AEROSPACE JOURNAL, MAY-JUNE '97

Обезьяны в космосе ошибок почти не делают

7 января 1997 года завершился полет биологического спутника по программе "Бион-11". В проекте вместе с российскими учеными принимали участие специалисты НАСА, научных центров США, Франции, Украины и Литвы. В течение 14 суток в космосе находились семена и проростки высших растений, инфузории-туфельки, жуки-чернотелки, мухи-дрозофилы, тритоны (амфибии), моллюски, а также две обезьяны макаки-резус. По заключению специалистов, все эксперименты прошли успешно. Био-объекты вернулись на Землю, и сегодня ученые ведут обработку полученной информации. К руководителю научной программы с российской стороны, заведующей отделом нейрофизиологии и разработки средств профилактики Государственного научного центра - Института медико-биологических проблем (ИМБП) профессору Инесе Козловской обратилась с вопросами редактор "Аэроспейс джорнэл" Екатерина Белоглазова.

- Зачем нужны эксперименты с биологическими объектами, если уж много лет на орбите в интересах науки, в том числе и медицинской, работают космонавты?

- Медицина существует много веков, и всегда исследования, предваряющие работу с человеком, проводились на животных. Не зря во многих странах, в частности и в России, им поставлены памятники. Космическая медицинская наука сделала колоссальный скачок за очень короткий промежуток времени. Но прежде, чем свой первый полет совершил человек, в околоземном пространстве побывали биологические объекты. Сегодня работа космонавтов в космосе стала обычным делом, человечество не только мечтает о межпланетных экспедициях, в том числе на Марс, но и готовится к ним. Однако ученым еще не до конца ясно, что происходит с живым организмом в невесомости, какие его системы страдают, как уберечь, защитить человека от неблагоприятных или опасных факторов. И хотя космонавты постоянно участвуют в медицинских экспериментах, эти исследования носят в основном поисковый характер. У космонавта множество других задач, он может заниматься медициной лишь в ограниченное запланированное (или свободное) время. Но как набрать необходимый статистический материал, без которого нет науки, как ответить на тысячи вопросов, определить, какие гипотезы верны, а какие ошибочны'? Если мы хотим сохранить людей, мы вновь должны обратиться к животным.

- В чем особенность работы с живыми организмами и почему вы использовали именно обезьян?

- Космос – совершенно новая, чуждая среда. Когда начинались космические полеты, никто не знал, размножаются ли клетки в невесомости, не пострадает ли в новых условиях генетический материал, возможны ли рост и развитие организма, как будут вести себя скелет и мышцы, которые в течение многих веков развивались под влиянием гравитации. Чтобы ответить на эти вопросы, важные для понимания возможностей безопасного пребывания человека в космосе, проводились сотни экспериментов с клетками, мухами-дрозофилами, крысами и собаками.

Сегодня накоплен большой опыт длительных космических полетов, и пришло время более углубленно заняться специфическими, но не менее важными задачами: выяснить, как работают в невесомости сердечно-сосудистая, двигательная, центральная нервная системы? Как влияет микрогравитация на работоспособность космонавта? Для этого пришлось перейти к обезьянам - близким родственникам человека. У них организация этих систем сходна с человеческой, что очень важно для данных исследований. Приматы проводят в вертикальном положении большую часть жизни и даже спят сидя. Эксперименты с ними предоставили ученым уникальный материал. Приведу несколько примеров. До настоящего времени одной из важных проблем в космических полетах остается болезнь движения, или укачивание. Природа ее неясна. Кое-какие сведения, в основном поведенческого, описательного характера, были получены в многочисленных космических экспериментах с участием космонавтов. Стало очевидно, что в основе явления лежит нарушение взаимодействия анализаторных систем, и в первую очередь вестибулярной и зрительной. Но лишь опыты на обезьянах и информация, которая получена от датчиков, вживленных в структуры вестибулярного аппарата животных, позволили подойти вплотную к пониманию основ этого важного феномена. Оказалось, что в невесомости на первых этапах происходит одномоментное повышение вестибулярной чувствительности. А это значит, что любой сигнал о движении человека или его головы искажается, увеличиваясь в полтора, а то и в два раза. При этом утрачивается согласованность движений головы и глаз, обеспечивающая способность человека стабилизировать взгляд во время движения. Постепенно центральная нервная система приспосабливается к новым условиям, и процесс нормализуется. Результаты исследований вкупе с информацией, полученной американцами об активности вестибулярных рецепторов, позволили составить цельную картину происходящего на разных этапах полета. Подчеркну, что аналогичные исследования на Земле провести невозможно.

