Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

Многим знакомое состояние, как оказалась, возможно и в космосе. Однако в ходе последующих экспериментов выяснилось, что отличия есть. Это сразу заинтересовало врачей, ведь сон – один из самых загадочных процессов в организме.

Во-первых, мощное эмоциональное возбуждение не дает расслабиться. Человек находится в бескрайнем космосе в сотнях километров от других людей, защищенный от бездонного вакуума и верной гибели только стенкой два миллиметра толщиной. Вид планеты Земля – маленькой хрупкой планеты – вызывает благоговейный трепет. Во-вторых, космические корабли тесны и неудобны, как и скафандры, которые при первых полетах людей было запрещено снимать. В-третьих, шум от систем жизнеобеспечения очень громкий. Недосып особенно сильно проявлялся у астронавтов на Луне. Эмоциональное напряжение в первых трех миссиях «Аполлон» было колоссальным. Кроме того, уже не было легкости парения в невесомости, и нужно было выбирать удобный уголок в модуле. Астронавты почти не спали, что сказывалось на работе. При подготовке четвертой экспедиции на Земле провели специальные тренировки, чтобы настроить астронавтов на правильное соотношение времени работы, отдыха и сна.

Постепенно накапливалась статистика. Выяснилось, что в среднем на орбите космонавты спали на 30 минут меньше, чем на Земле. Бессонница часто возникает в первые дни острой адаптации. Также на длительность и качество отдыха заметно влияют температура воздуха и режим работы. В частности, на станциях «Салют‐3» и «Салют‐5» экипажам нужно было часто делать фотографии Земли в определенное время, и потому они постоянно просыпались. Очень редко удавалось проспать полноценные восемь часов. В одном из полетов даже пришлось возвращаться досрочно по состоянию здоровья – на принятие такого решения повлияло много факторов, и недосып был одним из них. Также показательным стал пример астронавтов Гибсона, Поуга и Карра на станции «Скайлэб». Перед ними стояло множество задач, с которыми они не успевали справляться, с Земли их постоянно подгоняли, тем только усугубляя ситуацию. В итоге астронавты устроили забастовку – незапланированный день отдыха. После правильной настройки графика они не только стали все успевать, но и перегнали график экспериментов. Похожая ситуация была на «Салюте‐6» с космонавтами Владимиром Ковалёнком и Виктором Савиных, только забастовок не было, они просто попросили пару дней на отдых. При этом другой экипаж станции попал в ситуацию, вызванную проблемами контроля температуры, – на борту было жарко, что тоже сказалось на состоянии покорителей космоса.

Исследования начались на станции «Мир» в 1990‐х годах и продолжаются на МКС. Было отмечено, что увеличение стресса на орбите укоротило длительность фаз медленного и быстрого сна, но переход в состояние дремы и между фазами в целом увеличился. Без световых маркеров циркадный ритм смещается и составляет 25,4 часа в сутки.

В эксперименте «Циркадный свет» ученые проверяли, как влияет на сон работа лампы. Ее программировали несколькими разными способами, например синхронизируя по часам в соответствии с циклом дня и ночи на Земле. Также цвет ламп изменялся в соответствии с цветом неба в разные моменты времени – красный перед сном и голубой днем.

Дополнительно изучали жуков-чернотелок, исследуя влияние факторов космического полета на циркадные ритмы. Эти насекомые имеют очень четкую последовательность действий в течение дня, например вылезают из норок каждый раз в одно и то же время с точностью до минуты. При этом у чернотелок есть зависимость от света, и обмануть их ритм можно с помощью лампы или отсутствия света. Еще более удивителен факт, что цикличность их циркадного ритма – не 24, а 48 часов. Откуда в организме жука такие точные часы, и как они работают на биологическом уровне? В этом состояла цель эксперимента. В космосе было выявлено, что ритм несколько сбивается, но все же не так сильно, как от изменения освещенности. Была отмечена выработка определенных белков и их связь с генами. А вот у макак-резусов, которых отправляли на орбиту на спутниках серии «Бион», ритм нарушался, а также ухудшались навыки. Обезьян перед полетом обучили некоторым действиям, например нажимать задней лапой на рычаг при определенной команде (стимулом был вкусный банан). Скорость реакции снижалась, как и скорость работы мозга (макакам в головы были вживлены датчики, регистрирующие электромагнитную активность).

Прошло также крупное исследование полифазного сна. В работе мозга во время сна выделяются определенные фазы, их называют быстрым и медленным сном.

В первой стадии расслабляются мышцы и замедляются все физиологические процессы. Также ослабевают электрические колебания высокой частоты в мозге, и на первый план выходят низкочастотные колебания. Их регистрируют с помощью электроэнцефалограммы.

Во второй стадии основная часть мышц по-прежнему расслаблена, но глаза начинают активно двигаться. Поэтому фазу называют быстрой. При этом активность мозга только слегка отличается от бодрствующего состояния. В этой фазе выделяется много гормонов. За ночь, за стандартные восемь часов, человек пять раз переживает смену фаз.

Гипотеза полифазного сна утверждает, что более эффективно использовать только один полный цикл за раз, например спать четыре раза по 30 минут через каждые 5,5 часа. В таком случае на сон отводится только два часа. Но это один из самых крайних вариантов, и на орбите он не использовался. А вот эксперимент с 2,5‐часовым сном показал себя весьма неплохо.

Для полноценного введения полифазного сна нужны долгосрочные исследования, и потому сейчас на МКС, если не проводится конкретный эксперимент, рекомендуется отводить на сон девять часов.

Все эти исследования могут помочь не только космонавтам, но и людям на ответственных и продолжительных работах, где возможны проблемы со сном, например водителям транспортных средств, которым ни в коем случае нельзя засыпать за рулем. В эксперименте «Кортекс» теми же методами снятия электроэнцефалограммы изучалось бодрствование, а вернее – насколько космонавт устал и как его мозг реагирует на стресс.

Интересно, что была выявлена генетическая предрасположенность к ухудшению сна в космосе и образованию ферментов, снижающих активность в результате долгого бодрствования. Как минимум три гена отвечают за общее нарушение сна. Земные исследования подтвердили наличие определенных генотипов у людей с расстройством сна. Хотя исследование было направлено на оценку кандидатов в космический полет, потенциально эти данные могут помочь в лечении различных синдромов, например задержки сна или нарколепсии.

С увеличением длительности полетов стала все четче обрисовываться новая проблема – потеря тонуса мышц в невесомости без нагрузки. Это прочувствовал уже Андриян Николаев в третьем пилотируемом полете в СССР. Тогда продолжительность пребывания в невесомости составила три дня, но космонавт по возвращении на Землю отметил, что вставать стало тяжело. Для экипажей предусматривалась небольшая зарядка: дважды в сутки выполнялся комплекс из шести физических упражнений с амортизатором, по 10 минут, а также комплекс общетонизирующих упражнений по пять-восемь минут. В