Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

Перераспределение жидкости приводит не только к отекам. Уже в первых космических полетах было замечено уменьшение массы тела у космонавтов. Было высказано предположение, что это связано с почками, ведь кровь в невесомости циркулирует более активно, а почки реагируют выводом из кровеносной системы воды и натрия. В эксперименте «Жидкостный гомеостаз» сравнивались образцы крови, слюны и мочи при обычном употреблении воды и при увеличенном, а также при дополнительном принятии солей. Сравнение производилось в условиях стресса и нагрузки для точного определения факторов влияния. Поскольку на Земле большая часть воды уходит из тела в результате нагрузки, исследования в невесомости дают новые представления о данных процессах. Потенциально они помогают в разработке методов диагностики, профилактики и лечения заболеваний почек.

С программы «Арагац» в 1988 году началось систематическое изучение проблемы. Сейчас на МКС выполняется эксперимент «Диурез», в котором определяется роль гормона альдостерона в процессе снижения объемов крови. Он вырабатывается надпочечниками и, попадая в почки, способствует выделению натрия и задержке в организме воды. Была выведена зависимость изменения количества гормона в крови от времени дня и трудового режима. При правильном и своевременном отдыхе, отсутствии стрессов и употреблении достаточного количества воды состояние человека остается в пределах нормы. В противном случае снижается не только масса, но и кровенаполнение, а риск появления мочекаменной болезни увеличивается.

На Земле при обследовании часто проверяется масса тела. Метаболизм, то есть обмен веществ тела и окружающей среды, химические реакции организма, поглощение, перерабатывание и аккумуляция энергии, очень чувствителен к разным факторам среды. Но в невесомости узнать массу очень сложно. В условиях силы тяжести достаточно встать на пружинку или рычаг, чтобы получить значение, на орбите даже встать не получится. Однако врачам помогли физики. Вес и масса – это разные понятия, и даже в невесомости масса никуда не исчезает. Определить ее можно по инерционным свойствам. Чем тяжелее объект, тем сложнее его остановить или разогнать. Из этого утверждения следует, что период колебаний грузов также будет зависеть от массы. То есть если космонавт фиксируется на пружинке и потом начинает качаться, период колебаний будет тем больше, чем больше его масса. Такой измеритель массы в невесомости был впервые испытан на станции «Салют‐5» и с тех пор является неотъемлемой частью пилотируемых миссий и участвует в экспериментах.

Периодически космонавты записывают калорийность всех съеденных продуктов и смотрят, насколько они после приема пищи стали тяжелее. Для более точного контроля космонавтам станции «Мир» в кровь вводится безопасный изотоп, который распадается со временем и дает небольшое излучение. Количество этого вещества легко рассчитывать на основе интенсивности его распада. Изотоп расходился по организму в соответствии с биохимическими процессами.

Некоторые исследования показали, что стресс и психофизиологическое состояние приводят к выработке гормонов, влияющих на обмен веществ и изменение солевого баланса. Простой пример – адреналин. Он не только ускоряет сердечный ритм и активизирует организм, но и быстро разлагает глюкозу, вызывая потребность в дополнительном питании. На МКС проводится эксперимент «МОРЗЭ», в котором масса тела измеряется вместе с составом крови.

Из-за невесомости клетки организмов на орбите с большей скоростью теряют не только воду, но и соль. Для исследования физических процессов был проведен эксперимент «Мембрана»: образец крови помещался в специальную капсулу с различными биоагентами, призванными замедлить процесс потери солей.

Перераспределение жидкости меняет водно-солевой баланс. А он, в свою очередь, сильно влияет на многие органы человека, например на кожу. На станции «Мир» Юрий Маленченко и Талгат Мусабаев проводили эксперимент «Ткань», с помощью ультразвуковых датчиков изучая эластичность кожи и ее изменение со временем. До этого никто особо не обращал внимания на возможные изменения кожных тканей. Из-за отекания головы морщины незаметны, но из-за изменения кровоснабжения меняется количество нужных веществ, толщина и эластичность кожи. В клетках замедляется выработка коллагена и эластина. Причем разные участки тела имеют разные характеристики. Более того, отдельный эксперимент проводился с кожей век. Во-первых, хоть исследование и выглядит устрашающее, этот участок кожи легче всего измерить. Во-вторых, есть предположение, что на эластичность будет влиять подвижность, а веки, в отличие от других частей тела, так же активны в космосе, как и на Земле. Тем не менее перераспределение крови – более важный фактор. Сейчас проводится много экспериментов по исследованию снижения неприятного эффекта. Отметим, когда на станции «Мир» была баня, космонавты отмечали улучшение состояния кожного покрова после принятия тепловых процедур. Сейчас на МКС бани нет, зато к поиску решения проблемы подключились частные компании по производству косметики. Их исследования помогают разрабатывать средства против морщин.

С кожей есть еще одна проблема, и связана она с функцией отвода выделяемого телом тепла. Медикам было очень интересно узнать, как работает терморегуляция человека в космосе. В невесомости нет конвекции – теплового перемешивания воздуха, горячие газы не поднимаются, а холодные не опускаются. Организму же нужно через кожу сбрасывать излишек энергии. На орбите проблема решается вентиляторами, но не полностью. На Земле теплообмен – саморегулируемый процесс: более горячее тело быстрее остывает. На орбитальной станции скорость потоков нужно регулировать вручную. Еще одна проблема – изменяется кровоток, а значит, и весь процесс отвода излишка энергии. На орбите проводится эксперимент «Теплообмен», в котором сравниваются температура тела и температура воздуха. Первые данные, полученные на крысах в экспедиции спутника «Бион‐4», показали важность проблемы. Затем усовершенствованные варианты экспериментов проводились космонавтами Алексеем Губаревым, Владимиром Ремеком, Петром Климуком и Мирославом Гермашевским. Эти и последующие исследования показали, что температура тела увеличивается на один градус (37,6 °C), а при нагрузке, например на тренажере, тело человека может нагреться и до 40 °C. Очень важно следить за гигиеной труда и правильно учитывать температуру окружающей среды не только на орбитальной станции, но и на Земле, особенно при работе, сопряженной с использованием высоких температур, например в металлургическом производстве.

Но больше всего у ученых вопросов к работе нервной системы. Она связана с калий-натриевым взаимодействием – электрические импульсы проходят от клетки к клетке с помощью проводящей способности ионов этих химических элементов. Если их содержание меняется, то меняется и способность воспринимать раздражители, снижается чувствительность к касаниям. Так, в эксперименте «Восприятие» специальный прибор с несколькими иголочками касается пальца космонавта, у которого завязаны глаза. Расстояние между элементами регулируется. Испытуемый должен понять на ощупь и сообщить, сколько иголочек он почувствовал. Так определяется критическое расстояние между соприкасающимися объектами, при котором человек может отличить их друг от друга. Также космонавту дают подержать несколько шаров разного размера, а он должен определить, в каком порядке он брал