Живот в космоса - какво се случва в тялото ви след една година на космическата станция 26 минути четене

Двама идентични братя близнаци, и двамата астронавти, са преследвани повече от две години. Един отива на едногодишна мисия в космоса, друг остава на земята.

Не става въпрос за сценария на най-новия холивудски блокбъстър. Това са резултатите от обширни изследвания на НАСА по време на космическа мисия, продължила една година. Първият човек, който пътува в космоса, е руският космонавт Юрий Гагарин, на 12 април 1961 г. Оттогава 559 души са полетели в космоса. Въпреки това, дългите космически мисии (космическата мисия се счита за дългосрочна, ако възлиза на повече от 300 дни, прекарани в космоса) са много редки. Само осем астронавти са участвали в мисии, по-дълги от 300 дни, и само четири от тях са прекарали една година или повече в космоса по време на една мисия.

Следователно едногодишната космическа мисия представляваше особено важна възможност за американските изследователи да изучават и анализират въздействието на дълги периоди от време, прекарани във физически условия, много различни от тези на Земята, върху физиологията на човека, физическото състояние и психично здраве на космонавтите.

Как влияе на дългите периоди от време, прекарано в космоса?

Така наречената „Едногодишна мисия“ се проведе между март 2015 г. и март 2016 г. като експедиция в руско-американско партньорство. Целта на тази мисия беше да събере данни за дългосрочните ефекти на дългите периоди, прекарани в космоса, върху физическото и психическото здраве на астронавтите. Всяка от двете държави е определила астронавт да прекара една година - по-точно 340 дни - на борда на Международната космическа станция (МКС). Руснаците избраха Михаил Корниенко, а американците Скот Кели.

Успоредно с това НАСА проведе допълнителен анализ. Астронавтът Скот Кели - избран за участие в „Едногодишната мисия“ - има идентичен брат близнак Марк Кели, който по това време също е бил астронавт. Това съвпадение прави братята Кели перфектните кандидати за проучване, проведено успоредно с „Едногодишната мисия“.

Така се роди Проучване на близнаците на НАСА, обширно проучване на това как времето, прекарано в космоса, влияе на човешкото тяло с най-малки подробности. Скот Кели беше обект на анализа, той прекара една година на борда на космическата станция. Брат му близнак, Марк Кели, остана на земята, представлявайки перфектната контролна група. Бидейки еднояйчни близнаци, двамата братя са генетично идентични. По този начин НАСА успя да проучи и анализира с най-малки подробности ефектите от времето, прекарано в космоса върху човешкото тяло.

Обширното проучване на НАСА събра и интегрира десет различни екипа от изследователи от осем държави. Общо 84 изследователи са изследвали всяка биологична промяна, макар и фина, Скот Кели е преминал в своята дълга космическа мисия - от физиологична и когнитивна до генетична и молекулярна.

Сега, почти три години след края на „Едногодишната мисия“, крайните резултати от изследване на изследователи от НАСА върху двамата астронавти-близнаци са публикувани в списание Science. Статията е придружена от статия по същата тема, а корицата на априлския брой на списание Science също е посветена на двамата астронавти.

Във време, когато човечеството обмисля по-дълги космически мисии, резултатите от изследването на НАСА са ценни инструменти за по-добро разбиране на това как човешкото тяло се влияе от дългосрочния живот в космоса.

Методология на обучението

Скот и Марк Кели са еднояйчни близнаци - генетично идентични - и двамата астронавти на НАСА. По време на проучването двамата бяха на 50 години.

Досега Скот е прекарал 180 дни в космоса. Преди да бъде избран за „Едногодишна мисия“, той беше на терен от четири години. Брат му Марк е прекарал общо 54 дни в космоса и, подобно на брат си, не е летял в космоса близо четири години по времето, когато е започнало изследването.

Проучването на НАСА продължи общо 25 месеца. Това включва период преди космическата мисия, годината, която Скот прекарва на борда на SSI и Марк на земята, и значителен период от време, след като Скот се връща на Земята. През цялото това време двамата братя спазваха строги протоколи, участваха във физически и когнитивни тестове и предоставиха проби от биологични материали за сравнително изследване.

