Гиперсон что это в космосе

Можно ли погрузить человека в спячку?

Ни один фильм о межзвездных путешествиях не обходится без погружений в глубокий сон. «Прометей», «Пассажиры», везде мы видим, как главные герои пробуждаются в кабинах гибернации, перезапускают свою хрупкую физиологию из длительного состояния неподвижной окаменелости — зачастую с извержением желудочных жидкостей, то есть попросту рвотой. Этот жестокий процесс, судя по всему, имеет смысл. В конце концов, люди не погружаются в спячку по своей природе. Но небольшая группа ученых пытается побороть природу и погрузить человека в искусственную спячку. В случае успеха они могут отсрочить старение, вылечить опасные для жизни болезни и вывести нас на Марс и за его пределы.

Космос слишком большой для обычных путешествий сквозь него.

На прошлой неделе группа экспертов собралась в Новом Орлеане, чтобы изучить возможность погружения людей в «синтетическую» гибернацию, то есть искусственную спячку. Ученые учатся у природы, пытаясь понять факторы, которые приводят к гибернации и повторному пробуждению у животных.

Что такие гибернация

Что может быть лучше для преодоления долгих отрезков жизни в условиях угрожающего холода и нехватки еды, чем погружение в глубокую бессознательность? Большая часть животного мира уходит в зимнюю спячку: медведи, белки, ежи. Даже наши двоюродные братья из приматов, толстохвостые лемуры, резко снижают уровень метаболизма, когда запасы пищи сокращаются.

Как насчет нас? Хотя мы, к сожалению, не погружаемся в спячке, некоторые «чудеса» предполагают, что метаболическое глубокое замораживание может помочь сохранить наши поврежденные тела на благо будущего.

В 1999 году радиолог Анна Багенхольм провалилась под лед во время катания на лыжах в Норвегии. К моменту спасения, она была подо льдом более 80 минут. По общему мнению, клинически она была мертва — ни дыхания, ни пульса. Температура ее тела упала до беспрецедентных 13,7 градуса по Цельсию.

Однако когда врачи постепенно нагревали ее кровь, тело медленно заживало. На следующий день сердце было перезапущено. Через двенадцать дней она открыла глаза. В конечном итоге она полностью восстановилась.

Случай Багенхольм — лишь одна из подсказок к тому, что у людей есть способность восстанавливаться из сильно подавленного метаболического состояния. В течение многих лет врачи применяли лечебную гипотермию, понижая температуру тела на несколько градусов в течение нескольких дней, чтобы помогать пациентам справляться с травмами мозга или эпилепсией в замедленном состоянии.

Быстрое охлаждение помогает сохранить ткани, которые были отрезаны от кровоснабжения, поэтому они требуют меньше кислорода для функционирования. В Китае эксперименты удерживали людей в замороженном состоянии до двух недель.

Обещание терапевтической гипотермии настолько большое, что в 2014 году NASA заключило партнерство с SpaceWorks из Атланты и предоставило предварительное финансирование гибернатору для космических путешествий для миссии на Марс.

Хотя полет в космос длится всего несколько месяцев, помещение астронавтов в неактивное состояние может сильно сократить необходимое количество пищи и размер среды обитания. Погружение в сон может также предотвратить серьезные побочные эффекты от низкой силы тяжести, такие как изменения в токе спинномозговой жидкости, негативно влияющей на зрение. Прямая стимуляция мышц, которую любезно будет осуществлять колыбель гибернации, может предотвратить потерю мышц в условиях нулевой гравитации, а глубокое состояние бессознательности может потенциально свести к минимуму психологические проблемы, такие как скука и одиночество.

Проект перешел во вторую стадию финансирования, но к нему осталось много вопросов. Один из них связан с тем, что длительная гипотермия ужасно сказывается на здоровье: могут появляться сгустки крови, кровотечение, инфекция, печеночная недостаточность. На космическом корабле без сложных медицинских приспособлений эти осложнения могут быть фатальными.

