Увреждане на ДНК, проблеми с очите и мускулите: Как космосът съсипва тялото на астронавтите

С няколко ръкостискания, кратка фотосесия и помахване, астронавтът на НАСА Франк Рубио се сбогува с колекцията модули и слънчеви панели с размерите на игрище за американски футбол, които бяха негов дом през последните 371 дни. Отпътуването му от Международната космическа станция (МКС) и завръщането му на Земята белязаха края на най-дългия единичен космически полет на американец досега.

Времето му прекарано в орбита, което надхвърли предишния рекорд на САЩ от 355 последователни дни, беше удължено през март, след като от космическия кораб, с който той и екипажът му трябваше да се приберат у дома, изтичаше охлаждаща течност. Допълнителните месеци в космоса позволиха на Рубио да направи общо 5963 орбити около Земята, изминавайки 253,3 милиона км. Но това все пак около два месеца го делят от рекорда за най-дълъг космически полет на човек, който засега принадлежи на руския космонавт Валери Поляков. Той прекарал 437 дни на борда на космическата станция „Мир“ в средата на 90-те години.

Astronaut Frank Rubio spent 371 days in space – what affect will it have on his body? https://t.co/MaUeU8If9z

— BBC Future (@BBC_Future) September 28, 2023

С огромна усмивка на лицето си, Рубио беше изнесен от космическия кораб Союз MS-23, след като се приземи в облак прах близо до град Жезказган в степта на Казахстан. Прекарването на толкова много време в среда с ниска гравитация на МКС се е отразило на тялото му, така че той трябваше да бъде изваден от капсулата от екипите за възстановяване.

Неговото продължително пътуване в космоса обаче ще даде ценна информация за това как хората могат да се справят с дългосрочни космически полети и как най-добре да се противодейства на проблемите, които могат да възникнат от това. Той е първият астронавт, участвал в проучване, изследващо как упражненията с ограничено оборудване могат да повлияят на човешкото тяло.

Това е информация, която ще се окаже жизненоважна, тъй като хората вече се стремят да изпращат екипажи на дълги мисии, за да изследват по-дълбоко в Слънчевата система. Едно пътуване до Марс, например, се очаква да отнеме около 1100 дни (малко повече от три години) според настоящите планове. Космическият кораб, с който ще се пътува, ще бъде много по-малък от МКС, което означава, че ще са необходими по-малки и леки устройства за упражнения.

Space radiation and extended time in #microgravity...What happens to the human body and mind as we prepare to go deeper into space? Astronaut Frank Rubio joins the convo in a newly released podcast in Spanish. https://t.co/fDsQKDc8ta pic.twitter.com/jOvM16TtPy

— NASA Space Science (@NASASpaceSci) September 26, 2023

Но ако оставим настрана проблемите с поддържането на форма, как променят космическите полети човешкото тяло?

Мускули и кости
Без постоянното влияние на гравитацията върху нашите крайници, мускулната и костната маса бързо започват да намаляват в космоса. Най-засегнати са мускулите, които ни помагат да поддържаме стойката ни в гърба, врата, прасците и квадрицепсите - при микрогравитация те не се използват толкова усилено и започват да атрофират. Само след две седмици мускулната маса може да спадне с до 20%, а при по-дълги мисии от три до шест месеца може да спадне с 30%.

По същия начин, тъй като астронавтите не подлагат скелетите си на същото механично натоварване, както когато са подложени на земната гравитация, костите им започват да се деминерализират и губят сила. Астронавтите могат да губят по 1-2% от костната си маса на всеки месец, прекаран в космоса, и до 10% за период от шест месеца (на Земята по-възрастните мъже и жени губят костна маса със скорост 0,5%-1% всяка година ). Това може да увеличи риска от получаване на фрактури и да увеличи времето, необходимо за заздравяване. Възможно е да са им нужни до четири години, докато костната им маса се върне към нормалното след завръщането им на Земята.

За да се борят с тези ефекти, астронавтите прекарват по 2,5 часа на ден в упражнения и интензивни тренировки, докато са в орбита на МКС. Това включва серия клякания, мъртва тяга, преси от пейка с помощта на устройство за съпротивителни упражнения, инсталирано във „фитнес залата“, заедно с редовно бягане на пътека и велоергометър. Освен упражнения, приемат и хранителни добавки, за да поддържат костите си възможно най-здрави.

Скорошно проучване обаче подчерта, че дори този режим не е достатъчен, за да предотврати загуба на мускулната функция и размер. Препоръчва се да се тества дали по-големите натоварвания в упражненията за съпротива и високоинтензивните интервални тренировки могат да помогнат за противодействие на тази загуба на мускули.