Освен всичко друго, през годината, прекарана на борда на космическата станция, Скот Кели събра собствената си кръв за анализ и получи противогрипна ваксина. Учените от НАСА искаха да разберат дали имунният отговор на тялото се променя по време на космически пътувания. На Земята брат му се подложи на същия протокол и същия график от тестове и ваксинации, представлявайки контролната група.

На борда на космическата станция Скот събира и заделя за анализ проби от кръв и плазма, слюнка, кожа и урина и извършва периодични когнитивни и оптометрични тестове. Много от пробите на Скот, събрани в космоса, се съхраняват при -80 ° C и се анализират след завръщането му на Земята. Това е така, защото изпращането на биологични проби на борда на SSI на Земята с помощта на совалки, които периодично доставят космическата станция, включва пътуване от над 45 часа през земната атмосфера при трудни условия, което променя пробите (те са обект на екстремни температурни промени и вибрации). висока честота, което може да доведе до неизбежни промени в биологичния материал).

Епигенетика или „природа срещу околна среда“

Важен аспект на това обширно проучване беше анализът на двамата братя от епигенетична гледна точка. Епигенетиката е клонът на генетиката, който изучава изменението на фенотипните признаци в зависимост от аспектите на околната среда. Изследователите на НАСА искаха да анализират как се променя поведението на гените в космоса и следователно как се влияе върху начина, по който клетките на човешкото тяло кодират тези гени.

Космическото пространство е много различна среда от тази, в която повечето хора живеят на Земята. От излагане на радиация и микрогравитация до време, прекарано изолирано и в много ограничено пространство, по време на космически мисии астронавтите са принудени да се адаптират към живота в съвсем различна среда. За изследователите е важно да се отбележи и анализира как човешкото тяло се променя лесно, за да се адаптира към тази различна среда. Също така е важно да се отбележи колко от промените, настъпили през времето, прекарано в космоса, са постоянни и до каква степен човешкото тяло се „връща към нормалното“, след като се върне на Земята.

Какви са остатъчните ефекти от времето, прекарано в космическото пространство? За да отговорят на този въпрос, изследователите на НАСА искаха биологична информация да бъде събрана в началото на изследването - преди полета - по време на космическата мисия и след нейното приключване, за да анализират промените във физиологията на двамата астронавти с течение на времето.

Какви промени се случват в човешкото тяло в космоса?

Резултатите от изследването, проведено от НАСА, показват, че поне десет физиологични процеси са били повлияни до известна степен по време на космически пътувания. Сред промените, отбелязани от изследователите, са: промени в телесната маса и микробиомен състав, сърдечно-съдови промени, адаптация на очите, когнитивни промени, промени в дължината на теломерите и в транскрипцията на някои гени (епигенетични промени).

Някои от тези отбелязани промени потвърждават резултатите от подобни изследвания, които разглеждат как здравето на астронавтите се влияе от времето, прекарано в космоса. Други бяха нови открития, които ще трябва да бъдат потвърдени от бъдещи проучвания.

Трябва също да се отбележи, че голяма част от настъпилите промени бяха обърнати с връщането на астронавта на земята. Други обаче са били постоянни или са усещали присъствието им след завръщането си на Земята. Нека ги вземем един по един:

Промени в дължината на теломерите

Една от най-интересните промени, отбелязани от изследователите, е промяната на дължината на теломерите на астронавта в космоса. Теломерите са "краищата" на хромозомите, области на повтаряща се ДНК, които защитават целостта на хромозомата. Ако хромозомите са плетени струни, струни, теломерите могат да бъдат визуално представени като дръжките или завързаните краища на струната, които предпазват струната и не позволяват да се развързва. Дължината на теломерите е свързана с действителната възраст на тялото. Това е така, защото при всяко клетъчно делене теломерите се скъсяват. Следователно съкращаването на теломерите е признак на клетъчно и тъканно стареене и може да предразположи към дегенеративни заболявания.

Но изследователите не забелязват съкращаване на дължината на теломерите в космоса, а удължаване на тях. Откритието беше още по-интересно, тъй като след връщането на Скот на земята, повечето от теломерите претърпяха бързо съкращаване (в рамките на по-малко от 48 часа, отбелязват авторите на изследването).

Изследователите предполагат, че физическият стрес, причинен от връщането на астронавта на земята, е довел до бързо съкращаване на теломерите. Успоредно с това изследователите отбелязват увеличаване на възпалителната реакция на тялото - друга реакция на човешкото тяло на стрес и внезапна промяна в околната среда.

