Медицина на Марсі: як зберегти здоров'я на Червоній планеті

З усіх проблем, пов’язаних із доставкою людей на Марс, та, яку ми можемо найдалеко розв’язати, не має нічого спільного з ракетами, середовищами існування чи складними системами фільтрації води. Велика проблема, з якою ми маємо зіткнутися, це обмеження людського тіла.

Наші тіла неймовірно адаптивні до різних середовищ тут, на Землі, але не так сильно, коли мова йде про середовище на інших планетах.

Ми поговорили з двома експертами з космічної медицини, щоб дізнатися, як ви лікуєте хворих або поранених пацієнтів у космосі та які з великих відкритих питань стосується здоров’я астронавтів, яких ми плануємо відправити в Сонячну систему.

Ця стаття є частиною Життя на Марсі, серія з 10 частин, яка досліджує передові науки та технології, які дозволять людям заселити Марс

Тіло в космосі

Ми вже багато про що знаємо як організм людини реагує на космічні польоти завдяки більш ніж двом десятиліттям досліджень на Міжнародній космічній станції (МКС). Середовище мікрогравітації призводить до ряду змін в організмі, включаючи втрату кісткової маси, атрофію м’язів і перерозподіл рідини (коли немає сили тяжіння, щоб тягнути рідини вниз, вони накопичуються у верхній частині тіла), а також інші пов’язані проблеми, як-от порушення бачення. Ці симптоми з’являються під час типових подорожей астронавтів на МКС тривалістю від шести місяців до одного року, що приблизно порівнянно з часом, який знадобиться місії для подорожі на Марс.

Хороша новина полягає в тому, що дослідники знайшли багато способів протидіяти цим ефектам, наприклад важливі кількагодинні щоденні вправи, щоб запобігти виснаженню м’язів.

Філіппо Каструччі, бортхірург Європейського космічного агентства, сказав Digital Trends, що a Довгостроковий космічний політ, такий як місія на Марс, буде багато в чому з медичної точки зору схожий на перебування на МКС. А це означає, що ми можемо бути достатньо впевнені, що астронавти зможуть подорожувати на Марс без виникнення надзвичайної ситуації.

«За 20 років постійного перебування на МКС на сьогоднішній день на орбіті не було жодних станів здоров’я, які вимагали б медичної евакуації», — сказав він, додавши, що це цьому допоміг ретельний відбір астронавтів, які перебувають на піку здоров’я та які перебувають під наглядом протягом принаймні двох років перед відправкою на місія. «Тому ймовірність медичної події під час марсіанської місії, хоча й можлива, низька, як показують поточні дані щодо МКС».

Лікарі на борту

Однак низька ймовірність невідкладної медичної допомоги — це не те ж саме, що відсутність невідкладної допомоги. Екіпаж марсіанської місії повинен бути готовий мати справу з чим завгодно: від поширених скарг, пов’язаних із космосом, до випадкових травм і неочікуваних захворювань.

Кожного астронавта навчають базовим медичним навичкам, і в кожному екіпажі зазвичай є щонайменше два члени, які проходять додаткову медичну підготовку, щоб стати медичним працівником екіпажу (CMO). Керівники відділу маркетингу проходять навчання на рівні, подібному до парамедиків, і вміють використовувати медичне приладдя, розподіляти ліки та користуватися дефібрилятором.

Однак Каструччі каже, що навіть добре підготовлених директорів з маркетингу може бути недостатньо для медичної підтримки для марсіанської місії, тому для більш тривалої космічної місії, ймовірно, знадобляться навчені лікарі, які подорожуватимуть у складі екіпажу.

«Під час подорожі на Марс без можливості евакуації будь-яка надзвичайна ситуація, що перевищує поточні можливості CMO, може значно знизити шанси пацієнта на виживання. Тому під час тривалої місії на [низькій навколоземній орбіті] необхідна кваліфікація лікаря», — сказав він. «Два лікарі невідкладної допомоги, щоб забезпечити резервування, мають навички хірургії та внутрішньої медицини, повинні бути частиною бригади».

