Марек Корейво - На космическом корабле
Первоначально в орбитальный полет, длившийся три недели, был отправлен человек, тело которого хранилось в специальной камере при температуре минус 20 градусов. После успешного возвращения на Землю, тело космонавта было разморожено, и ему была возвращена жизнь. Организм космонавта не потерпел никакого вреда.
Сегодняшний космический полет был новым, идущим значительно вперед, экспериментом с отправкой в космос людей в анабиозе. На борту космического корабля поместили три большие камеры из прозрачного материала, через стенки которых можно было видеть космонавтов, погруженных в глубокий, подобный смерти, сон. Внутри камер поддерживалась температура минус 35 градусов. Перед космонавтами поставлена небывалая по своей сложности задача: они должны лететь к ближайшей к нам звезде Альфа в созвездии Центавра, провести в космосе 20 лет и вернуться на Землю. Почти весь полет они должны совершить в состоянии анабиоза. Все летные операции будут выполнять автоматы, самостоятельно или по командам с Земли. И только лишь перед самым возвращением на Землю, вернее за год до приземления, космонавты будут «разбужены», возьмут управление кораблем в свои руки и проведут наблюдения в зоне полета, которую ученые Земли считают особо важной для будущего развития науки о космосе.
Ученые ожидали многого от успешного завершения этого полета. Они надеялись полностью решить проблему многолетних космических путешествий. Опыт показал, что в путешествиях, длившихся несколько лет, труднее всего было решить проблему сохранения психического равновесия участников экспедиции. Многие люди не выдерживали психической нагрузки, и психические расстройства становились грозной опасностью, мешавшей успеху полетов.
Метод, лишающий космонавтов сознания на определенное время, оказался весьма перспективным. Но решение проблемы длительного анабиоза космонавтов было сопряжено с огромными трудностями. И только лишь после того, как биохимики раскрыли тайну поведения органических тканей в условиях замораживания, удалось разработать метод введения людей в анабиоз. Было это в 2015 году. Первый успех окрылил ученых, и, продолжая совершенствовать метод, они теперь приступили к осуществлению широко задуманного плана космического полета длительностью 20 земных лет.
Однако нам пора вернуться из этой фантастической поездки в будущее и ознакомиться с современным состоянием знаний об анабиозе и возможности применения анабиоза в космонавтике.
ЗИМНЯЯ СПЯЧКА
Естествоиспытатели давно знакомы с явлением зимней (и летней) спячки животных. С приходом холодной, или засушливой поры, некоторые млекопитающие забираются в свои норы и логова, находящиеся часто глубоко под землей и впадают в состояние оцепенения.
Температура тела животного, впавшего в спячку, снижается, уменьшается у него темп работы сердца, слабеет дыхание, замедляются все процессы обмена веществ.
Явление зимней спячки интересно проследить на примере американского суслика. Во время спячки число биений его сердца вместо нормальных 100–113 в минуту, сокращается до 20–42; бывает даже, что при очень низкой температуре наружного воздуха, количество биений сердца уменьшается до 5 в минуту. Дыхание становится редким. Вместо 100–200 вдохов в минуту суслик делает только 1–4, а иногда сокращает дыхание до одного раза в две минуты. Температура тела снижается с нормальных 32–41 до 3 и даже 1 градуса (выше нуля).
В таком состоянии все жизненные процессы замедляются, и животное может обходиться несколько месяцев без всякой пищи. Поскольку жизнедеятельность организма не прекращается полностью, а для ее поддержания необходима определенная энергия, происходит усвоение жира, накопленного животным в летний период. Чем длительнее сон животного, тем больше теряет оно в весе, и когда наступает весна, выходит из своей норы в состоянии значительного истощения. У некоторых видов животных потеря в весе за время спячки доходит иногда до 40 процентов.
Явление зимней спячки, или как его называют ученые — гибернации, оказалось в центре внимания ученых, занимающихся проблемами космических полетов.
Почему?
Для экономии энергии, необходимой для запуска космического корабля, надо до минимума уменьшить вес корабля. Поэтому экономия в весе за счет уменьшения запасов пищи и воды на корабле приобретает большое значение.
