Путь на Марс — через Тибет. В России ищут способ отправлять людей в спячку
- Сон длиной в полтора года
- Перегрузка в 80 g
- Спячка для человека — это естественно?
- Инъекции и медитация
- Жира до другой звезды не хватит
Ведущие научные институты России изучают возможность гибернации человека — долгий сон упростит межпланетные путешествия, а также пригодится для решения некоторых проблем на Земле. Насколько это реально и почему ученые заинтересовались опытом тибетских монахов — в материале РИА Новости.
Сон длиной в полтора года
Гибернацию, или искусственный гипобиоз, мы пока видели только в научно-фантастических фильмах — от «Космической одиссеи 2001 года» (1968) и «Чужого» (1979) до «Интерстеллара» (2014) и «Пассажиров» (2016). Но эту концепцию предлагал еще Сергей Королев в рамках подготовки полета к Марсу.
Во-первых, искусственный сон решит психологическую проблему: путь на Красную планету и обратно займет примерно полтора года, и все это время космонавтам предстоит находиться в тесном пространстве. Лучше им заснуть и очнуться уже перед посадкой.
Во-вторых, резко сократятся размеры корабля. По расчетам Европейского космического агентства (ЕКА), обитаемый модуль уменьшится почти в два раза.
Стандартный обитаемый модуль по сравнению с модулем для гибернации
«По предварительным прикидкам, периодическое «выключение» экипажа позволит снизить массу корабля на 50–70 процентов», — отмечает замдиректора по научной работе Института медико-биологических проблем РАН профессор Юрий Бубеев в статье для последнего номера журнала «Русский космос».
Понадобится меньше продуктов и других запасов. Значит, можно больше внимания уделить безопасности экипажа. Одна из главных угроз при межпланетных путешествиях — галактическое космическое излучение (ГКИ). Спальные модули стоит окружить дополнительной защитой — скажем, контейнерами с водой.
Перегрузка в 80 g
Опыты ФМБЦ имени Бурназяна, ИМБП РАН и Объединенного института ядерных исследований с лабораторными крысами продемонстрировали, что животные в состоянии гибернации менее подвержены различным поражающим факторам. Грызунам давали абсолютно смертельную дозу гамма-облучения — 800 рентген. В контрольной группе погибли все, в экспериментальной — 40 процентов.
«На основании полученных данных был проведен анализ, который показал, что при совершении дальних космических полетов в условиях жесткой космической радиации это свойство устойчивости организма к воздействию радиации позволит снизить массу пассивной защиты космического корабля до двух раз во время межпланетных перелетов», — пишут авторы статьи, опубликованной в 2017-м.
Кроме того, искусственная спячка значительно повысила выживаемость грызунов при гипоксии (нехватке кислорода), сильной кровопотере (три процента от веса тела) и высочайших перегрузках. Так, из девяти крыс в состоянии сверхглубокой гибернации при 80 g выжили четыре. Для человека предел — восемь-девять g.
Это результат замедления метаболизма. Чем медленнее обмен веществ, тем более защищен организм.
Самый простой способ затормозить метаболизм — охлаждение. В медицине активно применяется так называемая терапевтическая гипотермия — при остановке сердца, в хирургии, неврологии, кардиологии, при травмах, интенсивной терапии. Это позволяет отсрочить необратимые повреждения мозга, вызванные нехваткой кислорода, объясняют ученые из Военно-медицинской академии имени Кирова.
Терапевтическую гипотермию обеспечивает охлаждающее одеяло или (что эффективнее) введение в вену катетера с охлаждающим раствором.
Но для космических полетов гипотермия не годится. По сути, это «переохлаждение» теплокровного организма, что чревато побочными эффектами и даже холодовой смертью. Поэтому такой метод применяют только в экстренных случаях. А гибернация — это «физиологически адекватное состояние для любого теплокровного организма в форме искусственного аналога естественной спячки», подчеркивают Александр Самойлов из МФБЦ имени Бурназяна и его коллеги.
Спячка для человека — это естественно?
Гибернация характерна для многих примитивных организмов (так, она обеспечивает легендарную выживаемость тихоходок) и холоднокровных животных. Что касается млекопитающих, то в спячку в строгом смысле слова впадают некоторые грызуны (сони, сурки), насекомоядные (ежи) и летучие мыши. При наступлении холодов температура тела у них понижается до одного-двух градусов, метаболизм резко замедляется. Порой это позволяет снизить расход энергии на 98 процентов.
То, что происходит с более крупными животными — медведями и барсуками, — правильнее называть зимней сонливостью. Она перемежается «многочисленными пробуждениями и сопровождается умеренным охлаждением (с 37 до 31 градуса у медведей), не приводит к прерыванию всей физиологической активности, жизненно важные органы сохраняют нормальную температуру, чтобы среагировать в случае опасности», указывают Алексей Ким из Военно-медицинской академии имени Кирова и его коллеги.
Наиболее эволюционно близкое к нам существо, владеющее гибернацией, обитает на Мадагаскаре: так, малый карликовый лемур пережидает не холод, а, наоборот, слишком сильную жару. Это дает надежду, что подобный механизм можно запустить и у человека.
Известно несколько случаев, когда в экстремальных ситуациях с людьми происходило нечто подобное. Так, в 2006-м японец Мицутака Учикоши во время похода в горы упал, сломал бедренную кость и пролежал без сознания 24 дня. Когда его нашли альпинисты, температура тела была 22 градуса. Тем не менее в больнице пострадавшего вернули к жизни. При этом долгосрочных последствий для здоровья не было.
В определенных обстоятельствах люди естественным образом сами увеличивают продолжительность сна. В 1960-х спелеологи Джози Лаурес и Антуана Сенни в рамках эксперимента провели несколько месяцев в разных пещерах, как в одиночных камерах, не следя за временем. Оказалось, что они могли спать непрерывно до 30 часов.
Инъекции и медитация
Лабораторных животных погружают в искусственный сон с помощью специальных инъекций, содержащих, например, адренолитики, и охлаждения окружающей среды. Сочетание разных условий и препаратов позволяют достичь трех стадий гибернации: начальная — два-три дня, глубокая — до семи, сверхглубокая — до 28. Конечно, для Марса нужно гораздо больше: 120-200 суток. Однако с астронавтами поступят примерно так же.
«Предполагалось, что им введут лекарство, чтобы вызвать «оцепенение». Ожидается, что астронавты, как и животные, впадающие в спячку, перед этим нагуляют лишний жир. Их капсулы с мягкой оболочкой затемнят, а температуру там понизят, чтобы охлаждать пассажиров во время предполагаемого 180-дневного полета Земля — Марс», — говорят в ЕКА.
Еще один вариант — воздействие на определенные участки мозга. Ряд исследователей приближаются к выявлению зон центральной нервной системы, которые, судя по всему, отвечают за переключение человека в «спящий режим».
Буддийские монахи в открытом российскими учеными Центре исследований медитации и измененных состояний сознания в Индии
Есть и более экзотические подходы. Юрий Бубеев рассказывает о тибетских монахах. Представители МГУ, ИМБП РАН, Института мозга РАН изучают у них электрическую активность мозга при медитации.
«Наиболее интересными для нас являлись практики индукции необычных, измененных состояний сознания. Такие состояния достигались многочасовыми медитациями, сенсорной депривацией, монотонией, глубокой концентрацией. Это было уже ближе к интересующим нас состояниям сознания, благодаря которым человек может изменять скорость метаболизма, вводить себя в определенные ресурсные состояния», — пишет ученый.
При этом российские биологии отдают себе отчет в том, что «сами по себе психотехнологии не решат проблему гибернации в длительном космическом полете».
Буддийские монахи в открытом российскими учеными Центре исследований медитации и измененных состояний сознания в Индии
«Итоговая рабочая технология должна будет включать некую индивидуальную комбинацию нескольких методов. Задача исследователей — найти их наилучше переносимую комбинацию по принципу синергии, взаимного усиления эффекта», — подчеркивает Бубеев.
Он добавляет, что в ИМБП считают перспективной ингаляцию инертных газов.
Особая проблема — контроль за полетом во время летаргического сна экипажа. Кто-то должен разбудить астронавтов в нужный момент, да и экстренные ситуации не исключены. Одно из решений — посменный сон. На этом настаивают в инжиниринговой компании SpaceWorks Enterprises, получившей финансирование НАСА на разработку технологии гибернации. По их концепции, астронавты будут погружаться в сон на 14 дней, после чего бодрствовать трое-четверо суток. А график составят так, чтобы на борту всегда был дежурный.
Жира до другой звезды не хватит
Пока неизвестно, как скажется на человеке столь долгий сон.
«Даже когда будут решены все вышеизложенные вопросы, останется самый главный (видимо, наиболее сложный) и не изученный до сих пор: как повлияет такой период длительного пребывания в состоянии низкого метаболизма на память, работоспособность, когнитивные способности? Он требует самого серьезного исследования. Если удастся решить данный вопрос, это будет самым крупным прорывом последних десятилетий в осуществлении вековой мечты человечества — освоения дальнего космоса», — указывает Бубеев.
По предположению ЕКА, восстановительный период после долгого сна может растянуться на 21 день. Для сравнения: после выхода из сверхглубокой гибернации лабораторных животных наиболее сложные виды высшей нервной деятельности возвращались на пятые-шестые сутки.
Сверхдальние космические путешествия за пределы Солнечной системы таким способом осуществить, скорее всего, не получится. Ученые из Чили подсчитали, что за год в состоянии гибернации человек теряет около двух килограммов веса. Значит, экспедиция, длящася десятилетия, потребует сотни килограммов жира.
Учитывая, что до ближайшей звезды Проксима Центавра при существующих технологиях лететь 80 000 лет, для колонизации других галактик придется либо искать кротовые норы, либо изобретать варп-двигатель, либо строить гигантский космический корабль, в котором поколения переселенцев будут сменять друг друга.
