Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

class="p1">Причины расстройства медики искали в рассинхронизации зрительного восприятия и органов равновесия. В эксперименте «Оптокинез» проверялся рефлекс, благодаря которому глаза могут плавно следить за движением предмета. Это происходит самопроизвольно. Космонавту демонстрировали разные изображения, которые перемещались в различных направлениях, а камера отслеживала движения глаза: как он переключается с объекта на объект или следит за рисунком. Обычно нетипичный оптокинез, например когда глаз следит за движением слева направо лучше, чем справа налево и сверху вниз, говорит о поражении мозга. При травмах головы врач просит следить за пальцем. Медикам было интересно, влияет ли рассинхронизация с органами равновесия в невесомости на движения глаз, ухудшает ли рефлекс головокружение и есть ли связь с различными процессами в мозге.

В эксперименте «Поза» космонавты старались определить, как нервная система реагирует на изменения положения тела. Так, Владимир Джанибеков и Александр Иванченков просто поднимали руку в невесомости. Однако это простое движение вызывает сокращение мышц ног. На Земле центр равновесия смещается, и мозг посылает сигнал ногам, чтобы компенсировать отклонение и таким образом сохранить свое положение в пространстве. В невесомости рефлекс сохраняется, а также влияет на работу вестибулярного аппарата – мозг ожидает отклонения, которого не происходит благодаря внутреннему уху. Особый интерес вызвал тот факт, что на это влияет периферическое зрение. Космонавты выполняли движение в обычных условиях и в специальных очках, оставлявших только небольшую зону в центре поля зрения. Мышцы ног сокращаются меньше, если человек не видит, что его рука двигается.

Как оказалось, для расстройства вестибулярного аппарата даже можно не двигаться, а только представлять, что двигаешься. Космонавты на Земле производили одинаковый набор движений в течение длительного времени в соответствии с показаниями хронометра. Затем требовалось выполнить этот же набор движений «в уме», не двигаясь. Мозг, запомнивший перемещения, обманывается и думает, что тело должно пребывать в движении, однако органы равновесия фиксируют состояние покоя.

Еще один эксперимент по определению возможного влияния на вестибулярный аппарат получил название «Воротник». На Земле для подержания головы на весу активно работают мышцы шеи. В невесомости нагрузки на них нет, и тонус снижается. Для создания нагрузки космонавтам Леониду Попову и Думитру Прунариу предлагалось носить профилактический шейный амортизатор, который нагружал мышцы шеи. Космонавты отметили отличное самочувствие и даже не стали доводить эксперимент до конца.

На станции «Мир» по программе «Мир‐92» изучались различные факторы, влияющие на вестибулярную функцию. Так, например, изучалось движение глаз и глазные рефлексы при действии теплового раздражителя или эмоционального стимула. В другом эксперименте определялась зависимость состояния космонавта от количества выделяемых ферментов желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы.

В поисках средств лечения расстройств вестибулярного аппарата на МКС было проведено исследование «Вектор-МБИ‐1», в котором регистрировались движения тела перед поворотом головы. Их проанализировали, и на этой основе родился метод раннего предсказания. В дальнейшем планируется использовать гальваническую стимуляцию – подачу электрического тока на органы равновесия в момент поворота. Так удается синхронизировать органы чувств и уменьшить негативные последствия. Здесь важна точность, так как если воздействие произвести не вовремя, то симптоматика, наоборот, сильно ухудшится.

Для понимания морфологии изменения внутреннего уха на орбиту летали разные животные. Например, рыбы. Они всю жизнь находятся в состоянии, близком к невесомости, и могут в воде плавать в любую сторону. В невесомости они делали так же, впервые появившись на станции «Скайлэб», а потом на кораблях «Союз‐16», «Союз‐19» и «Аполлон». Правда, как только включалась лампа рядом с аквариумом, рыбы сразу разворачивались плавником к свету. Органы равновесия рыб работают совершенно иным образом, но именно это помогает отделить систематические проблемы от индивидуальных особенностей организма конкретного вида. Правда, самые взрослые особи даже со светом продолжали плыть абы как, не сумев адаптироваться. Особенно интересным стало исследование так называемой рыбы-жабы на шаттлах Columbia STS‐90 и Discovery STS‐95. У этого вида есть интересная особенность – их отолиты постоянно растут, а скорость роста зависит от среды обитания. То есть орган равновесия реагирует на изменение температуры и концентрации солей или уменьшение объема питания. Изучив эти отолиты по возвращении, можно понять, какие факторы космического полета в сравнении с земными усугубляют или, наоборот, снижают проблемы с равновесием. Также по изменению формы органов равновесия стало ясно, какие области внутреннего уха наиболее важны, ведь орган имеет много каналов. Чувствительные клетки в разных местах отвечают за разные процессы движения головой и ощущения силы тяжести.

Рыба-жаба, которая участвовала в экспериментах шаттла STS‐90. NASA

Сложные исследования совмещались с простыми. Орган равновесия улиток состоит всего из 12 клеток, они достаточно крупные, и изучать их очень просто. Этим воспользовались российские ученые, отправив на станцию «Мир» виноградных улиток. Таких же моллюсков запускали в космос на спутниках серии «Бион».

Все это позволило накопить большой материал, который потом использовали для лечения заболеваний органов равновесия, например болезни Мейера. Также появились новые средства для облегчения симптомов укачивания.

Несколько исследований органов равновесия проводились на животных с особенностями поведения, связанными с силой тяжести. На станции «Скайлэб» оказались две паучихи, Анита и Арабелла, которые должны были плести паутину в невесомости. Ученым было интересно, каким получится узор в условиях отсутствия выделенного направления. Первое время Арабелла плела паутину в самых разных направлениях, и никакого узора не просматривалось. Анита при этом отдыхала – она должна была начать позже, после небольшого периода адаптации. Когда астронавты поднесли лампу к контейнеру, паучиха сориентировалась, и узор стал напоминать земной. Как только Аниту выпустили, она сразу начала плести правильно, правда нить была гораздо тоньше земной. В дальнейшем пауки еще несколько раз летали на орбиту на американских шаттлах. Биологам было важно узнать, можно ли улучшить качество плетения, чтобы потом использовать паутину в хозяйственных целях. Естественно, побывал в космосе и тутовый шелкопряд, производитель шелка, но значимых результатов получить не удалось.

В 1994 году на орбите оказался восточный шершень. Это насекомое обладает уникальной способностью строить соты по направлению силы тяжести. Наземные исследования с использованием центробежной силы установили, что эта сила является единственным фактором, определяющим направление построения соты. Ученые хотели узнать, что будет в невесомости, но шершни строить соты не стали.

Необычной и интересной была история изучения сна в космосе. Первым, кому удалось вздремнуть на орбите, был второй космонавт планеты Герман Титов – тот же, кто первым из людей испытал болезнь движения. Правда, из-за расстройства вестибулярного аппарата сон был прерывистым и беспокойным. За пятнадцать минут до запланированного сеанса связи Герман Степанович проснулся, но решил попробовать еще немного побыть в «объятиях Морфея» и… проспал 40 минут.