Психические расстройства, нехватка пищи и космическая радиация: что угрожает разуму и телу людей, которые отправятся на Марс

Научный обозреватель Кэтрин Хобсон опубликовала колонку, в которой рассказала о том, какие психологические и поведенческие расстройства могут случиться с космонавтами в условиях длительного космического путешествия на Марс. 

В продолжение размышлений о потенциальных проблемах колонизации красной планеты она написала также о том, какие опасности для физического здоровья ждут участников будущей экспедиции. 

Редакция vc.ru публикует перевод двух материалов.

Если всё пойдет по плану NASA или Элона Маска, то однажды в не столь отдалённом будущем группа космонавтов отправится в многолетнее путешествие к Марсу и обратно. 

Во время двух шестимесячных (или даже более длительных) перелётов члены небольшого экипажа будут заперты в небольшом корабле, где мало возможностей для отдыха и уединения, а отвлечься толком нечем. Удаляясь от Земли, космонавты всё сильнее будут чувствовать, что они изолированы от всего, что знали. Связаться с командованием или семьёй в реальном времени будет невозможно.

Всё это — отличный рецепт психологического стресса, который наложится на другие рутинные проблемы космонавтов. 

Поэтому учёные пытаются идентифицировать все возможные ментальные проблемы, чтобы можно было отобрать в экипаж тех, кто лучше всего с ними справится. А также чтобы подготовить их к сложностям и выяснить, как в случае чего помочь космонавтам с психологическими проблемами, когда они находятся в миллионах километров от Земли.

Разумеется, первый полёт на Марс станет беспрецедентным событием. Поэтому, размышляя о том, с чем столкнутся космонавты, исследователи из NASA и других организаций отталкиваются от информации об аналогичных путешествиях. 

Учёные изучали длительные пребывания людей на МКС и в других изолированных местах с тяжёлыми условиями, где они к тому же находились в замкнутом пространстве — например, вахты в Антарктиде. Также учёные проводили контролируемые исследования, в ходе которых участники помещались в условия, схожие с теми, в каких окажутся космонавты — всё это для того, чтобы выяснить потенциальные причины конфликтов.

По словам Ника Кэнаса, почётного профессора в Калифорнийском университете и автора книги «Люди в космосе: психологические неурядицы» (Humans in Space: The Psychological Hurdles), длительные космические миссии сопряжены со множеством факторов стресса: в частности, с постоянным нахождением в ограниченном пространстве, в изоляции, в условиях опасной для жизни среды и монотонной работы. Возможны и межличностные конфликты между членами команды или с сотрудниками контроля полётов на Земле.

В NASA процесс отбора космонавтов включает психиатрические и психологические проверки, чтобы сразу исключить людей с проблемами поведения. В прошлогоднем отчёте агентства говорится, что «хотя случались волнения и перемены в настроении, поведенческих дисфункций во время пребывании в космосе никогда замечено не было». Однако в ходе более длительной миссии шансы возникновения сложных когнитивных, поведенческих или психических расстройств «значительно возрастают».

То есть помимо тщательного отбора кандидатов нужно предугадать возможные проблемы и придумать, как оказывать помощь на расстоянии. Комиссия в первую очередь отбирает тех, кто лучше всего подходит для жизни в сложных условиях длительной космической миссии — эмоционально стабильных и стойких людей, которые хорошо работают в команде и уживаются с окружающими.

При этом нельзя точно сказать, когда именно могут возникнуть потенциальные поведенческие и межличностные проблемы. 

В одной из симуляций под названием «Марс 500», которая проводилась в России, шесть мужчин, по возрасту, профессии и образованию похожих на космонавтов на МКС, жили вместе в ограниченных условиях в течение 520 дней. С помощью еженедельных опросов исследователи обновляли информацию об их настроении, уровне депрессии, стресса и усталости, конфликтах с остальными и временем реакции.

Выяснилось, что все участники эксперимента по-разному реагировали на стресс. Так, у одного из мужчин те или иные симптомы депрессии проявлялись в 93% времени от всего периода участия в эксперименте. А два других члена команды ни разу не продемонстрировали даже намёка на психологические или поведенческие проблемы.

Однако, по словам Дэвида Динджеса, профессора и директора отдела экспериментальной психиатрии Пенсильванского университета и автора исследования, способность участников справляться с обстоятельствами или отсутствие таковой проявлялась очень рано.

