Полеты в космос перестали быть чем-то фантастическим. Сегодня можно отправиться на орбиту даже в качестве туриста, а научные исследования на борту космического судна стали обычным делом. Там создаются и испытываются новые материалы, синтезируются новые лекарства, проходят тестирование новые технологии. Редакция «ФармМедПрома» узнала, зачем нужны космические исследования, какими разработками занимаются отечественные ученые, и чем все это полезно для здоровья каждого из нас.
В космосе все иначе, чем на Земле: не действует гравитация, зато влияет солнечная радиация, тело постоянно находится в невесомости, ограничены запасы воды, пищи и топлива. Предметы, которые отлично работают на Земле, оказываются малоприменимы в условиях невесомости, а потому приходится изобретать что-то новое. Это новое нередко находит применение и в повседневной жизни. Например, именно для нужд космоса в 1991 году был разработан бесконтактный инфракрасный градусник, который сегодня очень любят мамы маленьких детей – измерять им температуру гораздо проще и быстрее, чем ртутным. Космическая технология стала широко использоваться не только на орбите.
Случаев, когда разработки для космоса, нашли применение в обычной жизни – немало. Это, например, лечебный костюм «Регент», помогающий восстанавливать двигательные функции при параличе после травм и инсультов, а также детский костюм «Адели» для маленьких пациентов с ДЦП.
Их прообраз – костюм «Пингвин», созданный в ИМБП РАН и испытанный в условиях космоса в 1971 году. Необходимость создания подобного костюма стала понятна после возвращения из полета Андрияна Николаева и Виталия Севастьянова. В 1970 году они привели на борту «Союза» 18 суток, а после возвращения на Землю почти неделю не могли ходить. Из-за отсутствия гравитации мышцы отказывались функционировать, врачи говорили об этих последствиях как об «эффекте Николаева». Космическую программу в СССР и США даже временно приостановили, пока не появилось средство профилактики, которое помогло бы мышцам не атрофироваться так сильно без действия гравитации.
Костюм «Пингвин» стал средством, которое помогало имитировать земную гравитацию в условиях космоса. Космонавты носили его ежедневно по паре часов, мышцы хоть и слабели, но не так сильно.
Костюм «Регент» — аналог «Пингвина». Его сделали в Центре авиакосмической медицины и он используется не на орбите, а в земных условиях. Применение костюма помогает восстановить навыки ходьбы и сделать мышцы сильнее. «Адель» — еще одна его разновидность, разработанная в НИИ педиатрии и неврологии.
Другая разработка, созданная именно для нужд космоса, а затем «переехавшая» на Землю – термохимический генератор кислорода ГКС. Такие генераторы прямо сейчас установлены в российском сегменте Международной космической станции, а также в Центре подготовки космонавтов. Они способны в кратчайшие сроки сгенерировать кислород из «кислородных шашек» — заранее изготовленных блоков, которые без соблюдения особых условий могут храниться до 5 лет, а затем обогатить им воздух, если основные системы получения кислорода перестанут работать. Одна такая шашка весом 1 кг годится для получения 300 кг кислорода.
Аналогичные системы, созданные ЗАО «Специальное конструкторское бюро экспериментального оборудования при Институте медико-биологических проблем Российской Академии наук», сегодня работают и вне орбиты. Их используют спасатели МЧС и врачи медицины катастроф для обеспечения кислородом аппаратов искусственной вентиляции легких и проведения наркоза в полевых условиях.
Полет в космос – нагрузка для людей, обладающих особо крепким здоровьем, но даже тот, что действительно «здоров как космонавт», может испытывать проблемы с самочувствием при пребывании на борту и после возвращения. Космонавты, отправляющиеся в полет, в одних случаях становятся участниками научных исследований – их тщательно обследуют до, после, а в некоторых случаях даже во время полета, а в других проводят эксперименты самостоятельно, предварительно пройдя обучение под контролем ученых. Нередко сперва им приходится «поэкспериментировать» на Земле, чтобы потом повторить те же действия в космосе.
Один из примеров таких экспериментов, в котором космонавты выступили и как ученые, и как подопытные – «Спланх», в ходе которого была показана возможность следить за состоянием желудочно-кишечного тракта в ходе длительного космического полета. В 2014 году Сергей Рязанский и Олег Котов, которые находились на орбите около полугода, самостоятельно проводили электрогастроэнтерографию – неинвазивное обследование пищеварительной системы, напоминающее снятие кардиограммы, при котором достаточно было прикрепить датчики к телу испытуемого, а сам прибор («Спланхограф») – на пояс.
