Космос на Земле. «В Мире Науки» №1-2

Как длительная изоляция может сказаться на психологическом и физическом здоровье человека, если говорить о долгосрочных космических миссиях? Это выясняют в изоляционных экспериментах SIRIUS, которые проводят в Институте медико-биологических проблем РАН.

О том, как проходят эксперименты, рассказывает научный координатор проекта SIRIUS, заместитель главного врача проекта Стефания Олеговна Федяй.

— Стефания Олеговна, в чем суть эксперимента SIRIUS? Что пытаются узнать ученые, изолируя людей на длительный срок с имитацией космического полета?

— Проект SIRIUS (Scientific International Research In Unique terrestrial Station) помогает изучать адаптационные возможности человеческого организма к условиям изоляции. При этом в изоляцию мы включаем не только ограничение пространства, но и другие факторы: ограниченные ресурсы, строгое расписание, регламентированное общение между экипажем и внешним миром, различные функции в экипаже. Все это тоже факторы изоляции, которые влияют на адаптацию.

Конечно, в наших экспериментах не моделируются такие факторы космического полета, как, например, радиация или невесомость, которые во многом влияют на физиологию. Поэтому б льшую часть мы посвящаем психологическим исследованиям, хотя есть и микробиологические эксперименты, в которых присутствует медицинская часть. Физиологические исследования связаны, например, с физическими тренировками. Как известно, космонавты на МКС регулярно проходят программу профилактики, в которую включены специальные физические тренировки. У нас в изоляции ученые проверяют новые техники и модели, модернизируют расписание тренировок, чтобы узнать, как изменятся физиологические показатели.

— Как начиналась история изоляционных экспериментов в целом и проекта SIRIUS в частности?

— Когда люди вышли в космос, стало понятно, что на состояние экипажа влияют физические факторы, которые не сразу были очевидны, а к ним добавляется и психологическая составляющая. Соответственно, ученые начали строить различные модели, и изоляция — не единственная из них, хотя и одна из основных.

Самый известный эксперимент — «Год в земном звездолете». Очень тяжелый, но интересный эксперимент проходил в 1967–1968 гг. именно у нас в институте. Наверное, его уже не удастся повторить. С тех пор увеличивалось пространство орбитальных станций, в соответствии с этим расширялись площади изоляции. В эксперименты начали собирать полноценные экипажи, сегодня в них входят шесть человек.

Первая изоляция проекта SIRIUS состоялась в 2017 г., это был непродолжительный двухнедельный эксперимент, который уже имел характерные черты проекта, а именно смешанный экипаж — как по гендерному, так и по национальному признаку.

— Как сегодня выглядит изоляционный комплекс?

— Изоляционный комплекс — это несколько модулей, которые формируют абсолютно замкнутое пространство. Никто не заходит к участникам эксперимента за весь период исследований, техническое оснащение позволяет проводить эксперименты длительностью в год. Комплекс одновременно и похож на орбитальную станцию, и отличается от нее.

В самом большом модуле проходят физические тренировки, там установлены беговые дорожки и велотренажер. В этом модуле располагается также склад со всеми запасами экипажа. Запас ресурсов в проекте SIRIUS ограничен, поэтому склад — очень важная часть жизни экипажа.

Следующий модуль — кухня, совмещенная с зоной отдыха. У каждого члена экипажа есть маленькое личное пространство — индивидуальная каюта. В нее помещаются небольшая кровать и тумбочка — все богатство. Тем не менее это место, где есть возможность уединиться от вынужденного общения с членами экипажа.

Есть медицинский модуль с лекарствами и расходными медицинскими материалами. В том числе там установлено научное оборудование.

И есть модуль, который имитирует посадочную капсулу и грузовики. Например, когда экипажу передают дополнительные ресурсы, имитируется их доставка на грузовом корабле. Соответственно, модуль недоступен все время, пока не произойдет «стыковка». В этот момент у экипажа появляется главная задача — разгрузить грузовой корабль, забрать все, что ученые доложили им по своим методикам, а потом «отстыковать» этот модуль с мусором, чтобы он условно сгорел в атмосфере.

