Космическая медицина


Space medicine

Космическая биология и медицина, как и космонавтика вообще, могла появиться лишь тогда, когда научный и экономический потенциал страны достиг мировых вершин.

Один из ведущих специалистов в космической биологии и медицине — академик Олег Георгиевич Газенко. В 1956 году его включили в группу ученых, которым было поручено медицинское обеспечение будущих космических полетов. С 1969 года Олег Георгиевич возглавляет Институт медико-биологических проблем Министерства здравоохранения СССР.

О. Газенко рассказывает о развитии космической биологии и космической медицины, о проблемах, которые решают ее специалисты.

Космическая медицина

Иногда спрашивают: с чего началась космическая биология и космическая медицина? И в ответ можно порой услышать и прочитать, что начиналась она с опасений, с вопросов типа: сможет ли человек в невесомости дышать, есть, спать и т. д.?

Конечно, эти вопросы возникали. Но все- таки дело обстояло иначе, чем, скажем, в эпоху великих географических открытий, когда мореплаватели и путешественники отправлялись в путь, не имея ни малейшего представления о том, что их ждет. Мы же в основном знали, что ждет человека в космосе, и это знание было достаточно обоснованным.

Космическая биология и космическая  медицина начинались не на пустом месте. Они выросли из общей биологии, вобрали в себя опыт экологии, климатологии и других дисциплин, в том числе и технических. Теоретический анализ, который предшествовал полету Юрия Гагарина, основывался на данных авиационной, морской, подводной медицины. Имелись и экспериментальные данные.

Еще в 1934 году, сначала у нас и чуть позже в США, были предприняты попытки исследовать влияния верхних слоев атмосферы на живые организмы, в частности, на механизм наследственности мух-дрозофил. К 1949 году относятся первые полеты животных — мышей, кроликов, собак — на геофизических ракетах. В этих опытах исследовалось влияние на живой организм не только условий верхней атмосферы, но и самого полета на ракете.

Рождение науки

Space biology

Всегда трудно определить дату рождения какой-либо науки: вчера, мол, ее еще не было, а сегодня появилась. Но вместе с тем в истории любой отрасли знания есть событие, знаменующее ее становление.

И как, скажем, работы Галилея можно считать началом экспериментальной физики, так и орбитальные полеты животных ознаменовали рождение космической биологии — все, вероятно, помнят собаку Лайку, отправленную в космос на втором советском искусственном спутнике Земли в 1957 году.

Потом была организована еще серия биологических испытаний на кораблях-спутниках, давшая возможность исследовать реакцию животных на условия космического полета, наблюдать за ними после полета, изучать отдаленные генетические последствия.

Итак, к весне 1961 года мы знали, что человек сможет совершить космический полет — предварительный анализ показывал, что все должно быть благополучно. И, тем не менее, поскольку речь шла о человеке, всем хотелось иметь известные гарантии на случай непредвиденных обстоятельств.

Поэтому первые полеты готовились с подстраховкой и даже, если угодно, с перестраховкой. И здесь просто нельзя не вспомнить Сергея Павловича Королева. Можно представить себе, сколько дел и забот было у Главного конструктора, готовящего первый полет человека в космос.

И, тем не менее, он вникал во все детали медико-биологической службы полета, заботясь о максимальной ее надежности. Так, Юрию Алексеевичу Гагарину, полет которого должен был длиться полтора часа и который вообще мог обойтись без еды и воды, дали пищи и других необходимых запасов на несколько суток. И правильно поступили.

Причина тут в том, что нам тогда просто недоставало информации. Знали, например, что в невесомости могут возникнуть расстройства вестибулярного аппарата, но такими ли они будут, как мы их представляем, было неясно.

Другой пример — космическая радиация. Знали, что она существует, но насколько она опасна, определить на первых порах было трудно. В тот начальный период изучение самого космического пространства и освоение его человеком шли параллельно: еще не все свойства космоса были изучены, а полеты уже начались.

Поэтому и защита от радиации на кораблях была мощнее, чем требовали реальные условия. Тут мне хочется подчеркнуть, что научные работы в космической биологии с самого начала были поставлены на солидную, академическую основу, подход к разработке этих, казалось бы, прикладных проблем был весьма фундаментальным.

Развитие космической биологии

Академик В. А. Энгельгардт, будучи в то время академиком-секретарем отделения общей биологии АН СССР, много сил и внимания уделил тому, чтобы дать космической биологии и космической медицине хороший старт.