Результаты обследований отправлялись на Землю, где специалисты делали выводы о том, как длительный полет влияет на состояние ЖКТ. В 2021 году эксперимент был продолжен. Гастроэнтерограф «Спланхограф» был создан Институтом медико-биологических проблем РАН с участием Научно-производственного предприятия «Исток-Система» на основе серийно выпускаемого прибора «Гастроскан-ГЭМ».
Похожим образом был организован космический эксперимент «Пародонт-2», авторы которого сначала выясняли, какие изменения происходят в полости рта космонавтов, а потом искали способ предотвратить эти изменения. Пять космонавтов, находящихся в длительных космических экспедициях, брали у себя пробы слюны, которые затем исследовались на Земле. Оказалось, что самая популярная проблема – инфекции слизистых – возникают из-за того, что патогенные микробы в полости рта начинают активно размножаться. Справиться с воспалением в условиях космоса не так просто, для решения этой проблемы на орбиту отправляют набор «Комфорт», в составе которого не только зубные щетки, пасты и зубные нити, но и салфетки, смоченные зубным эликсиром.
Микрофлора в ходе космического полета меняется не только во ротовой полости, изменения касаются всего организма в целом. Дисбаланс кишечной микрофлоры приводит к серьезным расстройствам пищеварения, что становится настоящей проблемой в условиях полета, когда вместо душа – влажные полотенца, а ресурсы воды ограничены.
Наблюдения показывают, что это – совсем не редкость, в кишечнике космонавтов за время пребывания на орбите развивается серьезный дисбаланс микроорганизмов, причем полезных лактобактерий и бифидобактерий становится меньше, а патогенные преобладают.
Для решения этой проблемы космонавтам предлагают готовить кисломолочный продукт «ПробиоSpace» с пробиотиками прямо на борту МКС из сухого концентрата с лактобактериями. Пока, правда, эксперимент не завершен – в феврале 2023 года космонавт Дмитрий Петелин рассказывал, что приготовленный таким образом пробиотик доставят на Землю, а его дегустация пока не предполагается. Ожидается, что в дальнейшем он станет обязательным компонентом космической аптечки.
Сегодня космическая аптечка – набор средств оказания помощи и лекарств, которые помогут справиться с большинством проблем со здоровьем, а при необходимости даже провести реанимационные мероприятия. Это перевязочные средства, анальгетики, спазмолитики, кроверазжижающие препараты и лекарства, наоборот, усиливающие свертываемость, препараты для повышения давления, антибиотики и многое другое. Ряд исследований показывает, что срок годности лекарств в условиях космоса увеличивается. И это свойство тоже интересует исследователей. Сразу несколько научных групп сейчас пытаются выяснить, что именно происходит с препаратами во время полета, и можно ли добиться тех же изменений в земных условиях.
Кстати, особые условия космоса – главным образом полное отсутствие влияния гравитации – сегодня могут использоваться исследователями для создания лекарств, сделать которые на Земле просто невозможно. Ученые из Пермского политеха предложили математическую модель, которая позволит выращивать в космосе белковые кристаллы, необходимые для создания лекарств от мышечной дистрофии и некоторых противоопухолевых препаратов.
Уже сейчас такие кристаллы пытаются выращивать на МКС, но технологию пока нельзя назвать совершенной. Внедрение математической модели, нивелирующей недостатки, позволит сделать белковые кристаллы более совершенными, а сами препараты – более эффективными.
Сегодня можно организовать на космической станции не только фармацевтическое, но и биотехнологическое производство. Российская компания «3Д Биопринтинг Солюшенс», о которой мы писали в одном из предыдущих материалов, придумала специальный магнитный биопринтер «Орган.Авт» и в 2018 году отправила его на МКС.
С помощью устройства космонавты, которые, кстати, назвали эксперименты с биопринтером одними из самых интересных в их практике, смогли напечатать хрящевую и мышечную ткани, полноценные щитовидные железы для пересадки мышам и фрагменты костной ткани из кальциево-фосфатной керамики. Печатать трехмерные объекты в условиях космоса, где не действует гравитация, проще и удобнее – они не сплющиваются и не теряют свою форму.
Создатели биопринтера рассказали, что отправить устройство на МКС удалось лишь со второй попытки. При первом запуске произошла внештатная ситуация, из-за которой пришлось прервать полет, а оборудование вместе с бытовым отсеком не приземлилось, а упало с высоты 70 км. «Орган.Авт» уцелел и сохранил свою работоспособность. Сегодня устройство находится в музее космонавтики, где занимает почетное место в экспозиции, посвященной биопечати в космосе.
Текст: Ксения Скрыпник
На заходном фото Герой Советского Союза, Герой Российской Федерации, летчик-космонавт СССР, видный специалист космической медицины Валерий Поляков и западногерманский космонавт Ульф Мербольд
