Дальние миры

7.1

Миры вокруг нас. Космос дает много для человека. Параллельно с активно освещаемыми в средствах массовой информации испытаниями ракет-носителей проводятся исследования, часто более скромные по объемам финансирования, но в той же степени необходимые для выполнения космических программ. В случае пилотируемых миссий, по определению подразумевающих наличие экипажа из одного или нескольких космонавтов, на первый план выходят работы в области астробиологии и космической медицины, направленные на:

• изучение факторов экстремальной космической среды и их влияния на организм;

• определение скорости адаптации и предела адаптивных возможностей человека;

• пути снижения негативных последствий пребывания в космосе, например, с помощью лекарств и адаптивных упражнений;

• моделирование условий космического полета на Земле, проведение аналогий со схожими экстремальными условиями, включая полярные и спелеологические экспедиции.

Астробиология фокусируется на разнообразных формах жизни — например, ученые астробиологии выдвигают гипотезы о жизни на других планетах и исследуют физиологию растений в космосе. Объектом выступает и человек — космонавты самостоятельно производят заборы биологических жидкостей и отправляют на Землю, рапортуют о состоянии своего здоровья, ведут учет лекарств на борту. Обычно космонавты непрерывно находятся в космосе до полугода; в единичных случаях продолжительность полета составляет год или более. Однако в возможном недалеком будущем, где пилотируемые космические полеты на Марс из научной фантастики станут объективной реальностью, один только трансфер займет около трех лет. Организации-лидеры по размерам бюджета и штата специалистов планируют осуществить свои первые запуски на красную планету в ближайшее время.

В связи с этим особого внимания удостаиваются работы, анализирующие адаптивные изменения в организме человека при длительном пребывании в космосе. Кандидаты в космонавты неспроста проходят тщательный отбор — космос по праву считается особой средой, встречающей представителей живой земной природы отсутствием кислорода, радиацией, невесомостью и низкой температурой космического пространства. Помимо самого пребывания в космосе, опасными являются и перегрузки при взлете, и адаптации к нормальной гравитации после полета. Экстремальность условий не ограничивается перечисленными факторами среды. Среди дополнительных рисков обычно называют следующие:

• циркадные ритмы (наши внутренние «часы», регулируемые Солнцем) «сбиваются» в космосе, вследствие чего организм не понимает, когда происходит смена дня и ночи;

• существуют определенные ограничения в движении и питании в условиях тесного внутреннего пространства корабля и его труднодоступности для транспортировки грузов с Земли;

• ограниченность пространства, социальная изоляция и стрессовые ситуации также негативно влияют на психическое самочувствие, приводя к развитию депрессивных состояний, апатии и тревожности.

Во время длительных миссий некоторые изменения в физиологии выражены сильнее, и возвращение к исходному состоянию после космического полета занимает больше времени. К примеру, процесс уменьшения объема плазмы и количества красных клеток крови существенно не отличается в коротких и длительных миссиях, тогда как сердечно-сосудистые адаптации (например, увеличение массы левого желудочка и нарушения ортостатической толерантности) и потеря мышечной массы становятся более выраженными в длительных полетах. Многие неблагоприятные последствия пребывания в космосе после возвращения на Землю исчезают с течением времени, однако ученые описывают все больше хронических «профессиональных» болезней космонавтов.

От космического излучения экипаж станции частично защищен магнитным полем Земли, но при солнечных вспышках радиационные дозы возрастают. Межпланетные перелеты, таким образом, обладают еще большим радиационным риском, а с возрастанием их длительности будут возрастать и эффекты от влияния излучения. Космическое излучение опасно тем, что оно нарушает стабильность генома, вызывает разного рода изменения в структуре хромосом, в самой последовательности ДНК. В космосе увеличенной частотой могут похвастаться такие хромосомные перестройки (аберрации), как инверсии, когда участок хромосомы поворачивается на 180 градусов, вследствие чего последовательность меняется на обратную. Увеличивается и частота транслокаций, в ходе которых участок с одной хромосомы переходит на другую.

Особенно интересно, что за время полета у Скотта увеличилась длина теломер. Теломеры — шестибуквенные повторы на концах хромосом, которые «колпачком» прикрывают концевые последовательности ДНК, тем самым предохраняя хромосомы от деградации и поддерживая стабильность генома. Укорочение теломер ассоциировано со старением и влиянием таких факторов, как стресс, загрязнение воздуха и радиация; их удлинение свидетельствует об активности фермента теломеразы, «накручивающей» дополнительные повторы на ДНК. Теломеразная активность продлевает жизнь клетки, но излишнее и неконтролируемое клеточное деление приводит к появлению популяций раковых клеток. В космосе у Скотта изменилось метилирование ДНК в области промотора гена TERT, кодирующего регуляторную субъединицу теломеразы, а также сильнее экспрессировались гены, чьи продукты отвечают за упаковку теломер.