Есть еще модуль, который имитирует поверхность другой планеты или, в случае нынешнего эксперимента SIRIUS-21, поверхность Луны. Этот модуль будет доступен экипажу совсем непродолжительное время, только когда будет проходить имитация высадки. Наверное, это будет максимально разнообразный эпизод в жизни экипажа за весь восьмимесячный период.

За комплексом через камеры непрерывно наблюдают из пункта управления. Там постоянно дежурят четыре человека — врач, лаборант, инженер и техник.

— Космонавты, отправляющиеся на МКС, могут взять минимальный набор личных вещей. Какие ограничения есть в проекте SIRIUS?

— Ограничения, которые накладывают на участников экипажа SIRIUS, не такие жесткие, как при полете в космос, но они есть. Можно взять около 6 кг личных вещей. Есть ограничения и по весу, и по габаритам, и по составляющей.

Конечно, нельзя брать скоропортящиеся продукты, рекламную продукцию или алкоголь. Все, что можно распылять, тоже остается «за бортом» — весь комплекс оснащен датчиками, которые очень чувствительны к мелкодисперсному распылению, поэтому ограничений достаточно много.

— Как обстоят дела с питанием и водой во время эксперимента? Ведь в космических миссиях эти ресурсы ограниченны.

— Вопрос еды через определенное время встает очень остро. Конечно, еда ограниченна, можно съесть только определенное количество на завтрак, обед и ужин. При этом вся еда однообразная: в основном это сублимированные продукты, которые нужно разводить водой. По большому счету, рисовая каша с мясом отличается от гречневой названием на этикетке и совсем немного запахом. Есть и питание в тюбиках, это могут быть или супы, или, например, пюре с котлетой.

Когда такое питание продолжается две недели — это интересный опыт. Но когда это длится много месяцев подряд, приходишь к пониманию, что от еды пропадает психологическое удовлетворение. Конечно, это неприятно, но это одна из областей исследования.

Что касается воды, она в проекте SIRIUS не ограниченна, но учитывается. То есть мы следим, сколько воды человек тратит в тех или иных условиях, от чего эти траты зависят, при каких факторах снижаются, а при каких увеличиваются.

Единственное жесткое ограничение, связанное с водой, — это прием душа. Несмотря на частые физические тренировки, душ можно принять раз в неделю, причем на него отводится определенное время.

Наши испытатели живут по строгому расписанию. Каждую неделю им высылается циклограмма — почасовое расписание, которое регламентирует, как будут ­выглядеть следующие семь дней твоей жизни: когда ты будешь завтракать, тренироваться, выполнять научную работу, делать ЭКГ и, в конце концов, мыться. Соответственно, просто пойти в душ на час нельзя, потому что через 20 минут у испытателя может быть запланирована конкретная научная методика, на которой он обязан присутствовать.

— Насколько высока чистота эксперимента? Ведь люди понимают, что они на Земле и при реальной угрозе жизни и здоровью эксперимент остановят, чего нельзя сделать при реальном полете в космос...

— Конечно, проект не предусматривает никаких факторов, угрожающих жизни и здоровью. Испытатели знают, что сами могут в любой момент прервать эксперимент по собственному желанию, без объяснения причин, чего нельзя представить в настоящем космическом полете. Мы не можем уйти от этих нюансов, все-таки это эксперимент с участием людей и данный фактор нужно учитывать.

Но и такие исследования дают результаты — и потому они настолько популярны. Ведь SIRIUS — не единственное исследование, связанное с изоляцией.

— Космонавты проводят на МКС по несколько месяцев. Это достаточно долгая изоляция, причем в реальных космических условиях. Зачем проводить такие эксперименты на Земле, если есть настоящие объекты для исследований?

— Конечно, космонавты — это объекты для исследований, но есть нюанс. Мы отправляем одного-трех космонавтов в год, и желающих с ними поработать действительно много. При этом время космонавтов стоит очень дорого: они обслуживают станцию, выполняют конкретные технические задачи, занимаются научными исследованиями. Работа непосредственно с космонавтами, эксперименты с их участием, конечно, очень интересны и результативны.

Практически каждая лаборатория ИМБП РАН работает с проектами, которые подразумевают участие космонавтов. Но этого совершенно недостаточно, чтобы добиться необходимых результатов и собрать хотя бы минимальную статистику.

Чтобы подготовить космический эксперимент, нужно несколько лет на подготовку и проверку оборудования. Например, в изоляционных экспериментах мы еще и проверяем оборудование для перспективных космических исследований.

— Какую информацию о влиянии изоляции на организм удалось получить за то время, что проходят изоляционные эксперименты?

— Конечно, изоляция очень по-разному сказывается на людях, и эффект складывается из массы составляющих. Например, если это изоляция с методами профилактики, где люди регулярно занимаются спортом, — это одни результаты. Если мы отправим экипаж без профилактических занятий, будет абсолютно другое влияние на физиологические параметры.

В психологической области исследований многое зависит от сформированного экипажа и внутреннего взаимодействия его членов. Мы видим несколько типов конфликтов, которые могут возникнуть.

Например, возможны конфликты и бесконечные попытки притереться друг к другу. Экипаж может и выступать как единое целое против наземных служб, ­например против дежурных. Наземные службы тоже могут вступать в конфликт или с экипажем в целом, или с кем-то конкретным из участников эксперимента. И те и другие конфликты считаются нормой, если не ставят под угрозу выполнение научной программы. Если показатели здоровья в норме, а работа продолжается, значит конфликт нужен людям, чтобы снять напряжение.

Изоляционные эксперименты помогают выявить мотивы, стимулы и последствия подобных конфликтов. Уже есть известные опубликованные результаты. Например, считается, что экипаж адаптировался и его члены начали неплохо взаимодействовать, если вместо внутренних конфликтов они объединяются и выбирают врага «снаружи», например кого-то из пункта управления или всех вместе. С точки зрения психологии это неплохой выход. То есть экипаж нашел возможность снять напряжение, сохраняя при этом внутренние взаимоотношения: в их системе ценностей отношения между ними становятся важнее, чем с учеными.

— Это могут быть реальные ситуации, возникающие в космических полетах?

— Да, в институте рассказывают подобные истории. Конкретные космические миссии и проекты не называют, но возникали ситуации, когда в экипаже появлялось серьезное напряжение. В таком случае кто-то из ЦУП брал на себя ответственность, давал экипажу абсолютно бессмысленное задание и обвинял космонавтов в том, что они с ним не справляются. Появлялся внешний враг, против которого экипаж объединялся. Когда напряжение спадало, внешний враг тоже исчезал.

— Что нового ученые узнали именно при работе с проектом SIRIUS?

— SIRIUS дает нам первые, очень важные результаты в исследованиях взаимодействия гендерно смешанного экипажа.

До этого проекта мужчины и женщины нигде не участвовали в равном соотношении, это новый опыт и для психологов, и для физиологов, хотя, разумеется, составляющая пола влияет не на все сферы.

Одно из исследований касается повседневной двигательной активности экипажа — это бытовая активность, которая не связана с тренировками. Выяснилось, что группой с самой низкой активностью стали мужчины. Конечно, у нас еще не так много данных для полноценной статистики, но мы продолжим эти исследования, в частности в эксперименте, который проходит сейчас.

Отдельные исследования касались изменения двигательной активности на протяжении всего периода изоляции. Сейчас у нас есть результаты по 17 суткам и четырем месяцам. При изоляции на 17 суток двигательная активность держится на достаточно высоком уровне у всех испытателей: небольшие колебания связаны с личной экспериментальной программой каждого. За 17 суток экипаж еще не успевает полностью адаптироваться к условиям изоляции, идет гонка за выполнением научных экспериментов. Все это влияет на уровень активности.

В четырехмесячном эксперименте подобную картину мы наблюдали только во время относительно недолгого адаптационного периода. Затем двигательная активность у всех пошла на спад. Интересно, что те, у кого в начале эксперимента активность была крайне высокая, начиная со второго месяца очень резко ее сократили. Видно, насколько сильно изменилось поведение человека внутри объекта всего за месяц. Те, кто начинал эксперимент спокойнее, снижали активность более плавно, они адаптировались гармоничнее.

Тем не менее обе группы людей в итоге значительно сокращают двигательную активность, и даже к четвертому месяцу изоляции эти показатели не вышли на плато. То есть они будут падать, и пока нам неизвестно, когда уменьшение активности выровняется. Эти наблюдения проводили во время четырехмесячного изоляционного эксперимента SIRIUS-19. Они касались только шести человек, и этого недостаточно для полноценной ­статистики.