Если предвидится длительное космическое путешествие, на корабле приходится выделять много места для размещения запасов кислорода, воды, продовольствия и многих других веществ, необходимых для нормальной работы космонавтов во время путешествия. Можно ли отказаться от этих запасов? На основе наблюдений за поведением животных во время спячки, ученые отвечают на этот вопрос утвердительно. Если бы удалось снизить температуру человеческого тела до плюс 5 градусов и тем самым погрузить человека в спячку, его жизненные процессы замедлились бы настолько, что жизнедеятельность организма могла быть полностью обеспечена за счет подачи минимального количества кислорода и продуктов питания, например путем инъекции непосредственно в кровь.
Испытать действие столь низкой температуры на человеческий организм пока что не удалось, но эксперименты, поставленные на животных, убедительно свидетельствуют о том, что в их организме процесс обмена веществ замедляется примерно в двадцать раз против нормального состояния. Таким образом, если бы удалось понизить температуру тела у космонавтов до плюс 5 градусов и погрузить их в состояние анабиоза, то при путешествии на Марс и обратно троих космонавтов на борт корабля можно было бы погрузить не 7 тонн продуктов, а всего лишь 180 килограммов, в том числе кислорода и воды потребовалось бы 160 килограммов, а продовольствия в виде жидкости, инъектируемой непосредственно в кровь — всего лишь несколько килограммов.
Мы говорим о непосредственном питании космонавтов путем инъекции питательных веществ в кровь потому, что, по-видимому, это лучший способ питания людей, погруженных в глубокий сон. «Уколы» можно было бы осуществлять с помощью специальных автоматов, однако проще применять систему дежурства. Один из космонавтов, в качестве дежурного следил бы за здоровьем своих товарищей, наблюдал бы за правильной работой аппаратов для дыхания, своевременно подавал бы им воду и питание.
Но выгода в весе — не единственная польза от применения метода гипотермии (искусственное понижение температуры живого организма). Чрезвычайно важно то, что при замедлении процесса обмена веществ уменьшается чувствительность организма к отрицательному влиянию внешней среды: повышению или понижению внешней температуры, снижению давления, перегрузкам, облучению, невесомости, вибрациям и шумам.
Особое значение приобретает снижение чувствительности к облучению. Ведь пояса усиленного космического излучения над Землей представляют грозную опасность для экипажа корабля. Американские ученые поставили соответствующие эксперименты на мышах и убедились, что эти животные, находясь в состоянии гипотермии, прекрасно переносят дозы облучения в несколько раз большие, чем смертельные дозы в нормальном состоянии, то есть когда организм находится при нормальной температуре.
Кроме того, космонавты, погруженные в сон, были бы в течение всего путешествия защищены от вредного воздействия длительного космического полета на психику человека.
Выдающийся специалист по гипотермии, Доу, выступая на конференции в Чикаго, заявил, что по его наблюдениям летучие мыши, периодически погружающиеся в зимнюю спячку, живут в двадцать раз дольше, чем млекопитающие того же веса, но не подверженные спячке. Это значит, что зимняя спячка у человека могла бы продлить его жизнь по крайней мере до 1400 лет.
В медицине метод понижения температуры у человека применяется уже несколько лет и оказывает ценнейшие услуги при операциях сердца и мозга. Когда температура тела искусственно снижается у пациента до плюс 20 градусов, сердцебиение замедляется, частота дыхания уменьшается до одного раза на несколько минут, все процессы обмена веществ замедляются во много раз. Если же метод гипотермии объединить с искусственным кровообращением при помощи соответствующей аппаратуры, то появляется возможность в течение около 45 минут оперировать отключенное от системы кровообращения сердце больного. Столь длительный срок вполне достаточен для проведения самой сложной операции на сердце.
В настоящее время широко применяют так называемую неглубокую гипотермию, во время которой температура тела снижается до 30–31 градуса, но в некоторых медицинских учреждениях применяют и более глубокую гипотермию, при которой доводят температуру тела больного до 24 градусов.
До какого предела можно снижать температуру тела у человека, не рискуя вызвать его смерть? Эксперименты, поставленные на животных и частично подтвержденные опытами с людьми, свидетельствуют о том, что снижение температуры ниже плюс 20 градусов всегда рискованно из-за весьма частых случаев смертельного исхода. Иногда, в индивидуальном порядке, удавалось снижать температуру у человека до плюс десяти или даже пяти градусов.
