Зачем нам лететь на Марс?

Освоение человеком космического пространства поставило перед его «земным» организмом приоритетную задачу – адаптации к новым условиям среды обитания, в которых основной проблемой являются условия невесомости. О.Газенко (1984) полагал, что такая адаптация вызовет морфофункциональную перестройку всех систем организма, нацеленную на стабилизацию работы его органов в необычайно жестких условиях космического полета. Исследованиями многих отечественных и зарубежных специалистов показано, что адаптационные сдвиги наиболее выражены в системах обмена веществ и кроветворения. При этом выделяют срочные и долговременные приспособительные реакции организма человека к невесомости.

Кровь и приватизация   

Долговременные приспособительные реакции проявляются при длительном (многомесячном) пребывании в невесомости и сопровождаются формированием новых или изменением существующих функциональных систем, адаптирующихся к новым (стрессогенным) условиям среды обитания. Поэтому обеспечение безопасности экипажей космических объектов в условиях невесомости является актуальнейшей проблемой. Дополетные тренировки и запланированные физические нагрузки во время полета нацелены на стимуляцию рецепторов опорно-двигательного аппарата, поддержание на должном физиологическом уровне наиболее важных систем организма и сохранение его работоспособности. Особое значение при этом имеет состояние кроветворения (гемопоэза) и системы крови всех членов экипажа космического корабля.

Многочисленные исследования отечественных ученых, занимавшихся физиологией (и в первую очередь – гематологией) орбитальных экспедиций различной протяженности подтвердили нашу научно обоснованную концепцию (Г.Козинец и его последователи, 1995) в генетически (эволюционно) обусловленной стабильности кроветворения, что обеспечивает высокую (хотя и небеспредельную) адаптационную возможность гемопоэза – даже в условиях невесомости, к которой у человека отсутствует «генетическая память». Но именно основным принципом космической биологии и медицины (по О.Газенко), как это ни парадоксально звучит, является всемерное противодействие адаптации к невесомости. Ибо изменения в системе крови космонавтов, совершающих длительные космические экспедиции, могут выйти за рамки адаптационных сдвигов и, упорно прогрессируя, по мере продолжающегося полета и пребывания в невесомости, закончиться истощением компенсаторных механизмов гемопоэза – с развитием необратимых изменений в эритроне. Сейчас хорошо известно, что краткосрочные (до 18 суток) полеты приводили лишь к незначительным, преимущественно функциональным, сдвигам в гемопоэзе, не нуждающимся в длительном периоде реабилитации. Однако, по мере увеличения их продолжительности в системе крови происходят прогрессирующие изменения, затрагивающие как функциональные, так и морфологические cтороны кроветворения, справедливо расцениваемые как адаптационные реакции, чреватые развитием анемии: увеличение длительности полета напрямую влияет на эскалацию патологических изменений в системе крови. К ним в первую очередь относятся:

1.    Адаптационное торможение эритропоэза, сопровождаемое торможением синтеза гемоглобина. Это можно расценивать как закономерное проявление угнетения эритрона.

2.    Появление морфологически измененных форм эритроцитов, например «мишеневидных» форм.

3.    Их преждевременное разрушение и удаление из кровяного русла – вследствие стимуляции этого процесса измененными формами эритроцитов. Характер морфологической трансформации эритроцитов различен (что свидетельствует о дестабилизации их мембран): в крови обнаруживают увеличение книзоцитов, кодоцитов и сферопластов, не способных к реверсии в дисковидную форму нормоцитов. Для периода реадаптации космонавтов к земной гравитации характерно увеличение в их крови эхино-цитов 1-й стадии, способных к превращению в нормоциты.

4.    Одновременно с этим наблюдали адаптационный (быстро нормализуемый) лейкоцитоз – как реакцию на перегрузки и понижение процессов метаболизма. Характерно также появление широкоплазменных лимфоцитов.

Указанное выше длительное пребывание в невесомости углубляет перечисленные изменения в крови, к которым присоединяется понижение (до 10%) запасов железа в тканях и органах. Это обстоятельство нарушает процесс нормального синтеза молекулы гемоглобина, в которой вследствие функциональной инактивации трансферритина сыворотки купируется полноценное насыщение белка глобина гемом. Описанный феномен торможения эритропоэза с одновременным преждевременным удалением из кровяного русла части морфологически измененных эритроцитов отнесен к одному из патогенетических звеньев «эри-троцитопенического синдрома невесомости» – манифестирующего признака развития анемического синдрома космонавтов как следствия подавления деятельности красного ростка костного мозга. Метаболическое изменение клеток красной крови, проявляющееся, в частности, понижением интенсивности гликолиза, концентрации АТФ и 2-3-дифосфатглицерата, неизбежно приводит к усилению их гемолиза.

Анемическое состояние крови неизбежно понижает жизненный тонус экипажа, переносимость им физических и ортостатических нагрузок.

В крови космонавтов при длительном (более 120 суток) полете в состоянии невесомости существенно уменьшается масса циркулирующих эритроцитов, объем плазмы и количество ретикулоцитов (на 62%).

Анализ многочисленных данных по изучению адаптации к новым свойствам среды обитания демонстрирует сложный спектр перестройки регуляторных систем организма, который осуществляется «за счет» значительных морфофункциональных трансформаций – вследствие расходов «энергетических запасов».

Последствия никому не известны

Весьма заметные изменения гемопоэтических показателей при длительных космических экспедициях свидетельствуют о недостаточной эффективности имеющихся в настоящее время бортовых средств профилактики гиподинамии невесомости: необходимо создание на обитаемых орбитальных станциях (и планируемых межпланетных кораблях с экипажем на борту) искусственной гравитации – в качестве наиболее эффективного средства микширования неблагоприятного воздействия невесомости на систему кроветворения космонавтов.