Однако увеличенная за время полета длина теломер сократилась после двух суток, проведенных на Земле, и стабилизировалась на предполетных средних значениях в течение нескольких месяцев. Основные механизмы и потенциальные последствия такого кратковременного удлинения теломер пока неизвестны, так что говорить о «космическом омоложении» пока рановато. Более того, количество обнаруженных у Скотта теломер существенно уменьшилось, и в других исследованиях у космонавтов станции, как правило, теломеры после полета были короче, чем до него. Меняться может не только сама последовательность ДНК, но и процесс перевода с языка ДНК на язык РНК и белков (непосредственный синтез продуктов генов, называемый экспрессией генов). Изменение в таком случае является не генетическим, а эпигенетическим.

Помимо бессонницы и усталости около половины космонавтов сообщает о других заметных ухудшениях самочувствия. В большинстве случаев они проявляются как сыпь или гиперчувствительность; за ними следуют заболевания верхних дыхательных путей, так что насморк в космосе — явление довольно частое. Изначально исследователи выделили несколько возможных причин перевеса кожных заболеваний и гиперчувствительности:

• гигиенические факторы (использование воды на станции ограничено, поэтому существует вероятность неполного смывания мыла и шампуня);

• раздражение от специфического оборудования (скафандры для выхода в открытый космос, кислородные маски и прочее);

• условия среды на борту станции: низкая влажность, ограниченность движения воздушных потоков и кондиционирование воздуха, длительный контакт с влагой от пота;

• ранний этап адаптации к новым условиям среды;

• стойкое ухудшение функционирования иммунной системы.

Все пункты могут вносить свою лепту в возникновение высыпаний и гиперчувствительности, но последний, судя по всему, является одним из самых существенных. Антигистаминные препараты — одни из самых популярных на борту станции. Развитие гиперчувствительности, до боли знакомой аллергикам и астматикам, связано с выработкой антител IgE, которые стимулируют синтез гистамина, серотонина и лейкотриенов. Предполагается, что в случае космонавтов гиперчувствительность вызывается упомянутым выше сдвигом в активации хелперных клеток Th2. Сверхактивация Th2 приводит к развитию IgE — опосредованной гиперчувствительности.

Гиперчувствительность такого типа относительно легко купируется однократным или курсовым приемом антигистаминных препаратов. Однако у связанных с иммунным дисбалансом высыпаний на теле может быть иная, более сложная и опасная природа. Наверняка в детстве вы уже переболели ветрянкой, и вас заверили, что больше такого кошмара с вами не произойдет. Не могли же они предположить, что вы отправитесь в межпланетный круиз? Многие герпесвирусы, к которым принадлежит возбудитель ветряной оспы HHV-3, эволюционировали вместе с нами, «изобретая» сложные стратегии для уклонения от реакции нашей иммунной системы. Они сохраняются в нашем организме в латентной фазе как затаившиеся в кустах тигры.

Но стоит только иммунной системе расслабиться, как герпесвирусы реактивируются — тот же HHV-3 может вызвать опоясывающий лишай при изменениях в системе клеточного иммунитета. Вирусная нагрузка (количество вирусных частиц) может быть высокой, но при этом не приводить к клиническим симптомам реактивации. Тем не менее было зарегистрировано несколько случаев, когда реактивация у исследователей космоса заканчивалась атопическим дерматитом (и другими последствиями вирусной инфекции), при этом частота репликации некоторых герпесвирусов во время космического полета напрямую коррелировала с его продолжительностью. У космонавтов зарегистрированы реактивации таких герпесвирусов, как вышеупомянутый HHV-3, вирус простого герпеса HSV-1, вирус Эпштейна-Барр HHV-4 и цитомегаловирус HHV-5.

Уже сейчас очевидно, что HHV-3 представляет собой серьезную опасность для здоровья членов экипажа — некоторые из них страдали от опоясывающего лишая, будучи на станции. Это создает риск для благополучия не только космонавтов, но и не переболевших людей, контактирующих с ними на Земле, поскольку вирусная нагрузка HHV-3 сильно увеличивается со временем, а сам вирус присутствует в слюне около 60 % космонавтов. Описанные выше неполадки в иммунной системе могут вызываться не только мутагенным космическим излучением. Невесомость, очевидными способами влияющая на сердечно-сосудистую, мышечную и другие системы организма, на иммунитет действует более изощренно.

Космонавты подвергаются таким типам гравитационных воздействий, как гипер и микрогравитация. Гипергравитация — это перегрузка, увеличение уровня гравитации во время взлетов и посадки космических аппаратов. Микрогравитация — это небольшая сила тяжести, которая присутствует на околоземной орбите (однако физиологически организм воспринимает подобную микрогравитацию как полное отсутствие тяготения). Выработка упомянутого ранее цитокина IL-6 грависенситивна, то есть реагирует на изменения гравитации. Исследователи подвергали действию микро и гипергравитации человеческие клетки (в частности, для оценки условий микрогравитации использовали мононуклеарные клетки периферической крови, а гипергравитации — хондроциты и раковые клетки щитовидной железы) и показали, что выработка IL-6 снижается в условиях микрогравитации, а в условиях гравитационной перегрузки, напротив, увеличивается.

Влияние невесомости на человека в целом подробно описано для сердечно-сосудистой, костно-мышечной и сенсомоторной систем. Сердечно-сосудистая адаптация включает: