В космоса всички познати земни условия и усещания се променят драстично – от възприятието на собственото тяло до поведението на течностите и работата на уредите.

Първото и най-важно предизвикателство, с което се сблъсква човек в космически полет, е безтегловността. Това не е просто екзотично състояние, а сериозно физиологично изпитание, с което ежедневно се борят космонавтите, а заедно с тях и учени, инженери, лекари и биолози.

Вестибуларен апарат и пространствено възприятие

На Земята мозъкът ни успешно определя кое е „горе“ и кое „долу“, като анализира комплексно сигналите от вестибуларния апарат, зрението и мускулните рецептори, отговорни за усещането за опора.

В условията на орбитален полет обаче познатите сигнали от гравитацията напълно изчезват. В резултат на това космонавтите често развиват т.нар. космическа болест на движението. Този синдром се проявява със загуба на ориентация, гадене, студена пот и главоболие. Обикновено дискомфортът отшумява за няколко дни (средно до пет), докато мозъкът се адаптира към новата среда.

Космонавтът може физически да усеща, че тялото му е обърнато с главата надолу или се върти непрекъснато, което временно нарушава дори преценката за разстояния.

Течностите в организма и сърдечносъдовата система

При земна гравитация силата на тежестта притегля кръвта, лимфата и другите телесни течности надолу към краката. На орбита, поради липсата на хидростатично налягане, течностите се преместват нагоре – към гърдите и главата.

Това преразпределение предизвиква характерни физиологични симптоми:

• Забележим оток на лицето и шията;
• Постоянно усещане за запушен нос и притъпяване на вкусовите рецептори;
• Чувство за тежест в главата и тъпа, притискаща болка през първите дни на адаптация.

Сърдечносъдовата система е принудена да се пренастрои към новите условия.

Излишният приток на кръв към горната част на тялото задейства компенсаторни механизми, поради което организмът активно се освобождава от „излишната“ влага.

С времето това води до намаляване на общия обем на циркулиращата кръв и известно намаляване на ударния обем на сърцето. Основният проблем възниква при завръщането на Земята. Заради резкия отлив на кръв от главата, кръвното налягане на космонавтите спада, което причинява слабост и световъртеж.

Кръвоносна система: Космическа анемия

Продължителният престой в условия на микрогравитация оказва сериозно въздействие върху кръвоносната система, провокирайки развитието на синдром, известен като космическа анемия. В орбита човешкият организъм започва да разрушава собствените си червени кръвни телца (еритроцити) средно с 54% по-бързо, отколкото на Земята.

Ако при земни условия при здрав човек всяка секунда умират около 2 милиона еритроцита, то в космоса този показател нараства до 3 милиона клетки в секунда.

Учените все още не знаят със сигурност защо организмът започва толкова бързо да унищожава собствените си клетки. Проверяват се няколко работни хипотези, включително клетъчна деформация и свръхактивност на далака, за чието изучаване е стартирало специализирано изследване.

Дефицитът на еритроцити става критичен веднага след завръщането на екипажа на Земята, когато тялото в условия на гравитация трябва рязко да възстанови предишната си издръжливост. При кацане почти половината от космонавтите страдат от клинична анемия.

Костно-мускулната система в космоса

Без необходимостта постоянно да се бори със земното притегляне и да поддържа тежестта на собственото си тяло, костно-мускулният апарат на човека бързо губи своите функции.

Мускулните тъкани, особено мускулите-разгъвачи на гърба, подбедрицата и бедрото, които отговарят за поддържането на стойката и вертикалното положение на тялото, се лишават от обичайното си силово натоварване.

Продължителният престой в космоса излага човешкото тяло на екстремни условия, които водят до сериозни физиологични и психологически промени.

Без гравитация организмът претърпява ускорено стареене, засягащо мускулите, костите, зрението и дори имунната система.