Наиболее глубоко страдающими функциями у человека после возвращения на Землю являются поза и ходьба. Причем изменения наблюдаются не только после длительного, но и после совсем короткого пребывания в невесомости. Как это может быть? Ведь человек всю свою жизнь учится стоять и ходить по земле и вдруг, после нескольких суток полета, не в состоянии выйти из корабля самостоятельно. Этот вопрос также был предметом исследования в экспериментах с приматами.

В мышцы и сухожилия макак вживлены датчики, позволяющие регистрировать их движения и работу отдельных мышц. Было показано, что у обезьян за 14 суток в невесомости почти полностью тормозится активность мышечных волокон, участвующих в организации позы. Очевидно, что на человеке таких данных получить нельзя. Вместе с тем, эта информация бесценна для разработки профилактических мер в длительных пилотируемых полетах.

Кстати, приматы – традиционные объекты у американских биологов, они редко используют в опытах кошек и собак. Это объясняется рядом обстоятельств, в том числе и климатическими условиями.

- А в космосе их обезьяны бывали?

- В 1969 году американцы запустили свой первый биологический спутник с обезьяной Бони. Была разработана очень интересная поведенческая и нейрофизиологическая программа. Но, к сожалению, на пятые сутки полета приборы зарегистрировали у Бони резкое падение температуры. Животное вернули на Землю, но спасти не смогли.

Анализ этого неудачного опыта позволил нашим специалистам в дальнейшем избежать многих ошибок. Во-первых, вместо неместрины, каковым был Бони, мы взяли макаку-резус, как самый активный и агрессивный вид приматов. Работать с ней сложнее, но эта порода более эмоциональна и чрезвычайно активно реагирует на изменения внешних условий.

Во-вторых, мы поняли, что одну обезьяну отправлять в космос нельзя, так как в данном случае резко снижается ее активность, и это сказывается не только на настроении, но и на деятельности защитных систем организма. Большая научная работа по отбору и подготовке наших обезьян проходила в Институте приматологии в Адлере. Опыты по изоляции (кстати, аналогичные эксперименты проводились с космонавтами) подтвердили, что в одиночестве обезьяна, несмотря на регулярное питание, все время находится в состоянии стресса, хотя ей никто не мешает и не угрожает, Но как только их сажают вдвоем, все проблемы исчезают: восстанавливается нормальная частота пульса, животные успокаиваются и занимаются друг другом. Поэтому мы всегда отправляем в полет двух макак. Каждая сидит в своей капсуле, но боковые стенки из плексигласа позволяют им видеть и слышать друг друга, что вполне достаточно. Обычно макаки остро реагируют на фиксацию, резко сопротивляются, при этом в кровь выбрасывается много адреналина. Однако стресс можно значительно уменьшить, если животное постепенно приучать к фиксации. На протяжении всего полета оно имеет довольно большую свободу движений за исключением динамических участков – взлета и посадки, когда срабатывает пристяжная система. Обезьяны к ней привыкли и ведут себя спокойно.

Причиной смерти Бони явились множественные тромбы в легких, связанные с тем, что для исследования сердечно-сосудистой системы американские ученые вживили животному большое количество открытых катетеров. Мы с самого начала отказались от этой методики и предложили специалистам использовать новые технологии без введения катетеров в сосуды, например датчики, накладываемые на сосуды, воспринимают давление, но не создают опасности тромбоза.

- Американцы учли свои ошибки?

- В 1969 году Конгресс принял решение прекратить работы с обезьянами в космосе. Полет Бони был их первым и последним опытом провождения экспериментов на биоспугниках.