Много помогал расширению исследований и созданию новых коллективов и лабораторий академик Н. М. Сисакян: по его инициативе уже в начале 60-х годов 14 лабораторий различных академических институтов вели работу в области космической биологии и космической медицины, в них были сосредоточены сильные научные кадры.

Большой вклад внес в развитие космической биологии и космической медицины академик В. Н. Черниговский. Как вице-президент Академии медицинских наук СССР, он привлекал к разработке этих проблем многих ученых своей академии.

Непосредственными руководителями первых экспериментов по космической биологии были академик В. В. Парин, который специально исследовал проблемы космической физиологии, и профессор В. И. Яздовский. Необходимо вспомнить и первого директора Института медико-биологических проблем профессора А. В. Лебединского.

С самого начала дело возглавили крупные ученые, и это обеспечило и хорошую постановку исследований и — как следствие — глубину и точность теоретического предвидения, которое прекрасно подтвердила практика космических полетов.

Три из них следует отметить особо.

— Это биологический эксперимент на втором искусственном спутнике, показавший, что живое существо в космическом летательном аппарате может без вреда для себя находиться в космическом пространстве.

— Это полет Юрия Гагарина, показавший, что космос не оказывает негативного влияния на эмоционально-психическую сферу человека (а такие опасения были), что человек, как и на Земле, может мыслить и работать в космическом полете.

— И, наконец, это выход в открытый космос Алексея Леонова: человек в специальном скафандре находился и работал вне корабля и — главное, что интересовало ученых,- уверенно ориентировался в пространстве.

В этот ряд следует поставить и высадку американских астронавтов на поверхность Луны. Программа «Аполлон» также подтвердила некоторые положения, теоретически разработанные на Земле.

Подтвердился, например, характер движений человека на Луне, где сила тяготения значительно меньше, чем на Земле. Практика подтвердила и теоретический вывод о том, что быстрый пролет через радиационные пояса, окружающие Землю, неопасен для человека.

Под словом «практика» я имею в виду не только полеты людей. Им предшествовали полеты наших автоматических станций типа «Луна» и «Зонд» и американских «Сервейеров», которые основательно разведали обстановку и на трассе и на самой Луне.

На «Зондах», кстати, Луну облетели живые существа и благополучно возвратились на Землю. Так что полет людей на наше ночное светило был подготовлен очень фундаментально.

Как видно из приведенных примеров, самой характерной чертой первого периода космической биологии был поиск ответов на принципиальные вопросы. Сегодня, когда эти ответы, причем довольно подробные, в основном получены, поиск ушел как бы вглубь.

Цена полета в космос

Flight in space

Современный этап характерен более тщательным и тонким изучением глубинных, фундаментальных биологических, биофизических, биохимических процессов, идущих в живом организме в условиях космического полета. И не просто изучением, но и попытками управлять этими процессами.

Чем это объяснить?

Полет человека в космос на ракетном аппарате небезразличен для состояния организма. Конечно, его приспособительные возможности необычайно велики и пластичны, но не беспредельны.

Притом за всякое приспособление всегда надо чем-то платить. Скажем, самочувствие в полете стабилизируется, но эффективность работы снизится.

Приспособишься в невесомости к «легкости необыкновенной», но потеряешь силу мышц и крепость костей… Эти примеры лежат на поверхности. Но, очевидно, и глубинные жизненные процессы подчиняются этому закону (и тому есть подтверждения). Их приспособление не столь заметно, в кратковременных полетах может вообще не проявиться, но ведь полеты становятся все длительнее.

Какова же плата за такое приспособление? Можно с ней согласиться или она нежелательна? Известно, например, что в крови космонавтов во время полета уменьшается число эритроцитов — красных кровяных телец, переносящих кислород. Уменьшение незначительное, неопасное, но это в недолгом полете. А как этот процесс пойдет в полете длительном?

Все это необходимо знать, чтобы построить профилактическую защитную систему и тем расширить возможности человека жить и работать в космосе. И не только для космонавтов — специально отобранных и подготовленных людей, но и для ученых, инженеров, рабочих, может быть, деятелей искусств.

