20 апреля 2023 года на экраны выходит российский художественный фильм «Вызов» – первый в мире проект, который был снят с участием режиссера Клима Шипенко и актрисы Юлии Пересильд на Международной космической станции. По сюжету, торокальный хирург Евгения должна за месяц подготовиться к полету в космос, чтобы затем отправиться на орбитальную станцию и сделать заболевшему там космонавту операцию в условиях невесомости.
Оказывается, космическая медицина ближе к нам, чем многие могут подумать: ее достижениями мы с вами пользуемся каждый день на земле, открытия, сделанные для космонавтов, спасают и самых обычных людей, помогают при реабилитации инсульта и ДЦП, а в ковид многие из нас, сами того не замечая, также стали немного космонавтами. Да и будущее земной медицины тоже во многом связано с космосом.
Задача номер один: победить невесомость. И не забыть шоколад
Космическая медицина появилась задолго до первых полетов в космос – уже в 30-х годах XX века советские ученые вели разработки, которые позднее были использованы при подготовке будущих космонавтов: была создана система жизнеобеспечения, позволявшая подниматься в стратосферу, прообраз будущего космического скафандра.
В 1949 году по инициативе Сергея Королева был основан Научно-исследовательский испытательный институт авиационной медицины (НИИИАМ) – его сотрудникам принадлежат почти все разработки в этой области, от знаменитой еды в тюбиках до исследований в области защиты живых организмов от воздействия невесомости и космической радиации.
Первые полеты в космос показали: человек может находиться в невесомости, но недолго. Когда в 1962 году из первого многосуточного полета вернулись космонавты Андриян Николаев и Виталий Севастьянов, стало ясно, что за 17 дней и 64 витка вокруг Земли происходит много нарушений, люди оказываются в крайне тяжелом состоянии: не могут держать вертикальное положение тела, теряют равновесие, с трудом переносят любые нагрузки, часто теряют сознание. В 1963 году эти проблемы взялись решать в недавно открытом Институте медико-биологических проблем.
Была разработана сложная система профилактики, которая включала в себя заблаговременные тренировки перед полетом, а также особые тренажеры на орбите и нагрузочный костюм «Пингвин», облачившись в который, космонавт мог давать нагрузку на опорно-двигательный аппарат, устраняя таким образом эффект невесомости.
«Пингвин» и его более поздняя модификация «Адель» применяются не только у космонавтов, но и на земле, есть успешный опыт реабилитации детей с ДЦП, людей, перенесших инсульт и черепно-мозговые травмы,
космический костюм позволяет таким больным правильно позиционировать тело, дает опору и необходимую нагрузку.
В последние годы, рассказывает директор Научно-исследовательского института космической медицины, академик Виктор Баранов, для космонавтов успешно применяется метод электростимуляции мышц, это позволяет не тратить время на физические нагрузки и «тренироваться», не отвлекаясь от работы на орбите.
Заботясь о здоровье космонавтов, с самого начала не забывали и о приятных эмоциях. Поэтому уже в самом первом бортовом меню, разработанном для Юрия Гагарина, был десерт – шоколадный соус, разумеется упакованный в тюбик. После полета второго космонавта, Германа Титова, стало ясно, что расход калорий в космосе выше, чем на земле, несмотря на то, что Титов трижды поел во время полета, вернулся он зверски голодным.
Сегодня космическое меню разнообразно и включает в себя кухни различных стран, а также разные технологии приготовления и сохранения пищи.
Американцы пользуются глубоко замороженными продуктами, которые разогревают уже на борту, так в нашей жизни появилась шоковая заморозка.
Изначально для космоса были изобретены и сублимированные продукты: предполагалось, что за счет малого объема их будет удобно брать с собой и затем разводить в космосе водой. Сейчас они также употребляются и в земной кулинарии. Часть продуктов, например свежую зелень, космонавты сами выращивают на МКС – это и эксперимент, и удовольствие.
Реальность нашего времени – инфракрасный термометр для измерения температуры, с которым мы постоянно сталкивались во время пандемии, изначально был придуман для измерения температуры звезд и планет, и лишь затем технология была адаптирована для обычной жизни.
