Веселин Денков - На грани жизни
Еще в 1870 г. великий русский ученый К. Э. Циолковский заметил, что в кабине космического корабля необходимо воспроизвести естественные взаимоотношения человека с природой, существующие на Земле. Миниатюрной моделью, которая будет содержать все материальные и энергетические связи человека, должна стать замкнутая система, работающая за счет энергии солнечного излучения.
Теперь уже не подлежит сомнению, что в кабине космического корабля должна быть создана замкнутая экологическая система круговорота веществ, сходная с круговоротом веществ на нашей планете. В этом небольшом пространстве необходимо создать микромир, в котором будут строго дозированы растительные и животные организмы. В первую очередь надо решить вопрос о кругообороте воды, а затем — о кругообороте растений и животных, дающем необходимое количество продуктов питания и кислорода. Но эти на первый взгляд простые вопросы, связанные с созданием замкнутого биоцентра, становятся исключительно сложными, если к ним присмотреться поближе. Например, проблема безопасности. В то время как механические элементы замкнутого цикла могут иметь большую прочность или можно взять с собой необходимое количество запасных частей, в крайнем случае даже изготовить какие-то нужные детали в самом корабле, то что произойдет, если нарушится один из участков биологической цепи? Это привело бы к нарушению всего замкнутого цикла. Даже временное нарушение одного из циклов (что трудно исключить при длительном полете) повлечет за собой опасность заболеваний и даже гибели животных и растений. Но самая серьезная опасность скрывается в самих биологических процессах: биологические свойства, особенно организмов растений, могут резко измениться в условиях продолжительной невесомости, вибрации, космических излучений и целого ряда других известных и неизвестных причин.
Возникает проблема: как же предохранить будущих путешественников от такой опасности? Разумеется, невозможно взять с собой в качестве запасных частей растения и животных, входящих в замкнутый экологический цикл кругооборота веществ.
Вот почему взгляды ученых, занимающихся этими проблемами, снова обращаются к патентам живой природы. В этом отношении весьма заманчивой представляется перспектива изоляции космонавтов в специальном помещении космического корабля на время большей части длительного путешествия и перевода их в состояние анабиоза или гибернации, чтобы затем в необходимый момент автоматически или по команде с Земли безопасно вернуть их к нормальной температуре и к жизни.
Почему же ученые сосредоточили свое внимание на этом уникальном биологическом явлении, стремясь моделировать его применительно к космонавтике?
Прежде всего наиболее правлекательно то, что животные в состоянии анабиоза или зимней спячки расходуют намного меньше кислорода и не нуждаются в пище. Кроме того, доказано, что у них повышается устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Исключительно интересной особенностью состояния анабиоза или зимней спячки у животных является их повышенная устойчивость к неблагоприятным воздействиям. Так, например, установлено, что инфекционные болезни у таких животных не развиваются даже при искусственном заражении, а многие яды, смертельные для их организма в обычных условиях, в состоянии анабиоза или гибернации для них абсолютно безвредны. Доказано даже, что, когда такие животные были подвергнуты смертельной дозе ионизирующего облучения, они все равно выжили, так как у них в такой период сильно понижен обмен веществ и после пробуждения их жизненные функции протекали вполне нормально.
Эта временная устойчивость к заболеваниям, ядам и особенно к опасной радиации исключительно важна для будущих длительных космических полетов. Если принять во внимание вероятность того, что космическому кораблю придется проходить через зоны опасных космических излучений, станет ясно, какое значение имеет обеспечение защиты космонавтов от ионизирующей радиации.
Кроме того, дальние космические полеты будут осуществляться при скоростях, близких к скорости света. Это выдвигает со своей стороны перед космической биологией новые проблемы. При подобных полетах живые организмы будут подвергаться длительному влиянию повышенных ускорений. Следовательно, ученым необходимо заблаговременно выяснить, смогут ли космонавты безболезненно вынести подобное испытание.