Происходит углубление самого понятия «космическая медицина и биология». По замыслу, это прикладная наука, вырабатывающая на основе данных общей биологии свои рекомендации, свои методы и приемы поведения человека в космосе. Поначалу так оно и было. Но теперь стало ясно, что космическая биология и космическая медицина не производное от общей биологии, а вся биология в целом, только изучающая организмы в особых условиях существования.

Взаимные интересы науки

Ведь все, что делает человек на Земле, он начинает делать и в космосе: ест, спит, работает, отдыхает, в очень далеких полетах люди будут рождаться и умирать — словом, человек начинает в полном биологическом смысле жить в космосе. И поэтому мы теперь не найдем, наверное, ни одного раздела биологических и медицинских знаний, которые были бы нам безразличны.

Вследствие этого возрос масштаб исследований: если в первых шагах космической биологии и   космической  медицины принимал участие буквально десяток ученых, то сейчас на ее орбиту вышли уже сотни учреждений и тысячи специалистов самого различного и подчас неожиданного, на первый взгляд, профиля.

Вот пример: Институт трансплантации органов и тканей, которым руководит известный хирург профессор В. И. Шумаков. Казалось бы, что может быть общего между изучением здорового организма в особых условиях космического полета и такой крайней мерой спасения безнадежных больных, как пересадка органов? Но общее есть.

Область взаимных интересов относится к проблемам иммунитета — природной защиты организма от воздействия бактерий, микробов и других чужеродных тел. Установлено, что в условиях космического полета иммунологическая защита организма слабеет. Тому есть ряд причин, одна из них заключается в следующем.

В обычной жизни мы везде и всегда встречаемся с микробами. В замкнутом пространстве космического корабля атмосфера почти стерильна, микрофлора значительно беднее. Иммунитет становится практически «безработным» и «теряет форму», как теряет ее спортсмен, если долго не тренируется.

Но и при пересадке органов, чтобы организм не отторгнул их, приходится уже искусственно снижать уровень действия иммунитета. Вот тут и возникают наши общие вопросы: как ведет себя организм в этих условиях, как уберечь его от инфекционных заболеваний?..

Есть и другая область взаимных интересов. Мы полагаем, что со временем люди будут очень долго летать и жить в космосе. Значит, могут и заболеть. Поэтому возникает необходимость, во-первых, представить себе, какие это могут быть заболевания, а во-вторых, обеспечить людей в полете диагностической аппаратурой и, конечно, средствами лечения.

Это могут быть лекарства, но может быть и искусственная почка — нельзя исключить вероятность того, что в дальних экспедициях понадобятся и такие средства. Вот и думаем вместе со специалистами Института трансплантации органов и тканей над тем, как снабдить участников будущих космических экспедиций «запчастями» и какова должна быть «технология ремонта».

Впрочем, операция в космосе — это, конечно, крайний случай. Основную роль будет играть профилактика, предупреждение заболеваний. И тут не последнюю роль может сыграть питание как средство управления обменом веществ и его изменениями, если они возникнут, а также как средство снижения нервно-эмоционального напряжения.

Определенным образом составленная диета с включением в пищу соответствующих препаратов сделает свое дело незаметно для человека, процедура не будет носить характера приема лекарства. Соответствующие исследования мы проводили в течение ряда лет с Институтом питания АМН СССР под руководством академика АМН СССР А. А. Покровского.

Еще пример: Центральный институт травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова (ЦИТО), который возглавляет академик АМН СССР М. В. Волков. Сфера интересов института — костно-опорный аппарат человека. Причем исследуются не только методы лечения переломов и ушибов, способы протезирования, но и всякого рода изменения костной ткани.

Последнее интересует и нас, ибо в космосе тоже происходят определенные изменения костной ткани. Методы же воздействия на эти процессы, применяемые и в космосе и в клинике, в основе — своей очень близки.

Распространенная в наше время гипокинезия — малая подвижность — в еще большей степени проявляется в космосе. Состояние человека, вставшего с постели после двухмесячной болезни, сравнимо с состоянием космонавта, вернувшегося из полета: обоим надо заново учиться ходить по земле.

Дело в том, что в невесомости часть крови перемещается из нижней части тела в верхнюю, приливает к голове. Кроме того, мышцы, не получая привычной нагрузки, слабеют. Примерно тоже самое происходит при долгом лежании в постели. Когда же человек возвращается на Землю (или встает после долгой болезни), происходит обратный процесс — кровь быстро оттекает сверху вниз, что сопровождается головокружениями и может даже вызвать обморок.

