8 мин
19 ноября 2018 г.

Невыносимая невесомость: космос отучит человека ходить

Плохие новости с МКС. Миссия на Марс под угрозой!
Автор: Владимир Губайловский

Все время существования МКС космонавты, астронавты и ученые на Земле постоянно проводят эксперименты, цель которых выяснить, как человек себя чувствует в космосе. А чувствует он себя довольно неуютно. Человек живет на Земле при постоянном воздействии силы тяжести. И жить, не чувствуя своего веса, не зная где верх и где низ, он не привык.

И здесь есть одна проблема: если космонавты будут находиться в невесомости слишком долго (например, во время полета к Марсу), они могут просто разучиться ходить. «Лаба» разбиралась, кто в этом виноват и что делать.  

1

Как мы ходим?

Для того чтобы ходить, бегать, наклоняться, ориентироваться в пространстве, фокусировать взгляд организм человека выработал специальное чувство — чувство равновесия. За него отвечает наш вестибулярный аппарат (см. картинку ниже).

В костном лабиринте внутреннего уха находятся два вида рецепторов, которые регистрируют два вида ускоренного движения — круговое и прямолинейное.

Круговое ускорение головы регистрируют полукружные каналы. В костном лабиринте  — и левом, и правом — есть три полукружных канала, наполненных жидкостью (эндолимфой). Один канал с каждой стороны — горизонтальный, а два вертикальные — передний и задний. Полукружные каналы примерно перпендикулярны друг другу. Движение жидкости в каналах и возбуждаемая этим движением активность специальных волосковых клеток раскладывает все возможные вращения головы на три компонента: в горизонтальной плоскости и двух перпендикулярных вертикальных.

Линейное ускорение обрабатывают отолитовые органы — утрикулюс и саккулюс, расположенные под прямым углом друг другу. Они работают как механические акселерометры.

(Источник: статья о вестибулятном аппарате на сайте NASA)

2

Космос меняет мозг: морская болезнь и галлюцинации

Когда человек летит на МКС, оказывается, что вестибулярный аппарат к этому не готов - он не умеет работать в невесомости. Сколько бы его на Земле ни обучали.

В невесомости полукружные каналы начинают сбоить, особенно при вертикальном движении головы. «Налитая» в каналы эндолимфа уже не налитая, а «размазанная». Возбуждение волосковых клеток происходит случайным образом.

У космонавта возникают двигательные иллюзии. Например, ему может показаться, что он летит кувырком, хотя космонавт сидит, пристегнутый к креслу. О таком эффекте рассказывал, например, Герман Титов.

Вестибулярный аппарат не только орган равновесия, он отвечает за стабилизацию взгляда: голова совершает компенсирующие движения, когда подрагивают глаза. В невесомости стабилизация взгляда нарушается из-за неустойчивой работы вестибулярного аппарата: движения становятся медленными и неуверенными. Человеку трудно сосредоточиться на объекте, трудно взять его в руки.

Вестибулярный аппарат передает информацию о положении тела в мозжечок. Туда поступает и визуальная информация. При противоречивой информации  из этих двух источников у человека может начаться морская болезнь. Его укачивает. В невесомости информация всегда противоречива, потому что вестибулярный аппарат работает со сбоями. В космосе в первые дни укачивает практически всех. Потом мозг учится отключать информацию от вестибулярного аппарата и передает практически полностью управление ориентацией и координированных движениям - глазам.

Сначала человеку кажется, что низ — там, где пол станции. Потом, — что низ там, где ноги. Мозг понимает: вестибулярный аппарат, который все время ищет опору, мешает ему работать. И постепенно гасит и тормозит активность нашего органа равновесия.

3

Как нас отучивают ходить

Происходит много других неприятных вещей. Повышается внутричерепное давление, увеличивается объем ликвора — жидкости, которая постоянно циркулирует в головном и спинном мозге. Сбивается представление о собственном теле.

Человек двигается замедленно, словно в тумане. Это состояние на МКС и называют «космический туман» (space fog). Если бы это состояние не проходило, работать и вовсе было бы невозможно. Но оно проходит. Наступает адаптация. Причем она наступает тем быстрее, чем больше времени человек  провел в космосе: самый трудный полет — первый.

(Изображение: астронавт NASA Кьелл Линдгрен тестирует влияние невесомости на когнитивные способности. Источник: NASA)

Постепенно человек приходит в себя. Но беда еще в том, что если мышечную слабость можно побороть тренировками на тренажерах, многие проблемы остаются нерешенными.

В человеческом организме много разных жидкостей. На Земле они все текут вниз, а в космосе они, строго говоря, вообще никуда не текут.

Органы человека на Земле плотно уложены внутри тела, а в невесомости — они «висят». Сбивается информация об их состоянии, которую собирает мозг. Он конечно, быстро учится, но вот только он еще, по-видимому, пытается восстановить утраченную гравитацию, наладить привычные на Земле формы работы, а это как раз и невозможно.

4

Пластичность мозга

На МКС были проведены любопытные опыты на крысах и мышах. У крыс через две недели наблюдалось аномально быстрое увеличение синапсов (межнейронных соединений) волосковых клеток, которые считывают информацию о положении отолитового «акселерометра». То есть вестибулярный аппарат пытался себя починить. У мышей на орбите начинали увеличиваться в размерах сами отолитовые кристаллы, а такого рода гипертрофия приводит к хроническому головокружению.

У человека такая гипертрофия не отмечалась, но, может быть, люди еще мало прожили в невесомости, ведь у них гораздо более медленный метаболизм, чем у мышей.

А ведь мозг работает оптимально, то есть попросту вычеркивает все, в чем он не видит необходимости. Нейронные сети переключаются на более насущные задачи.

Мозг перестраивается и делает это достаточно быстро: объем серого вещества в сенсорно-моторных областях — увеличивается, а в орбитофронтальной (ответственной как раз за принятие решений) — наоборот уменьшается.

Но необходимо отметить, что большинство этих изменений возвращается к норме, как только человек оказывается на Земле.

5

Проблема с Марсом: ноги не сработают

Сегодня космонавты – это крепкие, выносливые, специально тренированные люди. Но это перед полетом.

В невесомости физическое состояние космонавтов больше всего похоже на состояние прикованных к постели больных. Это не преувеличение. Очень многие реакции, в том числе и реакции мозга, совпадают.

Для того, чтобы найти решение проблемы, ученые проводили параллельные исследования с почти неподвижными пациентами, которые много лет не встают с постели, и с абсолютно здоровыми людьми - элитой человеческого здоровья. И выяснилось, что эти две группы людей вполне могут друг другу помочь.

Полет на Марс займет 7-10 месяцев. Все это время космонавты проведут в невесомости. А потом просто так возьмут и выйдут на поверхность? Это крайне сомнительно. А ведь встретить на Марсе людей будет некому.

Вестибулярный аппарат, который отдохнул 8 месяцев «под наркозом», должен будет очнуться и сразу начать нормально работать. Причем работать не с нормальным земным тяготением, а с марсианским 0,38 g, с которым наш вестибулярный аппарат никогда не сталкивался.

Не исключено, что те кто долетит, например, участники проекта Mars One просто не смогут выйти из спускаемого аппарата. Там и останутся.

(Изображение: Земля и Марс. Источник: Wikimedia Commons)

6

Как прилететь на Марс ходячим?

Создать искусственную гравитацию, как на звездолете «Энтерпрайз» в сериале Star Trek («Звездный путь»). Только вот задача эта на сегодня практически нерешаемая, несмотря на то, что идей хватает.

Значит, чтобы лететь на Марс, развивать космический туризм и строить поселения на Луне надо продолжать делать то, что делается: все подробнее и подробнее исследовать человека. Например, у одного из астронавтов во время кратковременного полета на МКС было зарегистрировано значимое ухудшение остроты зрения (и это не единичный случай). Но после его возвращения на Землю зрение восстановилось не полностью – и такой случай только один.

Что было с этим астронавтом? Это особенности его организма или повод серьезно задуматься и попробовать какие-то специальные тренировки глазных мышц во время полета и специальную восстановительную программу после?

За 20 лет на МКС побывало 230 человек. Программ исследования человека в невесомости и у NASA и у Роскосмоса - десятки. Идет поиск все более тонкой настройки организма человека при подготовке к полету, все более точного контроля его состояния на борту, разрабатываются все более совершенные тренажеры. Вполне вероятно, что в итоге космонавты все-таки смогут прогуляться по Марсу на своих двоих.

7

Узнать больше

Если хотите еще подробностей из жизни космонавтов в невесомости, пройдите наш тест про МКС и почитайте гайд. И заходите на курс «МКС – 20», посвященный космической станции. Узнаете много удивительного!

 

Похожие материалы

Что видно с МКС: «У нас есть фото теракта 11 сентября»

Подкаст
40 мин

Где на МКС искать оружие и настоящую науку?

Гайд
7 мин

Тест про МКС: а вы не заблудитесь на борту?

Тест
5 мин