Космос остается враждебной для человека средой. Невесомость негативно влияет на все системы организма человека, отвечающие за его работоспособность. Особенно страдает мышечная система, ведь в этих условиях надо прилагать минимум усилий для движений, поэтому спорту отводится особое место в жизни человека в космосе. Заведующая лабораторией профилактики гипогравитационных нарушений ИМБП РАН, доктор биологических наук Елена Фомина в интервью ТАСС рассказала, как борются с мышечной деградацией космонавты на Международной космической станции (МКС), какие тренажеры будут доставлены на станцию и подготовлены для лунных и марсианских миссий, а также кто должен полететь в дальние космические экспедиции.
— Елена Валентиновна, расскажите о существующей системе профилактики на Международной космической станции. Какие тренажеры сейчас есть на орбите? Как космонавты занимаются спортом?
— Сейчас на борту самое главное средство профилактики для российских космонавтов — беговая дорожка "БД-2". Особенность дорожки — неустойчивая опора, то есть она снабжена специальной системой виброизоляции платформы, чтобы во время работы тренажера нагрузки не передавались на корпус станции.
Беговая дорожка на борту станции может работать как в активном (перемещение полотна с помощью мотора), так и в пассивном режиме (полотно дорожки продвигается ногами космонавта, с сопротивлением). Это очень эффективный режим тренировки. Мы рекомендуем космонавтам 30% от общего объема тренировки бегать в этом режиме.
Чтобы бежать на дорожке в невесомости, необходимо обеспечить притяжение к ней — так называемый притяг. Космонавты бегают в специальном тренировочно-нагрузочном костюме, который обеспечивает нагрузку около 70% от веса тела космонавта на Земле.
Кроме беговой дорожки космонавты используют велоэргометр и силовой тренажер.
— На станции сейчас есть профилактические костюмы?
— Сейчас на борту есть профилактические костюмы "Пингвин" и "Чибис". Космонавты могут использовать низкочастотный и высокочастотный электромиостимуляторы "Стимул" и "Тонус". Все эти средства относятся к пассивным, они могут быть использованы по желанию космонавта дополнительно к тренировкам на тренажерах.
Сейчас в космическом эксперименте "Профилактика-2" мы оцениваем эффективность компенсатора опорной разгрузки (КОР). Это ботинок, стельки которого стимулируют опорные зоны стоп в режиме ходьбы. В эксперименте вместо локомоторных тренировок космонавты три дня используют ботинок. Пока КОР использовали всего три космонавта, и еще рано делать выводы о его эффективности. Если окажется, что работоспособность может поддерживаться с помощью КОРа, можно будет рекомендовать его и для полетов в дальний космос.
Возможно, что при полете, например, к Марсу не будет интенсивных физических тренировок на протяжении всего полета, их можно будет заменить использованием профилактических костюмов или стимуляторов
— Сколько по времени космонавты занимаются спортом на МКС?
— На физические тренировки отводится два с половиной часа каждый день. Но в это время также входят процесс подготовки и гигиенические процедуры. Космонавты бегают на дорожке полчаса каждый день и через день занимаются либо на велотренажере, либо на силовом тренажере.
Пока мы используем силовой тренажер американских партнеров, но в настоящее время разрабатываем свой.
Ключевым элементом российской системы профилактики является дорожка, прежде всего потому, что бег — это естественный вид локомоции для человека как биологического вида. Во время бега работают мышцы, обеспечивающие поддержание позы тела, стимулируются рецепторы опоры.
Физические тренировки в космосе несут и психологический эффект тоже, и космонавты об этом говорят: если позаниматься на беговой дорожке, то наступает психологическая разгрузка.
— Отличается ли система профилактики у американцев?
— Наши системы профилактики в течение десяти лет очень сильно сомкнулись. Но у американцев основное средство профилактики — это силовой тренажер. Астронавты тренируются на нем каждый день, а космонавты — через день.
В российской системе мы рекомендуем меньшую "весовую" нагрузку и большое число повторений.
С чем это связано: сейчас есть нерешенная проблема на борту — увеличение внутричерепного давления и изменения зрения. До настоящего времени ученые рассматривают несколько причин этих изменений. Одной из них может явиться нарушение техники дыхания при выполнении силовых упражнений высокой интенсивности. Нами получены данные о том, что выполнения силовых тренировок и через день достаточно для сохранения свойств мышц и кости.
— Как будут проходить тренировки космонавтов при дальних полетах?