Соответственно, уязвимости людей можно выявлять в ходе гораздо более коротких исследований — так гораздо проще идентифицировать кандидатов, которые либо не совсем годятся для длительных космических миссий, либо будут нуждаться в дополнительной поддержке.

В ходе некоторых (далеко не всех) исследований выяснялось, что во время таких полётов, как и в других экстремальных условиях, вероятность возникновения психологических проблем и межличностных конфликтов резко возрастает примерно на полпути.

Хотя этот так называемый «эффект третьей четверти» проявляется непостоянно, организаторам миссии лучше позаботиться о дополнительной поддержке космонавтов с помощью определённых вещей, особых событий (возможно, реализованных в виртуальной реальности) или иных способов — сделать всё, чтобы поднять моральный дух космонавтов, когда они могут быть особенно уязвимы. Так считает Келли Слэк, производственно-организационный психолог и член команды NASA по отбору психологически здоровых и продуктивных кандидатов в космонавты.

Некоторые потенциальные проблемы полёта на Марс повторяют подобные нюансы предыдущих или аналогичных миссий, только в большем масштабе. Например, космонавты гораздо дольше будут испытывать воздействие микрогравитации, которая может дезориентировать и вызывать дискомфорт. 

Изоляция и существование в узком, заполненном людьми пространстве всегда проблематичны, однако обитаемое пространство на Международной космической станции сложно назвать совсем уж маленьким — его площадь составляет примерно 424 квадратных метра.

Это сравнимо с пространством дома с 9-футовыми потолками и площадью примерно в 160 квадратных метров. При этом, поскольку космонавты невесомы, обитаемым становится всё пространство, а не только область у пола. 

Также, по словам Слэк, на МКС достаточно возможностей для отдыха и физических упражнений. Сейчас нельзя точно сказать о том, насколько большим будет корабль марсианской миссии, но NASA планирует сделать его похожим на часть МКС. 

Согласно текущим рекомендациям, на одного человека должно приходиться как минимум 25 кубических метров — примерно 150 кубических метров на экипаж из 6 человек. (В этом документе содержится примерная планировка помещений).

Для контекста: я живу вместе с ещё двумя соседями в маленькой квартирке в Бруклине, и на каждого из нас приходится примерно 81 кубический метр жилого пространства. Правда, мы, конечно, не можем парить в воздухе.

Всё должно занимать как можно меньше места, поэтому не получится взять, например, разнообразную еду, удовлетворяющую всем вкусам. Звучит это незначительно, но представьте, как бы вы себя чувствовали, если бы вам пришлось целый месяц подряд завтракать только энергетическими батончиками со вкусом барбекю.

Циклы сна космонавтов тоже могут оказаться сбиты, что может повлиять на многие вещи. Как считает Динджес, когда люди плохо спят — недостаточно высыпаются или их распорядок дня выходит из 24-часового цикла из-за отсутствия регулярных стимулов вроде восхода и заката — это влияет на их мозги и поведение.

Во время симуляции «Марс 500» те два члена команды, которые спокойно прожили весь срок, не испытывали никаких проблем со сном или суточным жизненным циклом.

Стабильный цикл сна и бодрствования можно поддерживать с помощью света синего спектра — включать его «днём» и отключать на время сна. Однако, по словам Динджеса, есть свидетельства того, что даже со световой регуляцией у некоторых космонавтов могут быть проблемы со сном, и это неизбежно повлияет на их уровень стресса и утомляемости. 

И учёные пока лишь пытаются понять, почему. (Полётом дело не ограничивается — на самом Марсе проблем со сном может быть не меньше).

А ведь есть ещё нюансы, которые не могут быть отражены в аналогичных ситуациях. Например, значение задержки в двухсторонней коммуникации между Землей и Марсом от 25 до 44 минут (зависит от взаимного расположения планет). Это означает, что команде из центра управления полётами либо семье и друзьям будет сложно оказывать поддержку космонавтам. Как минимум придётся изменить стиль коммуникации.

Как рассказывает Слэк, её команда в NASA сейчас пытается понять, можно ли будет помочь космонавтам в состоянии стресса или с ментальными проблемами, используя модифицированную версию поведенческой терапии, например, в виде текстовых сообщений. Так у пациента и терапевта будет возможность отвечать не сразу же, а в удобное для каждого время.