Липсата на гравитация, може също да причини промяна в ръста на астронавтите. Те стават малко по-високи по време на престоя си на МКС, тъй като гръбнакът им леко се удължава, в резултат от липсващите притегателни сили. Това може да доведе до болки в гърба, докато са в космоса, както и разместване на дискове, след завръщане на Земята.

Отслабване
Теглото означава много малко, докато астронавтите са в орбита - микрогравитационната среда означава, че всичко, което не е вързано, може да се носи свободно около местообитанието на МКС, включително човешките тела – въпреки това поддържането на здравословно тегло е предизвикателство. Въпреки че НАСА се опитва да осигури на своите астронавти разнообразна храна, включително няколко листа салата, отгледани на борда на космическата станция, това все още влияе на телата им.

What happens to your body in space?

On this week’s episode, we take a look at CIPHER: the first study integrating multiple investigations to assess how extended stays in space can change the human body as a whole. https://t.co/lROi9dsK4R pic.twitter.com/M7oZ2PtfXP

— NASA's Johnson Space Center (@NASA_Johnson) May 26, 2023

Скот Кели, астронавт от НАСА, участвал в най-мащабното изследване на ефектите от дългосрочни космически полети, след като престоя на борда на МКС в продължение на 340 дни загуби 7% от телесната си маса, докато беше в орбита.

Зрение
На Земята гравитацията помага на кръвта в телата ни да се спуска надолу, докато сърцето я изпомпва. В космоса обаче този процес се обърква (въпреки че тялото се адаптира донякъде) и кръвта може да се натрупа в главата повече, отколкото обикновено. Част от нея може да се събере в задната част на окото и около зрителния нерв, което да доведе до оток, а той на свой ред до промени в зрението - като намалена острота и структурни промени в самото око. Това може да се случи само след две седмици прекарани в космоса, а с течение на времето рискът нараства. Някои от промените в зрението са обратими в рамките на около година след завръщане на Земята, но други могат да бъдат постоянни.

What happens to the human body when you live in space? 🩻👩‍🚀 Come find out!!

Join us this Monday, Apr 3rd @ 7:30pm ET with Dr. @EimanJahangir 🩺 as we learn about space medicine and considerations for human health as we set off to explore the stars ✨ https://t.co/1vPI6tguWh… pic.twitter.com/CMWj1n5oYk

— Space+ 🚀 (@_space_plus) March 31, 2023

Излагането на галактически космически лъчи и енергийни слънчеви частици може също да доведе до проблеми с очите. Атмосферата на Земята ни помага да се предпазваме от тях, но в орбита на МКС, тази защита изчезва. Докато космическите кораби са снабдени с екранировка, за да предпазват от излишната радиация, астронавтите на борда на МКС съобщават, че са виждали светкавици в очите си, когато космически лъчи и слънчеви частици удрят ретината и оптичните им нерви.

Невронно разместване
След дългия му престой на МКС обаче беше установено, че когнитивното представяне на Кели се е променило малко и е останало относително същото като това на неговия брат близнак на земята. Изследователите обаче са забелязали, че скоростта и точността на когнитивните резултати на Кели са намалели за около шест месеца след кацането, вероятно тъй като мозъкът му се е пренастроил към земната гравитация и неговия много различен начин на живот у дома.

Проучване на руски космонавт, прекарал 169 дни на МКС през 2014 г., също разкри, че се случват и някои промени в самия мозък на астронавтите, докато са в орбита. Установено е, че има промени в нивата на невронната свързаност в части от мозъка, свързани с двигателните функции - с други думи движението - а също и във вестибуларния кортекс, който играе важна роля в ориентацията, баланса и възприемането на собственото ни движение. Това може би не е изненадващо, като се има предвид особената природа на безтегловност в космоса. Астронавтите трябва да се учат как да се движат ефективно без гравитация, като ги закотвят към нещо, за да се приспособят към свят, в който няма понятия като нагоре или надолу.

По-скорошно проучване повдигна опасения относно други промени в структурата на мозъка, които могат да възникнат по време на дългосрочни космически мисии. Кухините в мозъка, известни като дясна странична и трета камера (отговорни за съхранението на цереброспиналната течност, осигуряването на хранителни вещества за мозъка и изхвърлянето на отпадъците), могат да се подуят и да отнеме до три години, за да се свият обратно до нормален размер.

