Почему космонавты растут в невесомости: странности космической медицины
Каждый, кто отправляется на орбиту, возвращается оттуда немного другим человеком — в самом буквальном, измеримом сантиметровой лентой смысле. За несколько недель полёта космонавт «вырастает» на три-пять сантиметров, а потом, уже на Земле, стремительно теряет прибавку. Этот эффект известен космической медицине полвека, но только в последние годы учёные разобрались, что именно происходит с позвоночником на орбите — и почему за временный рост приходится платить болью в спине и риском грыжи.
Девять сантиметров, которых не было
В январе 2018 года японский астронавт Норисигэ Канаи устроил маленькую сенсацию: спустя три недели на МКС он сообщил, что вырос на девять сантиметров, и полушутя выразил опасение, что не поместится в кресло корабля «Союз» на обратном пути. Новость облетела мировые СМИ — а через сутки Канаи извинился: он ошибся при измерении, реальная прибавка составила около двух сантиметров.
Показательно, что тревога астронавта не была шуткой на пустом месте. Кресла-ложементы «Союзов» изготавливаются индивидуально, по слепку тела конкретного человека, и антропометрические лимиты корабля жёсткие. Российские специалисты давно закладывают в расчёты «орбитальную прибавку»: человек, идеально подходивший под ложемент на Земле, после полугода в невесомости стал длиннее — и это нужно учесть заранее. Космическая медицина знает: типичный рост на орбите — около трёх процентов от исходного, то есть пять-шесть сантиметров для человека среднего роста. Девять — перебор даже для космоса, потому история Канаи и вызвала у специалистов скепсис ещё до опровержения.
Пружина, которую отпустили
Механика явления на первый взгляд проста. Позвоночник человека — это 24 подвижных позвонка, между которыми лежат межпозвонковые диски: упругие «прокладки» из хрящевой ткани с гелеобразным ядром внутри. На Земле сила тяжести весь день сжимает эту конструкцию. Диски отдают влагу, проседают — и к вечеру каждый из нас становится на один-два сантиметра ниже, чем был утром. Ночью, лёжа, мы «отрастаем» обратно: диски впитывают воду и восстанавливают высоту. Этот суточный цикл — обычная физиология, знакомая любому вертебрологу.
Невесомость превращает короткую ночную передышку в бесконечную. Осевая нагрузка исчезает полностью, диски насыщаются жидкостью до предела, и позвоночник вытягивается, как отпущенная пружина. Вдобавок распрямляются естественные изгибы — шейный и поясничный лордозы, грудной кифоз, — которые на Земле «съедают» часть длины позвоночного столба. Сумма двух эффектов и даёт те самые сантиметры.
Важная оговорка, которую любят пропускать популярные пересказы: никакого настоящего роста не происходит. Кости не удлиняются ни на миллиметр — взрослый скелет на такое не способен, зоны роста закрыты. Речь идёт о временной декомпрессии, и она полностью обратима: основную часть прибавки космонавт теряет в первые же дни после посадки, когда гравитация снова берётся за своё.
Что показал томограф
Долгое время объяснение «диски разбухли — позвоночник вытянулся» принималось по умолчанию: проверить его напрямую было нечем. Всё изменилось, когда астронавтов начали систематически обследовать на магнитно-резонансном томографе до и после полётов.
Результаты оказались неожиданными. Команда Дугласа Чанга из Калифорнийского университета в Сан-Диего, обследовавшая астронавтов НАСА после полугодовых экспедиций на МКС (работа опубликована в журнале Spine в 2016 году), обнаружила, что высота межпозвонковых дисков после полёта изменилась куда скромнее, чем предполагала теория. Зато нашлось другое: выраженная атрофия мелких мышц, окружающих позвоночник, — тех самых мультифидусов и прочих паравертебральных мышц, которые на Земле стабилизируют каждый позвонок. За полгода на орбите площадь их поперечного сечения уменьшалась примерно на пятую часть, и даже спустя месяц-полтора после возвращения восстановление оставалось неполным.
Картина усложнилась: удлинение позвоночника — это не только разбухшие диски, но и распрямившиеся изгибы, а расплата за невесомость — не столько сама «прибавка», сколько ослабевший мышечный корсет, который перестаёт держать конструкцию.