В восьмимесячном эксперименте, который проходит сейчас, мы собираем данные, чтобы понять, в частности, как снижение двигательной активности может повлиять на системы профилактики.

Интересные результаты были получены в области изучения сна. Есть данные, что во время краткосрочных изоляций качество сна испытателей сильно ухудшается. Во многом это связано с тем, что испытатели не успевают освоить всю научную программу за день, доделывают ее вечером и ночью, в итоге количество времени сна снижается.

В четырехмесячной изоляции экипаж уходил спать строго по расписанию, значимого ухудшения сна не было зарегистрировано на протяжении всего эксперимента. Хотя, например, в исследовании «Марс-500» была заметна инверсия — снижалось качество ночного сна, но проявлялся продолжительный дневной сон. Тогда циклы сна и бодрствования сместились на совершенно другое время. Отсутствие подобной инверсии в четырехмесячном эксперименте мы объясняем введением определенной системы профилактики подобных нарушений. Это специальное освещение, которое имитирует световой день, а также новые спальные места, поскольку от того, на чем ты спишь, сильно зависит качество сна.

Исходя из результатов исследований, которые, в частности, касаются двигательной активности и сна, мы меняем распорядок, корректируем циклограммы. Во многом это индивидуальный подход, но, думаю, скоро выработаем систему и выясним, в какое время испытатели лучше работают с научными программами.

Видно, что в первые четыре недели изоляции идет серьезная адаптация к новой среде. В этот период даже выполнение известных научных методик, привычных действий на знакомом оборудовании может занимать вдвое или втрое больше времени. Все это необходимо учитывать в циклограмме.

— Какие негативные стороны изоляции выражаются наиболее ярко у всех участников эксперимента, независимо от пола, возраста и роли в экипаже?

— У меня нет доступа ко всем исследовательским данным, наверняка каждый ученый может внести в этот список что-то свое.

Могу ответить на основе личного опыта, как участник эксперимента. Абсолютно точно на всех сказывается недостаток движения. В изоляции все пытались дополнительно заниматься спортом: зарядкой, йогой, растяжкой. Каждый пытался дать себе дополнительную нагрузку.

Кстати, по правилам нынешнего эксперимента исследователям нельзя этим заниматься, они должны довольствоваться той программой, которую для них разработали ученые.

Очень сильно чувствовался недостаток ресурсов. Постоянно нужно считать одежду, еду или гигиенические принадлежности: все это заканчивается, а очередная поставка может быть только через месяц или два. Об однообразии еды я уже говорила.

И, конечно, сказывается ограничение контактов для общения. Есть только пять человек, с которыми ты находишься в эксперименте, и прямого общения нет больше ни с кем.

Это неприятные факторы, связанные с изоляцией, но необходимо их понимать, чтобы сформировать теоретические модели и использовать при подготовке дальнейших космических миссий.

— Нынешний эксперимент начался в ноябре 2021 г. и рассчитан на восемь месяцев. Будущее исследование в рамках проекта SIRIUS по прогнозам продлится год. Что ученые хотят узнать за год по сравнению с восьмимесячным экспериментом?

— Полноценно ответить на этот вопрос получится только после того, как мы поймем, что узнали за восемь месяцев. В конце концов, именно это отличает наши эксперименты с увеличивающимся сроком изоляции.

В годовом эксперименте мы планируем еще жестче регламентировать дефицит ресурсов, возможно, появится даже ограничение воды. Пока это обсуждается и окончательное решение не принято. Будет более жестко ограничен подход к поставкам продуктов.

Важный аспект — психологическая поддержка. Мы организовали ее в восьмимесячном эксперименте с отдельными нюансами. Например, есть задержка связи и службе психологической поддержки приходится работать в условиях, когда нет прямого общения с испытателем. Нужно думать, как в такой ситуации организовать полноценную психологическую помощь.

Мы планируем получить и более развернутые данные по сумме двигательной активности.

Эксперименты, которые проходят сейчас, в восьмимесячной изоляции, дадут свои результаты, и мы будем ставить новые задачи после их оценки. Например, с учетом информации, полученной в четырехмесячном эксперименте, мы изучаем разницу между индивидуальными особенностями испытателей и непосредственно факторами изоляции, которые на них влияют.