Когда астронавт проводит в космосе длительное время, он испытывает воздействие микрогравитации и остается невесомым в течение всей поездки. Вместо того, чтобы стоять на якоре на полу, как мы делаем на Земле, астронавты плавают вокруг так же, как пловцы под водой, и они должны держаться за что-то, если они хотят оставаться стабильными.
Исследователи обнаружили, что, проведя недели или месяцы в невесомой среде, астронавты теряют значительное количество минеральная плотность кости (BMD), Потеря МПК в позвоночнике, шее и тазе составляет около 1,0–1,6% в месяц, в то время как кортикальная кость, тяжелая наружная часть кости, обнаруживаемая вокруг всего тела и ног, испытывает потерю около 0,3–0,4% в месяц. месяц. Для сравнения, здоровый взрослый человек на Земле теряет 3 процента структуры кортикальной кости в течение десятилетия — астронавт может потерять так много меньше, чем за год в космосе.
Результатом этой потери костной массы являются ослабленные кости, которые более склонны к разрушению при возвращении на Землю. Более того, даже через несколько лет астронавт не сможет восстановить ту же плотность костей, которую он имел до запуска.
Так почему же подобное происходит в космосе? Астронавты испытывают потерю костной массы по той же причине, что и хронически прикованные к постели пациенты: все их скелеты не имеют никакого веса. Они проходят период, называемый разгрузка скелета, в котором кости теряют способность создавать новые костные клетки и заменять старые. Движение важных минералов, таких как кальций и фосфор, также замедляется.
Хотя эксперты не уверены точно, почему это происходит в условиях микрогравитации, доктор Роджер Лонг, научный сотрудник по эндокринологии, выполняющий исследования для Национального института космических биомедицинских исследований (NSBRI), в настоящее время ищет этот конкретный ответ. Он и его наставник, доктор Дэниел Б. Бикл, считают, что при потере костной массы действуют три вещества: инсулиноподобный фактор роста (IGF-1)химическое вещество, вырабатываемое в костях и вызывающее рост костей и хрящей; Рецептор IGF-1, который находится внутри костных клеток и позволяет им реагировать на IGF-1; а также бета-3 интергринбелок, который помогает функции рецептора IGF-1. Исследователи полагают, что во время невесомости организм вырабатывает меньше бета-3 интегрина, что затрудняет передачу рецептором IGF-1 любых сообщений от IGF-1 к костным клеткам и говорит им, что делать. Результатом должно стать снижение производства кости и увеличение потери костной массы.
Какие упражнения выполняют космонавты, чтобы снизить риск потери костной массы? И могут ли они принять какое-нибудь лекарство, чтобы помочь? Чтобы узнать больше о методах и оборудовании, используемых в космосе, прочитайте следующую страницу.
Техника и оборудование для тренировок на МКС
Астронавт Стивен А. Хоули, специалист миссии, бежит на беговой дорожке в середине палубы космического корабля «Колумбия». Это упражнение помогло оценить систему виброизоляции на беговой дорожке (TVIS) для Международной космической станции (МКС).
Есть три основных устройства оборудования, которые астронавты используют во время космических полетов.
Беговая дорожка на Международной космической станции, формально называемая Система виброизоляции беговой дорожки (TVIS), как и любой другой на Земле, за исключением того, что он вообще не подключен к станции. Он просто парит как космонавты. Это имеет три преимущества: вес самой станции меньше, вибрации уменьшаются, и беговая дорожка движется вместе с космонавтом. Члены экипажа по-прежнему должны носить ремни и прикрепляться к беговой дорожке; в противном случае их ноги просто оттолкнут машину от них, если они попытаются сделать какой-либо бег.