Другая проблема заключается в том, что мы не до конца понимаем, что происходит с животным, когда оно переходит в спячку. Именно это пытались решить на конференции в Новом Орлеане.

Биологическое вдохновение

Доктор Ханна Кэри из Университета Висконсина считает, что возможность погружения людей в спячку нужно искать не в медицине, а в природе.

Кэри изучает привычки гибернации наземной белки, мелкого всеядного грызуна, который бродит по североамериканским прериям. С конца сентября до мая наземная белка зимует в подземных норах, переживая суровые зимы.

Так выглядит разница между космическими объектами. Только представьте себе какое между ними расстояние.

«Тот факт, что гибернация возможна в родословной приматов, делает возможными биомедицинские открытия, применимые к людям», говорит она.

Одно из любопытных наблюдений, сделанных Кэри, состоит в том, что низкий уровень метаболизма не длится всю зиму. Периодически спящие животные выходят из состояния оцепенения на полдня, повышая температуру своего тела до нормального уровня. Однако животные все еще не едят и не пьют в течение этих периодов.

«Первоначально спячка считалась продолжением сна, но физиологически она отличается, потому что ваш метаболизм полностью замедляется, хоть и сохраняется», говорит оксфордский нейробиолог доктор Влад Вязовский, выступавший на конференции. «Торпор (оцепенение), этот чрезвычайный метаболический вызов, похоже, что-то делает с мозгом или телом, совмещая сон с восстановлением».

Нейробиологи давно пытаются собрать полный список преимуществ сна. К примеру, исследования показывают, что сон помогает мозгу очистить токсичные отходы в лимфатической системе и позволяет «перезагрузиться» синапсам мозга. Если спячка сама по себе приводит к состоянию недосыпа, может ли периодическое погружение в сон с этим помочь?

Мы пока не знаем. Но Кэри считает, что результаты исследований животных показывают, что в поисках человеческой гибернации изучение биологии природных гибернаторов даст больший результат, чем применение медицинских практик на основе гипотермии, то есть переохлаждения.

Искусственное погружение в сон

В то время как Кэри и Вязовский исследуют, как спячка помогает животным оставаться здоровыми, доктор Маттео Серри из Университета Болоньи в Италии выбрал несколько иной путь: как искусственным путем вызвать оцепенение у животных, которые не прибегают к спячке?

Ответ может скрываться в небольшой группе нейронов в области мозга raphe pallidus. Поскольку метаболизм резко замедляется во время спячки, гормональные и мозговые механизмы, вероятно, запускают этот процесс.

Еще в 2013 году его команда ученых была одной из первых, кто погрузил крыс в состояние спячки. Обычно эти животные не спят зимой. Им вводили химическое вещество в raphe pallidus, чтобы ингибировать активность нейронов. Эти нейроны обычно участвуют в «терморегуляторной защите от холода», говорит Серри, то есть вызывают биологические реакции, противодействующие снижению температуры тела.

Затем крыс помещали в темную, холодную комнату и кормили пищей с высоким содержанием жиров — она, как известно, снижает скорость метаболизма.

Выключение защитных нейронов на шесть часов приводило к резкому падению температуры в мозгах крыс. Их сердечные ритмы и артериальное давление также замедлялись и снижались. В конце концов, рисунок волн мозга стал напоминать рисунок волн животных в состоянии естественной спячки.

Человек должен высыпаться.

Самое интересное было в том, что когда ученые прекратили «лечение», крысы восстановились — уже на следующий день у них не было признаков аномального поведения.

Предыдущие попытки вызвать торпор у животных, которые не впадают в спячку, потерпели неудачу, но в этом исследование было показано, что ингибирование нейронов в raphe pallidus имеет важное значение для индуцирования торпороподобного состояния.

