс уже более полувека — еще в 1952 году небезызвестный Вернер фон Браун опубликовал книгу Das Marsprojekt, в которой изложил свои мысли о технологических аспектах подобной миссии. За прошедшее с тех пор время разными организациями и исследователями были предложены десятки проектов и проведены более тысячи технологических экспериментов, однако ни один из проектов не дошел до практической реализации.

Тем не менее, в настоящее время разработкой проектов по отправке космонавтов на Марс занимаются как государственные космические управления, такие как NASA, ESA и другие, так и частные компании, в первую очередь SpaceX и Boeing. Все они планируют добиться полной готовности к полету в 2030-х годах.

Помимо огромного числа технологических задач, связанных с доставкой, возвращением и жизнеобеспечением экипажа, организаторам полета придется иметь дело с разнообразными негативными последствиями дальнего космического перелета для здоровья будущих колонистов. Пожалуй, именно в этом направлении пока сделано меньше всего.


Облучиться и забыться

Первоочередной угрозой для здоровья космонавтов в дальних миссиях считается космическая радиация, представляющая собой потоки высокоэнергетических частиц (преимущественно протонов, а также полностью ионизированных ядер других элементов), испускаемых Солнцем и галактическими источниками. Людей на поверхности Земли и космонавтов на низкой околоземной орбите от них защищает магнитное поле нашей планеты. Вне его действия космическая радиация превышает безопасные для здоровья пределы, что подтверждено прямыми измерениями, в частности во время полетов Mars Odyssey в 2001 году и Mars Science Laboratory в 2011–2012 годах.

По оценкам, сделанным с помощью этих аппаратов, космонавты в межпланетном пространстве будут получать примерно от 400 до 900 миллизивертов излучения в год, что близко к предельно допустимой дозе радиации за всю карьеру космонавта на низкой земной орбите. На Земле этот показатель составляет в среднем 2,4 миллизиверта в год.

Киностудия «Мосфильм»

Согласно статистике, у членов лунной миссии «Аполлон» (единственные 24 человека, побывавшие за пределами земной магнитосферы; восемь из них к настоящему времени умерли) резко выросла предрасположенность к смерти от сердечно-сосудистых заболеваний. Моделирование на животных показало, что наиболее вероятной причиной этого является действие космической радиации на стенки артерий.

Другие пилотные исследования на грызунах указывают на то, что излучение в космосе может вызывать дегенерацию различных тканей, в том числе нервной, и способствовать раннему развитию болезни Альцгеймера.

Чтобы уточнить влияние космических лучей на организм живых существ, сотрудники Калифорнийского университета в Ирвайне облучили мышей высокоэнергетическими заряженными частицами (полностью ионизированными ядрами кислорода и титана) в дозах, сопоставимых с теми, которые могут получить космонавты при длительном космическом полете.

Как следует из публикации в журнале Scientific Reports, выяснилось, что подобное воздействие вызывает разнообразные долгосрочные когнитивные нарушения, связанные с работой коры мозга и гиппокампа. В частности, у животных снизились исполнительные функции, которые лежат в основе гибкого целенаправленного поведения, особенно в непривычных ситуациях. В результате этого они плохо справлялись с постановкой задач, их распределением по времени и фокусировке на основных действиях, необходимых для достижения цели.

В это же время у мышей наблюдалось ухудшение пространственной, эпизодической и опознающей памяти, а также снижение угасания страха (процесса повторной адаптации к чему-либо, вызвавшему травмирующее воздействие; например, привыкания к воде после пережитого утопления) и, как следствие, повышение тревожности. Все перечисленные эффекты наблюдались как минимум в течение 24 недель (для мыши это существенный отрезок жизни).

На клеточном уровне действие радиации вызывало воспаление нервной ткани, нарушение целостности синапсов, а также формы, плотности и сложности дендритов нервных клеток медиальной префронтальной коры. Это приводило к выраженным поведенческим расстройствам.

Исследователи отмечают, что подобное действие космической радиации не только грозит космонавтам инвалидностью, но и ставит под угрозу выполнение конечных целей миссии, поскольку выявленные расстройства непосредственно касаются принятия решений, быстроты и адекватности реакции, выполнения поставленных задач и общения в коллективе.

Киностудия «Мосфильм»

Помимо нарушений функций центральной нервной системы, не стоит забывать и о более «привычных» эффектах радиации, связанных с повреждением ДНК и выработкой активных форм кислорода, нарушающих структуру биологических макромолекул. Они включают повышенный риск развития рака, нарушения работы внутренних органов, снижение иммунитета и высокую частоту радиационной катаракты.

