Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

Отдельно выделим эксперимент «Флутеус», в котором исследовались личинки морских ежей. Известно, что у этого животного растут иглы, по минеральному составу схожие с костями. Более того, поврежденные участки могут регенерировать и восстанавливаться. Плотность и размер игл зависят от среды обитания. Это прекрасный материал для выявления особенностей минерализации скелета в условиях невесомости. Большая часть ежей развивалась нормально, только иглы стали больше по размеру. Так выявили сразу несколько механизмов усвоения кальция организмами иглобрюхих, в основе которых зачастую лежали физические механизмы всасывания кальция и прохождения через мембраны.

Исследования продолжаются на МКС. Чтобы глубже понять физические процессы, космонавты проводят эксперимент «Кальций», изучая растворимость минералов и электролитов в невесомости, а также получение плохорастворимых или нерастворимых соединений, которые могут лечь в основу новых лекарств.

На орбите уже давно изучаются животные, у которых исследуется изменение в росте костной ткани. Для удобства наблюдения используют прозрачные организмы на ранней стадии развития, например стеклянных рыб, данио-рерио, гуппи, японскую оризию и т. д. Мальки развиваются в невесомости до взрослой особи без особых изменений. Генетических проблем тоже не наблюдалось, а значит, все ранее исследуемые проблемы носят физиологический характер, а лечение применимо и на Земле. Такие данные помогают ученым понять, как бороться с остеохондрозом и неизлечимыми генетическими заболеваниями потери костной ткани.

Следующее, что ослабевает в космосе, – сосуды. В невесомости происходит перераспределение жидкостей. Если на Земле кровь приливает к ногам, то сердцу и сосудам нужно толкать ее вверх. В невесомости жидкость распределяется равномерно, то есть отливает от ног и приливает к голове. В одном месте кровоток ослабевает, в другом усиливается.

Для исследования нарушения работы сосудов проводятся эксперименты с применением метода реографии. Датчики измеряют изменение сопротивления тканей. Так как происходит перераспределение крови, сосуды в верхней части тела расширяются, а в нижней – сужаются. Эту проблему пробовали решать разными способами. Так, в эксперименте «Профилактика» использовались браслеты и пережимающие средства, которые не давали крови подниматься вверх. Похожий эксперимент «Браслет» предполагает ношение специальной манжеты на стопе.

На станции «Салют‐6» использовался костюм «Пневматик»: специальные манжеты пережимали одни части тела, увеличивая приток крови к другим.

Но самый эффективный метод – использование вакуумного костюма «Чибис». Мы уже упоминали его, обсуждая тренировки сердца. Костюм создает пониженное давление в ногах, куда устремляется кровь, но его эффект отличен от гравитационного.

Изучению реакции на применение костюма посвящена значительная часть научных экспериментов. Например, на МКС проводится исследование «Кардио-ОДНТ» по изучению влияния низкого давления в ногах на сердце и сосуды. Круги кровообращения имеют разный размер и по-разному реагируют на одно и то же воздействие. Медики с каждым новым полетом и исследованием выделяют проблемные места и участки максимального риска образования тромбов и больше узнают о рисках сосудистых болезней. Эксперимент «Кардиомед-ОДНТ» призван проверить, можно ли использовать данные об изменении кровообращения для обратной задачи – диагностики проблем с сосудами.

Исследование под названием «Дан» нацелено на определение влияния пониженного давления на дыхание и поведение барорецепторов. В сосудах есть специальные клетки, которые определяют давление и подают сигналы в мозг о необходимости дышать активнее и ускорить сердцебиение. Предполагалось, что искусственное понижение давления «Чибисом» может оказать негативное воздействие и спровоцирует учащение дыхания. Выяснилось, что при работе вакуумного костюма время на вдохе увеличивается на 30 %. В обычной ситуации было отмечено снижение чувствительности барорецепторов космонавтов в невесомости, когда в атмосфере станции появляются излишки углекислого газа. Это пока фундаментальное исследование, но в перспективе оно поможет страдающим гипертонией на Земле.

Новый метод, который в 2015 году опробовали Олег Кононенко и Михаил Корниенко, предполагал изменение давления на вдохе экспериментальным прибором УДОД. Космонавты надевали специальную лицевую маску и дышали через нее. Давление подаваемого газа меньше, чем давление окружающего воздуха, что провоцирует отток крови от головы и ног и приток к грудной клетке, легким и сердцу.

Исследование зрения в космосе

Одна из самых первых проблем, которую вызывает отек мышц головы, – ухудшение зрения. Глазное яблоко деформируется (чаще всего сжимается), а чувствительная часть глаза – сетчатка – удаляется от линзообразного хрусталика, фокусирующего свет. Изображение получается размытым. На Земле этот дефект зрения называют дальнозоркостью. Самая же большая проблема оказалась в том, что иногда после возвращения у космонавтов глаза, в отличие от других органов, не восстанавливали свою функцию. Значит, имеются более сложные и неочевидные факторы, влияющие на зрение. Чтобы глубже понять принципы работы одного из главных органов чувств, на орбите проводилось множество исследований. В эксперименте «Нептун» проверялась острота зрения и способность определять расстояние по бинокулярному эффекту: сначала космонавт смотрит на специальную таблицу Ландольта при разном освещении и пытается разглядеть символы

Очень необычными были эксперименты по исследованию световых явлений, если глаза закрыты, – некоторые космонавты наблюдали вспышки в глазах, когда никаких ламп рядом не было. Основная теория гласит, что эффект возникает из-за движения заряженных частиц в глазной жидкости. В вакууме ничто не может двигаться быстрее света, однако в среде (например в воде) излучение распространяется медленнее, чем в космосе. Маломассивные частицы могут двигаться быстрее излучения (но не быстрее скорости света в вакууме) и вызывать свечение, названное эффектом Вавилова-Черенкова. Голубое сияние наблюдается около ядерных реакторов. Подобное наблюдают и космонавты даже при закрытых глазах.

Хотя на станции «Салют‐6» эта теория получила подтверждение, нужно было проверить наличие других причин появления вспышек. На станции «Мир» космонавты Соловьёв и Авдеев провели эксперимент «Иллюзия», в котором использовали специальный прибор, вызывающий сокращения глазных мышц электрическими разрядами. При этом резко менялось состояние оптической системы – фокус внутри глаза быстро смещался, что порождало быстрое размытие изображения, выглядящее как вспышка. Этот эксперимент показал, что возможны и другие причины иллюзий, вполне возможно, вызванные атрофией мышц глаза. Хотя для лечения заболеваний эта информация