Также исследователи изучают возможность использования виртуальной реальности для взаимодействия с аватарами членов семей космонавтов в некосмической обстановке. Например, космонавт может создать небольшую игру в VR с поиском пасхальных яиц, в которую потом поиграет его ребёнок. Но даже со всеми этими адаптационными решениями сложно предугадать, как космонавты будут переносить задержку в коммуникации.

Эксперименты на Земле могут симулировать задержку связи. И в некоторых из них, например, «Марсе 500» или HI-SEAS это применялось. Но эти симуляции неполноценны, ведь космонавты знают, что они на Земле. Не известно, как они будут воспринимать эту же задержку, осознавая, что до Земли миллионы километров.

Ощущение изоляции только усилится из-за так называемого «феномена взгляда на Землю со стороны», когда родная планета постепенно уменьшается в размере, пока не становится неотличимой от других космических тел.

По крайней мере, невозможность посмотреть на нашу планету со стороны лишит космонавтов значительной доли удовольствия от путешествия — опрос 39 космонавтов показал, что одним из основных позитивных эффектов пребывания в космосе для них был вид на прекрасную и хрупкую Землю. 

По словам Слэк, разглядывание родной планеты — один из основных видов отдыха на МКС: космонавты как фотографируют её, так и просто смотрят, как она проплывает мимо.

Мы можем себе только представить, что будут чувствовать космонавты, когда наша планета перестанет быть видна в иллюминаторе. Вдохновит ли их это на межпланетные исследования? Или их сердца наполнятся экзистенциальным ужасом? Выяснить это можно только одним способом.

Сложно предвидеть каждую проблему со здоровьем, с которой столкнутся люди, отправившиеся на Марс. А ведь полёт туда может занять годы.

Но NASA предпринимает попытки. У агентства есть список из ста заболеваний или происшествий, которые могут случиться во время космического путешествия. Среди них: панкреатит, повреждение поясничного отдела позвоночника и отломанные ногти после неосторожного надевания перчаток от скафандра.

Также агентство выделило 23 опасных для здоровья фактора, с которыми ещё предстоит справиться перед тем, как первый человеческий экипаж отправится к Марсу в 2030-х годах (как планирует NASA) или раньше (как планирует Элон Маск).

Девять из них относится к «красной» категории — то есть могут произойти с высокой вероятностью (более 1%) и привести к тяжёлым последствиям (смерть, инвалидность или иной долговременный эффект).

В их числе: космическая радиация, зрительные, когнитивные или поведенческие расстройства, истечение срока годности медикаментов, нехватка питания, проблемы взаимодействия между членами экипажа и с технологиями на борту, а также повреждения костей.

Им отдан наивысший приоритет, и эти проблемы нужно решить окончательно до того, как люди отправятся на Марс — так считает Уильям Палоски, директор Human Research Program в NASA. Он также добавляет, что исследование космоса — дело само по себе рискованное, и добровольцам стоит знать о всех рисках, вне зависимости от того, «красные» они или нет.

Из всех рисков радиация — самый серьёзный. Из-за солнечных частиц люди могут получить крайне высокие дозы радиации, если не будут защищены стенами космического корабля или иными плотными поверхностями, либо достаточным количеством воды. Так считает Дорит Доновель, заместитель руководителя National Space Biomedical Research Institute, спонсируемого NASA консорциума исследовательских организаций, во главе которого стоит Бэйлорский медицинский колледж.

Появление этих частиц порой можно предсказать только за 20 минут. Проблема в том, что если человек находится на поверхности Марса в скафандре или марсоходе, ему может не хватить времени на то, чтобы найти убежище. 

В таком случае он получит острые симптомы лучевой болезни вроде тех, с которыми столкнулись люди, попавшие в зону поражения во время катастрофы в Хиросиме, в том числе и сильную тошноту. А, как говорит Доновель, «если вас стошнит в скафандре, вы — труп», потому что жидкость и кусочки еды забьют каналы, по которым поступает воздух.

Даже если космонавт переживёт первый радиационный удар, его красные кровяные тельца погибнут, из-за чего он станет очень уязвим к инфекциями. По словам Доновель, для защиты от таких выбросов нужно разработать прогностический инструмент, благодаря которому у людей будет больше времени, чтобы добраться до убежища.

Если асфиксии от рвотных позывов недостаточно, есть ещё галактические космические лучи, которые источают объекты вроде взрывающихся звёзд.

Эти частицы состоят из высокоэнергетических протонов и тяжелых ионных ядер. Из-за их заряда и скорости они могут пробивать защиту «глубоко, быстро и жёстко», так что её определённо нужно усилить.

