Κατάσταση αναστοχασμού στους αστροναύτες για μακροχρόνιες διαστημικές μεταφορές: επιστημονική φαντασία ή ιατρική του μέλλοντος;

Η ιδέα της εισαγωγής των αστροναυτών σε κατάσταση τεχνητού αναστοχασμού (ή στάσης) για πολυμηνιαίες ή πολυετή διαστημικές μεταφορές έχει ήδη μετακινηθεί από τις σελίδες της επιστημονικής φαντασίας σε σοβαρές ερευνητικές προγράμματα του NASA, του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και ιδιωτικών εταιρειών (π.χ. SpaceX). Αυτή η ιδέα εξετάζεται όχι ως σενάριο, αλλά ως πιθανώς λύση για πτήσεις με πιλότους προς τον Μάτι και άλλες πλανέτες, επιτρέποντας να ξεπεραστούν κρίσιμα φυσιολογικά, ψυχολογικά και λογιστικά εμπόδια.

1. Τεχνολογικές και ιατρικές προκλήσεις μακροχρόνιων μεταφορών.

Η διαδρομή προς τον Μάτι εντός του κλασικού σενάριου με ενεργό πληρώμα απαιτεί 6-9 μήνες για μια κατεύθυνση. Αυτό δημιουργεί ένα σύνθετο πρόβλημα:

Κόστος πόρων: Το πληρώμα καταναλώνει οξυγόνο, νερό, τροφή, παράγει απορρίματα. Για μια μακροχρόνια αποστολή απαιτεί τεράστια μάζα φορτίου, καθιστώντας την οικονομικά και τεχνικά αδύνατη.

Διαταραχή του οργανισμού στη μηδενική βαρύτητα: Αν και υπάρχει σύστημα φυσικής άσκησης, οι αστροναύτες αναπτύσσουν ατροφία μυών, απομινεράτωση οστών (μέχρι 1-2% τον μήνα), αλλαγές στο καρδιαγγειακό σύστημα, διαταραχές της όρασης.

Πνευματικός άγχος: Η μακροχρόνια παραμονή σε κλειστό χώρο, η μοναotonία, η απομάκρυνση από τη Γη, η κοινωνική απομόνωση και οι πιθανές διαταραχές μεταξύ ατόμων αντιπροσωπεύουν σοβαρό κίνδυνο για την ψυχική υγεία.

Ραδιολογική εκπομπή: Στην βαθιά διάστημα, εκτός της προστασίας της μαγνητικής σφαίρας της Γης, το πληρώμα εκτίθεται σε γαλακτικά διαστημικά ακτινοβολία και ηλιακά πρωτονικά γεγονότα, αυξάνοντας τους κινδύνους για όγκους και βλάβες στο νευροκέφαλο.

Η κατάσταση ελεγχόμενης στάσης θεωρητικά μπορεί να μαλακώσει όλες αυτές τις προκλήσεις.

2. Προτύπα στη φύση: η χειμερινή αναπαραγωγή και το torpor.

Οι επιστήμονες δεν δημιουργούν τον αναστοχασμό από το μηδέν, αλλά προσπαθούν να αναπαράγουν και να βελτιώσουν τους μηχανισμούς που υπάρχουν στη φύση:

Η αληθινή αναπαραγωγή των σκαθαροπακτών, των τσιμπούρων και των φύλακων: η ριζική μείωση του μεταβολισμού κατά 85-99%, της θερμοκρασίας του σώματος σε επίπεδα κοντά στο μηδέν, της συχνότητας των παλμών και της αναπνοής. Ο κύριος μειονέκτημα είναι οι κύκλοι αυθόριων ξυπνήσεων, που είναι ενεργειακά φιλόξενοι για τον οργανισμό.