В этом отношении интерес представляют опыты, проведенные на животных, о которых сообщил советский ученый Н. Тимофеев. Было установлено, что их устойчивость к перегрузкам (ускорениям) зависит от интенсивности обмена веществ. Например, при охлаждении крыс до температуры 28–22 °C животные в 2 раза легче переносили ускорение, превышающее земное в 30 раз. А когда животные находились в состоянии глубокой гипотермии при температуре тела от 5 до 8 °C, их жизнедеятельность восстанавливалась даже после пятиминутного воздействия ускорением, превышающим земное в 70–80 раз. В этом случае кровь становилась в 5–6 раз тяжелее ртути. Если такое же ускорение (перегрузка) было бы получено не на центрифуге (как это происходило в условиях опыта), а в условиях космического полета, то всего за 5 мин корабль развил бы вторую космическую скорость и стал бы спутником Солнца.
Во время проведения другого опыта крысы были возвращены к жизни после того, как их в состоянии глубокой гипотермии продержали в течение 20 мин в условиях вакуума, соответствующего вакууму, на высоте 18–20 км над уровнем моря, где все животные погибли бы уже в первые же секунды. Советские ученые считают, что сохранение жизни при таких значительных перегрузках и при таком разреженном воздухе не является крайним пределом.
Но возможно ли, чтобы в будущем космонавты были доведены до состояния, близкого к анабиозу или гибернации? На этот вопрос с точки зрения науки дан положительный ответ[31]. Вспомним широкое применение гипотермии в медицине. Почти все хирургические клиники в мире применяют этот метод. При сложных сердечно-сосудистых, мозговых и глазных операциях, а также в тех случаях, когда пациенты не переносят фармакологических наркозов, хирурги используют заимствованный у природы патент — гипотермию. При гипотермии осторожно, но быстро охлаждают весь организм (или его часть), при этом резко понижается обмен веществ, значительно замедляется движение крови, а чувствительность исчезает полностью. Это позволяет хирургам проводить свою работу, не опасаясь непредвиденных осложнений.
Но продолжительность даже самой сложной операции исчисляется несколькими часами. Возникает вопрос: возможно ли держать человека в таком состоянии несколько суток или недель? В этом отношении представляют интерес уже упомянутые опыты американских ученых Фея и Смита, которые они провели с лечебной целью над больными раком. С биологической точки зрения важнейшей является сама возможность держать человека в течение 40 суток в состоянии гибернации без каких-либо повреждений, а также понижать температуру его тела до 29–27,7 °C.
Почему же не применить эти методы в космической биологии и медицине?
Сейчас ученые обсуждают и такую проблему: как определить самую целесообразную при космических полетах степень анабиотического состояния, в которую следует привести космонавта? В этом отношении они различают две степени: первая — гибернация, при которой налицо частичный анабиоз с сохранением дыхания и сердечной деятельности, хотя они очень замедленны, а также понижение обменных процессов и температуры тела до 26–28 °C, и вторая — гипотермия, представляющая собой глубокий анабиоз, при которой температура тела понижается до 2–6 °C. При второй степени любое понижение температуры тела на 1 °C сокращает потребность организма в кислороде и обмен веществ в среднем на 5 %. Расчеты ученых показали, что гибернация сохраняет 35–40 % жизненно необходимых запасов организма, а глубокая гипотермия — почти 100 %. Следовательно, вторая степень анабиоза практически решает многие проблемы, стоящие перед космической биологией в связи с будущими дальними межпланетными полетами.
Разумеется, опыты в этом направлении станут возможны только после создания сложной аппаратуры, обеспечивающей автоматическое искусственное регулирование химического состава и физического состояния внутренней среды в соответствии с заданной программой. Техника обычных физиологических лабораторий не в состоянии обеспечить анабиоз у высших млекопитающих или у человека. Вот почему прежде всего необходимо спроектировать и создать принципиально новую сверхсовременную аппаратуру. Только с помощью такой аппаратуры можно реализовать требования, предъявляемые учеными криобиологами и экзобиологами для осуществления будущих космических полетов, которые будут продолжаться годами. Несомненно, эти высокие требования лягут в основу принципиально новых решений, нуждающихся в многочисленных экспериментах и исследованиях. Дальнейшее изучение анабиотического состояния у млекопитающих имеет огромный научный и практический смысл, так как в будущем это состояние может оказаться единственным средством спасения жизни членов экипажа при аварийных ситуациях, вероятность которых обязательно следует предусматривать при длительных межпланетных полетах.