Более того, если в защитных конструкциях будет содержаться свинец или другие материалы, вступающие во взаимодействие с тяжелыми заряженными частицами, они разобьют радиацию на ещё большее количество частиц, что только ухудшит положение.

Теоретически, защитой от галактических космических лучей может стать магнитное поле, но с ним тоже не всё так гладко, ведь частицы могут застрять в нём, что отменит весь защитный эффект.

Эти лучи наносят урон клеткам тела, из-за чего возрастает риск появления катаракты и усугубления уже имеющихся болезней. Также в долгосрочной перспективе они могут стать причиной рака. А в краткосрочной — уничтожить или сильно повредить столько клеток мозга, что его когнитивные возможности заметно снизятся.

Сейчас NASA активно разрабатывает разные защитные материалы. Но есть и альтернатива — антирадиационные препараты или пища, повышающая иммунитет. Однако, как считает Доновель, они появятся далеко не скоро. Пока что агентство только пытается в полной мере понять, как тяжёлые частицы влияют на здоровье, а за контрмеры примется «в ближайшем будущем», как выражается Палоски.

Ещё один фактор риска — расстройство и изменение внутричерепного давления, которое может привести к проблемам со зрением. Они начинают появляться, только когда космонавты проводят на МКС шесть или более месяцев, и причины этого, по словам Палоски, пока что неясны.

Поначалу считалось, что дело тут только в длительных последствиях движения жидкости в голове (она приливает, когда человек находится под воздействием микрогравитации). Однако, как сообщает Палоски, это не единственная причина.

Сейчас ученые прорабатывают альтернативные гипотезы. Например, некоторые считают, что на зрение может влиять движение цереброспинальной жидкости (она окружает центральный и спинной мозг) или повышенное содержание углекислого газа в окружающей среде.

Вот ещё один каверзный вопрос: как снабдить космонавтов едой и медикаментами так, чтобы сохранить их здоровыми. Для полёта на Марс необходима питательная пища и множество препаратов с многолетним сроком годности, при этом они должны быть лёгкими и не занимать много места. 

Как рассказывает Палоски, одним из решений может стать технология 3D-печати — в этом случае на борт погружались бы только базовые элементы, из которых космонавты могли бы печатать пищу и медикаменты по мере необходимости.

С медициной в космосе вообще всё непросто.

Ограничений много: ведь серьёзными медикаментами будут пользоваться люди без медицинского образования с самыми минимальными навыками, так что они должны быть максимально простыми в обращении либо вовсе автоматизированными. 

Также надо помнить о том, что не все медикаменты подходят для невесомости. К тому же, они ещё должны занимать мало места на космическом корабле.

По словам Доновель, в невесомости невозможно провести даже простейший тест крови, чтобы узнать, вирусной инфекцией болен человек или бактериальной.

Сейчас в космос уже отправили один диагностический инструмент — фактически, это очень сложный ручной аппарат УЗИ, с помощью которого можно просвечивать разные части тела. 

Также NASA профинансировало исследование Вашингтонского университета, цель которого — выяснить, можно ли использовать УЗИ не только для того, чтобы диагностировать камни в почках, но и чтобы перемещать их в другую часть органа или вовсе уничтожать.

Как можно заметить, такие последствия микрогравитации, как уменьшение мышечной массы и объёма легких к «красной» категории не относятся.

В частности, с помощью Advanced Resistive Exercise Device, можно прорабатывать все основные группы мышц.

Однако нерешённых вопросов всё ещё много. Так, в Университете Калгари инженер-биомедик Стивен Бойд пытается выяснить, полностью ли восстанавливаются кости космонавтов, вернувшихся на Землю. Уменьшение плотности костей можно обратить вспять, но его интересует, можно ли провернуть то же самое с микроархитектурой костей — причиной их прочности.

Данные по этим проблемам всё ещё поступают. Например, много важной информации собрали космонавты, решившиеся на годовое пребывание космосе и вернувшиеся на Землю в марте 2016 года. Также в NASA надеются расширить и подтвердить свои познания о последствиях пребывания в космосе с помощью данных от 10-12 космонавтов, которым ещё только предстоит отправиться на МКС.

По словам Палоски, экстраполяции результатов краткосрочных космических миссий может быть недостаточно для того, чтобы решить все потенциальные проблемы со здоровьем во время долгого полёта к Марсу.

#Будущее #колонизация_марса #Марс