Одного дня Марс може стати домівкою для людей. Але спочатку існує кінематографічне, науково-фантастичне завдання зробити Червону планету придатною для життя. Однак є проблема: звичайна людина не може безпечно потрапити в космос. Це ставить під сумнів увесь план «переїжджаємо на Марс» перед обличчям екстремальної зміни клімату та інших екзистенційних ризиків на Землі.
Сьогодні шлях до кар’єри астронавта «встелений надіями та мріями кандидатів, які не мають медичної кваліфікації», — сказала Шона Пандья, астронавт-дослідник Міжнародного інституту астронавтичних наук (IIAS) та директор його Групи космічної медицини. «Колись дітям, яким у кабінеті лікаря ставили діабет 1 типу, казали: «Ну, ти все ще можеш бути ким завгодно, тільки не астронавтом»».
Маєте космічні амбіції?
Ось деякі поширені причини, чому вас можуть дискваліфікувати за медичними показаннями від участі в астронавтській діяльності:
- Вживання тютюну
- Аутоімунні розлади
- Розлади скронево-нижньощелепного суглоба (СНЩС)
- Апное сну
- Астма
- Гіпертонія
- Мігрені
- Тривога та депресія
Астронавти за своєю суттю не є представниками ширшої популяції — їх відбирають за дуже міцне здоров’я. Стрес від існування в умовах практично невагомої мікрогравітації, як-от на Міжнародній космічній станції (МКС), може бути неймовірно важким для людського організму. Астронавти стикаються з підвищеним ризиком раннього остеопорозу, інсулінорезистентності та значної втрати м’язової маси. Природно, урядові космічні агентства хочуть бачити людей, чиї тіла більш стійкі до таких тисків і які можуть виконувати необхідні обов’язки без значного медичного втручання.
За словами Хейга Ейнтабліана, директора Програми космічної медицини Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, «так само, як вагітність спричиняє складні та унікальні зміни в організмі, космічний політ також спричиняє чіткі та значні фізіологічні зміни». Він також вимагає окремої медичної спеціалізації для лікування (влучно названої космічною медициною).
Вчені багато чого не знають, від фізичних до психологічних аспектів. Це проблема — для майбутнього науки, космічних подорожей і, можливо, навіть людського існування загалом.
NASA хоче провести дослідження на Марсі та має намір відправити туди людей вже у 2030-х роках. Як планета, найбільш схожа на Землю в нашій Сонячній системі, Марс, можливо, колись мав життя, або навіть може існувати зараз. А в майбутньому воно може нам навіть знадобитися для підтримки нашого існування.
Десятиліття тому серйозне обговорення ідеї переселення на Марс було вкрай маргінальним з багатьох причин, починаючи від браку технічної можливості і закінчуючи бажанням спрямувати наукові ресурси на вирішення проблем на Землі. Ілон Маск — засновник космічної компанії SpaceX — став відомим прихильником колонізації Марса на початку 2000-х років. Він досі залишається таким. Маск, статки якого наразі оцінюються в близько 410 мільярдів доларів, стверджує, що він накопичує активи лише з метою заселення Марса космічними шляхами. Минулого року він заявив, що хоче, щоб до 2050 року на Червоній планеті з’явився 1 мільйон поселенців у самодостатньому місті.
Тепер Маск не самотній. Експерти NASA, біологи, науковці, футурологи, дослідники стійкості до стихійних лих та лікарі серйозно розглядають можливість перетворення людства на міжпланетний вид.
«Найбільша проблема, яку має вирішити людство, — це гарантоване виживання нашого виду, і логічною відповіддю на це є досягнення багатопланетності», — сказав Ейнтабліан. «Я не думаю, що є краще рішення, ніж Марс».
Хоча нам відомі деякі наслідки перебування на МКС для здоров’я, ми не можемо по-справжньому відтворити наслідки марсіанського випромінювання. Келлі Вайнерсміт — біолог і співавтор книги «Місто на Марсі: чи можемо ми заселити космос, чи варто нам заселяти космос та чи справді ми продумали це?» — вважає, що заселення Марса у терміни Маска буде катастрофічним. Вона стверджує, що нам не слід поспішати з розвитком подій, не зрозумівши — та не пом’якшивши — ризики, навіть якщо це займе століття, а не десятиліття.