Астронавты также используют Эргометр с виброизоляцией (CEVIS), который по сути является механическим велосипедом. CEVIS фактически прикручен к полу МКС, и астронавты завязывают свои ботинки в пряжки и пристегивают ремни безопасности, чтобы держать себя в руках. Наконец, Резистивный тренажер (красный) является грузоподъемным устройством, которое имитирует гравитацию. И CEVIS, и RED помогают нарастить мышечную массу и предотвратить мышечная атрофияЕще одно состояние космонавтов и прикованных к постели пациентов испытывают после длительных периодов бездействия.
Даже несмотря на то, что астронавты отводят много времени на тренировки, они все еще страдают от потери костной массы. Это создает проблему, если мы хотим, чтобы люди оставались на длительное время в таком месте, как луна, где гораздо меньше гравитации. Поскольку астронавты остаются в космосе только несколько недель или месяцев, мы не знаем, сойдет ли потеря кости в конце концов и прекратится ли она, или же она будет продолжаться.
Ученые думают о новых способах устранения потери костной массы. Виброплиты, на которых астронавты стоят, например, в течение 10–20 минут в день во время работы, могут имитировать ощущение веса подшипника и уменьшать потерю костной массы во время космического полета. Исследователи НАСА также предложили вращать целые челноки или станции, чтобы создать значительную гравитационную силу, или создавать большие центрифуги для преодоления потери костной массы [источник: Houston Chronicle].
Астронавты также уделяют пристальное внимание своей диете и принимают диетические добавки кальция и другие лекарства, такие как биофосфонаты и цитрат калия, но это не обязательно решает все проблемы — корень проблемы по-прежнему заключается в недостатке гравитации [источник: Dartmouth News],
Исследования о том, как астронавты живут в космосе и пытаются противостоять потере костной массы, также могут принести пользу жизни здесь, на Земле. Европейское космическое агентство (ESA)Например, тщательно отслеживает и исследует деятельность астронавтов на МКС — совместно с Институтом биомедицинской инженерии и Scanco Medical он разрабатывает специальный сканер, который создает высококачественные трехмерные изображения костных структур для изучения и измерения костей. рост [источник: ЕКА]. Их результаты могут помочь как космонавтам в космосе, так и пациентам, страдающим остеопорозом на Земле. Несмотря на то, что причины остеопороза и потери костной массы у астронавтов различны — первое происходит через гормональные изменения, второе — за счет снижения веса — методы лечения могут быть схожими.
Для получения дополнительной информации о жизни в космосе, смотрите следующую страницу.
Как космонавты заботятся о себе в космосе
Кэди Коулман из NASA, которая провела несколько тысяч часов в космосе на борту шаттла «Колумбия» и МКС, считает, что «забота о себе — это ежедневная часть работы как самих астронавтов, так и команды на Земле, ведь очень легко забыть обо всем остальном и целиком отдаться миссии». Важность заботы о себе и других внушают еще во время подготовки. Коулман отмечает, что астронавты вместе ходят в походы, занимаются альпинизмом и плавают на байдарках, чтобы развить умение работы в команде.
Регулярные тренировки
На Земле один из самых распространенных способов заботы о себе — регулярные тренировки, которые помогают поддерживать форму. Космос — не исключение. По данным NASA, астронавты в среднем занимаются спортом 2 часа каждый день, чтобы предотвратить потерю костной и мышечной ткани во время долгих полетов. Упражнения также могут предотвратить некоторые неприятные побочные эффекты невесомости. Часто космонавты используют специальную беговую дорожку со внешним сопротивлением. Нужно надеть на себя ремень, похожий на рюкзак, пристегнуть эластичные шнуры с крючками, чтобы не улететь, выбрать предварительно загруженную настройку на компьютере и начать бег.
Здоровое питание и фастфуд
Питаться правильно легко, когда можно зайти в супермаркет и быстро приготовить салат, но астронавты проводят сотни дней в космосе с ограниченными запасами. Специалисты по нутрициологии составляют индивидуальные планы сбалансированной диеты для каждого, добавляя витамины и минералы, которые нужны конкретным людям. Поставки регулярно отправляются на МКС. Однако любимая еда космонавтов тоже есть на МКС, и иногда проводятся «праздники», на которых команда употребляет снеки и фастфуд. Это не очень полезно для физического здоровья, но необходимо для психологического.