Мускулна атрофия и загуба на костна маса

Без ежедневни 2-часови тренировки със специализирани силови уреди и пътеки на борда на МКС, космонавтите рискуват да загубят до една трета от мускулната маса на краката си само за 6 месеца. След завръщането си на Земята те буквално не биха могли да се задържат на краката си.

Липсата на обичайното натоварване върху скелета води до ускорено извличане на калций и фосфор от костната тъкан. Този процес е сходен с остеопорозата, но протича в пъти по-агресивно.

Според данни на НАСА загубата на костна маса в областта на таза и бедрата достига между 1% и 1,5% само за месец.

За сравнение, възрастна жена с тежко заболяване на Земята губи същото количество костна тъкан за цяла година.

Най-бързо се засягат костите на таза, гръбначния стълб и шийката на бедрената кост.

Извлеченият калций попада в кръвта, филтрира се през бъбреците и увеличава риска от образуване на „пясък“ и малки камъни, които могат да предизвикат остра бъбречна криза.

Космически невро-окуларен синдром (SANS)

По време на дълги полети много космонавти развиват промени в структурата на очите, известни като космически невро-окуларен синдром (SANS).

В условия на безтегловност телесните течности (кръв и гръбначномозъчна течност) се преразпределят към главата. Това води до венозен застой и промяна в налягането между черепната кухина и очната орбита.

Нарушената циркулация на течностите затруднява естествения им отток от главата. Застоят около зрителния нерв причинява механичен натиск върху задната стена на окото, което физически го деформира и сплесква.

Регистрирани са множество случаи, в които членове на екипажа с перфектно зрение временно губят способността си да четат ясно информация от бордовите дисплеи без очила с диоптър.

Нарушената циркулация причинява също оток на диска на зрителния нерв и микроскопични увреждания на ретината, видими като бели петна.

Промени на клетъчно ниво: имунитет, хормони и метаболизъм

В космоса настъпва и сериозна хормонална промяна. По време на излитането и през първата седмица организмът преживява остра стресова реакция с мощно освобождаване на хормони. Впоследствие хормоналният фон се адаптира, но придобива специфични характеристики.

Поради липсата на мускулно натоварване се развива временно състояние, подобно на диабет: тъканите усвояват по-трудно захарта, а чувствителността на клетките към инсулин намалява.

Защитните сили на организма също работят с нарушения.

В орбита противовирусният имунитет отслабва, но в същото време алергичните реакции се обострят. Това води до „събуждане“ на скрити инфекции, които на Земята тялото успешно е държало под контрол.

Изследвания на МКС показват честа реактивация на вируса на Епщайн-Бар, цитомегаловирус и други херпесни вируси в пробите на екипажа.

Промените в генната активност и метаболизма засягат и чревната микрофлора. Количеството на полезните лакто- и бифидобактерии намалява, докато патогенните микроби стават по-агресивни и развиват повишена устойчивост към антибиотици.

Психика и когнитивни функции

Космосът подлага на сериозно изпитание и човешката психика. Екипажът е подложен не само на ефектите на безтегловността, но и на чувството за изолация, откъснатост от дома и огромната отговорност за успеха на мисията.

Постоянният стрес в затворено пространство може да доведе до умора, тревожност и раздразнителност. За да предотвратят това, психолозите от Центъра за управление на полетите съставят строги, разписани до минута графици за работа на космонавтите.

Продължителният престой в космоса води до значителни промени в когнитивната сфера, като изкривява възприятията за пространство и време.

В условия на микрогравитация космонавтите губят способността си за точно триизмерно моделиране. Височината на обектите им се струва по-голяма, дълбочината – по-малка, а разстоянието до предметите систематично се подценява.

Едновременно с това безтегловността променя и работата на „вътрешния часовник“ на организма.

Особености на работата и бита в космоса

Животът и работата в орбита изискват коренна промяна както на ежедневните навици, така и на самото човешко поведение. Поради липсата на обичайните пространствени ориентири „горе“ и „долу“ в станцията, организмът се сблъсква със сензорен конфликт.

Вестибуларният апарат не може да определи положението на тялото, което в първите дни причинява т.нар. космическа болест на движението, изразяваща се в световъртеж и гадене.