Але багато прихильників заселення Марса набагато більш нетерплячі. Єдиний спосіб безпечно дістатися туди — це розкрити значний прогрес у космічній медицині, галузі, яка лише трохи торкнулася поверхні за свою приблизно 75-річну історію.
«Жодне з того, що людство зробило вартим уваги, не було легким», — сказав мені Ейнтабліан. «Так багато в нашому розвитку як цивілізації було складно, і причина, чому ми можемо жити таким комфортним життям зараз, полягає в надзвичайно складних викликах, які людству довелося вирішувати в минулому».
Що ми знаємо — і чого не знаємо — про здоров’я людей на Марсі
Оскільки зараз у космосі опиняється надзвичайно мало людей, дослідники, які намагаються зрозуміти, як покращити здоров’я людей там, мають обмежену вибірку для роботи. Юрій Гагарін став першою людиною в космосі в 1961 році, і понад 600 астронавтів пішли за ним. Лише близько шостої частини з них – жінки.
Дослідники NASA визначили деякі ключові способи, якими час, проведений у космосі, може впливати на здоров’я людини — радіаційний вплив, ізоляція, відстань від Землі, змінена гравітація та наслідки для навколишнього середовища, такі як змінена імунна система. Але нам досі бракує багатьох конкретних прикладів того, як ця різна динаміка проявляється в реальному житті.
Одним із найкращих досліджень, які ми маємо, є відоме дослідження NASA 2019 року, присвячене близнюкам. Дослідження близнюків дозволяють дослідникам відокремити вплив генетичної схильності від впливу навколишнього середовища на стан здоров’я. NASA порівнювала стан здоров’я однояйцевих братів-близнюків Скотта та Марка Келлі протягом року. Скотт вийшов на орбіту на МКС, а Марк залишався на Землі. Обидва пройшли однаковий комплекс фізіологічних тестів, і результати показали деякі дивовижні нові відмінності між двома чоловіками.
Теломери Скотта — фрагменти ДНК на кінці наших хромосом — подовжилися під час його перебування в космосі та (здебільшого) повернулися до нормального стану після повернення на Землю, що може свідчити про пошкодження ДНК, спричинене радіацією, та потенційно підвищений ризик раку. Скотт також втратив масу тіла, розвинулися ознаки серцево-судинних уражень, яких не було у Марка, та зазнав деяких короткочасних когнітивних змін після повернення на Землю.
Хоча за умови належного навчання, спорядження та запобіжних заходів вижити можливо, дослідження близнюків продемонструвало, як унікальне космічне середовище може мати значні наслідки для експресії генів та загального здоров’я під час перебування на орбіті.
Якщо найкращі з найкращих мають труднощі, то що ж робити решті з нас? Ми також отримуємо деякі висновки тут.
Оскільки космічний туризм буквально набув популярності, астронавти зараз не єдині, хто літає в космос: заможні люди, які не є астронавтами, такі як Джефф Безос, Гейл Кінг та Кеті Перрі, нещодавно здійснили короткі рекреаційні поїздки в космос через космічну технологічну компанію Безоса Blue Origin.
Ейнтабліан дуже радий перспективі розширення доступу цивільних осіб до космосу, що, своєю чергою, означатиме, що люди з проблемами зі здоров’ям також літатимуть. Це створює величезну можливість для вчених вивчати медичне лікування набагато ширшого спектру захворювань.
Тим не менш, 10 чи 15 хвилин у космосі навряд чи можна порівняти з умовами на МКС. А Марс має ще гірші наслідки з точки зору ворожого середовища та часу, проведеного далеко від Землі. На Марсі токсичний пил, відсутні рослини та атмосфера, придатна для дихання, і його гравітація становить лише близько 40 відсотків земної. Глобальне магнітне поле Землі захищає нашу планету від шкідливого випромінювання, а марсіанські аналоги є локальними, а не планетарними.