Когнитивно представяне

Целостта и изпълнението на когнитивните функции са от съществено значение за астронавтите, тъй като са тясно свързани с изпълнението на космическата мисия. Астронавтите периодично се тестват за когнитивни функции по време на космически мисии. Не е изненадващо, че оценката на когнитивните функции преди, по време и след завършването на „Едногодишната мисия“ беше важна част от изследването на НАСА.

И Скот, и брат му Марк периодично са били тествани с купчина когнитивни тестове. По време на космическата мисия Скот и Марк Кели имаха подобни резултати при тези тестове. Резултатите не показват появата на когнитивен дефицит по време на космическата мисия, напротив. Тестовете показаха увеличаване на скоростта на когнитивния отговор през първите месеци на космическата мисия, както и подобрение в пространствената ориентация и точност на двигателите - всички признаци на положителна адаптация към условията на околната среда.

Вместо това изследователите отбелязват спад в когнитивните показатели, след като Скот Кели се завръща на Земята. Този спад се запазва в някои области на познанието дори шест месеца след края на мисията. Изследователите постановиха, че завръщането на астронавтите на Земята след дълга космическа мисия включва по-интензивни и трудни адаптивни процедури, отколкото се смяташе първоначално.

Удебеляване на стената на сънната артерия

Друга промяна, забелязана от изследователите, е удебеляване на стената на каротидната артерия в случая на Скот, промяна, която не е регистрирана при брат му близнак, който е останал на земята. Учените ще трябва да задълбочат изследванията, за да определят степента, до която космическият полет може да повлияе на сърдечно-съдовото здраве на астронавтите.

Изследователите също така наблюдават определени промени в експресията на гени, свързани с времето, прекарано във враждебна среда, промени в структурата на чревния микробиом и адаптивни сърдечно-съдови промени, свързани с времето, прекарано в микрогравитация. Скот също загуби 7% от телесната си маса по време на космическата мисия, докато брат му на Земята отчете 4% увеличение на телесната маса.

Ваксините действат и в космоса

Интересно е да се отбележи, че имунният отговор на тялото не е променен в космоса - и двамата астронавти са имали подобен имунен отговор на противогрипната ваксина. Това е първият път, когато ваксина се дава на астронавт в космоса и имунният отговор е положителен, отбелязват изследователите.

Значение и ограничения на изследването

Проучването на НАСА се възползва от уникалната възможност да анализира ефекта от времето, прекарано в космоса върху човешката физиология и познание. Резултатите показват, че хората се адаптират изненадващо добре към драстични промени в околната среда.

Физиологичните промени, които Скот претърпя по време на своята почти едногодишна мисия, бяха незначителни, без драстични последици за здравето, както в краткосрочен, така и в дългосрочен план. Също така, повечето промени по време на космическата мисия бяха обърнати след завръщането на Земята. Спадът в когнитивните резултати след връщането на астронавта на земята може да бъде тревожен, но дори и в този случай разликите, макар и статистически забележими, бяха незначителни. Като цяло, на всички нива: физиологично, биологично, молекулярно и когнитивно, Скот се адаптира почти безупречно да живее в съвсем различна и много неприветлива среда - космическото пространство.

Това, което беше уникално при това изследване, беше възможността да имаме перфектна партида наземен контрол, спрямо която изследователите сравниха промените, записани на биологично, физиологично и молекулярно ниво: брат-близнак на астронавта, оставен в космоса.

Намирането на двама астронавти-близнаци е уникална възможност за изучаване на човешката физиология. Засега Скот и Марк Кели са единствените астронавти-близнаци в историята на космическите пътувания. Имаше и други случаи, в които астронавтите, участващи в мисиите, имаха еднояйчни братя близнаци, а това, което досега не беше срещано, беше, че и двамата братя бяха астронавти. Това означава, че и двамата са имали еднаква основна физическа подготовка и двамата са прекарвали различни периоди от време в космоса до началото на изследването.

Това е голямото предимство на това изследване, но и основното му ограничение. Неизбежно е, че проучване, включващо само двама души, колкото и изчерпателно да е, е ограничено. Ще бъдат необходими бъдещи изследвания, за да се проверят и потвърдят резултатите от това проучване на биологичните, физиологичните, генетичните и когнитивните ефекти на космическия полет върху човешката физиология.