Если эти результаты будут подтверждены на примере более крупных млекопитающих, появится смысл переходить и к погружению в спячку людей. Серри и другие работают над дальнейшим анализом контроля мозга над оцепенением и как взломать его, чтобы погрузить мозг в спячку.

Погружение человека в состояние спячки, гибернации, анабиоза — называйте это как хотите — еще далеко от реальности. Но результаты исследований постепенно выявляют молекулярные и нейрональные факторы, которые могут в теории обеспечить нам состояние глубокой заморозки.

Согласитесь, это было бы интересно. Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Источник

Уснуть на десятилетия: человек и гибернация

Сейчас это звучит как начало фантастического романа – и действительно, идея «гибернации» впервые была озвучена именно фантастами. В их работах искусственное замедление метаболизма с возможностью в нужный момент снова запустить все биологические процессы стало одной из ключевых технологий для долгих пилотируемых экспедиций в дальний космос. В вымышленной вселенной «Чужого» срок ее появления называется точно – 20 мая 2028 года. Эта дата выглядит вполне вероятной и для нашего реального мира: работа уже идет.

Зимой и в космосе

Даже если не брать в расчет бактериальные споры и семена растений, анабиоз распространен в природе довольно широко. Понижать температуру тела и замедлять метаболизм, впадая в состояние торпора, способны многие млекопитающие и птицы. Как правило, это позволяет им переживать неблагоприятные периоды, будь то дневная жара, ночная темнота или холода зимы. Небольшие грызуны и почти сотня видов птиц, от колибри и стрижей до довольно крупных зимородков-кукабар, «отключаются» на 4–16 ч. в сутки, чаще всего ночью.

Более крупные животные, начиная от ежей и заканчивая медведями, погружаются в спячку на один или несколько месяцев зимы (гибернация) или лета (эстивация). Обычно это связано с нехваткой пищевых ресурсов, однако отдельные виды впадают в торпор с другими целями. Так, некоторые летучие мыши спариваются осенью, после чего замирают в оцепенении в холодной пещере. Лишь весной, когда у самок начинается овуляция, переждавшие зиму сперматозоиды их оплодотворяют, и на свет появляются малыши. Гибернация – самый знаменитый вид анабиоза, и, видимо, поэтому именно так назвали свой «космический анабиоз» фантасты.

В реальности же до самого недавнего времени считалось, что приматы, включая и человека, к такой спячке неспособны. Лишь в 2004 году обнаружилось, что мадагаскарские толстохвостые лемуры могут оставаться в анабиозе до семи месяцев в году. Это (а также тот факт, что гибернацию освоили столь крупные животные, как медведи) наводит на мысль о том, что в торпор можно вводить и людей. Благо история медицины знает несколько таких случаев. Самый впечатляющий пример дает история Мицутаки Утикоси, который, проводя время с друзьями в горах, отстал от компании.

Бедняга быстро заблудился, заработал перелом таза и отключился от невыносимой боли. Лишь через 24 дня альпинист обнаружил его все еще бессознательное тело: температура упала до 22 °C, пульс почти не прослеживался, метаболизм был практически на нуле. Тем не менее Утикоси выжил и впоследствии полностью восстановился. Этот случай вызвал среди специалистов жаркое обсуждение, за которым внимательно следил и основатель американского стартапа SpaceWorks Enterprises Джон Брэдфорд.

Образование: Технологический институт Джорджии

Работа: SpaceWorks Enterprises, Inc., президент и исполнительный директор

«Я большой поклонник научной фантастики, и мне всегда интересна перспектива превращения ее в реальность. Но прежде всего, я космический инженер, занятый проблемой пилотируемых полетов к Марсу и другим телам Солнечной системы. С обеих точек зрения гибернация экипажа – подходящий вариант».