Найдовший час, який хтось безперервно перебував у космосі, становить 438 днів на борту космічної станції. Але пілотованими місіями на Марс, ймовірно, знадобиться щонайменше дев’ять місяців, щоб просто дістатися туди, не кажучи вже про те, щоб залишитися на місці чи повернутися назад (що може зайняти до трьох років). Марс зазвичай знаходиться на відстані приблизно 140 мільйонів миль від Землі, виходячи з його орбітального шляху навколо Сонця, із затримкою зв’язку в один бік до 20 хвилин. Якби у них виникла невідкладна медична допомога, астронавти, ймовірно, не зможуть вчасно отримати доступ до інструкцій телемедицини, і вони не зможуть повернутися для лікування.
Пілотованій місії на Марс доведеться взяти з собою всі свої припаси, перш ніж покинути нашу планету. А коли перші люди, які вирушать на Марс, ступлять на планету, вони не матимуть доступу до інтенсивної підтримки, яку астронавти отримують під час повернення на Землю.
Потрапити на Марс – це лише частина завдання. Ми були в космосі, але досі люди відправляли на Червону планету лише роботів. Ми робимо обґрунтовані припущення щодо того, яким є Марс для живих організмів. Земні аналоги не здатні достовірно відтворити закриті, ворожі умови космічного середовища, які можуть завдати шкоди психічному здоров’ю астронавтів. Пустельні дослідницькі станції мають атмосферу, тоді як Місяць її майже не має, і створення цієї скромної бази саме по собі було величезною місією. Вайнерсміт сказав мені, що вчені на полярних дослідницьких станціях ізольовані у віддалених, негостинних умовах, але вони «все ще можуть відчинити двері, зробити глибокий вдих і не померти».
Новий рубіж медицини
Нам ще досить далеко до можливості дихати атмосферою Марса, але було б чудово колись туди потрапити і просто не померти.
Введіть: космічна медицина.
З’являються програми, присвячені пошуку способів безпечної доставки людей у космос на тривалі періоди часу, і до цього долучаються також медичні працівники, які не є лікарями. Каліфорнійський університет у Лос-Анджелесі планує запустити програму космічної медсестри та, можливо, підготовку космічних парамедиків. SpaceMed – це європейська магістерська програма, зосереджена на здоров’ї людини в космічних польотах та інших екстремальних умовах.
Майбутнє досконале
Дослідіть великі, складні проблеми, з якими стикається світ, та найефективніші способи їх вирішення. Надсилається двічі на тиждень.
Електронна пошта (обов’язково) Зареєструватися Надсилаючи свою електронну адресу, ви погоджуєтеся з нашими Умовами та Повідомленням про конфіденційність. Цей сайт захищено reCAPTCHA, і до нього застосовуються Політика конфіденційності та Умови надання послуг Google.
Сьогодні астронавти отримують більшу частину медичної допомоги від наземних лікарів аерокосмічної медицини, яких називають бортхірургами, через телемедицину. Ейнтабліан уявляє майбутнє, де медичні працівники безпосередньо супроводжуватимуть астронавтів під час їхніх експедиційних місій, таких як польоти на Місяць чи Марс. Він передбачив, що штучний інтелект може виступати ресурсом для бортового бортхірурга та сприяти розвитку інших технологій, які наблизить нас до Марса.
Така технологія вже розробляється. Нещодавно Google співпрацював з NASA для розробки системи штучного інтелекту, яка могла б допомагати астронавтам діагностувати та лікувати захворювання, що виникають під час польоту, коли у них немає доступу до телемедицини.
Але диявол криється в деталях, сказав мені Пандья. Штучний інтелект може допомогти зі своєчасним навчанням надання невідкладної медичної допомоги та діагностики, але вимоги до даних будуть величезними. Оскільки надзвичайно мало людей потрапляють у космос, а ті, хто потрапляє, переважно чоловіки, моделі можуть бути навчені на нерепрезентативному наборі даних, що може призвести до неточних прогнозів фізіологічних змін у космосі. Ці недоліки потрібно спочатку усунути.
Наразі в дослідженнях існує гендерний розрив — настільки великий, що Вайнерсміт сказала мені, що на конференціях з космічних поселень ніколи не буває черги до жіночого туалету. Як наслідок, репродукція та розвиток людини в космосі досліджені дуже мало.
