Гибернация, криосон, анабиоз: как и зачем погружать астронавтов в спячку
По расчетам NASA, погружение космонавтов в спячку позволит уменьшить объем шаттла в 6 раз, а вес – на 52–68%. Разбираемся, как ученые пытаются ввести людей в гибернацию с помощью инертных газов и стимуляции зон мозга.
Гибернацию, криосон и анабиоз часто считают синонимами: во всех трех случаях физиологические процессы замедляются или полностью останавливаются. Различие состоит в том, как организм погружается в то или иное состояние и как выходит из него.
Криосон – охлаждение организма до экстремально низких температур с помощью жидкого азота. Чтобы кровь при этом не кристаллизовалась и не разрушила сосуды, ее заменяют на незамерзающие растворы. Сейчас таким способом хранят стволовые клетки и донорскую кровь. Живые организмы не подвергают криоконсервации, так как после нее не восстанавливаются физиологические процессы.
Некоторые организмы впадают в анабиоз – состояние, при котором процессы жизнедеятельности полностью останавливаются. Например, так делают бактерии и грибы, чтобы выжить при экстремально низких температурах. Млекопитающие не впадают в анабиоз – у них жизненные процессы замедляются, но не останавливаются.
Гибернация, или гипобиоз, – состояние замедления физиологических процессов, когда снижаются температура тела, частота дыхания и сердцебиения, активность метаболизма. Это происходит с животными, впадающими в сезонную спячку, например, медведями, сурками, летучими мышами. После пробуждения функции их организма восстанавливаются. Для полетов в космосе ученые пытаются погрузить человека именно в гибернацию.
Зачем космонавтам спать в полете
В гибернации космонавтам не потребуется питание в привычном виде – необходимые организму вещества будут поставляться через систему жизнеобеспечения. За счет сокращения запасов пищи и воды на борту вес шаттла уменьшится, и для полета понадобится меньше топлива.
Космические корабли станут компактнее, так как астронавты будут лежать в капсулах сна, не передвигаясь по салону. Агентство NASA рассчитало, что для экипажа из 4–6 человек объем жилого модуля сократится в шесть раз, а суммарная масса снаряжения, продуктов питания и личных вещей – на 52–68%.
В состоянии гибернации организм лучше защищен от радиации, чем при бодрствовании. Это выяснили ученые из Болонского университета: они искусственно ввели крыс в спячку и подвергли их рентгеновскому излучению. Анализ тканей органов показал, что для животных в гибернации радиация была менее опасной по сравнению с крысами, которых облучали в состоянии активности.
Гибернация будет полезна и для сохранения психического здоровья экипажа.
Как ученые пытаются вызвать искусственную гибернацию
«Технологии искусственного гипобиоза» – совместный проект Фонда перспективных исследований и Института биофизики клетки РАН. Целью исследований было создать препарат, который погружал бы человека в искусственную спячку.
Проект завершился в 2018 году: ученые разработали сложную фармацевтическую композицию, включающую также инертный газ ксенон. Препарат тестировали на кроликах и крысах, у которых после укола на 7°C понижалась температура и на 70% замедлялся метаболизм. Через 10–15 часов животные возвращались к нормальному состоянию.
После того как препарат пройдет доклинические испытания на токсичность, начнется разработка технологии для людей.
В спячке температура тела животных снижается, поэтому возможно, что так же получится вызвать гибернацию у человека. Краткосрочную искусственную гипотермию (снижение температуры) уже сейчас применяют в медицине, например, во время реанимации при остановке сердца.
Через катетер в вену вводят охлаждающий раствор, который циркулирует в организме и замедляет метаболизм. Это позволяет отложить наступление необратимых повреждений мозга, вызванных нехваткой кислорода. У врачей появляется больше времени на реанимацию. Главная проблема при гипотермии – купировать нарушение функций различных органов, вызванное избыточным переохлаждением.
Технические аспекты
Ученые из университета в Мюнхене, Европейское космическое агентство (ESA) и аэрокосмическая инженерная компания SpaceWorks независимо друг от друга представили проекты того, как будет выглядеть полет в космос, если погрузить космонавтов в гибернацию. В концептах описывается устройство капсулы для сна, системы жизнеобеспечения и другие технические аспекты.
Капсула для сна. Ученые из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана предлагают разработать специальные контейнеры, в которых космонавты будут находиться во время гибернации. В капсулах с мягкой оболочкой будут поддерживаться оптимальные условия для спячки: приглушенное освещение, температура ниже 10°C, высокая влажность. Для контроля за состоянием здоровья каждого космонавта понадобятся датчики. Аналогичный проект с одиночными капсулами разработало Европейское космическое агентство.
Концепт капсул для гибернации от Европейского космического агентства. SpaceWorks предлагает другой подход: вместо одиночных капсул поместить членов экипажа в общую цилиндрическую камеру. Она должна будет вращаться, создавая искусственную гравитацию для поддержания тонуса опорно-двигательного аппарата и сосудов.
Система жизнеобеспечения. SpaceWorks предлагает разработать систему капельниц, которая будет поставлять астронавтам питательные вещества внутривенно. Европейское космическое агентство, наоборот, считает, что в гибернации люди смогут выживать, как животные, впадающие в естественную спячку, – получать углеводы и белки из накопленной жировой ткани.
Согласно всем трем концептам, каждый космонавт будет проводить в гибернации не больше определенного промежутка времени за один раз. Пробуждения понадобятся главным образом для того, чтобы проверить здоровье и по необходимости подлечиться. Во время бодрствования члены экипажа также смогут разнообразить питание, при наличии связи пообщаться с близкими.
Возможно, космонавты будут просыпаться по очереди, чтобы всегда бодрствовали 1–2 человека. Они наблюдали бы за состоянием остальных, проверяли точность маршрута и состояние корабля, вели отчеты и связывались с Землей. Но допускается, что эту роль сможет выполнять искусственный интеллект.
При этом некоторые ученые считают, что погрузить человека в состояние, похожее на спячку, получится только на короткое время – например, для операции. Нейробиолог Крейг Хеллер из Стэнфордского университета утверждает, что длительная гибернация космонавтов невозможна. Во время полета астронавты активно занимаются спортом, но их мышцы все равно теряют массу – по словам ученого, несколько месяцев во сне без движения просто разрушат организм.
trends.rbc.ru
Вверх▲
Отзывы читателей (0)
Написать отзыв▼
Архив рубрики / Другие статьи этого номера 11 (1430) от 15 марта 2022 года
Куряне жалуются на двойное списание средств при оплате проезда картой