Лікування невідкладної медичної допомоги в космосі

Однією з проблем лікування під час потенційної місії на Марс є затримка зв’язку між екіпажем і Землею. Коли астронавти перебувають на МКС, медична підтримка може надаватися в режимі реального часу лікарями на землі. Але в міру того, як космічний корабель віддаляється від Землі, зв’язок затримується все більше і більше, із затримкою до 20 хвилин між Землею та Марсом. Це означає, що екіпаж Марса повинен буде діяти більш автономно в разі надзвичайної ситуації, тому підтримка з землі надаватиметься в основному у вигляді підготовки та інструкцій.

Процедурні проблеми також виникають під час спроби використання певних методів лікування в космосі, тому навчання має бути адаптоване до середовища мікрогравітації.

Каструччі навів приклад серцево-легеневої реанімації (СЛР), яка на Землі передбачає пацієнт лежить обличчям догори на твердій поверхні, щоб рятувальник міг використовувати вагу свого тіла для стискання груди. Однак це не працює в умовах мікрогравітації.

У космосі судна повинні бути оснащені спеціальними плоскими поверхнями, які кріпляться до рами і до яких можна закріпити пораненого члена екіпажу. Рятувальник також повинен закріпитися на рамі, щоб він міг стиснути грудну клітку, не відштовхнувшись. І їм доводиться натискати сильніше, оскільки вони не можуть використовувати вагу свого тіла під час компресії грудної клітки.

Усе це робить СЛР повільнішою та важчою для виконання в космосі, ніж на землі, і це лише один приклад того, наскільки складною може бути космічна медицина.

Виклики Марса

Це виклики, які виникають під час лікування медичних проблем у космосі, і вони здебільшого пов’язані з життям у мікрогравітації. Коли астронавти досягнуть Марса, вони отримають деяку силу тяжіння – гравітація Марса становить приблизно 40% земної, – але планета постане перед нею з новими проблемами.

Марс є надзвичайно пиловим середовищем і це може спричинити висипання на шкірі та подразнення очей, а також подразнення дихальних шляхів і закладеність. Це не кажучи вже про втому, стрес і поганий сон, яких можна очікувати від надзвичайно напруженої місії, а також взаємодія між психологією та фізичним здоров'ям.

Але справді великою проблемою на Марсі є щось невидиме неозброєним оком: радіація. Тут, на Землі, наша планета має магнітосферу, яка захищає нас від випромінювання космічних променів і сонячного вітру, але на Марсі такого поняття немає. Проблему загострює тонка атмосфера Марса, яка становить лише близько 1% щільності атмосфери Землі.

Попередні місії на Марс, такі як космічний корабель Mars Odyssey, виявили рівень радіації в 2,5 рази вищий, ніж на МКС. А були часи, коли сплеск радіації (ймовірно, пов’язаних із сонячною активністю) до набагато вищих рівнів.

Отже, як захистити космонавтів від цієї невидимої загрози?

Невидима небезпека радіації

Ми знаємо, що під дією радіації люди піддаються підвищеному ризику розвитку раку та дегенеративних захворювань, а також можуть пошкодити нервову систему. Це також може сприяти розвитку таких захворювань, як катаракта або стерильність. Нещодавно такі лікарі, як Манон Меерман, фахівець із серцево-судинних захворювань, досліджують здоров’я вплив радіації від довгострокових космічних місій, виявили, що серце і серцево-судинна система може бути також чутливі до космічного випромінювання.

Меерман сказав нам, що одна з тривожних речей щодо радіаційного опромінення в космосі полягає в тому, що ми не знаємо достатньо, щоб з упевненістю передбачити, якими будуть наслідки для здоров’я. Малоймовірно, що астронавти захворіють або помруть від цього під час місії на Марс, але в довгостроковій перспективі вони будуть піддаватися більшому ризику таких небезпечних для життя захворювань, як рак.

Інформація про радіацію в космосі за межами навколоземної орбіти, яку ми маємо, походить із крихітної вибірки: Дуже небагато людей, які побували на Місяці, не дають достатньо даних для загального огляду висновки. Ми можемо зібрати більше інформації з порівнянних джерел, наприклад пацієнтів, яких лікували променева терапія або люди, які зазнали опромінення під час ядерних аварій, таких як Чорнобильська катастрофа в 1986 році. Але вони можуть забезпечити лише обмежене порівняння.