Фильтры для воды, которые сегодня есть на каждой кухне, – также космический привет. Безусловно, на орбитальных станциях фильтры более мощные и способны отделять воду даже от тех жидкостей, которые не предназначены для приема внутрь. Но некоторые технологии благополучно «сошли с орбиты» и прижились на Земле: так, технология с применением ионов серебра, которая, по задумке инженеров NASA, подавляла рост бактерий и смягчала воду для астронавтов корабля «Аполлон», теперь работает и в обычных домах.
К космическим разработкам также относятся не подверженный царапинам пластик, из которого делают линзы для солнцезащитных очков, сублимированная еда, материалы с «памятью», из которых изготавливают ортопедические подушки, и даже тефлон, которым раньше покрывали космические корабли, а теперь используют для изготовления сковородок.
Врач сам проводил себе операцию. Правда, космический корабль был ненастоящий
Решив проблему невесомости, ученые взялись за эксперименты по длительному пребыванию человека в закрытом пространстве. Ведь вскоре после полета Гагарина СССР и США стали вынашивать амбициозные планы по покорению других планет, планировать миссии на Луну и Марс.
Чтобы лучше понять, каким может быть полет к Красной планете, в 1967 году все в том же Институте медико-биологических проблем сразу три экспериментатора – врач Герман Мановцев, техник Борис Улыбышев и биолог Андрей Божко – на год заперлись в барокамере объемом 40 кубических метров, чтобы испытать все системы обеспечения будущих орбитальных станций.
366 дней (год оказался високосным) трое мужчин жили в крайне стесненных условиях, испытывали недостаток воды, питались только космической едой и главное – были полностью изолированы от внешнего мира. Оказалось, что главный эксперимент в этой области – психологический.
Уже через два месяца на «корабле» стал зреть бунт, в рамках которого Улыбышев и Божко отказались подчиняться приказаниями капитана «марсианской миссии» Герману Мановцеву, затем мужчины и вовсе перестали общаться друг с другом, каждый сосредоточился на своих делах. Но когда участникам эксперимента извне создали аварийную ситуацию, оказалось, что это способствует сплочению коллектива.
«Мы договорились при трениях откровенно и спокойно обсуждать предмет ссоры и вникать в ее суть, при этом соблюдая одно правило: каждый должен говорить о своих собственных ошибках, критика другого запрещалась», – вспоминали члены экипажа потом.
За 366 дней случилась и нештатная медицинская ситуация: Герману Мановцеву пришлось самостоятельно оперировать себя и вскрывать гнойную кисту за ухом. Недуг он долго скрывал, боясь, что это приведет к досрочному прерыванию эксперимента, и на вмешательство решился, лишь когда понял, что обезболивающие уже не помогают.
Ход эксперимента позднее описал в своей книге «Год в звездолете» биолог Андрей Божко. Его соавтором стала Виолетта Городинская – девушка, которая проводила с экипажем сеансы связи и в которую Божко влюбился заочно, находясь «в полете на Марс». Виолетта дождалась его, они поженились.
А книгу до сих пор используют для составления рекомендаций орбитальным экипажам, чтобы помочь в разрешении конфликтных ситуаций, организации досуга космонавтов. Возможно, она пригодится, когда действительно настанет время лететь на Марс.
В невесомости можно поставить на зуб пломбу. Но что делать, если кто-то заболеет, никто не знает
Ситуация с Германом Мановцевым все-таки имела место не в космосе, и в случае ухудшения максимум, что грозило, – срыв эксперимента. Если же космонавт заболеет во время полета, возможны самые разные, чаще неприятные последствия.
Самая частая проблема – с зубами. Предполагается, что в рамках предполетной подготовки космонавт должен залечить кариес и иметь здоровые зубы. Но пломбы, увы, выпадают и на орбите. И зубы болят совсем как на Земле. Так, у космонавта Юрия Романенко во время миссии 1977–1978 гг. на станции «Салют-6» разболелся зуб.
Его коллега Георгий Гречко вспоминал: «У нас была на борту аптечка, но мы порылись и ничего там не нашли от зубов, а ему так больно – он и теплое привязывал, и полоскал, и принимал по пять таблеток болеутоляющего, хотя там было написано, что можно только три, но ничего не помогало. Потом к нам прилетел экипаж посещения, мы им предложили вылечить зуб по-русски: через неделю, когда они пойдут на расстыковку, привязать наш больной зуб к их кораблю».
