Воздействие радиации и микро/гипергравитации являются основными опасностями, которым подвергается человек во время космического полета. Исследования выявили широкий спектр неблагоприятных физиологических последствий космического полета, включая повреждение иммунной системы, клеточное старение и когнитивные способности.
Человеческое тело эволюционировало с течением времени и приспособилось к жизни на Земле. Наши тела предназначены для того, чтобы выдерживать гравитационное притяжение планеты, использовать для дыхания газы, имеющиеся в атмосфере Земли, а также принимать и метаболизировать соединения, имеющиеся на Земле.
К сожалению, это также влечет за собой беспрецедентную проблему адаптации к незнакомым условиям космического путешествия, для которых наш организм не предназначен.
Хотя многие фильмы прославляют космические путешествия, об их негативных последствиях редко говорят и они широко известны. Какие условия в космосе негативно влияют на человеческий организм? И как эти условия изменяют человеческий организм после космического путешествия?
Опасности, связанные с космическими путешествиями
Исследования людей, совершивших космические путешествия или их симуляцию, позволили получить ряд сведений о влиянии космических путешествий на организм человека. Основными опасностями, с которыми сталкивается человек во время космических путешествий, являются радиационное облучение и экстремальные гравитационные условия, такие как микро/гипергравитация.
Радиация в космосе имеет значительно более высокую энергию, чем те виды радиации, которые знакомы нам на Земле, например, рентгеновское или гамма-излучение. На Земле мы защищены от этих излучений благодаря атмосфере и магнитному полю планеты, но во время космических путешествий, где такой защиты нет, мы подвергаемся гораздо большему воздействию.
Эти ионизирующие излучения наносят непоправимый ущерб ДНК в наших клетках, макромолекулам в клетках и даже ионизируют молекулы воды, присутствующие в организме, вызывая окислительный стресс.
Вторым основным фактором, влияющим на наш организм во время космического путешествия, являются экстремальные гравитационные условия. Человеческое тело привыкло к гравитационному полю на Земле (1g).
Однако во время космических путешествий организм подвергается воздействию гравитационных полей, которые значительно меньше, называемых микрогравитацией в космическом корабле и невесомостью в открытом космосе; существует также чрезвычайно высокая гравитация, называемая гипергравитацией (> 1g) во время входа в атмосферу.
Эти изменения оказывают ряд неблагоприятных физиологических воздействий на мышцы, кости, легкие, почки, сердечно-сосудистую систему и органы чувств, включая зрение и способность сохранять равновесие. Микрогравитация конкретно изменяет выработку почек, кровяное давление и емкость легких, а также, как известно, увеличивает частоту аритмии сердца.
Последствия после возвращения на Землю
Неблагоприятные условия во время космических полетов часто оказывают длительное воздействие на организм даже после возвращения человека на Землю. Из-за длительного отсутствия земной гравитационной силы, к которой привык наш организм, жидкости в организме смещаются в сторону головы, что оказывает неблагоприятное воздействие на кости и мышцы.
Эти изменения в гравитационных силах могут привести к длительным изменениям в сердечно-сосудистой и опорно-двигательной системах человека. В результате имеются сообщения об увеличении частоты обмороков и снижении физической работоспособности в послеполетный период.
Исследования на крысах, взятых в космические полеты, показали, что хроническое низкоуровневое радиационное облучение во время космических полетов негативно влияет на репродуктивную систему из-за повышенного хромосомного повреждения и образования дефектных гамет.
Более того, имитационные исследования на животных свидетельствуют о нарушении правильного сперматогенеза и синтеза тестостерона у самцов, а также о преждевременном истощении овариального резерва и отказе яичников у самок ().
Теперь мы знаем, что космические путешествия серьезно влияют на репродуктивную способность как мужчин, так и женщин-космонавтов после полета, и увеличивают вероятность генетических нарушений у рожденных ими детей.
Кроме того, продольное исследование космонавтов миссии «Марс-500» показало, что длительное космическое путешествие значительно изменяет процессы старения в организме человека. Интересно, что результаты исследования показали переходное «снижение» уровней пяти различных маркеров старения в клетках, измеренных в течение 520-дневного периода симуляции у членов экипажа. Таким образом, оказалось, что космическое путешествие временно «уменьшает» биологическое старение!
Выводы из исследования близнецов НАСА
Многие исследования влияния космических путешествий на космонавтов не были хорошо проконтролированы с точки зрения генетики. Это означало, что было неясно, являются ли наблюдаемые результаты результатом генетики, присущей космонавтам, или чистым эффектом космического путешествия.
Единственным способом разделить эти два эффекта было отправить в космос монозиготного близнеца, в то время как другой близнец оставался на Земле, а затем сравнить их по возвращении космического близнеца на Землю. Этот эксперимент был недавно проведен НАСА, и его результаты оказались впечатляющими, особенно для понимания процессов старения в человеческом организме.
Астронавты НАСА, братья-близнецы Скотт и Марк Келли были подвергнуты тщательному исследованию, чтобы понять последствия космических путешествий.
В этом исследовании один из близнецов совершил 320-дневный космический полет и в течение 6 месяцев сравнивался с земным близнецом по целому ряду физиологических и биологических показателей. Среди наиболее заметных результатов было обнаружено изменение длины теломер.
Теломера — это повторяющаяся последовательность ДНК, расположенная на конце хромосомы, которая защищает ее от повреждения и разрушения. Она также служит маркером старения, поскольку укорачивается при каждом раунде деления клеток нашего организма.
Исследование показало, что длина теломер увеличилась у космического близнеца во время космического полета, но быстро вернулась к предполетному уровню после возвращения на Землю. Также было установлено, что космические путешествия увеличивают количество хромосомных аберраций и повреждений ДНК, а также влияют на иммунные функции.
Кроме того, у близнеца, побывавшего в космосе, наблюдалось снижение когнитивных функций, которое сохранялось в течение 6 месяцев. Это исследование помогло уточнить наше понимание того, как на человеческий организм влияют космические путешествия и их уникальные стрессовые факторы, при этом контролируя врожденные генетические эффекты.
Научно-технический прогресс не только сделал возможным космические путешествия, но и позволил нам понять, как они влияют на наш организм в долгосрочной и краткосрочной перспективе. Воздействие радиации и микро/гипергравитации являются основными опасностями, которым подвергаются люди во время космических путешествий.
Исследования космонавтов и находящихся в космосе животных, а также симуляции выявили широкий спектр неблагоприятных физиологических последствий космического полета для человеческого организма. Недавнее исследование близнецов, проведенное НАСА, позволило глубже понять эти эффекты благодаря генетическому сопоставлению испытуемого, находящегося в космосе, с его близнецом, находящимся на Земле.
Результаты показали длительное влияние космического путешествия на различные биологические показатели, включая когнитивные способности, иммунную функцию и клеточное старение. Эти результаты помогают нам понять, с какими проблемами сталкивается наш организм во время космических путешествий. В эпоху, когда мы рассматриваем жизнеспособные альтернативы нашей родной планете, эти результаты предупреждают нас о том, что человеческий организм лучше всего приспособлен к жизни на Земле.