Медицина на Марсе: как сохранить здоровье на Красной планете

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

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

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

Эта статья является частью Жизнь на Марсе, серия из 10 частей, в которой исследуются передовые науки и технологии, которые позволят людям заселить Марс.

Тело в космосе

Мы уже многое знаем о как организм человека реагирует на космические полеты благодаря двум с лишним десятилетиям исследований на Международной космической станции (МКС). Среда микрогравитации приводит к ряду изменений в организме, включая потерю костной массы, атрофию мышц и перераспределение жидкости. (когда нет силы тяжести, которая могла бы вытягивать жидкости вниз, они в конечном итоге скапливаются в верхней части тела), а также другие сопутствующие проблемы, такие как нарушение зрение. Эти симптомы появляются во время типичных путешествий астронавтов на МКС продолжительностью от шести месяцев до одного года, что примерно сопоставимо с количеством времени, которое потребуется миссии для путешествия на Марс.

Хорошей новостью является то, что исследователи нашли множество способов противодействовать этим эффектам, например, важность нескольких часов ежедневных упражнений для предотвращения истощения мышц.

Филиппо Каструччи, летный хирург Европейского космического агентства, рассказал Digital Trends, что долгосрочный космический полет, такой как миссия на Марс, во многом с медицинской точки зрения будет похож на пребывание на МКС. А это означает, что мы можем быть достаточно уверены, что астронавты смогут отправиться на Марс без возникновения чрезвычайной ситуации со здоровьем.

«За 20 лет постоянного проживания на МКС на орбите не было ни одного заболевания, требующего медицинской эвакуации», — сказал он, добавив, что это этому способствовал тщательный отбор космонавтов, находящихся на пике здоровья и находящихся под наблюдением в течение как минимум двух лет перед отправкой на миссию. миссия. «Поэтому вероятность медицинского события, произошедшего во время миссии на Марс, хотя и возможна, но невелика, как показывают текущие данные по МКС».

Врачи на борту

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

Каждый космонавт обучен базовым медицинским навыкам, и в каждом экипаже обычно есть как минимум два члена, которые проходят дополнительную медицинскую подготовку, чтобы стать медицинскими офицерами экипажа (CMO). СМО обучены на уровне, аналогичном парамедикам, и могут пользоваться медицинскими материалами, раздавать лекарства и использовать дефибриллятор.

Однако Каструччи говорит, что даже хорошо обученным директорам по маркетингу может оказаться недостаточно медицинской поддержки для миссии на Марс, поэтому для более длительной космической миссии, скорее всего, потребуются подготовленные врачи, которые будут путешествовать в составе экипажа.

«Во время путешествия на Марс без возможности эвакуации любая чрезвычайная ситуация, превышающая текущие возможности CMO, может значительно снизить шансы пациента на выживание. Поэтому для расширенной миссии за пределами [низкой околоземной орбиты] необходимы навыки врача», — сказал он. «Два врача неотложной помощи, чтобы обеспечить резервирование, с навыками хирургии и внутренней медицины, должны быть частью бригады».

Оказание неотложной медицинской помощи в космосе

Одной из проблем лечения потенциальной миссии на Марс является задержка связи между экипажем и Землей. Когда космонавты находятся на МКС, медицинская поддержка 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: задержка между Землей и Марсом достигает 20 минут. Это означает, что марсианскому экипажу придется действовать более автономно в случае возникновения чрезвычайной ситуации, поэтому поддержка с Земли будет осуществляться в основном 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 пример сердечно-легочной реанимации (СЛР), которая на Земле включает в себя Пациент лежит лицом вверх на твердой поверхности, чтобы спасатель мог сжимать тело весом своего тела. грудь. Однако в условиях микрогравитации это не работает.

В космосе корабль должен быть оборудован специальными плоскими поверхностями, которые крепятся к каркасу и к которым можно закрепить травмированного члена экипажа. Спасатель также должен закрепиться на раме, чтобы он мог сжать грудную клетку, не отталкиваясь. И им приходится прилагать больше усилий, поскольку они не могут использовать вес своего тела при сжатии грудной клетки.

Все это делает проведение СЛР в космосе медленнее и труднее, чем на земле, и это лишь один пример того, насколько сложной может быть космическая медицина.

Проблемы Марса

Подобные проблемы возникают при лечении медицинских проблем в космосе, и в основном они связаны с жизнью в условиях микрогравитации. Как только астронавты достигнут Марса, к ним вернется некоторая гравитация – гравитация Марса составляет около 40% от земной – но планета сама по себе представит новые проблемы.

Марс — чрезвычайно пыльная среда и это может вызвать кожную сыпь и раздражение глаз, а также раздражение дыхательных путей и заложенность носа. Это не говоря уже об усталости, стрессе и плохом сне, которые можно ожидать от крайне напряженной миссии, а также о Взаимодействие психологии и физического здоровья.

Но действительно большая проблема на Марсе — это нечто невидимое невооруженным глазом: радиация. Здесь, на Земле, наша планета имеет магнитосферу, которая защищает нас от излучения космических лучей и солнечного ветра, но на Марсе такой штуки нет. Проблему усугубляет тонкая атмосфера Марса, плотность которой составляет всего около 1% от плотности атмосферы Земли.