Приятелски бактерии
От изследвания през последните години става ясно, че важен фактор за доброто здраве е съставът и разнообразието на микроорганизмите, които живеят в и върху телата ни. Тази микробиота може да повлияе на начина, по който смиламе храната, на възпаленията в телата ни и дори да промени начина, по който работят мозъците ни.

🚨 LIVE NOW 🚨

🏋️ How do you exercise in space?

🍕 What’s your favorite astronaut food?

🌱 How do you grow plants in space?

Buckle your space belts & tune in to watch @NASA_Astronauts answer questions from @MountRanierNPS Education Program.

📺 https://t.co/tO0VO45GCL pic.twitter.com/XxUlJeOiyj

— NASA STEM (@NASASTEM) January 18, 2022

Учените, изследващи Кели след пътуването му до МКС, установиха, че бактериите и гъбичките, живеещи в червата му, са много променени след полета в космоса. Това може би не е напълно изненадващо, като се има предвид храна, която е ядял, и количеството хора, с които прекарвал дните си (получаваме голямо количество чревни и орални микроорганизми от хората, с които живеем). Но излагането на радиация и използването на рециклирана вода, заедно с промените във физическата му активност може също да са изиграли роля.

Кожа
Въпреки че вече има петима астронавти на НАСА, които са прекарали повече от 300 дни в орбита, отново трябва да благодарим на Кели за прозренията, резултат от наблюденията на това как кожата му е изсветлявала, докато е бил в орбита. Установено е, че кожата му е с повишена чувствителност и обрив за около шест дни след завръщането му от космическата станция. Изследователите спекулират, че липсата на стимулация на кожата по време на мисията може да е допринесла за неговите кожни промени.

Гени
Едно от най-значимите открития от продължителното пътуване на Кели в космоса са ефектите, които то има върху неговата ДНК. В края на всяка верига ДНК има структури, известни като теломери, за които се смята, че помагат за защита на нашите гени от увреждане. С напредване на възрастта те стават по-къси, но изследванията върху Кели и други астронавти разкриха, че пътуването в космоса изглежда променя дължината на теломерите.

„Най-впечатляващото обаче беше откриването на значително по-дългите теломери по време на космическия полет“, казва Сюзън Бейли, професор по екологично и радиологично здраве в Щатския университет в Колорадо, която беше част от екипа, изучаващ Кели и брат му. Тя направила отделни проучвания с 10 други астронавти, които са участвали в по-кратки мисии от около шест месеца. „Също така неочаквано беше да открия, че дължината на теломерите се скъси бързо при завръщане на Земята при всички членове на екипажа. Това е от особено значение за дългосрочното здраве и хода на стареенето на астронавтите, които като цяло са имали много повече къси теломери след космически полет, отколкото преди.“

„Защо това се случва все още се изяснява“, каза тя. „Имаме някои идеи, но данните, които съберем и от други членове на екипажа - като Рубио, който прекарал една година в космоса - ще бъдат от решаващо значение за наистина точно характеризиране и разбиране на този феномен и потенциалните ефекти за здравето.“

Do you know how #astronauts exercise in space? 👩‍🚀
Show your #class with this fun video!https://t.co/pydgUcxXtB pic.twitter.com/ir60Y7BNMU

— Reach Out (@Reach_Out_UK) August 27, 2019

Една възможна причина може да е излагането на сложната комбинация от радиация, докато човек е в космоса. „Астронавтите, които са били дълго в орбита, показват признаци на увреждане на ДНК“, каза тя.

„Имаше и някои промени в генната експресия - механизмът, който чете ДНК, за да произвежда протеини в клетките - наблюдавана при Кели, което може да е свързано с пътуването му в космоса. Някои от тях са свързани с реакцията на тялото към увреждане на ДНК, образуването на кости и реакцията на имунната система към стреса. Повечето от тези промени обаче се върнаха към нормалното в рамките на шест месеца след завръщането му на Земята.“

Имунна система
Кели получил серия ваксини преди, по време и след пътуването си в космоса и е установено, че имунната му система реагира нормално. Но изследването на Бейли установи, че астронавтите страдат от известно намаление на броя на белите кръвни клетки, което съответства на количеството радиация, с което са облъчени, докато са в орбита.

Все още обаче има много въпроси, на които трябва да се отговори, за това какво въздействие може да има космическото пътуване върху хората. Докато Рубио се възстановява от своите 371 дни в космоса, изследователите продължават да проучват неговите медицински тестове, кръвни проби и сканирания, за да видят какво повече могат да научат.