Занимаясь технологиями пилотируемых космических полетов к другим планетам и телам Солнечной системы, разработчик прекрасно понимал, что длительность таких экспедиций остается одной из самых серьезных проблем. Зонд Cassini добирался до Сатурна семь лет, New Horizons достиг Плутона за 9,5. Если бы нам понадобилось снабжать экипаж водой, кислородом и пищей весь этот срок, вряд ли подобные полеты вообще бы состоялись. И если мы действительно собираемся отправлять людей к другим планетам, без гибернации нам вряд ли обойтись.

Колесо сновидений

Технический проект «космической системы торпора» инженеры SpaceWorks Enterprises представили в 2014 году. В отличие от фантастических звездолетов с ровными рядами индивидуальных капсул, концепт использует единую цилиндрическую камеру, рассчитанную на размещение нескольких членов экипажа. Расположенные по центру роботизированные манипуляторы будут автоматически проводить необходимые инъекции, устанавливать катетеры и дыхательные трубки, отслеживать состояние своих подопечных. Предполагается, что камера будет вращаться, создавая искусственную гравитацию, необходимую для поддержания тонуса опорно-двигательного аппарата, сосудов, да и других систем организма.

Впрочем, на протяжении столь длительных сроков даже действия искусственного притяжения может оказаться недостаточно. Поэтому мускулы космонавтов будут дополнительно стимулироваться слабым электричеством – благо такая терапия уже отработана на Земле и используется для предотвращения мышечной атрофии у парализованных пациентов. Кроме того, когда понадобится вывести экипаж из спячки, можно заставить мышцы сокращаться с повышенной активностью, облегчая разогрев организма и пробуждение.

Но для начала анабиоз потребуется индуцировать, и сделать это возможно двумя способами: термическим и химическим. Терапевтическую гипотермию используют в медицине, например при остановке сердца: сильное охлаждение и замедление метаболизма позволяют до некоторой степени уберечь мозг от быстрых и необратимых повреждений, вызванных нехваткой кислорода.

Вводя катетер в крупную бедренную артерию, кровь прокачивают через холодильник, понижая температуру тела до 32–34 °С на сутки или даже несколько. Для будущих перелетов проводить такую операцию можно в более щадящем режиме, с помощью отводящих тепло гелевых матов и охлаждающего спрея, который можно подавать через дыхательные трубки, подведенные в носоглотку. Но питание, как и у больных, придется вводить внутривенно, вместе с препаратами для предотвращения естественной холодовой дрожи.

Холод и уколы

В такой обстановке медицинские риски возникают самые неожиданные. Скажем, для предотвращения образования тромбов космонавтам понадобится вводить гепарин – но тогда любая неосторожная манипуляция с катетерами или иглами может закончиться опасным кровотечением. Кроме того, гипотермия способствует развитию инфекционных заболеваний, так что экипажу придется время от времени вводить антибиотики и противовирусные препараты, а длительное полное парентеральное (внутривенное) питание может привести к отказу печени. Таких проблем можно назвать не один десяток, и решения их пока что нет.

Впрочем, химические методы индуцирования анабиоза проработаны еще хуже термического. Охлаждение позволяет экспериментаторам погружать в торпор – и без последствий возвращать к жизни – таких крупных животных, как собаки и свиньи. Применение паров сероводорода и других химических препаратов ограничивается куда более мелкими грызунами, мышами и сусликами. Впрочем, и людей никто никогда не отправлял в спячку на месяцы и годы. Три с небольшим недели, которые провел «в отключке» Мицутака Утикоси, остаются рекордом. Даже в природе млекопитающие остаются в этом состоянии дольше 8–9 месяцев, и до сих пор неясно, возможно ли рассчитывать на нужные для перелетов сроки.

Учитывая все эти трудности, в SpaceWorks Enterprises разумно ограничивают свои текущие планы пилотируемым полетом на Марс. Для такой миссии экипаж сможет воспользоваться «револьверной» системой гибернации: каждый космонавт будет проводить во сне не больше определенного, строго ограниченного числа суток, после чего очнется и после краткой реабилитации заступит на дежурство, сменив предыдущего вахтенного. При этом ряд самых тонких операций с катетерами и шприцами можно будет выполнять вручную, а во время бодрствования – разнообразить питание и «пролечиться».

