Медицина на Марсе: как сохранить здоровье на Красной планете

Из всех проблем, связанных с доставкой людей на Марс, та, от решения которой мы, возможно, наиболее далеки, не имеет ничего общего с ракетами, средой обитания или сложными системами фильтрации воды. Большая проблема, с которой нам приходится сталкиваться, — это ограничения человеческого тела.

Наши тела невероятно адаптируются к различным условиям здесь, на Земле, но не так сильно, когда речь идет об окружающей среде на других планетах.

Мы поговорили с двумя экспертами в области космической медицины, чтобы узнать, как вы лечите больных или травмированных пациентов в космосе и что Один из больших открытых вопросов касается здоровья астронавтов, которых мы планируем отправить в Солнечную систему.

Эта статья является частью Жизнь на Марсе, сериал из 10 частей, в котором исследуются передовые достижения науки и техники, которые позволят людям оккупировать Марс.

Тело в космосе

Мы уже многое знаем о как человеческий организм реагирует на космические полеты благодаря более чем двум десятилетиям исследований на Международной космической станции (МКС). Окружающая среда микрогравитации приводит к ряду изменений в организме, включая потерю костной массы, атрофию мышц и перераспределение жидкости. (когда нет гравитации, которая тянула бы жидкости вниз, они в конечном итоге скапливались в верхней части тела), а также другие сопутствующие проблемы, такие как нарушение зрение. Эти симптомы проявляются в типичных поездках астронавтов на МКС продолжительностью от шести месяцев до одного года, что примерно сопоставимо с количеством времени, которое потребуется миссии для полета на Марс.

Хорошая новость заключается в том, что исследователи нашли множество способов противодействия этим эффектам, например, важность нескольких часов ежедневных упражнений для предотвращения истощения мышц.

Филиппо Каструччи, летный хирург Европейского космического агентства, сказал Digital Trends, что долгосрочный космический полет, такой как полет на Марс, во многом с медицинской точки зрения подобен пребыванию в космосе. на МКС. И это означает, что мы можем быть достаточно уверены, что астронавты смогут отправиться на Марс без возникновения чрезвычайной ситуации со здоровьем.

«За 20 лет постоянного пребывания на МКС до настоящего времени на орбите не было выявлено ни одного заболевания, требующего медицинской эвакуации», — сказал он, добавив, что это этому помог тщательный отбор астронавтов, находящихся на пике здоровья и находящихся под наблюдением в течение как минимум двух лет перед отправкой в ​​космос. миссия. «Поэтому вероятность медицинского события, происходящего во время миссии на Марс, хотя и возможна, низка, как показывают текущие данные на МКС».

Врачи на борту

Однако низкая вероятность неотложной медицинской помощи — это не то же самое, что отсутствие шанса на неотложную помощь. Экипаж марсианской миссии должен быть готов справиться с чем угодно: от обычных жалоб, связанных с космосом, до случайных травм и неожиданных заболеваний.

Каждый космонавт обучается основным медицинским навыкам, и в каждом экипаже обычно есть как минимум два члена, которые проходят дополнительную медицинскую подготовку, чтобы стать медицинскими работниками экипажа (CMO). ОПК проходят обучение на уровне парамедиков и могут использовать медицинские принадлежности, раздавать лекарства и пользоваться дефибриллятором.

Однако Каструччи говорит, что даже хорошо обученных ОПК может оказаться недостаточно для медицинской поддержки марсианской миссии, поэтому для более длительной космической миссии, вероятно, потребуются обученные врачи для путешествия в составе экипажа.

«При путешествии на Марс без возможности эвакуации любая чрезвычайная ситуация, превышающая текущие возможности CMO, может значительно снизить шансы пациента на выживание. Таким образом, для длительной миссии вдали от [низкой околоземной орбиты] требуется наличие уровня врача», — сказал он. «Два врача неотложной помощи, чтобы обеспечить дублирование, с навыками хирургии и внутренней медицины должны быть частью экипажа».

