Версия для печати
Вернуться к списку

Обманываться рады

Готовить космонавтов к полетам помогает хитрость

- Встреча давняя, однако запомнилась на всю жизнь, поскольку раз и навсегда определила сферу моей научной деятельности, - рассказывает заведующая отделом Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН кандидат биологических наук Елена Томиловская. - Закончив биофак, кафедру высшей нервной деятельности, и собираясь поступать в аспирантуру, в поисках собственной темы я отправилась в ИМБП и встретилась с обаятельнейшим человеком - Инессой Бенедиктовной Козловской. Она так горячо, заинтересованно говорила о своих исследованиях, что я решила заняться новым направлением на стыке биологии и медицины - обеспечением здоровья и безопасности космонавтов.

- Сложностей в этой области хватает и сегодня, - продолжает Елена Сергеевна. - Ведь до сих пор космонавты, вернувшиеся из длительных полетов, испытывают трудности с перемещением в пространстве. На орбите они летают по МКС, но на Земле первые шаги даются им с трудом. В невесомости их организм лишен нагрузки - и мышцы в той или иной степени атрофируются, а на Земле гравитация буквально обрушивается на них. Организм ей сопротивляется, пока его центральная нервная система, а также мышечная и сердечно-сосудистая заново привыкают к земным условиям. Космонавты все это время чувствуют себя кто лучше, кто хуже, но неприятные ощущения преследуют практически каждого. Поэтому при приземлении их встречает специальная команда - она помогает выбраться из спускаемого модуля, снять скафандры и др. А как пройдет посадка на Луне, Марсе или астероиде, где встречать будет некому? Учтем и то, что на Луне сила тяжести человека составляет 1/6 G, то есть вес космонавтов в шесть раз меньше, чем на Земле. Состояние среднее между невесомостью и земным притяжением. А раз вес человека существенно меньше, то и сцепление с поверхностью будет совсем другим, нежели на Земле.

- И как он будет там ходить?

- Скорее всего, вприпрыжку: ходьба не составит для него никакого труда, если движение не ограничивает скафандр. Преодолевая свой вес, он сможет затрачивать куда меньше энергии, чем на Земле. Космонавту необходимо это учитывать, иначе он может, как кенгуру, «ускакать» довольно далеко или, не удержав равновесия, упасть, а подняться с непривычки будет не так-то просто. Наша задача - подготовить его, научить свободно двигаться в необычных условиях.

- Но приобретенные тренировками навыки, наверное, быстро теряются?

- Конечно, их надо закреплять - провести не один эксперимент, а 5-10, в зависимости от индивидуальности человека. Но даже отлично подготовленному космонавту в лунных условиях придется приобретать собственный опыт. И он должен быть готов к этому. Например, бегать на Луне нужно с большой осторожностью. А если ненароком упадет, помнить, что вставать лучше не сразу, а постепенно, несколько раз отталкиваясь от поверхности руками и ногами. Возникают попутные вопросы. Каким должен быть скафандр для полета на Луну? Где, скажем, разместить его центр тяжести? Сколько могут весить ботинки? И не забыть, конечно, про проникающую всюду лунную пыль.

- Какие еще исследования проводит ваш отдел?

- Мы стремимся учесть все риски, которые возникают в полете и при высадке на Луну, и разработать оптимальные рекомендации для космонавтов. Выясняем, насколько эффективны комплексы упражнений, которые мы им предписываем. Хотя не бывает так, что один комплекс очень хороший, а другой нет. Скорее дело в особенностях организма человека и их проявлении во время полета. Изучаем все случаи плохого его самочувствия и сопоставляем с нагрузками, которые он получает, занимаясь на различных тренажерах. А чтобы их разработать, моделируем условия, в которых окажется экипаж, скажем, на Луне в состоянии изменившейся силы тяжести. Сделали стенд, где с помощью тросов, соединенных с моторчиками, все части тела человека, как мы говорим, обезвешиваются полностью или, как на Луне, весят в шесть раз меньше. Просчитываем также усилия, которые он затрачивает, чтобы преодолеть нагрузки. Для подготовки лунной экспедиции такой стенд будет просто необходим - он позволит исследовать особенности движений человека в этих условиях.