Пробовали также обратиться за помощью к прибывшему на станцию чехословацкому космонавту, который предложил вырвать зуб, мол, у него и щипцы имелись.
Когда выяснилось, что в рамках предполетной подготовки чех прослушал всего 1,5-часовую лекцию по первой помощи в стоматологии, отказались: от страха зуб у Романенко болеть перестал сам собой.
Так или иначе, лечить зубы в космосе можно, и космонавтов обучают приемам самопомощи: обычно для этого есть специальная аптечка, в которой содержатся стерильные зеркальца для диагностики, специальная паста, которая помогает убить нерв в случае сильной боли, материал для временной пломбы и абразивная лента, чтобы подогнать ее по размеру. Такой пломбы хватит на несколько месяцев, и по возвращении домой все равно придется обратиться к врачу.
В целом космонавтов обучают приемам первой помощи. Орбитальная аптечка содержит средства для того, чтобы остановить кровь при травме, жгуты и скобы, бинты, пластыри; есть препараты для снижения или поднятия давления, антибиотики широкого спектра, обезболивающие. При этом отдается предпочтение таблеткам, поскольку делать в космосе инъекции сложно: в шприц попадает воздух, и внутривенные вливания почти невозможны, а с внутримышечными есть проблемы.
Иногда приходится заказывать лекарственные препараты с Земли. Так, в 2020 году стало известно, что у одного из астронавтов NASA (его имя отказались называть в СМИ) во время рутинного обследования был обнаружен тромб. Мужчине прямо на орбите назначили принимать кроверазжижающие препараты, которые уже имелись в бортовой аптечке, а затем прислали новую партию лекарства, рассчитанную точно для этого пациента.
После приземления тромб у астронавта исчез, хотя врачи, консультировавшие его с Земли, признают, что находились в сложной ситуации: нужно было рассчитать прием антикоагулянта таким образом, чтобы, с одной стороны, остановить разрастание тромба, а с другой – не взывать внутреннего кровотечения.
В ковид все мы были немного космонавтами: уйдя на самоизоляцию, избегая контактов с внешним миром и вынужденно общаясь только с самыми близкими людьми в ограниченном пространстве квартиры, люди имели возможность испытать то же, что и экипажи на орбите. А если приходилось заболеть – подключалась телемедицина, которая, к слову, также является изначально космической разработкой.
Настоящей телемедициной было наблюдение за выходом космонавта Леонова в открытый космос – ведь через соединявший его с кораблем трос на землю передавались в том числе и физиологические показатели его организма, которые врачи на Земле анализировали в режиме реального времени.
Впоследствии контроль за показателями космонавтов стал более тщательным, в случае возникновения проблем можно организовать сеанс связи с Землей и получить консультацию специалиста. Современная космическая телемедицина отличается от земной уже потому, что дает больше возможностей для оценки больного: для этого создаются специальные девайсы, которые помогают врачам собирать анамнез не только со слов пациента, но и с применением техники.
Не всегда удается справиться самостоятельно. Когда космонавту становится по-настоящему плохо, приходится эвакуировать его на Землю.
Печально известен случай с Владимиром Васютиным: командир экипажа, в 1985 году отправившийся на станцию «Салют», скрыл от врачебной комиссии начинавшийся у него простатит. По прибытии на орбиту недуг обострился, боли стали невыносимыми, так что справиться при помощи обезболивающего с ними Васютин не смог.
В результате его самого и прибывших с ним космонавтов пришлось экстренно эвакуировать с «Салюта». На станции оставили дорогостоящее оборудование и законсервировали ее, а вернуться уже не смогли, после визита еще одного экипажа год спустя «Салют» оказался заброшенным.
В космосе пока оперировали только крыс, люди – на очереди
До сих пор потребности в том, чтобы проводить в космосе операции, не возникало: эвакуировать больного с околоземной орбиты или даже с Луны возможно, это займет от нескольких часов до нескольких дней. Поэтому случай, который мы видим в фильме «Вызов» с Юлией Пересильд в главной роли, пока скорее относится к области фантастики, которая тем не менее имеет все шансы стать реальностью: человечество готовится к тому, чтобы оказывать в космосе всестороннее и многоплановое лечение.
