Полеты в космос меняют тело человека: как именно

Длительное пребывание в космосе заметно меняет тело человека, в частности его мышцы, мозг и даже кишечные бактерии, пишет ВВС.

371 день, проведенный в условиях низкой гравитации на Международной космической станции (МКС), сказался на организме астронавта NASA Фрэнка Рубио настолько, что из капсулы, которая вернула его на Землю, мужчину пришлось доставать команде спасателей.

Его годовая "командировка" на орбиту, а также информация от других астронавтов, дает ценную информацию о том, как люди могут справляться с вызовами длительного космического полета.

Мышцы и кости

Мышечная и костная масса начинает слабеть и уменьшаться, если на тело долго не действует привычная гравитация. Больше всего страдают спина, шея, икры и квадрицепсы. Уже через две недели мышечная масса может сократиться на 20%, а через три месяца – на 30%.

Костная масса астронавтов может сокращаться на 1-2% каждый месяц (для сравнения: у пожилых людей на Земле данный показатель составляет 0.5-1% в  год). Чтобы костная масса вернулась к норме после возвращения на Землю, может потребоваться до четырех лет.

Кроме того, в космосе растягивается позвоночник, что делает человека немного выше, но при этом повышает риск травм, в частности смещения дисков.

Чтобы уменьшить негативное влияние невесомости, космонавты ежедневно занимаются интенсивными физическими тренировками (приседания, становая тяга, жим лежа, велотренажер и т.д. со специальными креплениями для условий микрогравитации). Также они принимают пищевые добавки для поддержания здоровья мышц и костей. 

Поддержка здорового веса на орбите является непростой задачей. Астронавт NASA Скотт Келли за 340 дней на орбите потерял 7% массы тела, чего не наблюдалось у его близнеца, который оставался на Земле.

Зрение

На Земле гравитация помогает направлять кровь в нашем организме вниз, в то время как сердце снова накачивает ее. Однако в космосе этот процесс нарушается (хотя тело в некоторой степени адаптируется), и крови может накапливаться в голове больше, чем обычно. Некоторая часть этой жидкости может скапливаться в задней части глаза и вокруг зрительного нерва, что приводит к отеку. Это может привести к изменениям в зрении, таким как снижение остроты и структурные изменения в самом глазу. Эти изменения могут начать происходить уже через две недели пребывания в космосе, и с течением времени риск возрастает. Некоторые проблемы со зрением проходят примерно через год после возвращения астронавтов на Землю, но другие могут оставаться навсегда.

Также к проблемам может привести воздействие галактических космических лучей и энергетичных солнечных частиц. Атмосфера Земли помогает защитить нас от них, но на орбите МКС эта защита исчезает. Хотя на космических кораблях есть защита от избыточного излучения, астронавты на борту МКС сообщают о вспышках света в глазах, когда космические лучи и солнечные частицы поражали их сетчатку и оптические нервы.

Мозг

Хотя особых изменений в когнитивных способностях Келли после длительного пребывания в космосе не обнаружили, исследователи заметили, что в течение следующих шести месяцев скорость и точность работы его мозга снизились – возможно, в связи с поцессом реадаптации к жизни на Земле. 

Согласно недавнему исследованию, правый боковой и третий желудочек головного мозга (отвечающие за хранение спинномозговой жидкости, снабжение мозга питательными веществами и удаление отходов), могут раздуваться из-за отсутствия гравитации, и для восстановления их формы может потребоваться до трех лет.

Ранее ученые также нашли признаки повреждения мозга в крови космонавтов. После продолжительного пребывания в космосе в мозге у мужчин были значительно повышены концентрации нейрофиламента, глиального фибриллярного кислого протеина и бета-амилоида Aβ40.

Микробиом

Микроорганизмы, которые живут на и в нашем теле, в частности в желудке, значительно влияют на наше здоровье. Обследование Келли после полета на МКС показало, что бактерии и грибки, живущие в его кишечнике, сильно изменились. Это можно объяснить как особым рационом питания на МКС и бытовым обменом бактериями с другими людьми, так и воздействием радиации, использованием переработанной воды и изменением физической активности.

Кожа

Кожа Келли имела повышенную чувствительность и сыпь в течение шести дней после того, как он вернулся с космической станции. Среди предполагаемых причин – отсутствие "стимуляции" кожи во время миссии.

Гены

У человека на конце каждой нити ДНК находятся теломеры, которые, как считается, помогают защитить наши гены от повреждений. С возрастом они становятся короче. 

Сразу после космического полета Келли ученые обнаружили у него более длинные теломеры, чем у его брата-близнеца, однако далее длина его теломер, как и теломер у еще десяти исследованных астронавтов, сокращалась быстрее обычного.

По словам Сьюзен Бэйли, профессора экологического и радиологического здоровья в Университете штата Колорадо, "у астронавтов в целом после космического полета было гораздо больше коротких теломер, чем раньше" и ученые пока не знают точную причину данного явления. Одной из возможных причин может быть воздействие космической радиации. Бэйли отмечает, что у астронавтов, которые долго находятся на орбите, наблюдаются повреждения ДНК.

Замечены также некоторые изменения в экспрессии генов, однако процесс нормализовался в течение шести месяцев после возвращения Келли на Землю.

Иммунитет

У астронавтов наблюдается некоторое снижение количества лейкоцитов, что соответствует дозам радиации, которые они получают на орбите.

Исследование 2024 года показало различия между тем, как иммунная система мужчин и женщин реагирует на космический полет. Однако чтобы подтвердить наличие такой разницы, необходимо провести еще ряд исследований на других группах космонавтов, отмечают специалисты.

Согласно данным про экспрессию генов в образцах, полученных от экипажа миссии SpaceX Inspiration 4, который провел на орбите три дня осенью 2021 года, у космонавтов произошли изменения в 18 белках, связанных с иммунной системой, старением и ростом мышц.

Сравнивая активность их генов с активностью генов 64 других астронавтов в предыдущих миссиях, исследователи выявили экспрессию трех белков, которые играют роль в воспалениях по сравнению с тем, что было до полета. Мужчины, как правило, были более чувствительны к космическим полетам, со значительным нарушением активности их генов, и после полета им требовалось больше времени, чтобы восстановиться.

В частности, исследователи обнаружили, что активность генов двух белков, известных как интерлейкин-6, который помогает контролировать уровень воспаления в организме, и интерлейкин-8, который вырабатывается для доставки иммунных клеток к местам инфекции, больше влияет на мужчин по сравнению с женщинами. Другой белок, фибриноген, который участвует в свертывании крови, также пострадал больше у мужчин.