Следующая задача на пути к Марсу: человеческое тело

От НАСА Программа «Луна-Марс» амбициозному плану Илона Маска по отправке миллион человек на Марс к 2050 году начнется гонка за то, чтобы люди ступили на Красную планету. С все более сложные ракеты и робототехникаТехнологические проблемы, стоящие на пути к этой цели, быстро исчезают.

Но может возникнуть другая проблема, которая помешает планам по вывозу людей с планеты и отправке их исследовать остальную часть Солнечной системы. В космосе с человеческим телом происходят странные вещи, и нам нужно будет найти способы решения этих медицинских проблем. если мы хотим иметь возможность отправлять астронавтов в длительные миссии, например, несколько лет, которые может занять миссия на Марс требовать.

Digital Trends побеседовала с кардиологом Университетского колледжа Лондона доктором Рохином Фрэнсисом, который проводил исследования в области космической медицины. о том, как человеческие тела реагируют на длительное пребывание в космической среде и что это может означать для пилотируемых миссий Марс.

Что мы знаем о человеческом теле в космосе

Когда дело доходит до космических полетов, на человеческое тело влияют два основных фактора: микрогравитация и ионизирующее излучение.

В нынешнем виде у нас есть множество исследований о влиянии невесомости на организм, основанных на многолетних исследованиях. Международная космическая станция (МКС), и мы знаем, что пребывание в условиях микрогравитации в течение месяцев или лет приводит к ряду медицинских проблем. побочные эффекты.

Эти выводы подтверждаются так называемыми аналоговыми исследованиями, в которых на Земле моделируется среда с низкой гравитацией. «Большинство исследований микрогравитации используют аналоги микрогравитации», — объясняет Фрэнсис. «Это люди, которым платят за то, чтобы они лежали в постели неделями или месяцами. Это лучший способ смоделировать микрогравитацию на Земле».

Такие программы, как Программа постельного белья Европейского космического агентства позволяет исследователям изучать эффекты микрогравитации, удерживая добровольцев в кровати, наклоненной к головному концу, что создает эффект, аналогичный микрогравитации крови и жидкостей, приливающих к голове и истощающих мышцы. прочь.

Что происходит с телами в условиях низкой гравитации?

Одним из наиболее проблемных последствий длительного воздействия микрогравитации является мышечная атрофия, поскольку мышцам не нужно прилагать никаких усилий, чтобы противодействовать гравитации и оставаться в вертикальном положении. Со временем мышцы всего тела увядают, вызывая серьезные проблемы, когда астронавты возвращаются в среду полной гравитации Земли. Вот почему астронавты на борту МКС тренируются по два часа каждый день, чтобы мышцы работали как можно лучше.

Другие проблемы, вызванные микрогравитацией, включают потерю плотности костей — оценки потенциальных последствий миссии на Марс говорят, что астронавты могут потерять до половины своей скелетной массы, Фрэнсис сказал, хотя и отметил, что эти оценки являются чисто умозрительными — так же как и потеря сердечно-сосудистой работоспособности, проблемы с носовыми пазухами и снижение зрения из-за изменений формы глазное яблоко.

Это лишь некоторые из симптомов, обнаруженных НАСА проводит знаковое исследование близнецов, в котором астронавт Скотт Келли провел год в космосе, прежде чем его физиологию сравнили с физиологией его идентичного брата-близнеца Марка Келли.

«У вас происходит перераспределение жидкости, так что вы получаете очень одутловатую верхнюю часть тела и одутловатую голову. Раньше считалось, что давление в голове повышается, и это давит на заднюю часть глазного яблока. У астронавтов было отмечено снижение кровоснабжения и атрофия зрительного нерва, что могло быть связано с повышением внутричерепного давления», — сказал Фрэнсис. Однако недавние данные свидетельствуют о том, что давление в голове не является основной причиной снижения зрения. Возможно, эти проблемы вызваны каким-то другим, пока неизвестным механизмом.