— Мы готовимся к межпланетным полетам и верим, что они обязательно будут, скорее всего, сначала на Луну, потом — на Марс.
В невесомости у человека выключается из работы мускулатура поддержания позы, отсутствует стимуляция гравирецепторов стоп и очень быстро наступает процесс деградации мышц. Нам необходимо в автономном космическом полете обеспечить выполнение операторских функций на планете, где его (космонавта — прим. ТАСС) никто не встретит и не поможет ему, на первое время. Совместно с американцами проводился эксперимент "Полевой тест", где оценивалось, какие действия может человек выполнять самостоятельно после шестимесячного полета. Сразу же после приземления космонавты выполняли простые задания — ходьба, приседание, перешагивание через препятствие. Движения, которые могут показать нам, насколько космонавт хорошо или плохо может выполнить операции после посадки на небесное тело. Мы пытаемся сопоставлять эти результаты с тем, как космонавт тренировался в полете. Конечно, очень сильный отпечаток накладывает этап спуска. Иногда бывает, что перегрузки значительно влияют на состояние космонавта после приземления.
Но хочу подчеркнуть, что восстановление происходит очень быстро. Спустя сутки после приземления человек выполняет физические тесты уже успешнее. Мы полагаем, что если во время миссии человек не сможет выполнять какую-то операторскую деятельность непосредственно после посадки, воздействие гравитации поможет быстрому восстановлению функций двигательной системы на поверхности небесного тела.
— Придется ли космонавтам тренироваться больше при полетах на Луну или Марс?
— Для нас очень важен результат, который был получен космонавтом Валерием Поляковым (пробыл на орбите 438 суток). Он интенсивно тренировался во время своего полета и после возвращения продемонстрировал очень хорошее физическое состояние. Это показывает, что физические тренировки в соответствии с российской системой профилактики могут обеспечить достаточный уровень работоспособности даже после полета, сопоставимого по времени с межпланетной миссией.
— Будут ли разработаны новые тренажеры для экипажей лунных и марсианских миссий?
— Сейчас у наших американских коллег возникла идея, что можно заменить локомоторную тренировку тренировкой на эллипсоиде. Эффективность этого тренажера для космического полета надо еще проверить. Мы придерживаемся мнения, что бег останется основой системы профилактики.
В целом мы хотим предоставить космонавтам возможность выбора тренажеров для занятий в длительном космическом полете. Если вы приходите в тренажерный зал, то вам хочется позаниматься на разных тренажерах, а если у вас всего одна беговая дорожка, то это не интересно.
Например, в ходе проекта "Марс-500" мы опробовали виброплатформу, на которой участники эксперимента ежедневно выполняли простые упражнения, два раза в неделю со специальным утяжеленным жилетом. Получился такой тренажер "для ленивых". Думаю, мы не откажемся и от эспандеров. Есть космонавты, которые после 30–40 минут занятий на силовом тренажере еще занимаются с эспандерами.
Еще мы предлагаем разработать тренажер, который обеспечит нам прыжки. Уже есть его предварительное название — "Кенгуру".
— Как это будет выглядеть? Небольшой батут?
— Пока не сформирован окончательный облик тренажера. Необходимо разработать систему виброизоляции. Продумывая концепцию средств профилактики для Луны, мы предложили тренажер "Кенгуру".
— Что еще вы предлагаете для лунных миссий?
— Сейчас мы прорабатываем систему "Виртуальный тренер" — когда тренировки космонавтов будут сопровождаться не нами, а специальной компьютерной программой. Сейчас наша лаборатория получает с МКС информацию, как тренировались космонавты в течение недели, и выдает рекомендации для последующих тренировок. В настоящее время математики создают модель физиологического ответа организма на физическую нагрузку в условиях невесомости, описывают зависимость эффективности тренировки от ее параметров (варьирование величины "притяга", доли занятий в пассивном режиме движения полотна дорожки, скорости бега).
На МКС будет проведен специальный эксперимент. Сейчас он прошел экспертизу РКК "Энергия" и находится на утверждении в ЦПК. В ходе эксперимента "Виртуальный тренер" мы будем просить космонавтов изменять те или иные факторы (долю пассива, силу "притяга" и т.д.) и смотреть, как это влияет на физическую работоспособность человека. Это даст нам инструмент для управления состоянием человека. Все рекомендации к тренировкам экипажу будет давать специальная программа.
— Когда планируется начать эксперимент? Его продолжительность?