Уже в таком виде экспедиция может оказаться намного проще, чем полное обеспечение экипажа на протяжении примерно полутора лет, необходимых для полета к Марсу и обратно. Будем следить за новостями и помнить: каждое новое сообщение о погружении мыши или собаки во все более долгую спячку делает далекий космос немного ближе.

Источник

Исследователи показали концепт капсул для гибернации космонавтов

Одной из главных проблем в путешествии к потенциально пригодным для жизни планетам является их отдалённость от Земли. Такой полёт будет длиться гораздо дольше биологической жизни человека. Выходом станет введение астронавтов в состояние гибернации. Европейское космическое агентство показало капсулы для дальних космических полётов.

Под гибернацией учёные подразумевают аналогический физиологический процесс, которым пользуются животные, впадающие в зимнюю спячку. Введя космонавтов в искусственный анабиоз, исследователям удалось бы значительно сэкономить на ресурсах и поддержать физическое и психологическое состояние участников экипажа. Сегодня разработки в этом направлении находятся на ранних стадиях, но инженеры решили описать, как могут выглядеть пилотируемые капсулы при использовании этого способа «погружения в сон».

Предполагается, что капсулы с мягкой оболочкой на протяжении всего полёта будут поддерживать необходимую прохладу и темноту в течение 180-дневного полёта на Марс и обратно. После гибернации последует 21-дневная фаза восстановления. Участникам потребуется набрать вес перед тем, как будет активирована искусственная спячка.

Учитывая, что в течение всего полёта члены экипажа будут спать, управлять космическим кораблём будет искусственный интеллект. Исследователи отметили, что в связи с тем, что по меркам природы 180-дневный срок считается непродолжительным анабиозом, космонавтам не угрожает потеря костной и мышечной массы.

Одной из ключевых проблем, с которыми могут столкнуться участники подобного полёта — радиация. В связи с этим гибернационную капсулу будут оснащать системой экранирования. Дополнительную защиту от излучения сможет обеспечить сам организм участника полёта.

Использование гибернации позволило бы уменьшить массу космического корабля на треть, удешевив его производство на такую же величину. Расчёты велись для шести членов экипажа и миссии продолжительностью в пять лет.

Правда, это лишь концепт и пока что о реализации такого проекта речи не идёт. Тем не менее в NASA полагают, что отправить человека на Марс удастся к 2035 году.

Источник

kononov_varvar

Кononov-varvar

Друзья, которые не умирают. Друзья, которые не предают. Друзья, которые всегда с тобой. КНИГИ.

Стазис, гибернация, анабиоз, искусственный сон.

КОСМИЧЕСКИЕ ПУТЕШЕСТВИЯ В СТАЗИСЕ ГОРАЗДО БЛИЖЕ К РЕАЛЬНОСТИ, ЧЕМ МОЖНО ПОДУМАТЬ?

Еще одна технология из научной фантастики может найти реальное воплощение и при этом гораздо раньше, чем обещалось в самых смелых прогнозах футурологов. Космические миссии в дальний космос могут потребовать годы полета к пункту назначения, и люди к таким путешествиям просто не приспособлены. Поэтому аэрокосмическая компания SpaceWorks при финансовой поддержке аэрокосмического агентства NASA ведет разработку решения данного вопроса. Проверять новую технологию планируется в рамках относительно короткого полета к Марсу, занимающего несколько месяцев.