Общение меняет все
Одна из самых важных форм заботы о себе в космосе — общение, причем как с напарниками, так с друзьями и семьей на Земле. Благодаря системе «Космос-Земля» и Wi-Fi на борту, у астронавтов на МКС есть возможность поддерживать связь с близкими. По словам Коулман, «для меня одним из главных способов адаптации было общение с людьми на Земле, возможность узнать, как у них дела, или пожаловаться на что-то, а затем счастливо прожить следующий день». МКС часто сравнивают по размеру с коммунальной квартирой с пятью спальнями. Здесь все соседи, поэтому регулярно выслушивают друг друга. Кэди Коулман отмечает: «Я человек общительный, поэтому как при подготовке, так и во время жизни на МКС нуждалась в том, чтобы проговорить вслух свои мысли, чтобы прийти к какому-то решению».
Спать на вершине мира
Хороший ночной сон — это главная составляющая ежедневной заботы о себе. Согласно NASA, астронавтам положено спать по 8 часов после каждого дня миссии. На МКС нет кроватей, их роль играют спальные мешки, которые пристегиваются к стене. Астронавт Канадского космического агентства Крис Хэдфилд рассказывает: «Мы очень заняты на борту космической станции. Дни длинные, работы много, большая физическая нагрузка — к концу дня выматываешься. Вам, возможно, кажется, что спать без матраса и подушки неудобно, но в невесомости вам, естественно, не нужна никакая опора. Нужно просто полностью расслабиться. Даже подушки не нужно. В космосе не нужно держать голову, поэтому можно расслабить все мышцы тела».
Смотреть сериалы
Смотреть телевизор часами как способ заботы о себе — это весьма спорная стратегия, так как бинджвотчинг может иметь негативные последствия для психологического здоровья. Однако астронавтам просмотр популярных сериалов помогает справиться с тоской по дому и одиночеством. Дрю Фьюстел, американо-канадский космонавт NASA посмотрел семь сезонов «Игры престолов» за время своего нахождения на МКС. Он отмечает: «Каждый день мы видим перед собой одни и те же стены, если только не выходим в открытый космос. Когда вас шестеро, и вы отделены от остальных 7 млрд человек, то здорово наблюдать за чем-то связанным с Землей. Астронавты на МКС развлекают себя как могут, смотрят сериалы, спортивные матчи и новости, обычно на своих ноутбуках».
Наблюдать за Землей
Некоторые особенности МКС благотворно влияют на психологическое здоровье членов экипажа. Например, купол — маленький панорамный модуль обсерватории, построенный Европейским космическим агентством. Он предназначается для того, чтобы наблюдать за выходом в открытый космос или приближающимися шаттлами, но из него также открываются потрясающие виды на Землю.
Кем должен быть космонавт
С западными коллегами согласен и Сергей Рязанский — российский летчик-космонавт, кандидат биологических наук и герой России. В интервью РБК Трендам он подробно рассказал о профессии и не обошел стороной заботу о себе:
«Современный астронавт — это такой многофункциональный специалист, который может и проводить хирургические операции на борту, и программировать, и проводить научные эксперименты, и пилотировать корабли. При этом, каждый члены команды — полностью взаимозаменяемый.
Вот, пожалуй, главное, что нужно делать:
- Следить за своим здоровьем. Оно для космонавта — профессиональный инструмент. Выносливость необходима не только во время самой работы на станции: до этого приходится очень много учиться и готовиться.
- Обладать максимально широким кругозором. Слишком многое современному специалисту нужно знать, необходимо владеть всеми нужными навыками. И, соответственно, изначально кандидатам в космонавты предъявляются серьезные требования.