Це тому, що для марсіанської місії слід враховувати два типи випромінювання: по-перше, є галактичні космічні промені, які призводять до постійного впливу проникаючих іонів. По-друге, також є випадкові і дуже потужні сплески радіації, спричинені сонячними спалахами. Що стосується того, як кожен вид радіації вплине на здоров’я в довгостроковій перспективі, ми багато чого просто не знаємо.

«Якщо ми врешті-решт захочемо розширити космічні подорожі до Місяця чи Марса, нам справді потрібно глибше зануритися в вплив цього типу випромінювання на організм людини», — сказав Меерман.

Нові методи дослідження

Оскільки радіація є такою важливою проблемою для космічних подорожей, це тема, яка спостерігає величезне зростання в дослідженнях в останні роки. Окрім традиційних методів дослідження, таких як дослідження на тваринах, одним із підходів, над яким працюють Меерман та інші, є дослідження «органу на чіпі». Це передбачає створення чіпа, що містить клітини, створені в лабораторії, для імітації реакції справжнього органу людини. Це можна використовувати для дослідження того, які дослідження було б небезпечно або неможливо провести на живій людині.

Зараз це велика тема досліджень виконується на МКС, з надією, що використання цього методу може навчити нас більше про те, як космічне середовище впливає на органи людини. У майбутньому це також може стати перспективним напрямком для дослідження космічного випромінювання.

Інший підхід полягає в імітації космічного випромінювання в лабораторіях тут, на Землі. Однак відтворити радіаційне середовище космосу непросто, тому потрібні спеціальні лабораторії як Лабораторія космічної радіації НАСА, яка використовує колайдер важких іонів для імітації випромінювання, важливо.

Як захистити космонавтів від радіації

Є ідеї та дослідження, як захистити космонавтів від космічної радіації. Наразі космічні агентства обмежують довічне опромінення астронавтів низькими рівнями, які не повинні створювати надмірного ризику. Але для місії на Марс це допомогло б мати більше гнучкості щодо того, скільки часу астронавти проводять у космосі.

Найбільш практичним підходом до захисту здоров’я астронавтів є використання екранів, у яких використовуються товсті листи металу, щоб зупинити радіацію та забезпечити безпеку астронавтів. Екранування можна застосувати до космічного корабля або середовища існування, дозволяючи астронавтам вільно пересуватися всередині, і є також робота виконується в захисних жилетах або костюмах, які мають вбудований екран, якщо космонавту потрібно вийти за межі сейфу навколишнє середовище.

Великим недоліком захисту є те, що він дуже важкий, що є проблемою як для запуску ракети з мінімальною масою, так і для людей, які намагаються пересуватися, маючи на собі велику вагу.

Інший підхід полягає в пошуку препаратів, які могли б захистити людей від дії радіації, хоча ми й близько не маємо таблеток, які могли б захистити астронавтів. Проблема, яку підняв Меерман, полягає в тому, що навіть якщо ми зможемо створити ефективні ліки на Землі, ми не знаємо, як ці ліки діятимуть у космічному середовищі. Людське тіло проходить стільки змін у просторі, що способи всмоктування ліків можуть бути різними, і ми просто не знають достатньо щоб передбачити, як це може виглядати.

Останнім напрямком, який потенційно може допомогти зберегти здоров’я астронавтів, є пошук способів підвищити їх власну природну імунну систему, наприклад, включивши в свій раціон продукти, багаті антиоксидантами. Це багатообіцяюча концепція, оскільки її набагато легше реалізувати, ніж інші рішення, хоча це дослідження також знаходиться на ранніх стадіях.

Забагато невідомих

Велика проблема для таких лікарів, як Меерман, полягає в тому, скільки невідомих існує, коли йдеться про здоров’я астронавтів, які вирушають на Марс. Ми просто не можемо сказати напевно, якими можуть бути довгострокові наслідки радіаційного опромінення для здоров’я, і ми також поки що не маємо надійного способу захистити астронавтів від цих потенційних наслідків.

Отже, хоча ми можемо бути технологічно готові відправити людей на Марс прямо зараз, виникає питання про моральність такого вибору, поки медичні дослідження все ще перебувають у зародковому стані. «Ми повинні запитати себе, чи готові ми подорожувати на Марс, не знаючи точних ризиків, яким наражаємо астронавтів», — сказала вона. «Це більше етичне питання, ніж наукове».