Предыдущие миссии на Марс, такие как космический корабль «Марс Одиссей», обнаружили уровни радиации в 2,5 раза выше, чем на МКС. И были времена, когда радиация всплеск (вероятно, связано с солнечной активностью) до гораздо более высоких уровней.

Так как же защитить астронавтов от этой невидимой угрозы?

Невидимая опасность радиации

Мы знаем, что воздействие радиации повышает риск развития рака и дегенеративных заболеваний, а также 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, изучающая здоровье последствия радиации во время длительных космических полетов обнаружили, что сердце и сердечно-сосудистая система возможно чувствителен к космическому излучению.

Мирман рассказал нам, что одна из тревожных вещей, связанных с радиационным воздействием в космосе, заключается в том, что мы недостаточно знаем, чтобы с уверенностью предсказать, какими 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 развития опасных для жизни заболеваний, таких как рак.

Информация о радиации в космосе за пределами низкой околоземной орбиты, которой мы располагаем, получена из крошечного образца: Очень немногие люди, посетившие Луну, не предоставили достаточно данных, чтобы сделать широкие выводы. выводы. Мы можем собрать больше информации из сопоставимых источников, таких как пациенты, прошедшие лечение с помощью лучевая терапия или люди, подвергшиеся воздействию радиации в результате ядерных аварий, таких как Чернобыльская катастрофа в 1986 году. Но они могут обеспечить лишь ограниченное сравнение.

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

«Если мы в конечном итоге хотим расширить космические путешествия на Луну или Марс, нам действительно придется глубже изучить влияние этого типа радиации на человеческое тело», — сказал Мирман.

Новые методы исследования

Поскольку радиация является такой серьезной проблемой для космических путешествий, в последние годы эта тема получила огромный рост исследований. Помимо традиционных методов исследования, таких как исследования на животных, Меерман и другие работают над одним из подходов — исследованием «органа на чипе». Это предполагает создание чипа, содержащего созданные в лаборатории клетки, имитирующие реакцию реального человеческого органа. Это можно использовать для исследований, проведение которых на живом человеке было бы опасно или невозможно.

В настоящее время это большая тема для исследований. выполняется на МКС, с надеждой, что использование этого метода поможет нам узнать больше о том, как космическая среда влияет на человеческие органы. В будущем это также может стать многообещающим направлением для исследований космической радиации.

Другой подход заключается в моделировании космического излучения в лабораториях здесь, на Земле. Однако воссоздать радиационную обстановку космоса непросто, поэтому специальные лаборатории как Лаборатория космической радиации НАСА, которая использует коллайдер тяжелых ионов для моделирования радиации, настолько важный.

Как защитить космонавтов от радиации

Есть идеи и исследования, как защитить космонавтов от космической радиации. В настоящее время космические агентства ограничивают воздействие на космонавтов в течение всей жизни низкими уровнями, которые не должны создавать неоправданного риска. Но для миссии на Марс было бы полезно иметь больше гибкости в отношении продолжительности пребывания астронавтов в космосе.

Наиболее практичным подходом к защите здоровья космонавтов является использование защиты, при которой используются толстые листы металла для остановки радиации и обеспечения безопасности космонавтов. Экранирование может быть применено к космическому кораблю или жилому пространству, что позволит астронавтам свободно перемещаться внутри, а также есть работа делается на защитных жилетах или костюмах со встроенной защитой на случай, если космонавту потребуется 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 дополнительным весом.

Другой подход заключается в поиске лекарств, которые могли бы защитить людей от воздействия радиации, хотя мы еще далеки от создания таблетки, которая могла бы обеспечить безопасность астронавтов. Проблема, которую поднял Меерман, 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 в космосе претерпевает столько изменений, что способы всасывания лекарств могут быть разными, и мы просто не знаю достаточно предсказать, как это может выглядеть.

Еще одна область, которая потенциально может помочь космонавтам сохранить здоровье, — это найти способы укрепить их собственную естественную иммунную систему, например, путем включения в их рацион продуктов, богатых антиоксидантами. Это многообещающая концепция, поскольку ее гораздо проще реализовать, чем другие решения, хотя данное исследование также находится на ранней стадии.

Слишком много неизвестных

Большой проблемой для врачей, таких как Меерман, является то, как много неизвестных существует, когда речь идет о здоровье астронавтов, отправляющихся на Марс. Мы просто не можем с уверенностью сказать, какими могут быть долгосрочные последствия радиационного воздействия для здоровья, и у нас также пока нет надежного способа защитить астронавтов от этих потенциальных последствий.

Таким образом, хотя мы, возможно, технологически готовы отправить людей на Марс прямо сейчас, возникает вопрос о морали такого выбора, пока медицинские исследования все еще находятся в зачаточном состоянии. «Мы должны спросить себя, готовы ли мы отправиться на Марс, не зная точного риска, которому мы подвергаем астронавтов», — сказала она. «Это скорее этический вопрос, чем научный».