- Заниматься спортом. Астронавт должен поддерживать свое физическое состояние на уровне. При этом не стоит развиваться в физкультуре однобоко: можно ездить на велосипеде, бегать, плавать, играть в бадминтон, в большой теннис, заниматься в тренажерном зале и т.д.
Но помимо всех этих требований космонавту нужно уметь постоянно учиться и ждать. Ты можешь прекрасно сдавать экзамены, быть замечательным, перспективным специалистом, но оставаться на Земле и ждать, когда тебя поставят в экипаж, пока в космос летят другие. Но терпение и стремление к постоянному совершенствованию точно приведут к успеху».
Как занимаются спортом на МКС? Рассказывает космонавт Михаил Корниенко
Космонавтов не отправляют в полет без хорошей физической подготовки. Поддерживать форму им нужно и на МКС, иначе они заработают проблемы с сердцем и опорно-двигательным аппаратом.
Мы поговорили с героем России, бортинженером Михаилом Борисовичем Корниенко, который совершил два полета, дважды выходил в открытый космос и провел на околоземной орбите более 516 дней. Он рассказал нам, как астронавты занимаются спортом и справляются со стрессом.
— Как сейчас стать космонавтом? Как узнать, что ты подходишь?
— Во-первых, должно быть сильное желание и понимание, что будет нелегко. С этих двух моментов начинается путь в отряд космонавтов. Дальше можно уже залезть на сайт Центра подготовки космонавтов и посмотреть, какие критерии отбора вообще существуют.
Если в общих чертах, то, конечно, нужно хорошее здоровье, профильное высшее образование и стаж работы не менее 3-х лет по специальности. Берут летчиков, инженеров из РКК «Энергия», врачей, биологов — вот Сергей Рязанский летал.
— Какие тренировки проходят перед полетом в космос?
— Я к полету готовился 13 лет. И все это время были тренировки, тренировки и тренировки. Это еще и очень много теории. Космонавт до полета на МКС сдает более 250 экзаменов. Может, у других программ другая нагрузка.
Много практической подготовки — тренировки по выживанию в разных климатических зонах на случай посадки корабля в нерасчетном месте, полеты в невесомости, прыжки с парашютом, высший пилотаж на самолете L-39. Было много командировок в страны-партнеры по МКС: США, Европа, Япония. Там тоже сдавал экзамены. Это кратко я вам обрисовал.
— Вы покорили Килиманджаро, Эльбрус, Монблан. Что сложнее — подготовка к полету или восхождение на гору?
— Я всегда поправляю: покорить гору нельзя, она может тебя пустить и отпустить. Ты никто, чтобы гору покорять. Я аккуратно к этому отношусь. А что касается полета и гор — это немножко в разных плоскостях лежит нагрузка. К полету я шел 13 лет, а на гору залез за неделю. Конечно, с горой ты выкладываешься, это максимальная точка приложения физических сил: сможешь ли ты без кислорода залезть на эти 5-7 тыс высоты или нет?
Если все-таки сравнивать, то подготовка к полету сложнее. Там и барокамера, и центрифуга, и горные подготовки тоже есть, кстати.
— Что будет, если отправить в космос физически неподготовленного человека?
— Это русская рулетка. Либо он выдержит, либо начнет загибаться и его нужно будет спускать на Землю. Третьего не дано. А если неподготовленного человека отправить к Луне или Марсу, то это стопроцентный срыв миссии.
— Как поддерживать себя в хорошей физической форме на станции?
— Центр управления полетами планирует нам полтора-два часа физических занятий в день. Это обязательно. На станции есть две беговые дорожки, два велотренажера, силовой нагрузочный тренажер ARED. Если хочешь вернуться домой в более-менее приемлемом состоянии, нужно тренировать все группы мышц.
— В свободное время космонавты проводят спортивные соревнования в невесомости? На станции есть мячи, ракетки или другой инвентарь?