За да се подпомогне адаптацията на мозъка, интериорът на модулите има строга функционална ориентация: условният „таван“ винаги е оборудван с осветителни тела, а надписите на приборните панели са насочени в една и съща посока.

Придвижването в отсеците става чрез леки оттласквания от повърхностите, а за фиксиране на тялото на работното място се използва система от ръкохватки и специални текстилни примки.

Физиката на движенията в орбита е коренно различна. Например, на Земята за придвижване използваме големите мускули на краката, докато на МКС долните крайници почти не се натоварват. Космонавтите „ходят“ с ръце, хващайки се за ръкохватките, поради което основното натоварване пада върху раменния пояс и китките.

В същото време кожата на горната част на стъпалата загрубява и образува мазоли от постоянното триене в ремъчните фиксатори.

Организацията на бита също е пряко подчинена на правилата за биологична безопасност.

Космонавтите спят в индивидуални каюти, разположени в спални чували, прикрепени към стените. Тази фиксация е необходима, за да се избегне хаотичното носене по време на сън и наранявания от изпъкнали части на интериора.

Важен фактор за пълноценната почивка е и непрекъснатата работа на вентилаторите в каютата. В условия на безтегловност топлият въздух не се издига нагоре и без принудителна вентилация около главата на спящия бързо се натрупва облак от издишан въглероден диоксид, което води до главоболие и нарушения на съня.

В безтегловност водата не се стича надолу, а се събира в летящи сфери.

Поради това личната хигиена се ограничава до използването на влажни кърпички и шампоани, които не изискват изплакване, а храната се доставя в порционни вакуумни опаковки и консервни кутии.

Как се хранят космонавтите на МКС

Случайно изпусната капка чай или троха хляб представлява сериозен проблем за екипажа. Носейки се из станцията, тези частици могат да попаднат в дихателните пътища на човек и да предизвикат дразнене, или да се утаят върху защитните мрежи на вентилацията и зад приборните панели, което налага допълнително почистване.

За да се избегне хаотичното движение на предмети, в орбита масово се използват велкро лепенки за фиксиране на малки инструменти, както и еластични въжета за задържане на по-големи предмети и оборудване.

Как да запазим здравето си в космоса

Тъй като в условия на безтегловност организмът е напълно лишен от обичайното физическо натоварване, се задействат деструктивни процеси като атрофия на мускулите и ускорено извличане на калций от костите.

За да се противодейства на това, космонавтите са задължени да отделят около два часа дневно за интензивни тренировки. На борда се използват специализирани бягащи пътеки със система за притегляне с ремъци (като руската БД-2 със система за виброизолация), велоергометри (като ВБ-3М) и уникалният силов тренажор ARED, който чрез вакуумни цилиндри симулира работа с щанга и създава необходимото натоварване върху скелета.

Освен активния спорт, за поддържане на мускулния тонус през деня космонавтите носят специални натоварващи костюми тип „Пингвин“. Вградените в тях еластични амортисьори създават осово натоварване върху скелета по време на ежедневните дейности.

В заключителния етап на полета се прилага и костюмът с отрицателно налягане „Чибис“. С помощта на вакуум той преразпределя кръвта към долната половина на тялото, подготвяйки кръвоносните съдове за земните условия. Непосредствено преди спускането и в първите часове след кацането екипажът носи компресионни противопретоварващи шорти и гети „Кентавър“, за да се предотврати рязкото отливане на кръв от главата.

След завръщането си на Земята, членовете на екипажа преминават през задължителен и продължителен курс на медицинска рехабилитация.

Целият процес е съпроводен с прием на специални водно-солеви разтвори за възстановяване на течностите в организма, витамини и медикаменти за защита на костната тъкан, както и със спазването на специализирана диета. Тези мерки са от съществено значение за възвръщането на мускулния тонус, костната плътност и за постепенната реадаптация на сърдечно-съдовата система към условията на земната гравитация.