Последнее особенно справедливо в отношение планируемых длительных (до 2 и более лет) межпланетных экспедиций. Так, например, в настоящее время теоретически и экспериментально разрабатывается программа «МАРС-500», призванная (в условиях строгой изоляции специально подобранного интернационального коллектива «испытателей») смоделировать почти двухгодичное пребывание такого «экипажа» в режиме автономного существования – с распределением функций различных модулей и людей в необычных условиях регенерируемой среды жизнеобеспечения. Авторы этого проекта осознают, что автономность дальнего полета в космическом пространстве потребует надежности конструкции всех систем корабля и обеспечения надежного жизнеобеспечения, включая медицинское, этого «дальнего путешествия». Однако в рамках поставленных задач следует решить ряд физиолого-гигиенических проблем именно в условиях невесомости, которую невозможно смоделировать, находясь на Земле. Искусственные системы тренировок, имитирующие кратковременные условия «нулевой гравитации», могут негативно воздействовать на вестибулярный аппарат. По мнению космонавта Валентина Лебедева, наземные эксперименты в замкнутых системах (подобные проекту «МАРС-500») абсолютно бесполезны. Ибо условия, в которых они проводятся, слишком далеки как от реального полета к Марсу (с преодолением от 55 и до 400 млн км космического пространства), посадки на его поверхность в посадочном модуле, длительного (2-3 месяца) пребывания на этой планете 3-4 человек с последующим возвращением на Землю. И всё это - в условиях постоянной адаптации к чередующимся условиям невесомости и перегрузок, и, наконец, реабилитации в условиях земной гравитации. При этом, в отличие от участника эксперимента, участвующий в реальной экспедиции космонавт не может в любой момент изменить условия своего существования. От себя добавим, что совершенно неизвестны особенности неизбежных физиологических изменений в человеческом организме, пребывающем в абсолютно чуждой (марсианской) среде; ибо человек эволюционно-генетически связан с нашей планетой, более близкой к Солнцу и имеющей «геопараметры», резко отличающиеся от параметров, присущих планете Марс.

С нашей точки зрения, кроме общих соображений, планирование и разработка конструкции межпланетного пилотируемого корабля и тактики осуществления целей длительных экспедиций (типа марсианской) должны учитывать нижеследующее:

. Проживание экипажа в условиях искусственной среды не менее 2 лет может привести к накоплению в атмосфере межпланетного корабля микропримесей биологической и химической природы, формированию в ней и на различных поверхностях корабля необычного микробного сообщества, отличающегося отклонениями от свойств, которые можно отнести к безопасным: могут появиться штаммы бактерий, обладающие новыми, ранее несвойственными им качествами, которые могут оказаться эпидемически опасными для членов экипажа.

. Корабль должен быть оснащен посадочным модулем, жилым и научными отсеками, отсеками жизнеобеспечения, содержащими запасы воздуха, воды, пищи, дублированными системами регенерации и утилизации разнообразных отходов, системами, обеспечивающими гигиенические потребности людей и т.п.

. Дальние (межпланетные) перелеты (к Марсу в одну сторону при минимальном расстоянии - до 7 месяцев) будут сопровождаться длительной невесомостью, к которой, как упоминалось выше, у человека нет генетической памяти, - вкупе с мощными потоками жесткого волнового и корпускулярного излучения Солнца и Космоса, значительно микшируемого («отталкиваемого») магнитосферой Земли (которая на Марсе отсутствует).

. Это потребует столь значительного увеличения средств защиты корабля (и спускаемых модулей) на всё время полета и пребывания на Марсе (в весьма «необычных» условиях удаленности от родной планеты), с которыми может быть сопоставлена лишь непомерная мобилизация резервных сил организмов экипажа, которые могут оказаться недостаточными. Ибо следует также учитывать «жесткое» воздействие гравитационных перегрузок на детренированные длительным полетом в невесомости организмы космонавтов - при посадке на Марс и взлете с его поверхности посадочного модуля и грядущей посадки по возвращении на Землю. При этом остается проблематичным создание (моделирование) гравитационного поля, близкого по своим параметрам к земному.

. В первую очередь следует мобилизовать психическую сферу, и затем - весь организм, ибо требования к такой мобилизации систем адаптации будут возрастать по мере удаления от Земли.

. Невозможность экстренного возвращения экипажа на Землю - с целью замены заболевшего члена экипажа для оказания медицинской помощи потребует включения в состав последнего высококвалифицированного и разносторонне подготовленного врача-космонавта.

. Необходимость длительного совместного проживания и работы (в составе экипажа, находящегося в стесненных условиях корабля) чревато возможностью развития синдрома психо-эмоционального стресса - психологической несовместимости. Для этих целей потребуется постоянное кураторство космонавта-психолога.

Всё вышеперечисленное потребует не только непомерных (и в обозримом будущем - неоправданных) экономических затрат, связанных с разработкой совершенно новых технологий, топлива, безотказных и самообновляемых систем регенерации и т.п.; но также всесторонней и особой подготовки экипажа, связанной с мобилизацией адаптационных резервов на грани возможностей человека.

Геннадий КОЗИНЕЦ,
главный научный сотрудник
лаборатории гемоцитологии,
профессор.
Валерий ВЫСОЦКИЙ,
ведущий научный сотрудник
лаборатории гемоцитологии,
кандидат медицинских наук.
Гематологический научный центр.