Неотложная медицинская помощь в космосе

Одной из проблем лечения потенциальной миссии на Марс является задержка связи между экипажем и Землей. Когда астронавты находятся на МКС, медицинская помощь может быть оказана в режиме реального времени врачами на Земле. Но по мере того, как космический корабль удаляется от Земли, связь все больше и больше задерживается, с задержкой до 20 минут между Землей и Марсом. Это означает, что марсианскому экипажу придется действовать более автономно в случае чрезвычайной ситуации, поэтому поддержка с земли будет в основном осуществляться в форме подготовки и инструкций.

Процедурные проблемы также возникают при попытке использовать определенные методы лечения в космосе, поэтому обучение должно быть адаптировано к условиям микрогравитации.

Каструччи привел в пример приемы сердечно-легочной реанимации (СЛР), которые на Земле включают пациент лежит лицом вверх на твердой поверхности, чтобы спасатель мог использовать вес своего тела, чтобы сдавить грудь. Однако в условиях микрогравитации это не работает.

В космосе корабли должны быть оборудованы специальными плоскими поверхностями, которые крепятся к раме и к которым можно прикрепить пострадавшего члена экипажа. Спасатель также должен закрепить себя на раме, чтобы он мог сжать грудную клетку, не будучи оттолкнутым. И им приходится давить сильнее, так как они не могут использовать вес своего тела при сжатии грудной клетки.

Все это делает сердечно-легочную реанимацию в космосе более медленной и сложной, чем на земле, и это лишь один пример того, насколько сложной может быть космическая медицина.

Проблемы Марса

Это те проблемы, которые возникают при лечении медицинских проблем в космосе, и они в основном связаны с жизнью в условиях микрогравитации. Как только астронавты достигнут Марса, они вернут себе часть гравитации — гравитация Марса составляет около 40% от земной, — но планета сама по себе столкнется с новыми проблемами.

Марс — очень пыльная среда и это может вызвать кожную сыпь и раздражение глаз, а также раздражение дыхательных путей и заложенность носа. Не говоря уже об усталости, стрессе и плохом сне, которых можно ожидать от очень напряженной миссии, а также взаимодействие между психологией и физическим здоровьем.

Но по-настоящему большой проблемой на Марсе является нечто, невидимое невооруженным глазом: радиация. Здесь, на Земле, у нашей планеты есть магнитосфера, которая защищает нас от излучения космических лучей и солнечного ветра, но на Марсе такого нет. Проблема усугубляется тонкой марсианской атмосферой, плотность которой составляет всего около 1% от плотности земной атмосферы.

Предыдущие миссии на Марс, такие как космический корабль Mars Odyssey, обнаружили уровни радиации в 2,5 раза выше, чем на МКС. И были времена, когда пик радиации (вероятно, в связи с солнечной активностью) до гораздо более высоких уровней.

Так как же защитить космонавтов от этой невидимой угрозы?

Невидимая опасность радиации

Мы знаем, что воздействие радиации повышает риск развития рака и дегенеративных заболеваний и может привести к повреждению нервной системы. Это также может способствовать развитию таких заболеваний, как катаракта или бесплодие. Совсем недавно такие врачи, как Манон Меерман, специалист по сердечно-сосудистым заболеваниям, воздействие радиации от длительных космических полетов, обнаружили, что сердце и сердечно-сосудистая система возможно чувствительны к космическому излучению, а также.

Мирман сказал нам, что одна из тревожных вещей, связанных с радиационным облучением в космосе, заключается в том, что мы недостаточно знаем, чтобы с уверенностью предсказать, каковы будут последствия для здоровья. Маловероятно, что астронавты заболеют или умрут от него во время миссии на Марс, но в долгосрочной перспективе они будут подвергаться более высокому риску опасных для жизни заболеваний, таких как рак.

Имеющаяся у нас информация об излучении в космосе за пределами низкой околоземной орбиты получена из крошечной выборки: Очень немногие люди побывали на Луне, что не дает достаточно данных, чтобы сделать широкое выводы. Мы можем собрать больше информации из сопоставимых источников, таких как пациенты, которые лечились с помощью лучевая терапия или люди, подвергшиеся облучению в результате ядерных аварий, таких как Чернобыльская катастрофа в 1986 году. Но они могут обеспечить только ограниченное сравнение.

Это потому, что для миссии на Марс необходимо учитывать два типа излучения: во-первых, это галактические космические лучи, которые приводят к постоянному воздействию проникающих ионов. Во-вторых, случаются также случайные и очень мощные всплески радиации, вызванные солнечными вспышками. Когда дело доходит до того, как каждый тип излучения повлияет на здоровье в долгосрочной перспективе, мы многого просто не знаем.

«Если мы в конечном итоге захотим расширить космические путешествия на Луну или Марс, нам действительно нужно глубже погрузиться в то, как этот тип излучения влияет на организм человека», — сказал Меерман.

Новые методы исследования

Из-за того, что радиация является такой серьезной проблемой для космических путешествий, в последние годы эта тема получила огромный рост исследований. Наряду с традиционными методами исследования, такими как исследования на животных, один подход, над которым работают Мирман и другие, — это исследование «орган на чипе». Это включает в себя создание чипа, содержащего клетки, созданные в лаборатории, для имитации реакции реального человеческого органа. Это можно использовать для исследований, которые было бы опасно или невозможно проводить на живом человеке.

В настоящее время это большая тема исследований выполняется на МКС, в надежде, что использование этого метода может рассказать нам больше о том, как космическая среда влияет на органы человека. В будущем это может стать многообещающим направлением для исследования космического излучения.

Другой подход заключается в моделировании космического излучения в лабораториях здесь, на Земле. Однако воссоздать радиационную среду космоса непросто, поэтому специальные лаборатории как Лаборатория космических излучений НАСА, которая использует коллайдер тяжелых ионов для имитации излучения. важный.

Как защитить космонавтов от радиации

Есть идеи и исследования о том, как защитить космонавтов от космической радиации. В настоящее время космические агентства ограничивают воздействие на астронавтов на протяжении всей жизни низкими уровнями, которые не должны создавать чрезмерный риск. Но для миссии на Марс было бы полезно иметь больше гибкости с точки зрения того, сколько времени астронавты проводят в космосе.

Наиболее практичным подходом к защите здоровья космонавтов является использование экранирования, в котором используются толстые листы металла, чтобы остановить радиацию и обеспечить безопасность космонавтов. Экранирование может быть применено к космическому кораблю или среде обитания, позволяя космонавтам свободно перемещаться внутри, а также работать выполняется на защитных жилетах или костюмах со встроенной защитой, если космонавту необходимо выйти за пределы сейфа среда.

Большим недостатком защиты является то, что она очень тяжелая, что является проблемой как для запуска ракеты с минимальной массой, так и для людей, пытающихся передвигаться с большим лишним весом.

Другой подход заключается в поиске лекарств, которые могли бы защитить людей от воздействия радиации, хотя мы и близко не располагаем таблетками, способными обеспечить безопасность астронавтов. Вопрос, поднятый Мирманом, заключается в том, что даже если бы мы могли создать эффективные лекарства на Земле, мы не знаем, как эти лекарства будут работать в космической среде. Человеческое тело претерпевает столько изменений в пространстве, что способы всасывания лекарств могут быть разными, и мы просто не знаю достаточно чтобы предсказать, как это может выглядеть.

Еще одна область, которая потенциально может помочь сохранить здоровье астронавтов, — это найти способы укрепить их собственную естественную иммунную систему, например, включив в свой рацион продукты, богатые антиоксидантами. Это многообещающая концепция, поскольку ее гораздо проще реализовать, чем другие решения, хотя это исследование также находится на ранней стадии.

Слишком много неизвестных

Большой проблемой для таких врачей, как Мирман, является то, как много неизвестного остается, когда речь идет о здоровье астронавтов, отправляющихся на Марс. Мы просто не можем точно сказать, каковы могут быть долгосрочные последствия радиационного облучения для здоровья, и у нас также пока нет надежного способа защитить космонавтов от этих потенциальных последствий.

Таким образом, хотя мы можем быть технологически готовы отправить людей на Марс прямо сейчас, возникает вопрос о этичности такого выбора, пока медицинские исследования все еще находятся в зачаточном состоянии. «Мы должны спросить себя, готовы ли мы отправиться на Марс, не зная точных рисков, которым мы подвергаем астронавтов», — сказала она. «Это больше этический вопрос, чем научный».