Ο χειμερινός ύπνος του αρκούδα: Μικρότερη βαθύτητα, αλλά μακροχρόνιος (μέχρι 6 μήνες) κατάσταση με μέτρια μείωση της θερμοκρασίας του σώματος και του μεταβολισμού, χωρίς τροφή, πόσιμο και εξάπλωση απορριμμάτων, με διατήρηση της μυϊκής και οστικής μάζας χάρη σε μοναδικές βιοχημικές προσαρμογές (μετατροπή ούρων).

Το torpor (οπτύσισμα) των κολιμπρι και των μικρών θηλαστικών: η εποχιακή μείωση της θερμοκρασίας και του μεταβολισμού για εξοικονόμηση ενέργειας.

Ο ιδανικός τύπος για τον άνθρωπο θεωρείται το κατάσταση του αρκούδα, ως πιο διαχειρίσιμη και ασφαλής για το μεγάλο θηλαστικό.

3. Τεχνολογίες ελεγχόμενης στάσης: βασικές προσέγγισης.

Οι σύγχρονες έρευνες επικεντρώνονται σε αρκετές κατευθύνσεις:

Φαρμακολογική αναπαραγωγή: Η αναζήτηση και η σύνθεση ουσιών που μπορούν να «επιλέξουν» τον μεταβολισμό του ανθρώπου σε κατάσταση εξοικονόμησης. Πιθανότατα θεωρείται η μελέτη του υδρογόνου (H2S) και του αδενозίνου, που στα ζώα μπορούν να προκαλέσουν κατάσταση torpor. Το 2005, οι αμερικανικοί επιστήμονες κατάφεραν να εισάγουν αρουραίους σε αναστρέψιμο μεταβολικό αναστοχασμό με την εισπνοή αέρα με μικρή προσθήκη υδρογόνου, μειώνοντας τη ανάγκη για οξυγόνο κατά 90%.

Θεραπευτική υποθερμία (προσχεδιασμένο ελεγχόμενο ψύξη): Αυτή είναι ήδη υπάρχουσα κλινική πρακτική, η οποία εφαρμόζεται μετά την παύση της καρδιάς ή τις τραυματισμούς στο εγκεφαλόκεφαλο για την προστασία του εγκεφάλου. Η θερμοκρασία του σώματος του ασθενούς μειώνεται σε 32-34°C για αρκετές ημέρες. Για τον διαστημικό αναστοχασμό απαιτείται πολύ πιο μακροχρόνιος και βαθύτερος ψύξη (μέχρι 32°C, και στο μέλλον ακόμα χαμηλότερα) με τη χρήση σύνθετων συστημάτων εξωτερικού ανταλλαγής θερμότητας και παρακολούθησης.

Σταίριξη των κέντρων αναπαραγωγής στο μυαλό: Το 2020, οι ژαπωνίδες επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Tsukuba, ερευνητικά ενισχύοντας συγκεκριμένα νευρώνες (νευρώνες Q) στο υποθάλαμο των αρουραίων, εισήγαγαν τους σε κατάσταση παρόμοια με την αναπαραγωγή, για αρκετές ημέρες με αναστρέψιμη μείωση της θερμοκρασίας του σώματος και του μεταβολισμού. Αυτό το επαναστατικό ανοίγματα δείχνει την πιθανότητα άμεσου νευρωνικού ελέγχου αυτής της κατάστασης.

Ενδιαφέρον γεγονός: Το 2014, η εταιρεία SpaceWorks Enterprises έλαβε χορηγία από το NASA για την ανάπτυξη της κonceπτίας "torpor για την πτήση προς τον Μάτι" (Torpor Inducing Transfer Habitat). Ο έργος τους προτείνει την εισαγωγή του πληρώματος σε κατάσταση θεραπευτικής υποθερμίας (32-34°C) για 14ημερές περιόδους με σύντομες περιόδους ξυπνήματος για την κατανάλωση τροφής και τον έλεγχο των συστημάτων. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις, αυτό μπορεί να μειώσει το βάρος του σκάφους κατά 30-50% λόγω της μείωσης του όγκου της υποστήριξης ζωής.