Наскільки нам відомо, жодна людина ніколи не була в космосі під час вагітності, і нам невідомі випадки зачаття в космосі. Ми багато дізнаємося про розмноження на Землі з першої космічної вагітності та пологів людини в космосі, що є передумовою для самостійного поселення на Марсі. (Крім того, компанії космічного туризму говорять про готелі в космосі, і ми знаємо, чим люди займаються в готелях.) В ідеалі, ви хочете мати уявлення про те, що станеться з людиною, яка народжує в космосі, ще до того, як вона насправді переживе це.
«Ми стверджуємо, що нам слід провести дослідження, щоб зрозуміти ці ризики, перш ніж ми виходитимемо назовні, тому що якщо існують величезні ризики, для деяких з них зазвичай існують технологічні рішення», – сказав Вайнерсміт.
У жовтні цього року NASA розпочне свою другу аналогову місію з дослідження здоров’я та працездатності екіпажу – річну «місію» на Марс у надрукованому на 3D-принтері середовищі в Космічному центрі Джонсона в Х’юстоні, де збиратиме дані про поведінкове здоров’я, пов’язані з впливом ізоляції та обмеження волі. Вчені проводять дослідження постільного режиму, які імітують фізіологічні наслідки зміненої сили тяжіння та невагомості. І оскільки скорочення фінансування змінює майбутнє наукових досліджень на Землі та за її межами, дослідники космічної медицини є серед тих, хто виступає за продовження інвестицій у космічну та біомедичну науку.
Маеде Мознеб, біомедичний інженер та науковий співробітник проекту в лабораторії Шарми в медичному центрі Cedars-Sinai, розповів мені, що кінцева мета — відправити «аватарів» астронавтів у космос, взявши їхні стовбурові клітини та створивши 3D-культури тканин, які називаються органоїдами, що представляють різні частини їхнього тіла — так, мініатюрні серця, нирки та навіть мозок, зроблені з людей, що живуть на Землі. Звідти вчені можуть визначити персоналізовані контрзаходи, такі як плани тренувань або добавки, адаптовані до потреб кожного астронавта, ще до того, як вони фактично опиняться в космосі.
Сподіваючись, що такі лікарі космічної медицини, як Пандья, у космічному майбутньому всі медичні дисципліни — від неврології до радіології — будуть представлені в космічній медицині.
Червона планета, блакитна планета
Дослідження та практика космічної медицини не з дешевих. «Мене часто запитують, — сказала Пандья, — чому ви витрачаєте гроші на космічну охорону здоров’я, коли у нас на Землі є всі ці проблеми?» Але це неправильний спосіб мислення, сказала вона.
Дослідження, проведені в космосі, вже покращили здоров’я на цій планеті. Досягнення в цифровій візуалізації для фотографування Місяця під час місії «Аполлон-17» 1972 року пізніше відіграли вирішальну роль у комп’ютерній томографії та магнітно-резонансній томографії. Інструменти дистанційного моніторингу здоров’я, розроблені для астронавтів у космосі, зараз широко використовуються в лікарнях.
Одним із наступних важливих напрямків у космічній медицині, «ймовірно, буде розробка механізмів радіаційного захисту», сказав мені Ейнтабліан.
Дослідження в галузі космічної медицини також дозволять більшій кількості людей побувати в космосі. У 2023 році команда Пандьї продемонструвала безпеку та функціональність безперервного монітора глюкози в умовах космічного польоту. Це зрештою може дозволити діабетикам перевіряти рівень цукру в крові в космосі. Це має значення для нинішніх астронавтів, у яких може розвинутися інсулінорезистентність та симптоми переддіабета під час тривалих космічних польотів. Дитина, у якої діагностовано діабет 1 типу, яка хоче стати астронавтом, насправді може мати шанс здійснити свою мрію зараз, а вивчення того, як організм метаболізує глюкозу в космосі, допомагає нам краще зрозуміти здоров’я на Землі.
Також існують хвороби, для розвитку яких потрібні десятиліття. Втрата м’язової маси в космосі може допомогти вченим краще зрозуміти, як лікувати такі стани, як м’язова дистрофія Дюшена. На Землі нейродегенеративні захворювання, такі як хвороба Альцгеймера, часто не проявляються, доки людині не виповниться 70 років.
