"Airspace America", март 1997 МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ЖИВЫ В РОССИИ Что является одним из самых тяжелых испытаний для космонавтов в открытом космосе? Пребывание в течение 150 дней, и даже бренчание на балалайке повышает настроение. Но попытайтесь вставить контактные линзы, когда каждая мышца ощущается как баллон с гелием на отдельной веревке. "Они делают множество ошибок в первые дни", - иронизирует Инесса Козловская, руководитель нейрологической лаборатории Московского Института медико-биологических проблем. "Что учит их замедлять свои действия". Ее заявление могло бы быть применено к тому, что происходит в России и США в то время, как два гиганта освоения космоса учатся маневрировать при скудных бюджетах. Были ошибки, темп замедлился и, словно снежный ком, простейшие задачи в новых условиях превратились в гигантские. "Сейчас не лучшие дни для космических исследований", - замечает Валерий Поляков. который после возвращении из рекордного по длительности пребывания на станции МИР в данный момент внедряет один из смелых проектов Российского Космического Агентства (РКА) в коммерческий сектор. "Каждого интересует, как работа в космосе может улучшить жизнь на Земле." И РКА, и НАСА имеют в итоге меньшие бюджеты, меньшую славу и более приземленные подходы к медико-биологическим наукам - отрезвляющий компромисс между эзотерическими проектами прошлого и новыми коммерческими требованиями. Но предстоит еще понять, были ли реформы достаточно быстры и повсеместны, чтобы обеспечить продолжение научных медико-биологических исследований до 2000 года. Скептики говорят, что дорогостоящие эксперименты в микрогравитации не принесли фундаментальных открытий за последние 10 лет. Медико-биологи за пределами НАСА доказывают, что космические исследования могут проводиться с меньшими расходами и большей отдачей на Земле. Но русские не слушают. И в доказательство у них лучшие из существующих лаборатории на орбите. И они борются за то, чтобы их сохранить. Конверсия поддерживает жизнь Института Когда российский президент Борис Ельцин выбрал 60 ведущих научно-исследовательских центров для специальной поддержки и перекрыл кислород остальным, ИМБП провел сокращение. Он располагает богатейшими данными о том, как человеческий организм реагирует на микрогравитацию. Его исследователи разработали систему жизнеобеспечения, поддерживающую космонавтов в полете сотни дней. Надпись на входе Института гласит: "Храни государственные секреты при телефонном разговоре". Седая женщина на вахте проверяет личность каждого, кто проходит мимо нее на охраняемую территорию. 33-х летний Институт все еще держится на славе времен холодной войны, хотя его бюджет сократился. Анатолий Григорьев, обаятельный директор Института, говорит, что он сводит концы с концами суммой в 30 миллиардов рублей или 6 млн. долларов в год. Козловская, чьи работы хорошо известны на Западе, содержит свою лабораторно на чистом энтузиазме. Она зарабатывает немногим больше 1 млн. рублей (или 200 долларов в месяц), а ее помощники примерно 70 долларов в месяц, что ниже минимальной зарплаты в России. Направленность Института остается той же, что и была - медицинская поддержка космонавтов и фундаментальные медико-биологические исследования, но с новым поворотом: "Конверсия", - говорит Поляков. Концепция западная и такой же подход - наклеить лицо популярной личности на продукт и надеяться продать его. "Мы возложили ответственность на Полякова", - говорит Григорьев, хлопая его по загорелому плечу. "Валерий все это испытал, теперь его опыт готов принести плоды." Это значит, что дизайнерские очки ( которые помогают стареющим космонавтам читать маркировки) теперь продаются для атлетов и других высоко подвижных людей с пресбиопсией. Телемедицинская технология, палатки первой помощи для альпинистов и лечение болезней движения - тоже часть кампании по получению денег. Продажа таких разработок может принести исследовательскому центру необходимые ему деньги, а также улучшила бы его имидж, но вопрос в том, есть ли такие компании, которые идут на это. "Мак-Доннел Дуглас, Боинг, Локхид",- отвечает Марк Белаковский, коммерческий директор. А что они покупают? "Это коммерческая тайна" - скромно отвечает он. (Коммерческие тайны заменили военные, ерунда да и только). Новая экономическая действительность законсервировала излюбленные проекты Института, такие, как глубокая заморозка космонавтов для годичного путешествия. Марс, говорит Григорьев, все еще планируется. Но основные усилия направлены на оценку и предотвращение опасностей, которым экипаж подвержен в течение длительного полета, включая радиационное облучение, атрофию мышц, потерю кальция, камни в почках, ослабление иммунной системы и сердечные аритмии. Совместные российско-американские разработки В Конгрессе медико-биологи предотвратили урезки бюджета, доказывая, что исследования, проведенные в уникальных условиях микрогравитации смогут однажды привести к лечению остеопороза, болезни движения и других заболеваний. Улучшение жизни на Земле является причиной начала совместного российско-американского проекта типа Бион и космической станции. Русские быстро освоили эти доводы, но они не проходят с защитниками животных, пикетировавших американское посольство этим летом. Они протестовали против использования резус-макак на непилотируемом Бионе-11, который являлся частью контракта между РКА и НАСА на 50,8 млн. долларов. Запуск Биона-11, планируемый осенью 1996 года, произошел, наконец, 24 декабря, поставив под вопрос последующие запуски, запланированные на 1998 год. "Возникли все возможные проблемы," - говорит Ларри Чэмберс, менеджер программы Бион в главном управлении НАСА. Он отмечает, что российский экономический кризис, перестановка в военных кругах и два отказа ракетоносителей прошлым летом внесли вклад в замедление. Он оптимистично добавляет: " Но с тех пор было два удачных запуска". (Одна из обезьян, вернувшихся на Землю после Биона, умерла 8 января после операции, пройдя все послеполетные тесты, проведенные в ИМБП. Причина смерти была неизвестна. когда мы обратились к прессе. Смерть будет расследоваться отдельно и РКА, и НАСА.) Согласно Чэмберсу планируется проведение ряда экспериментов на космической станции во время девяти совместных полетов. Он замечает, что эксперименты для Шаттла - МИРа "постоянно изменяются". Медико-биологические эксперименты подразделяются по основным категориям: метаболизм, сердечно-сосудистые, нейросенсорные, скелетно-мышечные, работоспособность, гигиена, санитария, радиация, медицинские операции жизнеобеспечение и клиническая медицина. Медико-биологические эксперименты конкурируют за космос с экспериментами в области наук о Земле, фундаментальной биологией и передовой технологией. Виктор Шнайдер, специалист по программе космической биологии и профилактики в Отделе медико-биологических наук и проектов в НАСА, заявляет о цели исследований медико-биологических наук просто: "Мы должны понять, какие биомедицинские изменения происходят в организмах, работающих и живущих в космосе длительное время. Для астронавтов Шаттла нам надо знать профессиональные трудности, связанные со множественными полетами. Россия и США сотрудничают в медико-биологических исследованиях с 1970 года. Осведомленность была ограждена, но доступна, говорит Джоан Верникос, руководитель отдела медико-биологических наук НАСА. "Потом у них кончились деньги. С тех пор мы их поддерживаем." Григорьев хвалится, что Институт имеет 52 контракта, проходящих через РКА из НАСА. Он смеется: "НАСА заключило выгодную сделку". На вопрос, как велик вклад Агентства в выживание института, он развел руками. Русские переживают тяжелые времена, веря, что из западные партнеры тоже на мели. В марте 1996 года администрация Клинтона объявила о планах уменьшить бюджет НАСА до 2000 финансового года на 3,3 миллиарда долларов. Это в добавок к 5-миллиардному уменьшению, имеющему место в прошлом году. В апреле НАСА объявило. что оно на половину сокращает руководящий персонал. В октябре 1997 года останется 650-700 мест, одна треть от штата 1993 года. Бюджет НАСА для наземных исследований медико-биологических