Все перечисленные эффекты связаны с фоновым космическим излучением. Если же космонавты окажутся на пути относительно редких выбросов высокоэнергетических протонов Солнца, то их, скорее всего, ждет смерть от острой лучевой болезни.


Не только радиация

Излучение — далеко не единственный фактор, угрожающий здоровью космонавтов в ходе марсианской (и любой другой межпланетной) миссии. Крайне важную роль будет играть также длительное нахождение в невесомости. Как свидетельствуют опыт пилотируемых орбитальных полетов, проживание людей на Международной космической станции (МКС) и различные эксперименты, пребывание в невесомости способно оказывать многообразные эффекты на организм.

В отсутствие гравитации отпадает необходимость в напряженной работе систем, которым на Земле приходится ей противодействовать. В первую очередь это опорно-двигательный аппарат и сердечно-сосудистая система. В условиях невесомости происходит атрофия мышц с уменьшением их силы, а также замедление сердечной деятельности, аритмия, перераспределение крови (оно проявляется отеком лица и расстройствами со стороны органов чувств из-за повышения внутричерепного давления) и уменьшение потребления кислорода (что приводит к снижению выносливости). Поэтому космонавтам на МКС приходится регулярно упражняться на тренажерах, однако даже это не избавляет их от потребности в длительной адаптации после возвращения на Землю. Свою лепту вносит и потеря жидкости — объем крови у космонавтов может снизиться почти на четверть, что влияет на кровообращение и обмен веществ.

Кости в отсутствие гравитации начинают быстро терять кальций и становятся более ломкими. Этот процесс, называемый остеопорозом, приводит к повышению уровня кальция в крови, что, в свою очередь, способствует образованию камней в почках, запорам и (опять же) психическим расстройствам.

Также невесомость нарушает работу вестибулярной системы, вызывая состояние, схожее с морской болезнью (правда, большинство космонавтов быстро к ней адаптируются). Кроме того, она может негативно сказываться на взаимодействии человека с его микробиомом, хотя этот вопрос требует дополнительного излучения.

Киностудия «Мосфильм»

Помимо радиации и невесомости NASA в своем докладе 2015 года выделяет еще три группы факторов риска.

Связанные с пребыванием в изолированном пространстве космического аппарата:

  • неполноценное питание;
  • несовершенство систем управления;
  • различные травмы;
  • нарушения газового состава воздуха и возможное проникновение космической пыли;
  • переутомление и расстройства сна;
  • возможное действие токсических веществ и перепадов давления.

Связанные с изоляцией:

  • когнитивные и поведенческие расстройства (и здесь они);
  • сложности с взаимодействием в команде.

Связанные с удаленностью от цивилизации:

  • отсутствие адекватной медицинской помощи;
  • непредсказуемое действие лечения из-за длительного хранения лекарств в условиях невесомости и радиации, а также возможных изменений их распределения и утилизации в организме.

К полету не допущены

К настоящему времени предложено несколько способов защиты космонавтов от перечисленных угроз. Например, от радиации может защитить дополнительное пассивное экранирование или электромагнитная защита, а от невесомости — искусственная гравитация путем раскручивания космического корабля. Однако их применению препятствуют жесткие ограничения по взлетной массе и технологические сложности. При этом для некоторых факторов риска методов профилактики не существует даже теоретически.

Несмотря на немалое финансирование (в 2014 году только NASA потратило на исследования в этой области более 150 миллионов долларов), по многим вопросам здоровья межпланетных путешественников нет даже адекватной информации (об этом говорится в уже упомянутом докладе). Из 25 факторов, выделяемых в запланированном NASA графике работ по снижению риска для здоровья космонавтов, только один признан полностью и 12 частично контролируемыми на сегодняшний день. Согласно этому же графику, ко времени первой (беспилотной) фазы марсианской миссии единственным фактором, который не будет поддаваться даже частичному контролю, останется космическая радиация. Именно с ней связаны наибольшие опасения.

Управление признает, что координированный подход к охране здоровья космонавтов в дальнем космосе до сих пор не выработан. Другие космические агентства тоже не могут похвастаться его наличием.

Так что когда инженеры сообщат о технической возможности приступить к марсианской миссии, у врачей и физиологов могут появиться вполне обоснованные возражения.

Олег Лищук

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.