Месяцы, проведенные в космосе, меняют восприятие окружающего мира

Фото из открытых источников

После нескольких месяцев на орбите астронавты возвращаются домой, чувствуя себя неустойчиво на ногах. Некоторым требуется больше недели, прежде чем они почувствуют себя нормально, стоя на месте. Какая именно часть системы равновесия астронавта отвечает за это, пока не установлено.

Новые исследования сузили круг поиска до одного места. Внутри каждого уха находится небольшой мешочек, выполняющий важную функцию — показывать, где находится нижнее положение. Оказалось, что именно этот мешочек изменился во времени и пространстве. Остальные датчики движения в ухе работали так же, как и до запуска. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Таким образом, проблема носит специфический, а не общий характер. Это важно, поскольку неисправный датчик и целая система, вышедшая из строя, требуют разных решений. Команда уже протестировала возможное решение проблемы с балансировкой.

После возвращения из космоса у астронавтов наблюдаются и другие изменения: от заложенности носа до атрофии мышц и снижения плотности костной ткани.

Мешочек имеет свое название – саккула – и в клиниках существует стандартный тест для его определения. Звуковой импульс, подаваемый в ухо, вызывает кратковременное расслабление мышцы шеи, а величина этого расслабления отражает эффективность работы саккулы.

Чикара Абе из Университета Фукуи и его соавторы провели это исследование на семи астронавтах, двух женщинах и пяти мужчинах в возрасте от 39 до 59 лет. Каждого из них измеряли один раз перед запуском и трижды после возвращения домой, когда равновесие астронавтов наиболее нарушено. Их миссии в среднем длились 204 дня, а самая длинная — 328.

В течение 48 часов после приземления амплитуда реакции шейного отдела уха была меньше, чем до полета. На следующем сеансе, через 10-18 дней, она вернулась к исходному размеру и оставалась такой в течение нескольких месяцев.

На этом же отрезке времени стоять неподвижно становилось все труднее. Каждый астронавт также стоял на платформе, которая регистрировала, насколько смещается равновесие человека за 60 секунд. Сразу после приземления, с закрытыми глазами, шатание резко возрастало, а затем возвращалось в норму примерно через 10 дней.

В ухе находятся два датчика гравитации, а не один. Второй, утрикул, считывает боковое движение, и его проверяют вибрацией, прижимаемой к черепу, и записью сигнала от мышцы под глазом. Эта реакция нисколько не изменилась.

Тест на заполненные жидкостью слуховые каналы, воспринимающие вращение головы, также не показал никаких изменений. В слуховой канал в течение 60 секунд вдували прохладный воздух температурой 24°C или теплый воздух температурой 48°C, что перемешивало жидкость и вызывало подергивание глаз.

Скорость движения глаз оставалась одинаковой до и после каждой миссии.

Зрение помогало, но не охватывало всего. С открытыми глазами два из трех показателей раскачивания были не хуже, чем до запуска, поэтому астронавты полагались на то, что могли видеть, чтобы сохранять равновесие.

Вид комнаты никак не повлиял на третий показатель — общую длину пути.

Такое разделение важно для равновесия. Потеря одного из факторов не приводит к падению человека, потому что другие компенсируют это, пока фактор не восстановится.

Никто не может заглянуть внутрь уха живого астронавта, поэтому ответ пришлось искать у животных. Группа Абэ обратилась к мышам, участвовавшим в миссии MHU-1, организованной JAXA, которые содержались в герметичном вольере на модуле Кибо станции около 35 дней.

Двенадцать мышей совершили полет. Шесть из них находились в бортовой центрифуге, которая поддерживала их в условиях нормальной земной гравитации, шесть оставались в невесомости, а еще шесть жили в аналогичных условиях на земле. Затем исследователи с помощью лазера вырезали сенсорную ткань из каждого уха и определили, какие гены были активированы.

При сравнении мышей, находящихся в состоянии невесомости, с контрольной группой было выявлено 669 генов с измененной активностью, причем изменения наблюдались в саккуле. В утрикуле активность генов практически не изменилась.

Многие из измененных генов работают в межклеточных соединениях нервных клеток. Один из них, синаптофизин, помогает клетке высвобождать химический сигнал, что в точности соответствует этапу, который бы наблюдался при более слабой реакции шеи. По мнению ученых, мешочек теряет часть своих функций, как только исчезает устойчивое притяжение гравитации.

Эти сеансы после полета также включали в себя контрмеру. Электроды за обоими ушами подавали ток, который астронавты не чувствовали — прием, который группа уже использовала ранее для людей с поврежденными органами равновесия.

Небольшой случайный шум, добавленный к чувствительному нерву, может помочь реальному сигналу пройти. Шум приближает нерв к точке его возбуждения.

Перед стартом электрический ток не улучшил равновесие, поскольку астронавты и так хорошо справлялись. Сразу после приземления тот же ток уменьшил все три показателя колебаний. С закрытыми глазами один из показателей вернулся к уровню, не отличавшемуся от долётного.

Поэтому исследователи рассматривают это как инструмент на первые дни после посадки. Экипажи, отправляющиеся на более дальние расстояния, чем в рамках программы «Артемида II», могут нуждаться в пеших прогулках и работе на Луне или Марсе вскоре после прибытия, что делает поддержание равновесия особенно важным.

Здесь важны два ограничения. Мыши и космонавты принадлежали к разным видам и работали по разным графикам, поэтому результаты генетических исследований объясняют результаты, полученные у человека, скорее по аналогии, чем на основе измерений. Кроме того, только две мыши, участвовавшие в полёте, дали пригодные для анализа образцы ткани мешочка глаза, поскольку один образец не прошёл проверку качества.

Само по себе колебание может быть вызвано не только проблемами с ухом. Авторы отмечают, что общее недомогание, которое испытывают астронавты в первые дни после возвращения, также может повышать эти показатели. Мозговые цепи, которые перестраиваются после изменения гравитации, также играют свою роль.

Различные части системы восстанавливаются с разной скоростью. Эта группа исследователей уже обнаружила, что рефлекс, связывающий положение головы с артериальным давлением, оставался слабым в течение двух недель после приземления, когда сигнал от мешочка уже восстановился.

Почему один путь перезагружается быстрее, чем другой, неизвестно.

Под воздействием потока воздуха задевает только одну из трех петель вращения, поэтому две другие остаются нетронутыми даже после длительного полета.

Кроме того, авторы не проводили текущий метод лечения в рамках плановой терапии с последующей адаптацией, что позволило бы определить, сокращает ли он время восстановления.