Stato av anabiose hos astronauter for lange mellomplanetære reiser: science fiction eller medisinens fremtid?

Idéen om å sette astronauter i et kunstig anabiotisk tilstand (eller stasis) for måneds- eller årelange mellomplanetære reiser har lenge gått fra science fiction-sider til alvorlige forskningsprogrammer hos NASA, det europeiske romagenteriet (ESA) og private selskaper (for eksempel SpaceX). Denne ideen vurderes ikke som en plotbevegelse, men som en potensielt avgjørende teknologi for bemannede missjoner til Mars og andre planeter, som kan overvinne viktige fysiologiske, psykologiske og logistiske barrierer.

1. Teknologiske og medisinske utfordringer ved lange reiser.

En reise til Mars i henhold til det klassiske scenariet med aktiv besetning tar 6-9 måneder i én retning. Dette skaper en kompleks problemstilling:

Resursforbruk: Besetningen forbruker oksygen, vann, mat, genererer avfall. For en lang misjon krever dette en enorm lastemasse, noe som gjør det økonomisk og teknisk umulig.

Utvikling av kroppen i mikrograviditet: Tross fysisk trening, utvikler astronauter muskelatrofi, demineralisering av bein (opptil 1-2% per måned), kardiovaskulære endringer, synsforstyrrelser.

Psykologisk stress: Langvarig opphold i et lukket rom, monotonitet, avstand fra Jorden, sosial isolasjon og potensielle interpersonelle konflikter representerer en stor risiko for psykisk helse.

Stråling: I dypt rom, uten beskyttelse fra Jernkjølet, utsettes besetningen for galaksekosmiske stråler og solprotonshendelser, noe som øker risikoen for onkologiske sykdommer og skade på CNS.

Stato kontrollert stasis kan teoretisk redusere alle disse problemene.

2. Prototyper i naturen: vinterdvale og torpor.

Forskere innvier ikke anabiose fra bunnen av, men streber etter å kopiere og forbedre mekanismer som finnes i naturen:

Den virkelige vinterdvale hos gnavere, skilpadde og fluer: radikalt redusert metabolisme på 85-99%, kroppstemperatur til nivåer nær null, hjertefrekvens og pustefrekvens. Den viktigste ulempen er sykluser med spontan våkning, som er energikrevende for organismen.

Winterdvalen hos bjørn: Mindre dypt, men lengre (opptil 6 måneder) tilstand med moderat redusert kroppstemperatur og metabolisme, uten mat, drikke og avfall, med bevarte muskel- og beinkjernemasse takket være unike biokjemiske tilpasninger (recirkulering av urinsyre).

Torpor (frysende) hos kolibrier og små pattedyr: kortvarig daglig redusert temperatur og metabolisme for å spare energi.

Det ideelle prototypen for mennesker er nettopp bjørnens tilstand, som er mer håndterbar og trygg for et stort pattedyr.

3. Teknologier for indusert stasis: hovedtilnærminger.

Moderne forskning fokuserer på flere retninger:

Farmakologisk vinterdvale: Søk etter og syntese av stoffer som kan "slå på" menneskets metabolisme i et sparemodus. Et spennende område er studiet av hydrogen sulfid (H2S) og adenosin, som kan indusere et torpor-lignende tilstand hos dyr. I 2005 klarte amerikanske forskere å sette mus i en reversibel metabolisk anabiose ved å puste inn luft med en liten mengde hydrogen sulfid, noe som reduserte oksygenforbruket med 90%.

Terapeutisk hypotermi (målt kontrollert nedkjøling): Dette er en eksisterende klinisk praksis, brukt etter hjerteavbrudd eller hodeskade for å beskytte hjernen. Kroppstemperaturen til pasienten reduseres til 32-34°C i noen dager. For kosmisk stasis vil det kreve mye dypere og lengre nedkjøling (opptil 32°C, og i fremtiden enda lavere) med bruk av komplekse systemer for ekstern varmeveksling og overvåking.

Stimulering av sentre for vinterdvale i hjernen: I 2020 klarte japanske forskere ved Tsukuba University å sette museer i et tilstand lignende vinterdvale, ved å stimulere bestemte nevroner (nevroner Q) i hypothalamus, i noen dager med reversibel redusert kroppstemperatur og metabolisme. Dette gjennombruddet viser muligheten til direkte nevronsgodkjent kontroll over dette tilstanden.

Interessant fakt: I 2014 fikk selskapet SpaceWorks Enterprises et stipend fra NASA for å utvikle konseptet "torpor for Marsfart" (Torpor Inducing Transfer Habitat). Deres prosjekt foreslår å sette besetningen i et tilstand av terapeutisk hypotermi (32-34°C) i 14-dagers sykluser med korte perioder med våkning for å spise og sjekke systemene. Ifølge beregninger kan dette redusere skipets vekt med 30-50% ved å redusere volumet av livsstøtte.

4. Fordeler og uoppløste problemer.

Fordeler ved stasis:

Reduksjon av behovene til besetningen: Kraftig redusert forbruk av ressurser, minimalisering av avfall.

Beskyttelse mot mikrograviditet: I tilstand av hypotermi og redusert metabolisme bør prosessene med muskelatrofi og beindemineralisering reduseres betydelig.

Reduksjon av strålingsrisiko: Metabolisk inaktive celler er mindre sårbare for strålings斯基ld.

Løsning på psykologiske problemer: Tiden føles subjektivt å gå raskt for besetningen, stress fra isolasjon minimeres.

kritiske uoppløste problemer:

Langvarig muskelatrofi og osteoporose: Selv i stasis vil disse prosessene, selv om de er bremset ned, fortsatt progrediere. Det er nødvendig med teknologier for muskelstimulering i bevisstløs tilstand.

Mat og hydrering: Hvordan levere næringsstoffer og opprettholde vann- og elektrolyttbalanse? Mulige alternativer inkluderer fullstendig parenteral (intravenøs) ernæring eller periodiske våkninger.

Risiko for trombose og infeksjoner: I tilstander av hypotermi og inaktivitet øker risikoen for trombose og undertrykkelse av immunforsvaret betydelig.

Langsiktig påvirkning på hjernen: Er det mulig med uopprettelige kognitive lidelser etter måneder i et hypometabolisk tilstand? Beskyttende effekt av hypotermi for hjernen er kjent, men ikke studert i denne skalaen.

надёжность систем: Teknisk feil i systemet for livsstøtte stasis-kapselen vil være dødelig. Det er nødvendig med helt pålitelige, duplekse systemer med kunstig intelligens for overvåking.

Avslutning.

Stato av anabiose for astronauter er ikke lenger ren science fiction, men en multidisiplinær vitenskapelig-teknologisk oppgave av ekstrem kompleksitet. Løsningen på dette ligger på kryss og tvers av nevrobiologi, kryobiologi, livsstøttesystemer og romingeniørkunst. Selv om det fortsatt er tiår med intens forskning og testing før praktisk implementering, er de første stegene allerede tatt. Suksess i denne området vil ikke bare være et gjennombrudd i kosmonautikken, men også et av de største oppnåelsene i medisinen, i stand til å redde liv på Jorden ved å kontrollere metabolisme i kritiske tilstander. Pionerer her vil ikke bare være ingeniører og astronauter, men også biologer som i flere år har studert den sovende bjørnen i hytta og den sovende skilpadde i den iskalde hulen.

Permanent link to this publication: