Тривале перебування у космосі помітно змінює тіло людини, зокрема її м’язи, мозок і навіть кишкові бактерії, пише ВВС.
Рекорд тривалості одного польоту в космос наразі становить 371 день, але тривале перебування на орбіті дивовижним чином змінює організм астронавтів, змінюючи їхні м’язи, мозок і навіть бактерії в кишечнику.
Кількома рукостисканнями, короткою фотосесією і помахом руки астронавт НАСА Френк Рубіо попрощався з колекцією модулів і сонячних панелей розміром з американське футбольне поле, яка була його домівкою протягом 371 дня. Його відліт з Міжнародної космічної станції (МКС) і повернення на Землю ознаменували завершення найдовшого на сьогоднішній день одиночного космічного польоту американця.
Його перебування на орбіті, яке перевершило попередній рекорд США, що становив 355 днів поспіль, було продовжено у березні 2023 року після того, як у космічному кораблі, в якому він та його товариші по команді мали летіти додому, стався витік охолоджувальної рідини. Додаткові місяці в космосі дозволили Рубіо здійснити загалом 5 963 витки навколо Землі, подолавши 157,4 млн миль (253,3 млн км). Попри це, йому все ще не вистачало близько двох місяців до рекорду найдовшого космічного польоту людини – російський космонавт Валерій Поляков провів 437 днів на борту космічної станції “Мир” у середині 1990-х років.
З величезною посмішкою на обличчі Рубіо винесли з космічного корабля “Союз МС-23” після того, як він благополучно повернувся на Землю в хмарі пилу біля міста Жезказган у казахстанському степу. Перебування в умовах низької гравітації МКС неабияк вплинуло на його організм, тож його довелося витягати з капсули команді рятувальників.
Однак його тривала подорож у космосі дасть цінну інформацію про те, як людина може впоратися з тривалим космічним польотом і як найкраще протидіяти проблемам, які він може спричинити. Він став першим астронавтом, який взяв участь у дослідженні, що вивчає, як фізичні вправи з обмеженим спортивним обладнанням можуть впливати на організм людини.
Ця інформація виявиться життєво важливою, оскільки люди планують відправляти екіпажі на місії для дослідження глибин Сонячної системи. Наприклад, очікується, що подорож на Марс і назад займе близько 1100 днів (трохи більше трьох років) згідно з поточними планами. Космічний корабель, в якому вони подорожуватимуть, буде набагато меншим за МКС, а це означає, що знадобляться менші легкі тренажери.
Але якщо відкинути проблеми з підтриманням фізичної форми, то як саме космічні польоти впливають на людський організм?
М’язи і кістки
Без постійного впливу сили тяжіння на наші кінцівки, м’язова і кісткова маса швидко починає зменшуватися в космосі. Найбільше страждають м’язи, які допомагають нам підтримувати поставу – спина, шия, литки та квадрицепси – в умовах мікрогравітації їм більше не доводиться працювати так інтенсивно, і вони починають атрофуватися. Вже через два тижні м’язова маса може зменшитися на 20%, а під час більш тривалих місій, що тривають від трьох до шести місяців, – на 30%.
Аналогічно, оскільки астронавти не піддають свій скелет такому механічному навантаженню, як під дією земного тяжіння, їхні кістки також починають демінералізуватися і втрачати міцність. Астронавти можуть втрачати 1-2% своєї кісткової маси щомісяця, який вони проводять у космосі, і до 10% за півроку (на Землі літні чоловіки і жінки втрачають кісткову масу зі швидкістю 0,5%-1% щороку). Це може підвищити ризик переломів і збільшити час, необхідний для їхнього загоєння. Після повернення на Землю може знадобитися до чотирьох років, щоб кісткова маса повернулася до норми.
Щоб боротися з цим, астронавти проводять 2,5 години на день на орбіті МКС, займаючись фізичними вправами та інтенсивними тренуваннями. Це включає в себе серію присідань, підйомів штанги, гребок і жим лежачи на тренажері, встановленому в “спортзалі” МКС, а також регулярні тренування на біговій доріжці і велотренажері. Вони також приймають дієтичні добавки, щоб зберегти свої кістки максимально здоровими.
Однак нещодавнє дослідження показало, що навіть такого режиму вправ недостатньо, щоб запобігти втраті функції та розміру м’язів. Воно рекомендує перевірити, чи допоможуть вищі навантаження у вправах з опором та високоінтенсивні інтервальні тренування протидіяти цій втраті м’язів.
Відсутність гравітації, яка тягне тіло вниз, також може означати, що під час перебування на МКС астронавти відчувають, що стають трохи вищими, оскільки їхній хребет трохи подовжується. Це може призвести до таких проблем, як біль у спині під час перебування в космосі та зміщення міжхребцевих дисків після повернення на Землю. Під час брифінгу на борту МКС напередодні повернення на Землю Рубіо сам сказав, що його хребет росте, і сказав, що це може допомогти йому уникнути поширеної травми шиї, яку астронавти можуть отримати при зіткненні космічного корабля з землею, якщо вони намагаються піднятися зі свого місця, щоб подивитися, що відбувається.