— Мы надеемся, что на будущий год начнем этот эксперимент. Наши космонавты сами выбирают — участвовать в эксперименте или нет, а чтобы набрать статистику, необходимо участие восьми-десяти космонавтов.
"Виртуальный тренер" будет работать в лунных и прежде всего марсианских программах.
Сейчас мы отрабатываем модель для "Виртуального тренера" здесь, на Земле, в ходе эксперимента "Сириус". Но на Земле нет очень важного фактора, нет невесомости. Этот фактор во многом меняет работу организма.
— Ученые будут давать какие-то рекомендации по тому, кто должен полететь в дальние космические миссии?
— В прошлом году мы получили очень интересный результат, что с каждым следующим полетом у космонавта быстрее происходит адаптация и к невесомости, и потом к Земле. У нас было две группы космонавтов: те, кто летал первый раз, и те, кто летал повторно. Сопоставив данные этих двух групп, наша лаборатория пришла к следующему выводу: мы рекомендуем для межпланетных полетов брать космонавтов, которые уже летали в космос. Не просто из-за того, что у них есть опыт, а из-за того, что у них быстрее происходит адаптация к невесомости и реадаптация к Земле. Это значит, что на той планете, куда они полетят, они быстрее адаптируются и быстрее смогут выполнять операторскую деятельность.
Наши наблюдения говорят, что с каждым последующим полетом им становится все легче и легче
— После посадки на планету надо ли будет экипажу какое-то время находиться внутри корабля до начала исследовательской миссии, чтобы восстановиться? Будут ли ученые давать такие рекомендации?
— Да. Мы полагаем, что организм должен почувствовать гравитацию. Не надо сразу бежать и брать пробы грунта. Результаты "Полевого теста" показывают, что в течение суток начинается активное восстановление. Сутки — это не такой большой период.
Мы уже сейчас понимаем, как надо строить программы тренировок на борту для того, чтобы быстрее произошло восстановление.
— Как скажется на физическом состоянии космонавтов погружение в длительный сон во время космического полета?
— В таком случае после пробуждения придется очень интенсивно восстанавливаться. За какой-то период до прибытия к планете надо будет проснуться и начать тренироваться.
В Советском Союзе был проведен эксперимент по годовой антиортостатической гипокенезии, когда люди год лежали в постели. Очень тяжелый эксперимент. Тогда была выделена одна группа, которая не тренировалась в начале, и потом они начали усиленно тренироваться. Получилось, что до конца эксперимента не все функции вышли на уровень группы, тренировавшейся постоянно, но работоспособность восстанавливалась достаточно быстро.
— Может, ученые не будут рекомендовать вводить космонавтов в гибернацию, чтобы потом миссия не провалилась из-за неспособности экипажа выполнить операторские функции?
— Во всяком случае, прежде надо очень хорошо все проверить в экспериментах.
В полете МКС был случай, когда две недели не работала беговая дорожка. Это была действительно трагедия, потому что космонавтам, которые в это время были на борту, пришлось очень тяжело восстанавливать работоспособность, когда дорожка заработала. На Земле вы можете себе позволить полениться, не пойти в спортзал. В условиях невесомости организм очень быстро начинает терять физическую работоспособность, очень быстро деградируют все системы человека.
В космосе вы не можете себе позволить не заниматься спортом. Космос — новая для нас среда, но я думаю, что там можно жить, и мы уже почти научились как
Если в автономном полете экипаж будет погружен в сон, то основным заданием космонавтов после пробуждения станет усиленная тренировка и восстановление формы.
Это отдельная тема, надо делать длительные эксперименты в гипокинезии и невесомости, смотреть эффекты и скорость восстановления.
Сейчас на МКС перед спуском на Землю, перед завершением миссии, у космонавтов проходят тренировки на беговой дорожке по два раза в день. Это очень важно для того, чтобы подготовить их к возвращению.
— Новые тренажеры планируется ставить на МКС до завершения ее функционирования?
— Мы сейчас разрабатываем российский силовой тренажер. Первый макет этого тренажера мы испытали в эксперименте "Марс-500", это был российско-австрийский тренажер, по нему были замечания у членов экипажа. Эти замечания учли, и сейчас наши российские инженеры разрабатывают силовой тренажер для МКС. Он обеспечивает возможность выполнять силовые упражнения прежде всего на те мышцы, которые страдают в невесомости.
— Когда он будет доставлен на МКС?
— Я не могу точно сказать, он планируется к установке на научно-энергетический модуль.
Беседовала Милена Синева