В умовах мікрогравітації, за словами Шелбі Гізи, директора з розвитку бізнесу Space Tango, компанії, яка сприяє автоматизованим дослідженням і розробкам в умовах мікрогравітації, «ви можете побачити такий прояв захворювання за лічені тижні». Дослідження цих станів можна проводити набагато швидше — і, сподіваємося, пришвидшити темпи медичних проривів.
Те саме можна сказати і про рак. Не всі види радіаційного опромінення однакові, і сприйнятливість до шкідливого впливу радіації різна для різних людей. Оскільки МКС знаходиться під захистом магнітосфери Землі, це не найкраще порівняння з підвищеним рівнем радіації, з яким астронавти зіткнуться на Марсі.
За словами колишньої астронавтки NASA та біологічки Кейт Рубінс, більшість астронавтів — здорові люди віком від 30 до 40 років, у віці, коли рак зазвичай не розвивається. Вчені повинні стежити за астронавтами протягом десятиліть після їхнього останнього космічного польоту, щоб побачити, чи виникають у них рак чи інші несприятливі захворювання. Програма NASA «Довічне спостереження за здоров’ям астронавтів», яка є добровільною для колишніх астронавтів і не стосується виключно раку, контролює стан здоров’я таких людей, як Келлі та Рубінс, протягом усього їхнього життя.
Вплив космічного випромінювання пов’язаний з розвитком раку та дегенеративних захворювань. Щоб зменшити ризик розвитку смертельних видів раку, NASA наразі обмежує опромінення астронавтів під час космічних польотів до 600 мілізівертів (мЗв) — приблизно еквівалент 60 комп’ютерним томографіям тулуба та тазу — протягом усієї їхньої кар’єри. У офіційній книзі NASA за 2023 рік оцінюється, що здоровий астронавт матиме на 33 відсотки підвищений ризик смерті від раку протягом життя після 1000-денної місії на Марс.
Одним із наступних важливих напрямків у космічній медицині, «ймовірно, буде розробка механізмів радіаційного захисту», — сказав мені Ейнтабліан. «Я справді вірю, що з огляду на те, що радіаційному захисту приділяється стільки уваги, що ми знайдемо способи фактичного захисту від значної кількості радіації для широкого загалу для багаторазового використання».
Хоча космічна фармацевтична галузь ще знаходиться на відносно ранньому етапі розвитку, компанії, що працюють у сфері наук про життя, звертають на це увагу, розглядаючи мікрогравітацію як платформу для кращого відкриття ліків.
Як і волоконно-оптичні кабелі, що використовуються для телекомунікацій, деякі фармацевтичні препарати краще синтезуються в умовах мікрогравітації. Вчені можуть виробляти більш однорідні білкові кристали в умовах мікрогравітації, що може покращити ін’єкційність ліків та зменшити потребу в охолодженні.
Рафаель Роттген, підприємець і співзасновник стартапу космічної біотехнології Prometheus Life Technologies, розповів мені, що органоїди — ці тривимірні моделі клітин, що відтворюють людські органи, — ростуть у космосі чистіше, без земного тяжіння. Отримані з неембріональних стовбурових клітин, ці мініатюрні моделі органів мають величезний потенціал для персоналізованої медицини.
Роттген сподівається, що людські космічні органоїди можуть зменшити потребу в тестуванні на тваринах у найближчій перспективі. Зрештою, він сподівається, що нові органи можна буде регенерувати для пацієнтів, які потребують трансплантації. Оскільки нова тканина буде отримана з власних стовбурових клітин пацієнта, не буде ризику відторгнення імунною системою, що заощадить пацієнтам астрономічні витрати та величезні страждання. Він оцінює, що регенерація печінки та трансплантація з цих органоїдів можуть стати реальністю для пацієнтів протягом наступних 20 років.
Мікрогравітація — це «дорогий інструмент», але тим не менш важливий, сказала Мознеб, яка вивчає вплив низької навколоземної орбіти на диференціацію стовбурових клітин. Вона сподівається, що зростання комерціалізації та нові технології значно знизять вартість запуску експериментів на орбіту протягом наступних 10 років.
Те, що ми вже знаємо про космічну медицину, — це крапля в морі того, що ми відкриємо для себе, коли все більше людей — астронавтів та інших — вирушать у космос.
«Це як вивчати генетику в 90-х», — сказав Мознеб. «Все — це відкриття».