4. Πλεονεκτήματα και μη λύσιμα προβλήματα.

Πλεονεκτήματα του αναστοχασμού:

Μείωση των αναγκών του πληρώματος: Η ριζική μείωση της κατανάλωσης πόρων, η μείωση των απορριμμάτων.

Προστασία από τη μηδενική βαρύτητα: Σε κατάσταση υποθερμίας και μειωμένου μεταβολισμού, οι διαδικασίες ατροφίας των μυών και των οστών θα πρέπει να μειωθούν σημαντικά.

Μείωση του κινδύνου ακτινοβολίας: Οι μηδενικά δραστηριότητα κύτταρα είναι λιγότερο ευάλωτοι σε βλάβες από ακτινοβολία.

Λύση των ψυχολογικών προβλημάτων: Το χρόνος είναι υποκειμενικά "περνάει" για το πληρώμα, μειώνεται ο άγχος από την απομόνωση.

Κρίσιμα μη λύσιμα προβλήματα:

Μακροχρόνια ατροφία μυών και οστεοπόρωση: ακόμα και στην κατάσταση αναστοχασμού, αυτές οι διαδικασίες, αν και μειωμένες, θα προχωρήσουν. Απαιτούνται τεχνολογίες ηλεκτροφυσιοθεραπείας μυών σε ανώριμο κατάσταση.

Προμήθεια τροφής και υγρασίας: Πώς να μεταφέρουμε θρεπτικά συστατικά και να διατηρούμε τον υδροηλεκτρολύτη ισορροπία; Εξετάζονται οι επιλογές πλήρους παρεντερικής (ενδοφλέβιας) θρέψης ή περιόδων ξυπνήματος.

Κίνδυνοι θρόμβωσης και λοιμώξεων: Σε κατάσταση υποθερμίας και μηδενικής κίνησης αυξάνεται ο κίνδυνος δημιουργίας θρομβών και υποταύτισης του ανοσοποιητικού συστήματος.

Δолγοπρόθεσμη επίδραση στο μυαλό: Υπάρχουν πιθανές ανυπολόγιστες νοητικές διαταραχές μετά από μήνες σε κατάσταση χαμηλού μεταβολισμού; Ο προστατευτικός αποτέλεσμα της υποθερμίας για το μυαλό είναι γνωστό, αλλά δεν έχει μελετηθεί σε τέτοιες κλίμακες.

Αξιοπιστία συστημάτων: Ο τεχνικός σφάλμα του συστήματος υποστήριξης ζωής του αναστοχασμού θα είναι θανατηφόρος. Απαιτούνται απόλυτα αξιόπιστα, διπλασιασμένα συστήματα με τεχνητή νοημοσύνη για παρακολούθηση.

Συμπέρασμα.

Η κατάσταση αναστοχασμού για τους αστροναύτες δεν είναι πλέον καθαρά φαντασία, αλλά μια πολυδιασφαλής επιστημονική και τεχνολογική αποστολή. Η επίλυση αυτής της αποστολής βρίσκεται στο σταυροδρόμι της νευροβιολογίας, της κρυοβιολογίας, των συστημάτων υποστήριξης ζωής και της διαστημικής μηχανικής. Αν και η πρακτική εφαρμογή απαιτεί δεκαετίες έρευνας και δοκιμών, οι πρώτοι βήματα έχουν ήδη γίνει. Ο επιτυχία σε αυτόν τον τομέα θα γίνει όχι απλώς ένας прорыв στη διαστημική, αλλά και το μεγαλύτερο επίτευγμα της ιατρικής, ικανό να σώζει ζωές στη Γη μέσω της διαχείρισης του μεταβολισμού σε κρίσιμα στάδια. Πρωτοπόροι θα είναι όχι μόνο οι μηχανικοί και οι αστροναύτες, αλλά και οι βιολόγοι, που μελέτησαν τον κοιμώμενο αρκούδα και τον τσιμπούρα στο πάγο για δεκαετίες.

Permanent link to this publication: