Многие астронавты никогда полностью не восстанавливают плотность костей после возвращения на Землю.

В своей книге ВыносливостьАстронавт Скотт Келли описал сложную задачу адаптации к жизни на Земле после года, проведенного в космосе. как часть Исследование близнецов НАСАКелли жила и работала на борту Международная космическая станция (МКС), а его идентичный близнец (астронавт Марк Келли) остается на Земле. В то время как результаты этого исследования показали, как длительное воздействие микрогравитации может привести к всевозможным физиологическим изменениям, долгое и болезненное выздоровление, которое Келли описывает в своей книге, рисует гораздо более личный и откровенный портрет.

Как оказалось, астронавты, которые проводят длительное время в космосе, никогда не смогут полностью восстановиться. По крайней мере, к такому выводу пришла после них международная группа ученых из Университета Калгари. Оценка прочности костей Многие космонавты до и после полета в космос. Они обнаружили, что после двенадцати месяцев восстановления кости астронавта полностью не регенерировали. Эти результаты могут иметь серьезные последствия для предлагаемых будущих миссий, многие из которых предполагают длительное пребывание в космосе, на Луне и Марсе.

Исследование возглавил Ли Гейбл, адъюнкт-профессор кинезиологии Университета Калгари, член Институт здоровья костей и суставов Маккейга и Научно-исследовательский институт детской больницы Альберты. К ним присоединились исследователи из Лаборатория человеческих возможностей (HPL) в UofC и Немецкий центр иммунотерапии (DZI) в Университете Эрланген-Нюрнберг, Боннском университете, Медицинском отделении Техасского университета и Управление здоровья человека и производительности (HH&P) в Космическом центре Джонсона НАСА. Исследование, описывающее их исследование, недавно появилось в Научные отчетыЭто научный журнал, издаваемый характер закалки.

Согласно текущим исследованиям на борту Международной космической станции (включая исследование близнецов НАСА), длительное воздействие микрогравитации может оказать значительное влияние на здоровье и благополучие астронавтов. К ним относятся потеря мышечной массы и плотности костей, зрение, сердечно-сосудистые заболевания, функции органов, психологические эффекты и экспрессия генов. Кроме того, повторная акклиматизация к земной гравитации болезненна, поскольку (буквально) каждая клетка тела вынуждена повторно адаптироваться к постоянной скорости 9,8 м/с.² ускорение к центру земли.

В конечном счете, эффекты зависят от того, как долго астронавт остается на орбите. В результате космические агентства стремятся определить, как долго астронавты могут оставаться в космосе, как это повлияет на их здоровье и смогут ли они полностью восстановиться после возвращения домой. Стивен К. БойдДиректор Института Маккейга и соавтор статьи объяснили Universe Today по электронной почте:

«Эффекты космического полета варьировались в зависимости от времени, которое астронавты провели в космосе в нашем исследовании, которое варьировалось от 4 до 7 месяцев. Те, кто провел больше времени в космосе, потеряли больше костей и не смогли восстановить их после 12 месяцев на Земле». заключается в том, что с ожидаемыми полетами на Марс, которые могут занять годы, потеря костной массы может быть значительной. Мы не знаем, уменьшится ли потеря костной массы и стабилизируется ли она в какой-то момент. Следующим этапом нашего исследования является участие в проекте НАСА CIPHER, который отслеживает многие аспекты здоровья человека (включая здоровье костей) в долгосрочных миссиях продолжительностью до года. Надеюсь, мы не увидим гораздо большей потери костной массы через год по сравнению с ~ 6 месяцами, но мы не знаем … «

Обычно плотность костей измеряют с помощью Двойная рентгеновская абсорбциометрия (DXA), который использует очень малые дозы ионизирующего излучения для измерения степени потери костной массы. Для своего исследования команда изучила здоровье костей семнадцати астронавтов (прочность, плотность и микроструктуру), используя Количественная периферическая томография высокого разрешения (HR-pQCT). Это позволило команде производить трехмерные измерения плотности костей с разрешением 61 нанометр (микрометр).

