Полеты во сне и наяву

Александр ВОЛКОВ

Лишь почти через семь месяцев после старта космический корабль достигнет "красной планеты" (изображение: creative.gettyimages.com)

На первый взгляд, эта научная идея кажется несбыточной. И все же энтузиасты верят, что в будущем космонавты, отправляясь в путешествие к далеким планетам, станут на много месяцев погружаться в сон. Так совершали перелеты, например, герои фильма "Чужой". В принципе, в этом нет ничего фантастического. Ведь спят же всю зиму медведи! Подобная спячка — лишь специфическая форма обмена веществ, и, возможно, любое млекопитающее способно в нее впасть. Почему бы и нам, в самом деле, не закрыть глаза месяцев на… дцать, чтобы проснуться… уже на другой планете?

Утро фобии мудренее

Мы привыкли к вестям с орбиты — к экспедициям на космическую станцию, длящимся несколько месяцев. Привыкли к заявлениям ученых и политиков, уверенных, что в ближайшие десятилетия состоится экспедиция на Марс.

Однако флер привычки затеняет условия предстоящего полета. Лишь почти через семь месяцев после старта космический корабль достигнет "красной планеты". Всего же экспедиция на Марс может продлиться до трех лет. Столь долгое пребывание в космосе превращается для человека в пытку, как физическую, так и психическую.

По мере полета к "красной планете" атмосфера корабля пропитается нервозностью, накалится от нарастающих стрессов. "Марс нас не любит", чувство одиночества, тоска, помноженная на страх, предощущение катастрофы, затаенные, подавленные прежней деятельной жизнью личные проблемы, потихоньку выбирающиеся из-под спуда. В классических произведениях фантастов главным препятствием на пути к далеким планетам становится сам человек — его воспоминания, фобии, страхи и страсти. Даже покинув Землю, преодолев ее тяготение, никому не удается избавиться от земных тягот — и справиться с ними порой не легче, чем с враждебным климатом чужого мира. Призраки прошлого и впредь будут преследовать покорителей космоса, как героев "Соляриса", испытывая психику отдельных, отнюдь не железных людей на излом.

Человек, а не техника — вот слабое звено в космонавтике. В невесомости мышцы недостаточно нагружаются. Опыт проживания на космических станциях свидетельствует, что даже при интенсивных тренировках не удается сохранить прежний объем мускулатуры. После нескольких недель пребывания в космосе физически крепкий человек, ступая на землю, чувствует себя, словно пьяный, — ноги его подкашиваются, его пошатывает из стороны в сторону.

Есть и другие опасности, которые мало известны широкой публике. Например, содержание вирусов Эпштейна-Барр, вызывающих мононуклеоз, в организме космонавтов примерно в сорок раз выше обычных показателей. Подобный вирус проявляет активность в стрессовых ситуациях и для космонавтов может стать настоящей проблемой.

Различные условно патогенные бактерии и грибы давно облюбовали все уголки космических аппаратов, сопровождая космонавтов (см. "3-С", №3/2002). Микробы чувствуют себя в невесомости совершенно вольготно. Зато для ослабленной иммунной системы человека они начинают представлять настоящую угрозу.

Что же будет, когда человек проведет в космосе несколько лет? Все части его организма, тонко согласованные и настроенные за долгие годы жизни на Земле, приспособленные к нашей планете, как части поезда — к колее, постепенно развинтятся, расстроятся, грозя скорым крахом отвыкшему от нагрузок человеку.

Неужели Космос так и окажется для нас чем-то сродни Океану, в глубины которого можно лишь ненадолго забираться в хорошо защищенном аппарате, но не жить в них? В старинных волшебных сказках, когда герои теряли из виду нить дороги или, подыскивая ответ загадке, всякий раз не разрешали ее, мелькал спасительный совет: "Утро вечера мудренее", и персонажи повествования скрывались во тьме сна, чтобы поутру, как Солнце — из царства мертвых, явиться на свет крепкими и цветущими, своротить горы, покорить тридевять земель…

Медведи-шатуны учат спать мышек

Уже между Марсом и Землей те же тридевять мер расстояния, и тот же совет все чаще поверяют лабораторными опытами ученые, прежде чем подать космонавтам. И хотят его подать: "Утро на Марсе мудренее вечера на Земле, а между ними — шесть месяцев спячки, в которые почему бы не впасть, как медведю или сурку, млекопитающему по имени человек?"

Бионика, долго учившая нас строить по заветам животных и растений, теперь пытается переделать даже физиологию человека — зверя, который лишь будучи ослаблен болезнью, сподобится пролежать в беспамятстве более суток кряду. Здесь же здорового крепыша хотят заставить спать несколько месяцев подряд, вмешиваясь в регуляцию химических веществ в его организме и умышленно вызывая длительный обморок, после которого пейзажи, например, пустынного Байконура и марсианской красной пустыни будут чередоваться с калейдоскопической быстротой. Неотвратимый сон, смежая веки космонавтов, сделает путешествия с одной планеты на другую рядовым, коротким эпизодом вроде поездки в метро. Научившись резко сокращать обмен веществ, мы будем блуждать по космосу с широко закрытыми глазами, и наша космическая одиссея-2101 напомнит долгое исчезновение в снах с тем, чтобы по пробуждении увидеть пейзаж сказочнее любых фантазий.

Подобная идея понравится не только странствующим сновидцам, но и предельно трезвым конструкторам. Чем дольше космонавты спят во время полета, тем меньше им требуется пищи. Понижается и уровень потребления кислорода. Так что, можно разгрузить корабль перед стартом, уменьшить его габариты, а заодно и снизить стоимость экспедиции.

Сон — еще и самый экономичный вид путешествий. Но может ли человек впрямь превратиться в сурка? По словам биологов, "нет никаких принципиальных возражений против того, чтобы мы впадали в зимнюю спячку. Будь это так, в этом не было бы ничего противоестественного".

И, в самом деле, порой кажется что осенью мы словно готовимся к спячке — к долгому покою и бездействию. Мы становимся вялыми и апатичными, по бокам откладывается жирок — будто мы и впрямь собрались нырнуть в берлогу, откуда без этого "спасательного круга" нам по весне не выплыть. Как хочется залечь где-нибудь и спать, спать, переждать эти холода, эти долгие сумеречные месяцы! Но об этом можно только грезить… Вот, хмурые и депрессивные, мы, как медведи-шатуны, все едем куда-то в набитых трамваях, променяв благую берлогу со сказочными снами на бестолочь неинтересной работы. Нам явно недостает какого-то сигнала, в ответ на который мы мгновенно отключились бы, едва в воздухе замелькают белые мухи.

В природе спячка — это жизнь в режиме крайней экономии, это подобие смерти, призванное помочь выжить. С незапамятных времен животные борются за свою жизнь "недеянием" — впадая в сон с наступлением холодов. Чем труднее добывать питательные вещества, тем бережливее организм старается их использовать — организм многих животных, населяющих территории с суровым климатом. Многих — но не человека, некогда обитателя Африки, расселившегося по всему свету (см. "3-С", №7/2006).

Порой температура тела животных, впавших в спячку, снижается всего до нескольких градусов выше нуля, пульс падает до 3-4 ударов в минуту, а потребление кислорода сокращается в 50 раз по сравнению с обычным состоянием. Меняется даже форма некоторых внутренних органов. Так, печень и почки сурков уменьшаются во время спячки на 30%, а объем желудка становится меньше наполовину. Это позволяет животным снизить потребность в энергии во время спячки примерно на 20%.

Десятилетиями ученые исследуют физиологическую подоплеку зимней спячки, но пока по-прежнему не ясно, что же за сигнал запускает этот механизм. Очевидно, речь идет о неких химических веществах. Вот некоторые наблюдения.

• В Сиэтле, в онкологическом центре, Эрик Блэкстоун и его коллеги научились всего за пять минут вызывать искусственную спячку у лабораторных мышей. Для этого они обогащают воздух, которым дышат грызуны, сероводородом — он блокирует часть кислородных рецепторов в организме зверьков, вдвое снижая потребление кислорода. Обмен веществ замедляется, а температура тела падает. Однако стоит отключить подачу газа, как мыши, бодро попискивая, просыпаются. Блэкстоун убежден, что подобная система рецепторов имеется и в организме человека.

• Профессор Питер Элтджен из Кентуккского университета полагается на коктейль из белков и гормонов, замедляющих обмен веществ. Важным компонентом его "зимнего снотворного" является белок HIT (Hibernation Induction Trigger). Эффект, производимый им, впечатляет. Когда Элтджен вводил его резус-макакам, температура их тела на несколько часов понижалась на 2,6 градуса, а пульс замедлялся на 45%. В течение недели у обезьян не было аппетита. Позднее Элтджен предположил, что этот белок мог бы подолгу поддерживать в жизнеспособном состоянии органы, изъятые для трансплантации. В новом эксперименте он ввел белок HIT в сердце, легкие, печень и почки, извлеченные из тела собаки, и, поместив их в специальную жидкость, убедился, что они годны для пересадки даже спустя 45 часов, в то время как обычно отмирают уже через 24 часа.

Удалось получить синтетический аналог этого белка, названный DADLE (D-Leu-Enkephalin). Это соединение замедляет обмен веществ в человеческих клетках и процессы деления клеток. Его также можно использовать для консервации донорских органов. Суслики, которым вводили DADLE, засыпали даже летом.

Память как рукой сняло

С точки зрения медиков, длительный сон очень полезен для человеческого организма, особенно ослабленного. Умение впадать в спячку пригодится не только единицам, отобранным по здоровью для далеких полетов, но и миллионам, отмеченным болезнью. Многодневный сон может оказаться спасением. Сон позволяет замедлить сердцебиение и снизить кровопотерю после тяжелого ранения, уменьшить риск отторжения только что пересаженных органов. Не случайно, в подобных исследованиях принимают участие не только представители космических ведомств — НАСА и ЕКА, но и военные медики.

Впрочем, путь к успеху пока так же далек, как дорога к другим планетам, а любые победы на этом пути больше напоминают поражения. Важно не только усыпить будущих покорителей космоса, но и сохранить им здоровье и жизнь. Многодневный сон может и не оказаться спасением. Венец природы хрустально хрупок, а его организм очень сложен. Насколько опасна для человека и, главное, его мозга подобная искусственная кома, ведь, может, не случайно природа оградила нас от того, чем испытывает каждую осень каких-нибудь черепах? Каким восстанет человек от сна, если сознание не возвращалось к нему несколько месяцев?

Не в пример многим соням, — например, лягушкам и змеям, — человек должен сохранять температуру тела постоянной, засыпая на полгода вперед. Температура не должна упасть даже на пять градусов, как то бывает у летучих мышей и сурков. Иначе кровеносные сосуды сужаются, начинается дрожь, человек испытывает сильнейший озноб. Если эти отчаянные сигналы не срабатывают, наступает коллапс. При понижении температуры тела на несколько градусов уже через трое-четверо суток происходят необратимые повреждения некоторых органов тела, нарушается сознание, отказывают почки. Космический корабль превращается в судно из мрачных античных фантазий — ладью Харона.

Еще один побочный эффект — потеря памяти. Профессор Ева Миллези из Венского университета наблюдала этот эффект в опытах с сусликами. Летом она приучила дюжину сусликов выбираться из лабиринта, в конце которого их ждали семечки подсолнечника. Осенью Миллези поместила половину зверьков в климатическую камеру, где было всего шесть градусов тепла, — суслики заснули, как бывает с приближением зимних холодов. Апартаменты остальных зверьков обогревались — и им не довелось поспать хоть пару месяцев. По весне животных вновь выпустили в лабиринт. Зимние бодряки побежали за семечками. Выспавшиеся путаники бесцельно гуляли по лабиринту — память их как рукой сняло.

Очевидно, низкие температуры действуют на мозг, подобно яду, вызывая массовую гибель клеток — особенно в области гиппокампа, отвечающего за работу памяти. Восемь дней непрерывного сна — и суслик превращается в маразматика, расставаясь со своим вчера и не понимая свое сегодня. От необратимого разрушения мозга тех же сусликов спасает умение вовремя проснуться. Каждые 5-20 дней зверьки вытаращивают глаза и начинают ошалело бродить, понемногу приходя в себя. Как выяснилось, большую часть запасов жира они тратят на то, чтобы от случая к случаю просыпаться.

Сеньор Барибал после сиесты

Итак, чтобы избежать провалов в памяти, нужно поддерживать температуру спящего человека на одном и том же нормальном для него уровне. Но разве такое возможно? Давно считалось, что животные впадают в зимнюю спячку, когда их организм переохладится. Обмен веществ замедляется, и это дает силы дотянуть до теплого времени года. Однако выяснилось, что все происходит с точностью до наоборот. Животное засыпает, обмен веществ замедляется, а потом остывает тело. И все же температура падает не всегда.

На западном побережье Мадагаскара встречаются жирнохвостые лемуры-маки — единственные приматы, впадающие в спячку. В сезон засухи эти зверьки, весящие всего 130 граммов, прячутся в норках и месяцев по семь спят, причем температура их тела практически не меняется.

