Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

Также в эксперименте оценивались рефлексы и скорость реакций – они закономерно снижались. В предыдущих полетах выявили интересную зависимость: если пребывание в невесомости было коротким, то по возвращении на Землю так называемый H-рефлекс продолжал снижаться еще некоторое время, а при долгих полетах быстро восстанавливался и уже на третий день усиливался. Возникло предположение, что это связано не с мышцами, а с мотонейронами в спинном мозге – нервными клетками, которые отвечают за тонус мышц и сокращение нужных при выполнении конкретной задачи. Вероятно, первое время их эффективность снижается, а потом, при адаптации к невесомости, одни мотонейроны перестают активно выполнять свою задачу за ненадобностью, а другие приспосабливаются к новым двигательным задачам. На Земле разгруженные нейроны быстро включаются в работу вместе с теми, которые раньше, в условиях невесомости, задействовались меньше. Это исследование может помочь в облегчении спинально-мышечной атрофии. Чаще всего это генетическая проблема, которая не поддается лечению, но, возможно, изучение работы мотонейронов в невесомости натолкнет врачей на способы расширения возможностей больных и увеличения продолжительности их жизни.

Одним из факторов, подтверждающих важность нейронов, является снижение скорости сокращения мышц. Снижается реакция, а время между импульсами в нервах увеличивается. На станции «Салют‐6» медики попробовали обмануть нервную систему. В рамках эксперимента «Суппорт» космонавты надевали специальные устройства, своего рода ботинки с пружинами внутри, которые создавали нагрузку на стопу, равную нагрузке при ходьбе. Это провоцировало нервную систему реагировать и давать сигнал мышцам на сокращение или на сохранение тонуса. В долгих полетах так обманывать нервную систему не удалось, хотя в коротком исследовании небольшой эффект был.

Главная мышца организма – сердце – также чувствительна к космическому полету и атрофии. Для его исследования на орбитальной станции «Салют‐6» космонавты испытывали новый метод – баллистокардиографию. Она предполагает наблюдения за движением грудной клетки – при сокращении сердца и вбросе потоков крови в аорту и легочную артерию возникает смещение тела. Хотя для баллистокардиографии нужны приборы высокой чувствительности, они не инвазивные и часто применяются вместе с ЭКГ. В космосе сердце и сосуды смещаются. Эта информация позволяет глубже понять механические явления движения крови и сосудов, а также предлагает еще один неинвазивный диагностический метод.

Стандартная электрокардиография проводилась с самых первых полетов собак. На станции «Салют‐6» исследование сердца таким прибором называлось «Вектор». Тогда были получены данные о кровенаполнении сердца, автоматизме, возбудимости, кровоснабжении и метаболизме миокарда – сердечной мышцы.

На «Салюте‐7» прошел эксперимент «Эхокардиография», в котором использовался новейший портативный ультразвуковой прибор, создающий высокочастотные колебания и регистрирующий отражение волн от сердца и сосудов. Было даже получено первое изображение сердца космонавта в условиях невесомости. Специально для проведения исследования на борту находился кардиолог Олег Атьков. Как выяснилось, главная мышца человека округляется, а камеры – предсердия и желудочки – стремятся стать одного размера. Действительно, чтобы качать кровь по большому кругу ко всем органам, на Земле нужно прилагать больше усилий, чем по малому кругу к легким, но в невесомости у сердца такой проблемы нет. Зато она есть у космонавтов, которым будет очень сложно восстановить правильную работу органов по приземлении.

Поскольку давление в правом предсердии становится выше, важно проводить дальнейшие исследования. На станции «Мир» космонавты участвовали в масштабном исследовании «Мирабель», где большое внимание уделялось работе эндокринной системы и влиянию гормонов на развитие мышц. Добавление в кровь определенных лекарств помогло бы в стимуляции роста тканей как у космонавтов, так и у землян.

В невесомости есть проблема и с костями. После полета собак Ветерка и Уголька у них обнаружилась не только атрофия, но и остеопения – кости стали более тонкими и хрупкими, их плотность уменьшилась, как и содержание кальция. У Андрияна Николаева и Виталия Севастьянова также были заметны изменения скелета, но в том полете куда более серьезные проблемы были с мышцами. Первый полноценный эксперимент по определению плотности костей на орбите провели космонавты экипажа станции «Салют‐1». На борту был ультразвуковой прибор, который испускал волну и измерял изменения интенсивности отраженного и прошедшего насквозь сигналов. Со временем плотность костей действительно уменьшалась практически равномерно. Послеполетные исследования других экипажей выявили причину этого: в космосе в крови и моче кальция становится больше, чем нужно, а в костях – меньше. Главный минерал скелета легко растворяется, а в невесомости с большей скоростью покидает кости и выводится из организма через почки. На станции «Мир» начались систематические эксперименты, показавшие, что процесс ослабевания костей идет с первых дней. Космонавты Анатолий Соловьёв и Николай Бударин начали серию более детальных экспериментов, которые продолжил Валерий Поляков – рекордсмен по длительности полета. Одно из предположений ученых о том, что вымывание кальция связано с кровотоком, проверялось в эксперименте UK‐43: космонавты надевали на одну ногу перетягивающую манжету, а потом измеряли плотность пяточной кости как на изучаемой, так и на свободной ноге для сравнения. Уменьшенный поток крови привел к положительному результату. В другом эксперименте подтверждалась теория о влиянии невесомости. На Земле также происходит вымывание кальция и стирание костей при нагрузке, но есть механизмы восстановления и разрушения костей: специальные клетки – остеобласты и остеокласты – отвечают за удаление и осаждение кальция и других минералов соответственно. Без нагрузки стирания не происходит, и остеобласты не активируются. Космонавтам предлагалось носить на ногах специальное устройство, которое било по пятке и имитировало нагрузку при ходьбе.

Наконец, третий вариант – медикаментозный. В рамках исследования NL‐16 космонавты принимали витамины и смотрели, как это им помогает восстановить нехватку минерала. Ключевую роль в этом процессе играет витамин К – он активирует белок остеокальцин, который способствует связыванию кальция в костях. Однако на орбите эффективность оказалась ниже, чем у других методов. Иногда препараты работали, но не как надо. В экспериментах с крысами на биоспутниках «Фотон» и «Бион» наблюдалось появление наростов или изменения структуры – кости становились не плотнее, а увеличивались в длину. При этом во время приема других препаратов были замечены разные негативные факторы. Например, употребление различных биофосфонатов приводило к накоплению их в крови до критического уровня и передозировке. Эти лекарственные средства нацелены на подавление активности остеокластов и блокировку процессов разрушения кости, но они действовали неэффективно и оставались в крови, а с каждым новым приемом их концентрация увеличивалась. Один из видов биофосфонатов показал себя лучше остальных, но все равно не решал проблемы. Другой метод лечения заключался в попытке медикаментозно уменьшить скорость выведения кальция из организма