наук составил 50 млн. долларов в 199б году и такое же количество в предыдущем, говорит Шнайдер. Политическое давление и ограничение ресурсов на родине поставили под вопрос необходимость сотрудничества с русскими. "Мы делали это 30 лет. НАСА начало в 1990 году," - замечает Роман Баевский заместитель начальника лаборатории, отвечающей за оценку сердечно-сосудистой деятельности космонавтов. "У нас больший опыт в оценке данных, а у них есть технология. Мы задаем те же вопросы. Разница в деталях - например, мы всегда акцентировали внимание на сердечных ритмах, а НАСА - на пульсе," - говорит Баевский. "Мы пришли к заключению, что нам необходима совместная работа". Другой вопрос, приведут ли эти добрые намерении к совместным исследованиям. Тяжелые времена сделали русских и НАСА "более готовыми к сотрудничеству, но менее годными для этого", - говорит Шнайдер. "Данные, опубликованные сегодня, могут быть устаревшими, но они ценны. Это начало. Столько надо собрать", - добавляет он, -"много информации было заперто во времена холодной войны." Атрофия мышц и атаксия Бюджет не единственная вещь, атрофированная в космических исследованиях. Также проблематичны потеря мышечной силы и координации, наблюдаемые у членов экипажей длительных полетов. Это один из ряда вопросов, на который российские и американские ученые пытаются ответить. "Здесь внизу ты знаешь, где твоя рука" - замечает Шнайдер, -"но в космосе не всегда так же." Козловская вспоминает рассказ одного из напуганных космонавтов, который проснулся в середине ночи и увидел свет, танцующий у него перед глазами. Позже он понял, что видел свои наручные часы. Члены экипажа не только с трудом определяют направление движения своих конечностей, для них хлопотно и измерить свою силу. "Предварительные опыты показали, что на Земле мы получаем удовольствие от сознания своей силы," - говорит Шнайдер Козловская дополняет: "Когда космонавтов просят выполнить задачу с силой в 30 и 70% от максимальной на Земле с закрытыми глазами, ошибка обычно составляет плюс или минус 5%. В космосе, с закрытыми глазами, она составляет 100%." К счастью, большинство задач, требующих точного расчета силы, таких, как стыковка, решаются с открытыми глазами. Но даже тогда, говорит она, точность резко снижается, если космонавт не привязан к креслу. "Они не могут научиться, даже после 30-40 попыток". Подводя итог, Шнайдер объясняет: "Может быть космонавт действует со слишком большой силой, рискуя оборудованием и собой ... или может быть. он смог бы решить задачу быстрее, действуя с большей силой". Оптимизация производительности и минимизация износа механизмов существенны, если космонавты собираются проводить комплексные эксперименты в невесомости во время длительных экспедиций. В лучшие времена для медико-биологических исследований в 1970-х и начале 80-х, Институт проводил серии экспериментов по гипокинезии, пред- и послеполетные исследования и исследования в иммерсии. Ученые все время получали те же результаты: недостаток движения приводит к ослаблению мышц. "Все знали, когда я начинала 20 лет назад, что пребывание в космосе ведет к атрофии мышц. Но не было. количественных данных по динамике этого процесса" - вспоминает Козловская. Во время первых пяти дней 14-месячного полета у Полякова была зарегистрирована 40%-ная потеря силы и выносливости, даже несмотря на то, что он выполнял упражнения для рук и ног. "Это результат не только атрофии," - говорит Козловская. Русские обратились к нейрофизиологическим факторам. Здесь, замечает она, сыграли большую роль иммерсные исследования. "Они показали очень специфические изменения в постуральных мышцах-экстензорах и задней части шеи в первые же шесть часов". За шесть часов при иммерсии космонавтов в бассейне мышечный тонус снижался на 50%."