Во многом это связано с планами по освоению Марса, во время длительного полета к этой планете экипажу может понадобиться медицинская помощь, а вернуться на Землю уже не получится.
Пока что человечество тренируется на животных: так, в 2005 году были опубликованы результаты опытов, которые участники миссии STS-90 Neurolab Shuttle, организованной NASA, осуществляли над крысами. Животным в невесомости провели трепанацию черепа, рассечение ноги, торакотомию (вскрытие грудной клетки), операцию на позвоночнике и лапаротомию (вскрытие брюшной полости).
Вмешательство прошло успешно, и исследователи сделали вывод, что операции с участием людей также возможны. Правда, есть нюансы.
Во-первых, необходимо продумать фиксацию хирургических инструментов, в противном случае в условиях невесомости они могут не помочь, а нанести окружающим непоправимый вред.
Во-вторых, предположительно, лапароскопические вмешательства с малым разрезом в условиях космоса предпочтительнее, чем полостные операции: в отсутствие гравитации есть риск, что во время операции могут выпадать органы, а кровь и другие жидкости быстрее распространяться в пространстве из открытой полости.
Нужно также отдельно продумать, как фиксировать пациента, который в условиях невесомости норовит улететь с операционного стола.
Еще одна сложная задача – избежать инфекций. Постоянно циркулирующий воздух космического корабля способствует распространению бактерий. В теории может помочь прозрачная капсула с чистым воздухом, в которую помещают пациента. Хирург проводит операцию снаружи, просунув руки в специальные рукава.
«В экипаже должен быть врач, – считает директор Научно-исследовательского института космической медицины академик Виктор Баранов, говоря о будущих полетах в дальний космос. – И есть разные мнения, какая специальность должна быть у этого врача, ведь он не может быть специалистом во всем.
На мой взгляд, это должен быть врач интенсивной терапии. Тот, кто может сразу помочь в случае острых состояний, а дальше лечить, используя связь с Землей или справочник. Должна быть система медицинского обеспечения».
Миссия на Марс: риск радиации и опасность занести марсианские бактерии на Землю
Впрочем, до миссии на Марс пока далеко: есть ряд проблем, которые не могут быть разрешены прямо сегодня.
Первая из них – это вред для здоровья космических лучей и иных форм ионизирующей радиации. В мае 2013 года Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) сообщило о том, что, по данным Научной космической лаборатории, совершившей полет на Марс в 2011–2012 годах, доза полученной радиации в пути туда и обратно составляет 0,66 Зиверт.
Зиверт (обозначение: Зв) – это единица Международной системы единиц (СИ), предназначенная для представления стохастического риска для здоровья от ионизирующего излучения, который определяется как вероятность возникновения радиационно-индуцированного рака и генетического повреждения.
В 2017 стало известно, что на поверхности Марса уровень радиации превышает допустимый – 1 Зиверт – в 2 раза, так как «полярное сияние» на этой планете в 25 раз ярче, чем любое сияние, из наблюдаемых ранее.
Длительное пребывание в невесомости по пути на Марс имеет такие нежелательные эффекты на здоровье человека, как снижение минеральной плотности костей, снижение зрения, а в 2019 году космонавты, пребывавшие на Международной космической станции, по данным исследователей, испытывали проблемы с током крови и образованием тромбов. Данные основаны на шестимесячном исследовании 11 здоровых космонавтов.
Еще более сложной проблемой, откладывающей миссию на Марс на годы, а то и на десятилетия, является необходимость стерилизации всего и всех, кто будет входить в контакт с поверхностью планеты.
Дело в том, что ученые стремятся узнать, есть ли на Марсе какие-то виды жизни, поэтому исследоваться будут те районы Марса, в которых есть вода. Стерилизация необходима для того, чтобы не принести на эту планету микроорганизмы с Земли, которые могут помешать такому исследованию.
Стерилизовать человека, который является носителем 100 триллионов микроорганизмов нескольких тысяч видов, неосуществимо на данном этапе развития науки и технологий. Кроме того, если на Марсе действительно есть жизнь, то она, скорее всего, существует в виде микроорганизмов, носителями которых могут стать космонавты. В таком случае существует опасность занесения их на Землю.