Пример маки убеждает, что спячка — это особая форма обмена веществ, которая может быть присуща любому млекопитающему, в том числе человеку. "Вообще говоря, всем нам знакомо такое состояние — мы пережили нечто похожее в материнском чреве в бытность свою зародышами, — поясняет Доминик Зингер из Вюрцбургского университета. — Температура околоплодных вод неизменна — около 37о. Эмбрион может не заботиться о регуляции температуры. Это позволяет ему экономить энергию. Зато, когда ребенок появится на свет, ему самому придется регулировать температуру и уровень его метаболизма удвоится".

Если бы космонавт — подобно человеческому зародышу, — научился сокращать обмен веществ вдвое, то вместо обычных 15 вдохов в минуту делал бы всего семь. Пульс мог бы снизиться до 40 ударов в минуту. Уменьшилось бы потребление пищи и воды. Организм экономно расходовал бы собственные ресурсы.

И, может быть, задаются вопросом ученые, если мы заставим организм работать в замедленном ритме, нам удастся продлить ему жизнь? "К примеру, возьмем грызуна, весящего 30 граммов и не впадающего в спячку, — говорит Герхард Хельдмайер, председатель Международного общества исследователей зимней спячки, — его ожидаемая продолжительность жизни составляет в среднем два года. А вот летучая мышь, которая весит столько же, но всю зиму проводит в спячке, проживет намного дольше — пять-шесть лет".

Мы привычно твердим, что человек не может жить без сна, но оказывается, что многие животные скоренько умирут, если не будут впадать в зимнюю спячку. Напрашивается вывод: если бы человек мог спать по нескольку месяцев кряду, то его тело, освежаемое сном, словно погружалось бы в молодильную воду. Время сна, как "грязное время" в хоккейной игре, не засчитывалось бы в срок нашей жизни — и оттого он растягивался бы, захватывая лишние годы и, может быть, десятилетия?

Но вернемся к космонавтам. Вот еще одна проблема. Весь опыт медиков показывает, что длительный постельный режим вреден: мышцы, подолгу лишенные нагрузки, теряют силу. Проведя несколько месяцев в спальном мешке, космонавт, чего доброго, выберется оттуда беспомощным, как ребенок.

Однако и здесь полезны наблюдения за животными. Американский черный медведь (барибал), проведя в берлоге полгода, с ноября по апрель, выбирается оттуда бодрым и энергичным, словно испанский сеньор после сиесты. Если бы человек пролежал недвижимым, сколько и барибал, он бы потерял до 90% своей мышечной массы, медведь же — лишь четверть.

Его секрет можно описать одним словом: рециклинг. Во время спячки медведь не выделяет мочу, и его организм использует содержащийся в ней азот для образования новых белков и мышечной ткани. Это "воздержание" помогает также сохранить в организме кальций — он идет на образование новых клеток костной ткани. А вот у космонавтов в невесомости каждый месяц плотность костей уменьшается. А еще медведь умеет делать то, о чем многие из нас только мечтают: он "занимается фитнесом" — тренирует мышцы — во сне. Необычная система тренировки зовется… "ознобом". Четыре раза в сутки спящего медведя охватывает сильная дрожь: это помогает ему не только согреться, но и поддержать мышцы в тонусе. Спящих космонавтов тоже можно заставить дрожать во сне, раздражая их мышцы электрическими импульсами.

Если бы мы научились, засыпая, замедлять обмен веществ, наращивать мышцы и защищать кости скелета от вымывания кальция, то, возможно, и впрямь лучше всего путешествовать по космосу было бы во сне. Бортовые компьютеры следили бы за здоровьем космонавтов во время полета, вмешиваясь в случае опасности. Так когда же придет пора подавать сигнал "Отбой", то есть "Старт"?

В фильме Ридли Скотта "Чужой" астронавты годами спят, как сурки, а когда корабль совершает посадку, вскакивают с кроватей и, полные сил, принимаются за работу. Если верить ученым, подобные сцены станут реальностью уже к середине нынешнего века.

• Эрик Блэкстоун уверен, что в ближайшие пять лет будут проведены первые опыты на добровольцах. Если прежде их помещали в какой-нибудь подземный бункер, месяцами следя затем, как течет их время и меняется их поведение, то впредь им не придется слоняться по комнатам без цели — только прилягут и полгода пройдет.

• Однако руководители ЕКА сдержаннее в прогнозах. По их мнению, пройдет двадцать лет, прежде чем начнется подобный эксперимент. В одном лишь ученые едины: свой первый полет на Марс космонавты наверняка проспят. Что ж, марсианское утро мудренее банального вечера на Земле…

Источник: "Знание — Сила"

22.01.2007