Когда дело доходит до пребывания в космосе еще дольше, с точки зрения десятилетий или жизней, возникает еще более серьезная медицинская проблема: воспроизводство. «Мы не уверены, насколько успешным будет процесс оплодотворения в условиях микрогравитации», — сказал Фрэнсис. Исследования показали, что человеческая сперма плавает в условиях микрогравитации менее эффективно, чем на Земле, поэтому «даже сперма, попадающая в яйцеклетку, может быть существенно повлияло». Недавние исследования размножения мышей в условиях невесомости показали, что они могут успешно зачать ребенка, но вскоре выкидыш.

Возможно, что люди даже не смогут быть зачаты вдали от Земли, что затрудняет перспективу создания долгосрочной колонии за пределами Земли.

А как насчет гравитации на Марсе?

Вопрос, который еще предстоит решить, заключается в том, как именно исследования в условиях невесомости МКС будет применяться к среде с низкой гравитацией Марса, где гравитация составляет около 38% от гравитации Марса. Земля. Возможно, существует порог гравитационной силы, ниже которого у тел начинаются проблемы со здоровьем. Или это может быть линейная зависимость, поэтому воздействие на астронавтов на Марсе будет меньше, чем на астронавтов на МКС. Пока у нас не будет больше данных об этих отношениях, невозможно узнать наверняка.

«Марсианская гравитация на самом деле может быть достаточно сильной, чтобы предотвратить многие из этих проблем», — сказал Фрэнсис. «Если у вас есть некоторая гравитация, даже если она меньше, чем на Земле, и вы сочетаете ее с контрмерами, такими как учения, это может быть нормально. Именно путешествие туда считается главным испытанием».

Пребывание на поверхности Марса могло бы поддержать состояние астронавтов или даже восстановить часть мышечной и скелетной массы, утраченной в путешествии. «Оценки пока основаны на том, что астронавты постоянно испытывают микрогравитацию, потому что мы не уверены, как учесть шесть месяцев, которые они могут провести на поверхности».

Слон в комнате: ионизирующее излучение

Благодаря многолетнему опыту работы в условиях микрогравитации космические агентства разработали стратегии смягчения и решения большинства вызванных ими медицинских проблем. Но есть совершенно другая проблема, которая возникает, когда люди начинают исследовать космос за пределами защитного магнитного поля Земли. За пределами этой безопасной гавани все, что движется в космосе, бомбардируется опасными космическими лучами. Единственные пилотируемые миссии, выходящие за пределы этой безопасной гавани, — это миссии на Луну, но они включали воздействие радиации только в течение нескольких недель, а не месяцев или лет.

Мы знаем, что космические лучи могут повредить хрупкую электронику, поэтому космические корабли, предназначенные для путешествий за пределы магнитосферы Земли, имеют экранирование для защиты своих компонентов. Но эти же лучи потенциально смертельны для человека, и мы только начинаем понимать, как они могут повлиять на организм человека. Например, исследования на мышах показали, что воздействие радиации может повлиять на только тело, но и мозги может даже привести к поведенческим изменениям, таким как повышение уровня тревожности.

Радиационное воздействие не является чем-то, последствия чего можно уменьшить так же, как мышечную атрофию. Единственный способ защитить астронавтов от радиации — построить физические конструкции, которые защитят их от нее. «Радиация, вероятно, станет главным препятствием», — сказал Фрэнсис. «С биологической точки зрения вы ничего не можете сделать, чтобы защитить себя от радиации. На самом деле все будет зависеть от конструкции и конструкции корабля, а не от биологии или медицины».

Рекомендации редакции

• Частный экипаж НАСА Ax-1 получит дополнительное время в космосе
• Это классное видео о космической станции заставит вас улыбнуться
• НАСА назвало дату следующего запуска астронавтов SpaceX
• Марсианские фотографии показывают впечатляющий вид нашей планеты
• Вертолет НАСА на Марс нацелен на новый рекорд в следующем полете

Обновите свой образ жизниDigital Trends помогает читателям быть в курсе быстро меняющегося мира технологий благодаря всем последним новостям, забавным обзорам продуктов, содержательным редакционным статьям и уникальным кратким обзорам.