Тем не менее NASA планирует полет на Марс живого экипажа на конец 2030-х. Уже сейчас его инженеры изучают возможность строительства домов из кирпичей, которые должны производиться из прессованной марсианской почвы.
Европейское космическое агентство также работает над возможностью послать на Марс космический корабль с человеком на борту, однако пока не объявляет сроки исполнения этой задачи. Россия планирует послать на Марс космонавтов в 2040–2045 годах.
Будущее земной медицины лежит в космосе
Впрочем, для того, чтобы фантастическое будущее стало ближе, дожидаться полетов на Марс совсем не нужно. Некоторые ученые и бизнесмены считают, что уже сейчас космическая медицина может стать реальностью на Земле потому, что в условиях космоса, а именно при отсутствии гравитации, целый ряд экспериментов позволяет гораздо лучше наблюдать процессы, происходящие в живых организмах на молекулярном уровне.
Сила гравитации Земли осложняет наблюдение за тем, как клетки коммуницируют друг с другом, а это, в свою очередь, затрудняет для ученых понимание того, почему они ведут себя именно таким образом.
Гравитация усложняет изучение комплексных структур ключевых белков, связанных, например, с развитием рака, вирусных болезней, генетических синдромов и заболеваний сердца.
Ученые пытаются вырастить в лабораторных условиях эти хрупкие структуры, чтобы наблюдать и анализировать, как возникает опухоль или как работает вирус с самого начала, а также найти своеобразные маленькие «карманчики» в структуре, в которые можно поместить действующее вещество лекарственного препарата. Однако, когда такие эксперименты проходят на Земле, на клетки и молекулы действует сила притяжения, усложняя наблюдение за процессом.
Ученые давно хотели научиться воздействовать на белки группы TMBIM (трансмембранные ингибиторы проапоптического белка ВАХ), так как они принимают участие в регуляции внутренней среды клетки. Препятствием было то, что выращивать эти белки на Земле очень сложно. Массачусетской биотехнологической компании MicroQuin удалось это сделать в космосе.
«Хороший пример – грипп, – объясняет исполнительный директор компании Скот Робинсон. – Потому что когда вирус проникает в клетку, он резко повышает уровень окисления внутриклеточной среды. Но если при помощи TMBIM вы остановите этот процесс, вы таким образом остановите и инфекцию.
Такой метод можно будет также использовать как этап комбинированной терапии рака, что должно повысить чувствительность раковых клеток к иммунотерапии».
В 2017 году Пол Райхерт, ученый, занимающийся проблемой способов доставки действующего вещества к определенному органу в компании Merck, принял участие в эксперименте с препаратом «Кейтруда», предназначенным для лечения многих видов рака, на МКС. Полученные результаты помогают ученым создать высококонцентрированную форму лекарства, которую можно будет вводить в виде инъекции.
«Одна из проблем моноклональных антител заключается в том, что вводить их приходится капельно в больничных условиях каждые несколько недель», – говорит Райхерт. Капельница в больнице занимает несколько часов, в то время как инъекция – несколько минут. Это было бы значительным улучшением качества жизни для пациента и удешевило бы процедуру.
Сейчас медицина довольно широко использует стволовые клетки. Как объясняет Клайв Свендсен, исполнительный директор Института регенеративной медицины в Лос-Анджелесе, когда исследователи выращивают их в земных условиях, это довольно длинный процесс, а также выращенные клетки не всегда отвечают стандартам качества.
Свендсен и его коллеги в партнерстве с NASA планируют серию экспериментов для того, чтобы выяснить, можем ли мы выращивать стволовые клетки лучшего качества на МКС. Эта работа уже началась, и, хотя судить о результатах рано, но уже есть некоторые признаки того, что этот процесс идет на МКС лучше, чем на Земле.
«Кто знает, может быть, в будущем вокруг Земли будут курсировать спутники, выращивающие человеческие органы из стволовых клеток, как в научно-фантастических фильмах, – говорит Свендсен. – Возможно, при нулевой гравитации мы сможем вырастить сердце и пересадить его кому-то на Земле».
Коллажи Дмитрия Петрова с использованием фотохроник «РИА Новости» и ТАСС