Чтобы избежать подобных явлений, космонавты в полете нагружают мышцы на специальном тренажере, используют так называемую вакуумную систему, которая способствует перемещению части крови в нижнюю половину тела. Вернувшись же из полета, они носят некоторое время послеполетные профилактические костюмы, которые, наоборот, препятствуют быстрому оттоку крови из верхней половины тела.

Теперь подобные средства используются и в лечебных учреждениях. В ЦИТО тренажеры типа космических позволяют больным «гулять», не вставая с постели. А послеполетные костюмы с успехом прошли испытание в Институте хирургии имени А. В. Вишневского — с их помощью пациенты быстрее встают на ноги в буквальном смысле.

Перераспределение крови в организме не просто механический процесс, оно влияет и на физиологические функции и поэтому представляет немалый интерес как для космической биологии и медицины, так и для клинической кардиологии. Тем более что вопросы регуляции кровообращения при изменении пространственного положения тела недостаточно еще исследованы на здоровых людях.

И вот в совместных исследованиях с Институтом кардиологии имени А. Л. Мясникова и Институтом трансплантации органов и тканей мы получили первые интересные данные о том, например, как меняется давление в различных сосудах и полостях сердца при изменении положения тела в пространстве. О том, как и в каком темпе меняется при физической нагрузке биохимический состав крови, оттекающей от мозга, или от печени, или от мышц, то есть отдельно от каждого органа.

Это дает возможность более глубоко судить о его работе и состоянии. Исследования, о которых идет речь, необычайно обогащают наши знания физиологии и биохимии человека, это пример фундаментального изучения биологической сущности человека. И пример не единственный.

Я уже упоминал, что в космосе у человека уменьшается число эритроцитов в крови и что важно разобраться в причинах этого явления. Специальные исследования, в частности на спутнике «Космос-782», показали, что в космосе снижается устойчивость (резистентность) этих клеток, и поэтому они разрушаются чаще, чем в нормальных земных условиях, средняя продолжительность жизни их сокращается.

Теперь, естественно, придется выяснять, каким образом можно было бы поддержать устойчивость эритроцитов. Это важно для космоса, но может оказаться полезным и для борьбы с анемией и другими болезнями крови.

Тот факт, что космическая биология участвует в фундаментальных исследованиях человеческого организма, вполне определенным образом характеризует современный этап ее развития, Фундаментальные исследования закладывают основы дальнейшего развития практической деятельности. В нашем случае закладываются основы дальнейшего продвижения человека в космос.

Кто полетит в космос

Spaceship crew

Уже сейчас потребности исследования космического пространства заставляют ученых думать о расширении состава специалистов, летающих в космос.

В ближайшие годы можно ожидать появления на орбите ученых — исследователей космоса, инженеров — организаторов внеземного производства различных материалов, которые нельзя получить на Земле, рабочих для сборки космических объектов и обслуживания производств и т. д.

Для этих специалистов придется, по-видимому, расширить довольно узкую сейчас «калитку» медицинского отбора, то есть снизить формальные требования к состоянию здоровья, уменьшить объем подготовительных тренировок.

Вместе с тем, разумеется, должна быть гарантирована и полная безопасность и, я бы сказал, безвредность полета для этих людей.

В орбитальном полете это сделать относительно просто: можно не только наладить постоянный контроль за состоянием экипажа, но и, в крайнем случае, всегда есть возможность за несколько часов вернуть человека на Землю. Другое дело — межпланетные полеты, они будут значительно более автономными.

Экспедиция, скажем, на Марс займет 2,5-3 года. Значит, подход к организации таких экспедиций должен быть иным, чем при полетах на орбите. Здесь, очевидно, нельзя снижать требования к здоровью при отборе кандидатов.

Более того, кандидаты, как мне представляется, должны обладать не только отличным здоровьем, но и некоторыми конкретными свойствами — скажем, способностью легко адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды или же определенным характером реакции на экстремальные воздействия.

Очень важна возможность организма приспосабливаться к изменению биологических ритмов. Дело в том, что свойственные нам ритмы имеют сугубо земное происхождение. Например, самый важный из них — суточный — прямо связан со сменой дня и ночи. Но земные сутки существуют только на Земле, на других планетах сутки, естественно, иные, и к ним придется приспосабливаться.