Цена лишних сантиметров
Звучит безобидно: подрос — вернулся к норме. Но у медали есть тяжёлая оборотная сторона. Больше половины космонавтов и астронавтов жалуются на боль в спине в первые дни полёта — врачи называют это space adaptation back pain, «боль адаптации к космосу». Перерастянутые связки и диски, лишённые привычной нагрузки, сигналят так настойчиво, что некоторые обитатели МКС спят, подтянув колени к груди — поза эмбриона хоть немного снимает натяжение.
Хуже другое. Классическое эпидемиологическое исследование Смита Джонстона и коллег из Космического центра имени Джонсона, опубликованное в журнале Aviation, Space, and Environmental Medicine в 2010 году, показало: риск грыжи межпозвонкового диска у астронавтов после полёта в несколько раз выше, чем в контрольной группе, причём пик приходится на первый год после возвращения, а самый уязвимый отдел — шейный. Логика понятна: переполненный жидкостью диск с ослабленным мышечным корсетом вокруг встречается с земной гравитацией — и не всегда выдерживает встречу. Именно поэтому вернувшимся с орбиты запрещают поднимать тяжести и резко наклоняться, а реабилитация позвоночника расписана не менее строго, чем восстановление костей и сердца.
Не только позвоночник: тело, перекроенное невесомостью
Рост — лишь самая наглядная из метаморфоз, которые невесомость проделывает с человеком. Без гравитации жидкости тела смещаются к голове: лицо космонавта отекает, ноги «худеют» — коллеги-медики называют это «синдромом одутловатого лица и куриных ног». Смещение жидкости давит и на глаза: у части астронавтов после длительных полётов фиксируют уплощение глазного яблока и отёк зрительного нерва — нейроокулярный синдром, связанный с космическим полётом, одна из главных нерешённых проблем на пути к Марсу.
Кости несущего скелета — бёдра, поясница — без нагрузки теряют порядка одного-полутора процентов минеральной плотности в месяц: темпы, которые земному человеку с остеопорозом «обеспечивает» целый год. Знаменитое исследование близнецов НАСА, опубликованное в журнале Science в 2019 году, — где годовой полёт Скотта Келли сравнивали с земной жизнью его брата-близнеца Марка — зафиксировало сдвиги вплоть до экспрессии генов и длины теломер. Кстати, сам Скотт Келли после 340 суток на орбите прибавил те самые пять сантиметров — и потерял их за считаные дни на Земле, о чём рассказывал с нескрываемым сожалением: побыть выше брата-близнеца ему довелось недолго.
Против всего этого на МКС работает целая индустрия: по два с лишним часа ежедневных тренировок, беговая дорожка с притягивающими ремнями, силовой тренажёр ARED, создающий нагрузку вакуумными цилиндрами, российские нагрузочные костюмы «Пингвин», прошивающие тело эластичными тягами, чтобы имитировать земное сжатие. Помогает, но не полностью: мелкие мышцы-стабилизаторы позвоночника, как показали те же томографические работы, стандартными тренировками почти не охватываются. Сейчас в протоколы реабилитации и подготовки добавляют специальные упражнения на глубокие мышцы кора — опыт, позаимствованный, как ни странно, у земной спортивной медицины.
Зачем это знать тем, кто никогда не полетит
У орбитальной «болезни роста» есть неожиданное земное измерение. Позвоночник лежачего больного или человека на строгом постельном режиме переживает уменьшенную копию космической истории: разгрузка, разбухание дисков, атрофия мышц-стабилизаторов, а затем — болезненная встреча с вертикальным положением. Космическая медицина, изучая астронавтов, фактически ставит ускоренный эксперимент по старению и детренированности опорно-двигательного аппарата — и её протоколы реабилитации уже перетекают в обычные клиники.
А для самой космонавтики вопрос из курьёзного превратился в инженерный. Многомесячная экспедиция к Марсу означает, что экипаж прибудет к цели «подросшим», с ослабленной спиной — и должен будет работать в скафандрах и креслах, спроектированных под их земные тела, без всякой реабилитационной бригады на месте посадки. Пять сантиметров, которые на МКС были забавным фактом для пресс-конференций, на марсианской траектории становятся строкой в матрице рисков.
Так что когда очередной вернувшийся с орбиты космонавт, пошатываясь, делает первые шаги по Земле, помните: он в этот момент буквально уменьшается. Гравитация методично забирает обратно всё, что одолжила невесомость, — сантиметр за сантиметром. И в этом, пожалуй, вся суть космической медицины: человек оказался существом, слепленным гравитацией с головы до пят, и любая попытка от неё сбежать записана в нашем теле — вплоть до расстояния между позвонками.