- Значит, российская методология уникальна?

- Да, она единственная. После закрытия в США этого направления работ, мы стали его продолжателями. Очень много сделал для разработки отечественной программы биологических исследований в космосе Олег Газенко- один из основоположников космической биологии и медицины. В 1970 году началась подготовка нашего первого биоспутника. Но в отличие от американцев, которые сосредоточили исследования на обезьянах, в России сразу же построили "Ноев ковчег", на котором решалось одновременно множество задач и использовались разные объекты.

Исследования на животных, проводимые на биоспутниках, тесно связаны с пилотируемыми программами. У нас специалисты, работающие с космонавтами, ведут исследования и на животных. Очевидно, им хорошо известны проблемы космической медицины и ее болевые точки. Отечественная методология исходит из того, что отдельные, даже очень интересные и значительные факты должны дополнять друг друга, составлять целое, входить в систему. Наши программы отличаются системностью.

Российская наука для решения поставленных задач использует всевозможные пути: полетные исследования, опыты с животными и модельные эксперименты, когда на Земле, в лабораторных условиях, воспроизводятся некоторые факторы космического полета и исследуется их влияние на организм в целом или на отдельную систему.

- Сколько времени занимает подготовка животных к полету?

- Обучение обезьян, так же как и космонавтов, длится примерно два года. Около 40 маленьких абсолютно здоровых обезьянок в возрасте полутора лет отобраны в Институте приматологии в январе-феврале 1995 года. У них удалось выработать рефлексы по программе инструментальной деятельности - ручной и ножной, они прошли полный цикл операционной подготовки - в мозг, мышцы и сухожилия обезьян вживили электроды, поставили датчики. Все этапы проходили под жестким контролем специалистов-ветеринаров ИМБП и американских - участников проекта "Бион". Животные были прекрасно подготовлены к длительному пребыванию в невесомости в полетных капсулах, умели принимать пищу и пить сок через мундштуки.

- Сколько обезьян побывало в космосе?

- По программе "Бион" - 12 макак.

- Почему не посылают в космос уже летавших обезьян?

- Они очень быстро вырастают и в период возмужания удваивают и даже утраивают свой вес

- Куда вы деваете тех макак, которые выросли или отработали свою программу?

- Обычно отправляем обратно в питомник, где с ними продолжают научную работу. Лишь однажды нашу обезьяну – Кроша – мы отдали в зоопарк, но ничего хорошего из этого не вышло. За время подготовки макаки теряют навыки жизни в стае и привязываются к людям. В течение полутора лет их приучают адаптироваться к изоляции, к фиксации, отвечать на сигналы, решать задачи. И вот в зоопарке, где много других пород приматов, появился такой умница и попытался сформировать свое стадо и поставить его под свой контроль. Если обезьяны ему не подчинялись, он их кусал. В конце концов стадо его признало, но возникли проблемы со служителями зоопарка: Крош был агрессивен, не выполнял приказаний и доставлял им множество хлопот. Тогда его отдали в живой уголок. И что интересно, с ребятами он дружит. Наверное, потому, что там другой уровень требований к животным.

- Еще один вопрос - о компьютерах. Правда ли, что обезьяны быстрее осваивают компьютерные игры, чем человек?

- Компьютерные программы – одна из разновидностей инструментальной деятельности. А так как скорость реакции у макак очень высока от природы, то простейшие задачи они вполне могут освоить. В наших экспериментах используются семь программ, различных по сложности и смыслу. В простейшей из них при помощи джойстика и связанного с ним креста на экране обезьяна накрывает движущуюся мишень. Она выполняет операцию необыкновенно быстро и ошибок почти не делает. Кстати, дети тоже справляются с аналогичными задачами быстрее взрослых. В другой задаче макака должна накрыть мишенью наибольшую из цифр от нуля до семи. Какую цифру обезьяна накроет, такое количество лакомства она получит. Обезьяна прекрасно считает и быстро накрывает семерку, которая исчезает с экрана, и теперь ей нужно накрыть шестерку. Ошибки бывают очень редко, а когда на экране остается только ноль, макака и пальцем не пошевелит, поскольку знает, что ничего за это не получит. В других случаях нужно накрыть световым сигналом, имеющим форму овала, прямоугольника, круга и т.д., аналогичную мишень. Есть игра, в которой за ограниченное время предлагается расставить объекты по размерам. Из меню макака самостоятельно выбирает себе ту программу, которой хочет заниматься.