Вот эксперимент, моделирующий эффекты невесомости. Космонавта закутывают в водонепроницаемую пленку и по шею погружают в наполненную теплой водой глубокую ванну. Это состояние, близкое к невесомости, поскольку человек не имеет опоры. Ведь на Земле даже во сне мы опираемся - и отдельные мышцы находятся в состоянии активности. Но стоит ее исключить - и в организме происходят кардинальные изменения. Снижается мышечный тонус - мышцы расслабляются. В невесомости нет необходимости удерживать вес, борясь с гравитацией. И центральная нервная система получает сигнал мозга: ей не стоит беспокоиться - в данный момент мышцы человеку не очень и нужны, поэтому можно запустить процесс атрофии. Что и происходит во время полета.

Спасение - в физических тренировках. Полностью заменить земное движение они не в состоянии, но атрофии в значительной степени препятствуют. Эти процессы мы тщательно изучаем в поисках ответа на вопрос: как сильно невесомость влияет на организм человека? Следующий шаг - разработка тренажеров. Мы видим последствия, знаем причины, их вызвавшие, и стараемся их минимизировать или предотвратить. Раз дело в отсутствии опоры, то и в космосе ее необходимо обрести. Самое простое решение - ходьба и бег по «дорожке». Чтобы с нее не улететь, космонавт пристегивается тросами - они притягивают тело, имитируя земную гравитацию, которую ему необходимо преодолеть. Нагрузка ощущается, даже если просто стоять на дорожке, и, как правило, она составляет от 50 до 70% от веса тела.

Чтобы создать на него нагрузку, разработан специальный костюм - «Пингвин». При движении космонавт преодолевает сопротивление тяжей и тросов. Поднять руку, сделать шаг, повернуться или согнуться - все дается ему с определенным трудом. И носить костюм он должен несколько часов в день. Есть и метод стимуляции, когда на мышцы накладывают электроды и под действием электрического импульса они сокращаются. Хочет того человек или нет, они работают помимо его воли. Есть и специальные ботинки, соединенные с компрессором. Он подает воздух в стельки - точно под пятку и носок, и они слегка надуваются в той же последовательности, в которой стопы давят на пол при ходьбе. Мозг получает информацию и следит, чтобы мышцы были в тонусе, готовы к ходьбе или бегу. Еще один эффективный способ не допустить мышечной атонии и атрофии.

- То есть вы специально обманываете мозг?

- Точнее, вводим его в заблуждение, чтобы в состоянии невесомости он не дал команду мышцам: вам не нужно больше работать - можете расслабляться. Мы нашли способ, препятствующий быстрому развитию атрофии. Отмечу, что он с успехом применяется при реабилитации пациентов, перенесших инсульт. Когда они еще не могут самостоятельно передвигаться, устройство дает информацию мозгу и командует двигательной системе готовиться к ходьбе. «Искусственная» стимуляция позволяет мозгу «вспомнить» свои функции по управлению движениями. Однако отмечу: этот метод годится лишь для начального периода и ни в коем случае не может заменить полноценные физические тренировки в длительных космических полетах.

- На каком уровне находятся ваши разработки? Вы конкурируете с коллегами по всему миру или работаете сообща?

- Мы все создаем оригинальные тренажеры и методы подготовки космонавтов. И в то же время сотрудничаем с коллегами, разрабатывая общую систему профилактики. Проводим совместные эксперименты, например, по изоляции экипажей (программа «Сириус»). В прошлом году ИМБП вошел в состав Павловского центра «Интегративная физиология - медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости». Его цель - развивать международное сотрудничество. Мы не стремимся обогнать коллег и выйти вперед, а решаем общие для всех космических стран задачи - сделать полеты безопасными. Замечу, что сегодня наши тренажеры и методики во многом опережают мировой уровень.