Команда провела эти измерения до того, как астронавты отправились в космос, после их возвращения на Землю и через 6 и 12 месяцев после выздоровления для оценки биомаркеров метаболизма костной ткани и физических упражнений. Как объяснил Бойд, используя структурную метафору, некоторые потери не были полностью восстановлены:

«Если использовать метафору тура Эйфеля, металлические стержни, из которых состоит тур, подобны элементам скелета, которые мы можем видеть в высоком разрешении. Во время космического полета некоторые из этих «стержней» отламываются по мере резорбции костей. Земля, некоторые кости были восстановлены, но новая кость была помещена на оставшийся скелет. как будто у Eiffel Tour было примерно такое же количество Металла, но количество стержней меньше, а потому он не крепкий».

Таким образом, их анализ показал, что астронавты потеряли от 0,9% до 2,1% минеральной плотности костей (МПКТ). Аналогичные расхождения наблюдаются при сравнении общей МПК космонавтов, а также значений трабекул и минерального коркового слоя кости. Эти типы костей состоят из тонкой, губчатой, пористой микроструктуры, которая составляет внутреннюю структуру кости, и плотного внешнего слоя кости, который составляет примерно 80% массы скелета (соответственно). Другими словами, астронавты испытали степень потери костной массы, пропорциональную десятилетию или более обычной жизни на Земле.

Это подтверждает результаты предыдущих исследований, показавших влияние длительных периодов пребывания на орбите. Влияние старения на организм человека и его функции. Эти выводы имеют большое значение для будущего космических полетов и требуют дальнейших исследований, сказал Бойд:

«Нам необходимо понять долгосрочное воздействие микрогравитации на здоровье костей, чтобы во время длительных миссий мы могли быть уверены, что кости астронавта не станут слишком слабыми. Нам также нужно знать, могут ли астронавты снова выздороветь на Земле, чтобы они могли заниматься своими делами. Нормальная потеря костной массы через 12 месяцев после возвращения на Землю не означает, что астронавты начнут ломать свои кости, но если они потеряют больше во время длительных полетов, это может стать серьезной проблемой».

К 2033 году НАСА и Китай надеются начать отправлять пилотируемые миссии на Марс каждые 26 месяцев (когда две планеты находятся ближе всего друг к другу на своих орбитах). При использовании обычных технологий полет на Марс в один конец занял бы от шести до девяти месяцев, после чего последовали бы несколько месяцев научных операций на поверхности планеты. По сути, это означает, что астронавты, направляющиеся на Марс, проведут до полутора лет в условиях микрогравитации и несколько месяцев в гравитации Марса (38,5% земной гравитации), прежде чем вернуться домой.

Ближе к дому НАСА, Европейское космическое агентство, Китай, Россия и несколько коммерческих организаций готовятся к исследовательским программам, которые, по словам НАСА о цели их программы Artemis, создадут «устойчивую программу исследования Луны». Это будет включать создание наземных сред обитания, в которых могут разместиться сменяющиеся экипажи и текущие научные операции, такие как базовый лагерь НАСА «Артемида», Международная лунная деревня Европейского космического агентства и Китайско-российская международная исследовательская станция на Луне (ILRS). Это означает, что астронавты (и, возможно, гражданские лица) будут проводить длительные периоды времени в условиях лунной гравитации (16,5% земной гравитации).

Если учесть объем планирования, посвященного исследованию и коммерциализации космоса, кажется, мало сомнений в том, что будущее человечества существует. Но прежде чем приступить к этому смелому замыслу, нам нужно знать все, что возможно, о рисках. И шансы. В то время как потенциал для научных прорывов безграничен (и коммерческие возможности тоже могут быть огромными), так же как и риски.

Углубленное чтение: вспыльчивый характер