В мышцы животного вживлены датчики, регистрирующие движения глаз, нейронов центральной системы управления и другие параметры. Полученный материал позволяет представить кинематический и механический процессы движения, понять, как обезьяна различает мишени, с какой скоростью принимает решение или отрабатывает задачу. Специалисты наблюдают за деятельностью конечностей и координацией движений животного, оценивают, изменились ли они по сравнению с земными.

В следующем полете мы непременно поставим обезьянам компьютеры – у них очень активный ум, и им обязательно нужно чем-нибудь заниматься.

- Какие перспективы у данной биологической программы и есть ли шансы у обезьяны Лапика оказаться в космосе еще раз?

- В соответствии с договоренностью между РКА и НАСА в 1998 году должен состояться полет "Биона-12", где также планируется проведение исследований на двух обезьянах с идентичной программой. Мало вероятно, что одна из макак будет Лапик – он к тому времени вырастет. Однако идея повторного запуска обезьяны довольно интересна. Тогда можно было бы ответить на многие вопросы о закономерностях адаптации в космических полетах.

- Задолго до полета "Биона-11" на Западе была поднята кампания против проведения исследований в космосе на животных. Имеются ли для этого веские аргументы?

- Действительно, нам пришлось преодолеть сопротивление различных организаций по защите животных. К сожалению, в своей борьбе они пользовались не всегда корректными методами, публиковали заведомо ложную информацию.

Независимые эксперты из российских и зарубежных комиссий по биомедицинской этике, в том числе из НАСА, проверяли нашу работу во время подготовки к полету, определяя, соответствуют ли условия содержания обезьян в наших вивариях международным стандартам, не нарушаются ли требования по гуманному обращению с животными. Все комиссии высоко оценили нашу работу. Даже Конгресс США после рассмотрения всех материалов одобрил проведение исследований. Также внимательно отнеслись к проблеме и в нашей стране. Президент РФ Борис Ельцин получил множество писем от зарубежных граждан с просьбой приостановить проект "Бион". С ними ознакомились эксперты из РАН и национальной комиссии по биоэтике. В аппарат Президента передан соответствующий документ об отсутствии нарушений и о том, что результаты будут использованы для повышения безопасности людей в космических полетах.

- Каковы результаты экспериментов на биоспутнике?

- Полет прошел успешно, животные вернулись на Землю в прекрасном состоянии. Впервые мы получили информацию в таком полном объеме по всем направлениям исследований, и сейчас продолжается ее обработка. Учитывая вышесказанное, в результатах полета "Биона-11" заинтересованы ученые из многих стран.

Удивительно, но даже из такого очень печального обстоятельства, как гибель одной из макак после операции, проведенной в первый день после приземления, ученые сделали важный вывод. Возвратившиеся из космоса космонавты часто пребывают в приподнятом настроении, кажутся бодрыми и активными. Однако это состояние обманчиво. Невесомость коварна, и ее воздействие на организм пока не до конца изучено. Сравнение результатов земного (модельного) и космического полетов поможет специалистам разобраться в сложнейшем механизме адаптации организма и его систем к земным условиям.

Значимость данного международного проекта трудно преувеличить. Результаты работы наших специалистов получили высокую оценку. Премия правительства РФ в области науки и техники 1996 года присуждена ГНЦ-ИМБП "за основные результаты биологических и физиологических исследований в полетах КА "Бион" (1973 – 1993 годы) и их использование в теории и практике космической медицины". То обстоятельство, что наш коллектив находится в списке награжденных в числе первых, говорит о высоком рейтинге научных исследований, проводимых в институте.

Мы все полны оптимизма в отношении перспектив биологических исследований в космосе.

Подборка публикаций о ИМБП за 1997 год