“Я думаю, що мій хребет витягнувся настільки, що я ніби вклинився в обшивку сидіння, тому мені взагалі не варто багато рухатися”, – сказав він.
Втрата ваги
Хоча вага на орбіті має дуже мало значення – мікрогравітація означає, що все, що не прив’язане до неї, може вільно плавати в середовищі МКС, включаючи людські тіла – підтримка здорової ваги на орбіті є складним завданням. Хоча НАСА намагається забезпечити своїх астронавтів різноманітною поживною їжею, в тому числі останнім часом – кількома листками салату, вирощеними на борту космічної станції, це все одно може вплинути на організм астронавта. Скотт Келлі, астронавт НАСА, який брав участь у наймасштабнішому дослідженні наслідків довготривалих космічних польотів після перебування на борту МКС протягом 340 днів, поки його брат-близнюк залишався на Землі, втратив 7% маси тіла під час перебування на орбіті.
Дослідники, які обстежили Скотта Келлі після його подорожі на МКС, виявили, що бактерії та грибки, які живуть у його кишечнику, сильно змінилися порівняно з тим, що було до його польоту в космос.
Зір
На Землі гравітація допомагає крові в нашому тілі текти вниз, а серце перекачує її назад. Однак у космосі цей процес порушується (хоча організм дещо пристосовується), і кров може накопичуватися в голові більше, ніж зазвичай. Частина цієї рідини може накопичуватися на задній поверхні ока і навколо зорового нерва, що призводить до набряку. Це може призвести до змін у зорі, таких як зниження гостроти та структурні зміни в самому оці. Ці зміни можуть почати відбуватися вже через два тижні перебування в космосі, але з плином часу ризик зростає. Деякі зміни зору відновлюються приблизно через рік після повернення астронавтів на Землю, але інші можуть бути постійними.
Вплив галактичних космічних променів та енергійних сонячних частинок також може призвести до інших проблем з очима. Атмосфера Землі допомагає захистити нас від них, але на орбіті МКС цей захист зникає. Хоча космічні кораблі можуть мати захист від надлишкової радіації, астронавти на борту МКС повідомляють, що бачили спалахи світла в очах, коли космічні промені та сонячні частинки потрапляли на сітківку та зорові нерви.
Нейронні перестановки
Однак після тривалого перебування на МКС виявилося, що когнітивні функції Келлі мало змінилися і залишилися відносно такими ж, як і у його брата на землі. Однак дослідники помітили, що швидкість і точність когнітивних функцій Келлі знизилися протягом приблизно шести місяців після приземлення, можливо, через те, що його мозок пристосовувався до земної гравітації і зовсім іншого способу життя вдома.
Дослідження російського космонавта, який провів 169 днів на МКС у 2014 році, також виявило деякі зміни в самому мозку, які, схоже, відбуваються під час перебування на орбіті. Воно виявило зміни в рівнях нейронної зв’язності в частинах мозку, пов’язаних з моторною функцією – іншими словами, рухом – а також у вестибулярній корі, яка відіграє важливу роль в орієнтації, рівновазі та сприйнятті власного руху. Це, мабуть, не дивно, враховуючи особливу природу невагомості в космосі; астронавтам часто доводиться вчитися ефективно рухатися без гравітації, щоб прив’язатися до чогось і пристосуватися до світу, де немає ні верху, ні низу.
Нещодавнє дослідження викликало занепокоєння щодо інших змін у структурі мозку, які можуть статися під час довготривалих космічних місій. Порожнини в мозку, відомі як правий бічний і третій шлуночки (відповідальні за зберігання спинномозкової рідини, забезпечення мозку поживними речовинами та утилізацію відходів), можуть набрякати і зменшуватися до нормального розміру до трьох років.
Дружні бактерії
Дослідження останніх років показують, що ключовим фактором міцного здоров’я є склад і різноманітність мікроорганізмів, які живуть у нашому тілі та на ньому. Ця мікробіота може впливати на те, як ми перетравлюємо їжу, впливати на рівень запалення в нашому організмі і навіть змінювати роботу нашого мозку.
Дослідники, які вивчали Келлі після його подорожі на МКС, виявили, що бактерії та грибки, які живуть у його кишечнику, значно змінилися порівняно з тим, що було до польоту в космос. Це, мабуть, не зовсім дивно, враховуючи зовсім іншу їжу, яку він їв, і зміни в людях, з якими він проводив свої дні (ми отримуємо жахливу кількість мікроорганізмів у кишечнику і ротовій порожнині від людей, з якими живемо поруч). Але вплив радіації та використання переробленої води, а також зміни в його фізичній активності також могли зіграти свою роль. (Дізнайтеся більше про те, як фізичні вправи впливають на кишкові мікроби).