Это было абсолютно новое явление," - добавляет она. Русские предположили, что указанные изменения связаны каким-то образом с отсутствием опорного стимула, а не с недостатком использования мышц. Козловская споткнулась о природный механизм включения и выключения постуральных мышц, которые насчитывают 30% мышечной массы. "Стало ясно, почему наши упражнения особо не помогали в этих условиях," -добавляет она. Российская профилактическая программа в течение 1980-х постепенно изменялась. Ученые начали проверять новые упражнения на терапевтических пациентах и слаломистах-олимпийцах Норман Тагард был первым американским астронавтом, испытавшим русские упражнения на станции МИР. После возвращения на Землю через 115 дней он сразу встал на ноги, небольшая победа Козловской, которая пыталась убедить своих коллег, что состояние мышц определяется сигналами, а не костями. Сломанные кости и камни в почках Еще одной тайной микрогравитации являются потери скелета. У российских медико-биологов есть предварительные данные, которые показывают, что космонавты, ведущие длинный счет дням в космосе, подвергаются большему риску переломов костей, остеопороза и почечных камней в будущем. Виктор Оганов, руководитель отдела космической физиологии Института, говорит, что опасность увеличивается во время входа в плотные слои атмосферы, когда силы гравитации увеличиваются в 6-8 раз. Это давление сохраняется только несколько секунд, но оказывает огромное влияние на скелет. Существенными вопросами для врачей, исследующих возможность жизни в космосе, являются, почему кости теряю свою прочность в космосе и как это можно приостановить. Оганов, в унисон своим партнерам из НАСА, добавляет что ответы помогли бы миллионам людей избавиться от костных болезней на Земле. Скелетная структура придает опору и защиту уязвимым органам. Исключительно прочные и к тому же эластичные кости играют также ключевую роль в регуляции водно-солевого соотношения в крови. Костная ткань перестраивается со среднегодовой скоростью 8%,, жизненные процессы в костях не должны отставать от общих требований, диктуемых физическими нагрузками или, в некоторых случаях, космическими полетами. Хотя упражнения укрепляют кости, микрогравитация ведет к их ухудшению. Последние российские данные показывают, что масса таза и нижней части позвоночника уменьшается на 1% в месяц пребывания в космосе. Это в 10 раз быстрее, чем потеря на Земле во время нормального процесса старения, говорит Шнайдер. Для людей, живущих на Земле, наибольшая прочность костей приходится на 25 лет. Хотя скорость потери колеблется для разных костей, она составляет в среднем 0,07% в год для мужчин и 1% для женщин, особенно после 45 лет. Данные предварительные, осторожно замечает Шнайдер. Измерения костных потерь у 20 мужчин-космонавтов во время полетов протяженностью в среднем 150-200 дней выявили большую вариантность. "За 175 дней полета один космонавт не потерял ничего, один прибавил 2%, другой потерял целых 13% ", - говорит Оганов. "В этом не было бы ничего страшного, если бы мы не собирались вернуть этих людей на Землю". В 1960-х советские и американские ученые измеряли минеральную прочность в пяточных костях членов этажа Джемини и Союза-18. При этом была обнаружена потеря в 1% ежедневно. При такой скорости астронавты потеряли бы свои кости за 3 месяца. Усовершенствованная техника для измерения потерь кальция опровергла представление о превращении космонавтов в космических амфибий. Но вопрос, что же вызывает вредную потерю кальция, все же остается. Другой интересный факт: Хотя костная масса астронавтов в космосе снижается, количество губчатых костей иногда увеличивается. "Эта тенденция просматривается среди одной трети космонавтов-мужчин," - говорит Оганов. Пока только мужчины использовались в костных опытах. "То, что происходит в полете, нормально," - подчеркивает 60-летний врач. Процесс эволюции человека в течение 1000000 лет произошел благодаря гравитации." Уберите гравитацию, добавляет он, и человек начнет освобождаться от сложного строения скелета, необходимого для вертикального положении, меняя его на лучший, подходящий для плавания в воде или, в данном случае, в открытом космосе. В начале 1970-х совместная российско-американская исследовательская группа провела эксперимент на белых крысах на борту космоса для определения скорости потери кальция костями. При нормальных условиях гравитации новообразование костей и резорпция кальция (разрушение старой костной ткани) сбалансированы. Но в космосе ученые обнаружили, что, когда нагрузка на скелет крыс уменьшается, рост костей также замедляется. Резорпция, однако, остается прежней. "Мы предполагаем, что то же происходит у людей," - замечает Оганов. "Природа - очень разумна," - добавляет он. Если нет необходимости в прочности костей, как в условиях невесомости или акинезии, организм прекращает образование новых костей и позволяет процессу резорпции устранить избыток. Потеря кальция означает ломкие кости, это означает также больший риск появления камней в почках. Обычно человек имеет 10-11 мг кальция в 100 мл крови. "'Но при микрогравитации происходит перераспределение жидкой массы, а также изменение в регуляции электролитов в моче," - объясняет Оганов. "В результате космонавты при выходе на орбиту немедленно теряют 2-3 л мочи, т.к. это лишняя жидкость. Остатки очень концентрированы", -говорит Оганов. "Вдобавок кальций из пищи не идет в кости, т.к. он не нужен для формирования тканей". Весь этот избыток кальция проходит через почки, что увеличивает риск образования камней. "Мы чаще обнаруживаем камни в почках у космонавтов, нежели у обычных людей", - объясняет Оганов. "Но по-настоящему нас заботит риск приобретения космонавтами в будущем остеопороза". За последние несколько лет русские, чтобы предотвратить потерю кальция, разработали профилактические меры, особенно рутинные упражнения. Скорость потери, замечает Оганов, зависит от многих факторов - анатомии, наследственности, тренированности, количества кальция в пище, от того, как много человек курит или пьет алкогольных напитков или кофе. До сих пор единственной защитой была тренировка, а не медицина, говорит Оганов. Но русские работают над тестом, позволяющим разделить людей на тех, кто быстро теряет кальций и тех, кто медленно". Он говорит: "Мы хотим сравнить кожу и кости, чтобы понять, имеют ли они одинаковые генетические характеристики. Если так, то в будущем все, что нам надо будет сделать, это взять образец кожи, и мы узнаем, годны ли кости человека для полета." Радиационное облучение Одним из наиболее важных факторов,, угрожающих жизни человека, является радиация. С этим согласны и российские, и американские ученые. Владимир Петров возглавляет программу Института по оценке опасности облучения. Темноволосый и строгий, он, похоже, готов к схватке большей, чем его сражения с вредным подходом бывшего Советского Союза к радиационной опасности. "Радиация в космосе очень отличается от радиации на Земле," - говорит он. Существуют три источника: радиационный пояс, Солнце и галактические лучи, которые постоянно бомбардируют космические корабли. Радиационные лучи очень сильны и ведут себя по-разному. Они могут пройти не только через стены корабля, но также через космический скафандр и человеческое тело. "Раньше мы были либеральнее; (допустимые) дозы были выше". Но затем исследователи стали находить опухоли у лабораторных животных, говорит Петров. А у космонавтов? "Я не могу ответить на этот вопрос. Он противоречит медицинской этике", - отвечает он. "Но стало ясно," - добавляет он, "что абсолютно необходимо снизить нормы". Хотя радиационные и нейрологические исследования не ведут к улучшению жизни на Земле, российские и американские ученые доказывают необходимость этой работы, если мы собираемся послать людей на Марс. "Мы знаем теперь, на какие вопросы надо найти ответы, чтобы сделать возможным полет на Марс," - говорит Григорьев, опровергая слухи о том, что проект заморожен. "Я полетел бы прямо сейчас," - заявил Поляков после перекура на выставке в Санкт-Петербурге в прошлом июне, где 60 российских научных центров выставляли свою новую продукцию. "Я бы тебе не разрешил, пока мы не узнаем обо всех возможных опасностях," - возмутился Григорьев. Их перепалка напоминала обычную комедию, но никто не смеялся. С разбившимся о камни финансированием американских медико-биологов, надеяться остается на русских. Выйдет ли у них что-нибудь, остается посмотреть.