Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

последующих экспедициях больше и не требовалось, так как самый долгий полет не превышал пяти дней (для американских астронавтов программы «Аполлон» – до 12 дней). Для научной программы требовалось больше времени. Чтобы проверить, как организм отреагирует на трехнедельный полет, на орбиту полетели две собаки: Ветерок и Уголёк. Эксперимент показал, что атрофия – очень серьезная проблема, здоровье собак было сильно подорвано, они не могли держаться на ногах, возникли проблемы с сердечным ритмом. После этого началась разработка комплекса компенсирующих средств и тренажеров. Их испытание было запланировано на 1970 год в рамках полетов орбитальной станции, но средства оказались нужны раньше. Космонавты Андриян Николаев и Виталий Севастьянов полетели выполнять научную программу длительностью 18 дней на корабле «Союз‐9». Это был маленький космический аппарат, в котором не удалось поместить весь комплекс средств, были только тренажеры по типу эспандеров. Космонавты надевали тренировочно-нагрузочный костюм ТНК‐1 и пристегивали к нему амортизаторы от специальной откидной площадки, резинки прижимали их и таким образом создавали опору. Стоя на опорной площадке, они могли ходить и бегать на месте, прыгать, приседать, наклоняться, выполнять упражнения с дополнительными амортизаторами и упражнения на координацию. Но этого оказалось мало. По возвращении космонавты не только не могли встать, но даже руку поднять были не в состоянии. Сердце (тоже мышца!) у Николаева уменьшилось в объеме на 12 %. Космонавт дважды терял сознание, и медикам приходилось «заводить его мотор». Проблемы с сердцем оставались у него до конца жизни, хотя врачам и удалось восстановить почти все функции. Севастьянов после этого даже совершил еще один космический полет.

Для орбитальной станции «Салют» уже был подготовлен полный комплекс тренажеров, в который входила беговая дорожка, вакуумная емкость «Ветер» и специальный усовершенствованный тренировочно-нагрузочный костюм «Атлет». Внутри последнего было несколько стягивающих лент, создающих постоянную нагрузку на мышцы. Чтобы двигаться, приходилось прилагать усилия и растягивать силовые элементы. Вакуумная емкость представляла собой устройство для нижней части тела – ноги помещались внутрь и герметизировались, затем из устройства откачивался воздух и создавалось пониженное давление. Кровь в сосудах устремлялась к ногам, а сердцу и сосудам требовалось усиленно работать, чтобы распределять жидкость по всему телу. Беговая дорожка представляла собой ленту, которую нужно было толкать ногами и таким образом достигать необходимого усилия. Также космонавты принимали препараты, повышающие активность и снижающие утомляемость. Три недели космонавты Добровольский, Волков и Пацаев проводили эксперименты по профилактике атрофии. Увы, катастрофа при посадке, забравшая жизни членов экипажа, не позволила в полной мере оценить эффективность разработанного комплекса упражнений и тренажеров. Но в ходе полета у космонавтов не наблюдалось никаких признаков снижения тонуса мышц или массы тела.

Тренировочно-нагрузочный костюм

Повторно эксперимент с тем же комплексом упражнений (за исключением беговой дорожки) проводился на «Салюте‐3». Тренажер исключили, так как при занятиях на нем космонавты раскачивали станцию, рискуя вывести из строя оборудование. Павел Попович и Юрий Артюхин за 16 дней на орбите не испытали серьезной атрофии.

На станции «Салют‐5» был такой же комплекс оборудования, но из-за большого количества экспериментов космонавты успели выполнить только половину нагрузочных упражнений и потому по возвращении испытали определенные трудности.

А вот на «Салюте‐4» было много модернизированного оборудования. Вместо емкости «Ветер» использовался разработанный вакуумный костюм «Чибис» в виде брюк со значительно улучшенными эксплуатационно-техническими качествами. Также появился велоэргометр – тренажер, напоминающий велосипед, но который можно использовать и для ног, и для рук. Вернулась и беговая дорожка.

Благодаря этим средствам профилактики атрофии длительность полетов стала расти семимильными шагами. Череду достижений космонавты продолжили на станции «Салют‐6», где использовали новый тренировочно-нагрузочный костюм под названием «Пингвин». Его можно было носить весь день, регулируя силу стягивания и нагружая большие группы мышц. Костюм показал себя прекрасно и стал использоваться в последующих космических полетах. В дальнейшем эти приборы не менялись и на станции «Мир», и на МКС. Эксперименты проводятся с изменением времени нагрузки и ее величины. Сейчас рекорд непрерывного пребывания на орбите принадлежит Валерию Полякову – 438 суток.

На Земле космические тренажеры помогли в лечении болезней опорно-двигательного аппарата. «Пингвин» используют люди, перенесшие инсульт, парез, кому. Детская версия костюма «Аделя» – главный инструмент лечения детского церебрального паралича. Также технология была использована при создании костюма «Регент». Велоэргометр, беговая дорожка и эспандеры нашли применение в восстановительной медицине.

Пробовались и другие устройства. Например, электростимулятор «Тонус» подавал небольшие разряды на мышцы, заставляя их сокращаться. Метод работал, но его эффективность была невелика, а увеличение времени работы прибора или силы тока приводили к дискомфорту и судорогам. Но для некоторых групп мышц, тренировка которых в ограниченном пространстве была невозможна, электростимулятор стал единственной альтернативой. На орбите он сейчас мало используется, а вот в медицине на Земле его применяют для тренировки мышц таза и устранения спазматических болей.

Первый индийский космонавт Ракеш Шарма в рамках совместного с советскими космонавтами полета на станции «Салют‐7» провел необычный эксперимент «Йога», опробовав серию не стандартных физических упражнений, но применяемых в индийской культуре поз. Так удалось задействовать иные группы мышц и оценить уровень их атрофии. Кроме того, была проверена гипотеза о снижении атрофии путем пассивного растяжения мышц. Оказалось, что растяжка так же эффективна, как и силовая нагрузка. Но, хотя атрофия действительно замедлялась, одних поз йоги было недостаточно.

В ходе экспериментов была выявлена связь активности мышц с ощущением опоры. В эксперименте «Мотокард» проверялась гипотеза, что определенные чувства, которые можно стимулировать разными средствами, влияют на биоэлектрическую активность мышц и на их сокращение. Таким образом можно облегчить и ускорить адаптацию после возвращения на Землю или после лечения травм.

Валерий Поляков, будучи по образованию врачом и прекрасно зная все особенности профилактики, на станции «Мир» провел уникальный эксперимент. Его объем упражнений был в разы больше, чем прежде, и когда Поляков вернулся на Землю после года и трех месяцев в невесомости, смог пройтись пешком без помощи докторов. Однако это было не так просто – мышечная масса сохранилась в норме, но сил оказалось в разы меньше. Жесткость волокон тоже снизилась, как и скорость реакций и рефлексов. Это наблюдалось и раньше, но теперь это нельзя было списать на атрофию.

На МКС проводился эксперимент «Андромеда», в котором прямо на борту с помощью ультразвукового томографа определялась структура мышц. Угол наклона волокон сильно изменился относительно нормального их положения в земных условиях, причем у разных участников эксперимента отклонения составляли от 10° до 60°. Уменьшилась длина волокон, зато увеличилась толщина, что также уменьшило силу. В наземных исследованиях спортсменов уже отмечали, что у