Что делать во время полета

Очень большое значение приобретают вопросы, связанные с моральным климатом, который установится на борту. И дело тут не только в личных качествах людей, но и в организации их работы, быта — вообще жизни, с учетом потребностей, в том числе и эстетических, каждого члена экипажа. Этот круг вопросов, пожалуй, наиболее сложный.

Например, проблема свободного времени. Считают, что во время перелета к тому же Марсу рабочая нагрузка на каждого члена экипажа составит не более 4 часов в сутки. Отведем 8 часов на сон, останется 12. Чем их занять? В ограниченном пространстве космического корабля, при неизменном составе экипажа сделать это не так просто. Книги? Музыка? Фильмы? Да, но не любые. Музыка, даже любимая, может вызвать излишнее эмоциональное возбуждение, усилить чувство отрыва от дома.

Книги и фильмы драматичного или трагедийного плана тоже способны вызвать негативные реакции, а вот жанр приключений, фантастики, книги путешественников, полярников, спелеологов, в которых есть материал для сравнения, сопереживания, будут, бесспорно, восприняты хорошо. Решать кроссворды, ребусы можно, а играть в шахматы или шашки едва ли будет рекомендовано, ибо в таких играх есть элемент соперничества, нежелательный в подобной ситуации.

Все эти соображения возникли в результате уже ведущихся исследований. Они, на мой взгляд, весьма стимулируют пристальное изучение психологии человека, и я думаю, что со временем, когда названные проблемы будут достаточно разработаны, они принесут большую пользу и земной практике — в организации труда и отдыха людей.

Жизнеобеспечение экспедиций

Особое место в разработке межпланетных полетов занимает жизнеобеспечение экспедиций. Сейчас космонавты все, что им нужно в полете, просто берут с Земли (лишь частично регенерируется атмосфера; в некоторых полетах проводили экспериментальную регенерацию воды).

Но на три года запасов с собой не возьмешь. На межпланетном корабле предстоит создать замкнутую экологическую систему, наподобие земной, но в миниатюре, которая будет снабжать экипаж пищей, водой, свежим воздухом и утилизировать отходы жизнедеятельности.

Задача невероятно сложная! По существу, речь идет о конкуренции с природой: то, что она создавала многие миллионы лет на всей планете, люди пытаются воспроизвести в лаборатории, чтобы потом перенести в космический корабль.

Такие работы ведутся уже много лет в нашем институте, в Красноярском институте физики имени Л. В. Киренского. Кое- что уже сделано, но все-таки еще нельзя говорить о больших здесь успехах. Многие специалисты вообще полагают, что реальный практический успех, может быть, достигнут лишь лет через 15-20. Возможно, конечно, и раньше, но ненамного.

Генетика

Наконец, проблемы генетики, воспроизводства потомства. В нашем институте совместно с МГУ и Институтом биологии развития АН СССР ведутся исследования, цель которых определить влияние невесомости на эмбриогенез и морфогенез.

Эксперименты, в частности на спутнике «Космос-782», показали, что насекомым (дрозофилам) невесомость не мешает давать нормальное потомство, а у более сложных организмов — рыб, лягушек — в ряде случаев были обнаружены нарушения, отклонения от нормы. Это говорит о том, что им для нормального развития на самых первых этапах жизни зародыша нужна сила земного тяготения, и, стало быть, эту силу следует создавать искусственно.

Проблематика длительных космических полетов

Итак, проблематика длительных космических полетов — самое существенное в нашей сегодняшней работе. И тут правомерен вопрос: а насколько длительным может быть пребывание человека в космосе? Точно сейчас ответить нельзя. В организме во время полета происходит ряд процессов, которыми пока не удается управлять. Они не изучены до конца, человек ведь еще не летал долее трех месяцев, и мы не знаем, как пойдут эти процессы при более продолжительных сроках полета.

Необходима объективная, экспериментальная проверка, и вопрос о возможности, скажем, трехлетнего пребывания человека в космосе должен быть решен на околоземной орбите. Только тогда у нас появится гарантия, что такая экспедиция пройдет благополучно.

Но я думаю, что человек не встретит на этом пути неодолимых препятствий. Такой вывод можно сделать на основе уже сегодняшних знаний. Ведь космическая эра человечества только началась, и, образно говоря, мы сейчас только собираемся в ту дальнюю дорогу, которая предстоит человечеству в космосе.