Шкіра
Хоча вже п’ятеро астронавтів НАСА провели на орбіті понад 300 днів, ми знову хочемо подякувати Келлі за інформацію про стан його шкіри під час перебування на орбіті. Було виявлено, що його шкіра мала підвищену чутливість і висип протягом приблизно шести днів після повернення з космічної станції. Дослідники припустили, що недостатня стимуляція шкіри під час місії могла спричинити його скарги на шкіру.
Гени
Одним з найважливіших результатів тривалої подорожі Келлі в космос був вплив, який вона мала на його ДНК. В кінці кожної нитки ДНК є структури, відомі як теломери, які, як вважається, допомагають захистити наші гени від пошкоджень. З віком вони стають коротшими, але дослідження Келлі та інших астронавтів показали, що космічні подорожі, схоже, змінюють довжину цих теломер.
“Найбільш вражаючим, однак, було виявлення значно довших теломер під час космічних польотів”, – каже Сьюзан Бейлі, професор екологічного та радіологічного здоров’я з Університету штату Колорадо, яка була частиною команди, що вивчала Келлі та його брата. Вона провела окремі дослідження з ще 10 не пов’язаними між собою астронавтами, які брали участь у коротших місіях тривалістю близько шести місяців. “Також несподіваним було те, що довжина теломер швидко скоротилася після повернення на Землю у всіх членів екіпажу. Що особливо важливо для довгострокових траєкторій здоров’я і старіння, астронавти загалом мали набагато більше коротких теломер після космічного польоту, ніж до нього”.
За її словами, чому саме так відбувається, досі не з’ясовано. “У нас є деякі здогадки, але додаткові члени екіпажу, які тривалий час перебували в космосі – такі як Рубіо, який провів у космосі один рік – матимуть вирішальне значення для того, щоб по-справжньому охарактеризувати і зрозуміти цю реакцію та її потенційні наслідки для здоров’я”.
Однією з можливих причин може бути вплив складного поєднання радіації під час перебування в космосі. За її словами, у астронавтів, які зазнали тривалого опромінення під час перебування на орбіті, спостерігаються ознаки пошкодження ДНК.
У Келлі також спостерігалися деякі зміни в експресії генів – механізмі, який зчитує ДНК для виробництва білків у клітинах, – які могли бути пов’язані з його подорожжю в космос. Деякі з них були пов’язані з реакцією організму на пошкодження ДНК, формуванням кісток і реакцією імунної системи на стрес. Однак більшість цих змін повернулися до норми протягом шести місяців після його повернення на Землю.
У червні 2024 року нове дослідження висвітлило деякі потенційні відмінності між тим, як імунна система чоловіків і жінок-астронавтів реагує на космічний політ. Використовуючи дані про експресію генів у зразках, отриманих від екіпажу місії SpaceX Inspiration 4, який провів трохи менше трьох днів на орбіті восени 2021 року, воно виявило зміни у 18 білках, пов’язаних з імунною системою, старінням і ростом м’язів.
Порівнюючи їхню генну активність з активністю генів 64 інших астронавтів, які брали участь у попередніх місіях, дослідники виявили, що експресія трьох білків, які відіграють роль у запаленні, змінилася порівняно з показниками до польоту. Чоловіки виявилися більш чутливими до космічного польоту, з більшими порушеннями генної активності, і їм знадобилося більше часу, щоб повернутися до нормального стану після повернення на Землю.
Зокрема, дослідники виявили, що генна активність двох білків, відомих як інтерлейкін-6, який допомагає контролювати рівень запалення в організмі, та інтерлейкін-8, який виробляється для спрямування імунних клітин до вогнищ інфекції, була більш порушеною у чоловіків порівняно з жінками. Інший білок, який називається фірбриноген, що бере участь у згортанні крові, також був більше уражений у чоловіків-астронавтів.
Але дослідники кажуть, що їм ще належить з’ясувати, чому жінки виявляються менш чутливими до цих конкретних наслідків космічних польотів, але це може бути пов’язано з їхньою реакцією на стрес.
Астронавтка НАСА Пеггі Вітсон розповіла про те, як час, проведений у космосі, змінив її тіло. З накопиченими 675 днями перебування в космосі, вона провела на орбіті більше часу, ніж будь-який інший американець, хоча світовий рекорд наразі належить російському космонавту Олегу Кононенку, який нарахував 878 днів у космосі.
Келлі отримав низку вакцин до, під час і після польоту в космос, і його імунна система реагувала нормально. Але дослідження Бейлі показало, що у астронавтів спостерігається деяке зниження рівня білих кров’яних тілець, що відповідає дозам радіації, які вони отримують під час перебування на орбіті.
Однак, є ще багато питань, на які потрібно відповісти, про те, який вплив можуть мати космічні подорожі на двоногих, з великим мозком, які еволюціонували, щоб жити на Землі. Коли дослідники вивчатимуть медичні аналізи, зразки крові та сканування Рубіо після його 371 дня перебування в космосі, вони, безсумнівно, сподіватимуться дізнатися більше.