— У нас был бейсбольный мяч, и мы пытались его прокинуть через пространство модуля и попасть в открытый люк, чтобы он в следующий модуль улетел. Казалось бы, простая задача, но выполнить ее очень нелегко. Летит куда угодно, но только не в люк. Интересная игра. Еще ребята пытались играть в футбол и бадминтон. Голь на выдумки хитра.
— Как меняется тело и физическая форма после длительного пребывания в невесомости?
— Теряется мышечная масса, из костей процентов семь кальция уходит. Это неприятно, чревато травмами и переломами. Хрящевая ткань теряет свои свойства, поэтому после посадки, когда начинаешь ходить, все опухает. Последствия долгого космического полета достаточно негативны, и бороться с ними сложно. Никто ничего лучше не придумал, чем физкультура.
— А правда, что рост изменяется в невесомости?
— Да, человек подрастает где-то сантиметра на 3, потому что нагрузки на позвоночный столб нет, и межпозвоночные диски расширяются. С учетом этого выроста ложемент делается на 3-4 см больше. Когда прилетаешь на Землю, позвоночник опять принимает прежнюю форму под воздействием гравитации. Кстати, очень неприятный процесс. Все болит, нервные окончания защемляются.
— Многие спортсмены после завершения карьеры страдают от полученных травм. А мучаются ли космонавты или все негативные последствия можно убрать?
— Все до конца убрать нельзя. После долгого полета процентов 10 негатива остается, в основном по опорно-двигательному аппарату. Вообще, это индивидуально. У кого-то последствия на сердце откликаются. Но я бы не сказал, что это как-то критично. Люди после полета не становятся инвалидами, все здоровы. В космос вообще только здоровых отправляют. Безусловно, негативные последствия есть, это факт.
— Как считаете, к чему не готовят космонавтов, а стоило бы?
— Наверное, психологически. Эту тему нужно поднимать. Полет в космос — это большая психологическая нагрузка. Нужна очень устойчивая психика. На мой взгляд, нам сейчас недостаточно дают объяснений, как бороться с теми или иными последствиями.
Если лететь далеко, на Марс, то этот негатив будет еще жестче. Тут ты хотя бы Землю видишь, а там с одной стороны солнышко, а с другой — черный космос и понимание того, что тебе никто уже не поможет. Если на орбите у тебя есть спасательная шлюпка в виде корабля «Союз», то там полагаешься только на себя. Это будет большая проблема, конечно. Нужны психологические методики, которые позволяли бы человеку бороться с этими негативными факторами.
— Что вы имеете в виду? Страхи, тоска по дому?
— Страхов нет, но хотя когда выходишь в открытый космос, тут страшно, чего греха таить. Тоскливо бывает, когда понимаешь, что тебе летать еще полгода. Минусы в настроении бывают приличные. Нужны четкие методики, как с этими минусами бороться. Никто нам этого не говорит.
Как я боролся? Если плохое настроение и совсем невмоготу, я шел на тренажер и занимался до пота. Это помогало мне справиться. Но есть же и психологические способы, как с этим бороться. Я попросил психологов прислать звуки природы. Очень эффективная штука, кстати. Утро в деревне, звук водопада, дождя, грозы.
— Был любимый, самый прослушиваемый звук?
— Гроза. Мне нравилось, и моему напарнику Скотту тоже. Мы включали ее по всей станции, гроза у нас все время звучала. Гром и молнии.
Мышцы в космосе быстро атрофируются, поэтому спортом занимаются все космонавты и астронавты без исключения
Силовой тренажер не дает терять физическую работоспособность.
На станции есть несколько специальных тренажеров: беговая дорожка, велотренажер и так называемый силовой — для выполнения упражнений на преодоление сопротивлений. Когда беру интервью у космонавтов, то, естественно, спрашиваю иногда, как проходят занятия спортом в космосе. Например, как там бегают?
Оказывается, делать это так, как мы привыкли, на орбите не получится — прежде всего нужно сымитировать силу тяжести. Для чего космонавту необходимо надеть на себя систему притяга, или «сбрую» (так ее называют ребята), которая притягивает тебя к беговой дорожке. Затем пристегнуть карабины к ответным ее частям и… можно бежать! Да, совсем забыла. Еще перед началом тренировки космонавт должен надеть на грудь специальный датчик, показывающий пульс. А вся информация о режиме бега и его изменениях записывается на карту — она вставляется в компьютер беговой дорожки.
И еще одна немаловажная деталь — космическая дорожка движется во всех плоскостях, поэтому первое время удерживать равновесие на ней нелегко. Но со временем привыкаешь, и даже может возникнуть ощущение, что бегаешь по асфальту.
Это на Земле мы можем лениться и не заниматься спортом. В космосе такого себе позволить нельзя! В условиях невесомости человеческий организм чрезвычайно быстро теряет физическую работоспособность. Я бы даже сказала, что все системы начинают деградировать с поистине космической скоростью. Недавно прочитала, что на МКС как-то в течение двух недель не работала беговая дорожка — банально сломалась, не сразу смогли починить. Так вот, ребятам, после того как тренажер наконец-то отремонтировали, пришлось долго и тяжело восстанавливать работоспособность.
В Олеговых полетах беговая дорожка тоже ломалась, и не раз. И ему вместе с соэкипажниками приходилось самостоятельно ремонтировать ее — там же вызвать мастера не получится. Насколько знаю, различные детали и запасные части на борту имеются. Наших космонавтов еще на Земле учат, как устранять поломки. И это касается не только спортивных тренажеров. Ребята много чего могут починить самостоятельно, естественно, с помощью специалистов с Земли, которые всегда готовы выйти на связь и помочь советом.
Обычно на бег отводится час-полтора каждый день. Сюда закладывается и время на водные процедуры после завершения тренировки. Хотя это громко сказано: принять душ или даже просто помыться в нашем земном понимании на орбите нельзя. Ребята используют специальные влажные салфетки или обычные вафельные полотенца, которые пропитывают горячей водой.
А вот перед посадкой космонавтам планируют беговую дорожку дважды в день. По мнению медиков, это чрезвычайно важно для того, чтобы подготовить их организмы к возвращению на Землю. Сейчас космические экспедиции длятся в среднем по полгода, а в далеком 1970-м наши легендарные космонавты Андриян Николаев и Виталий Севастьянов, проведя на орбите 18 суток, можно сказать, едва остались живы после приземления — они не могли даже стоять на ногах. Медикам стало ясно, что невесомость может нанести огромный, даже непоправимый вред здоровью. Встал вопрос: смогут ли люди в дальнейшем летать в космос? В результате были разработаны специальные методики, позволяющие нашим покорителям Вселенной сохранить здоровье, созданы костюмы «Чибис» и «Пингвин» (как-нибудь расскажу о них). И огромную роль здесь отводят именно занятиям спортом.
На беговой дорожке я остановилась очень подробно, наверное, потому что сама люблю бегать. Теперь несколько слов о велотренажерах. Здесь также необходимо зафиксировать тело с помощью большого количества ремней. А вот сидений на космических велотренажерах, в отличие от земных, как ни странно, нет. Для того чтобы выполнять приседания, жим лежа, сгибания и разгибания рук, тягу штанги к подбородку и животу, на орбите есть американский силовой тренажер ARED. Он с помощью вакуумных цилиндров способен обеспечить нагрузку до нескольких сотен килограммов.
Как-то прочитала, что «за время длительного космического полета мышцы космонавтов слабеют настолько, что способность к физическим нагрузкам падает почти на 50 процентов. Это похоже на превращение молодого человека в глубокого старика. А болезненные ощущения, которые возникают в условиях невесомости, очень похожи на те клинические проявления, которые возникают при инсультах. Так что на орбите без профилактики обойтись не получится.