Только представьте ситуацию, в которой три-четыре человека на несколько месяцев находятся заточенными в помещении размером с небольшую комнату, а после выполнения поставленной задачи им приходится опять возвращаться в эту комнату и находиться в ней еще несколько месяцев, изнывая от отсутствия возможностей чем-то себя занять. Если вы сейчас подумали о каком-то новомодном реалити-шоу, подталкивающем участников друг друга поубивать, то вы недалеки от истины. Именно с такими проблемами и дефицитом пространства столкнутся астронавты при полетах в дальний космос. Просто представьте, что в рамках этого путешествия люди, например, серьезно поссорятся.

Но это далеко не все проблемы, с которыми придется столкнуться. Например, не меньшее удивление вызывает тот объем ресурсов, необходимый для доставки, скажем, шести человек на Марс. В NASA подсчитали, что в этом случае потребуется космический аппарата с 380 кубическими метрами жилой площади и весом 28 тонн. Шести голодным астронавтам потребуется на весь перелет туда и обратно 13 000 килограммов провизии. А вот если использовать в рамках того же самого полета технологию стазиса, то не только можно будет существенно сократить объем необходимой еды, но и существенно снизить общий вес ракеты-носителя и космического аппарата, а также объем потребляемого ими топлива.

Что такое стазис? Это состояние, при котором максимально замедляются все метаболические процессы в организме. Процесс больше похож на гибернацию организма, нежели на что-то более научно-фантастическое, вроде криосна. Но дело в том, что организм человека не обладает естественной возможность гибернации, однако в состояние, близкое к гибернации, человека можно помести искусственным путем. Более того, такая технология уже существует и весьма активно практикуется в медицине. Правда, называется она несколько иначе – искусственная кома. Обычно в это состояние вводят человека после получения серьезных травм, чтобы позволить организму, не растрачивая свою энергию на другие метаболические процессы, направить ее на самоизлечение.

Находясь в таком состоянии, астронавты будут получать все необходимые питательные вещества и элементы внутривенно. Однако практика показывает, что парентеральное питание (оно же внутривенное) при долгом применении может вызывать ряд весьма серьезных проблем. Именно решением этих вопросов и займется компания SpaceWorks. Но возможность вводить человека в стазисное состояние гораздо ближе, чем можно было подумать раньше.

Источник

Состояние гибернации: ученые научились «замораживать» людей на время?

Наш обозреватель Николай Гринько рассказывает о потенциале интересной технологии – погружении человека в «состояние искусственной гибернации»: как это, что это и чем это может обернуться в будущем?

Фото: depositphotos/ Merlas

Фантасты настолько давно придумали погружать персонажей своих произведений в анабиоз, что люди часто воспринимают эту технологию как уже существующую. Ведь все так просто! Кладешь космонавта в холодильник, включаешь заморозку и отправляешь, допустим, к альфе Центавра. Лет через 10–20, по прибытии в пункт назначения включается режим оттаивания, и через некоторое время космонавт приступает к научной работе. Или к спасению Вселенной – тут все зависит от фантазии автора.

На самом деле мы пока так не умеем, но уверенно (пусть и неспешно) движемся к тому, чтобы осуществить смелые мечты фантастов. Однако появившиеся на прошедшей неделе заголовки «Человека впервые погрузили в анабиоз!» все же слегка преувеличивают достижения ученых. Что же произошло на самом деле?

Группа ученых медицинского факультета Университета Мэриленда, работающая под руководством Сэмюэля Тишермана, сообщила, что на днях «погрузила пациента в состояние искусственной гибернации», поскольку это было необходимо для спасения его жизни. Для этого его кровь полностью заменили холодным (около 10 градусов по Цельсию) физраствором. Этот метод позволяет выиграть время для экстренной операции при сильной кровопотере и остановке сердца. Правда, подробностей врачи не сообщили; в частности, еще неизвестно, удалось ли вернуть пациента в обычное состояние, успешно ли прошла операция и смог ли пациент полностью восстановиться.

Отделение экстренной хирургии Университета довольно часто имеет дело с огнестрельными или ножевыми ранениями. К ним доставляют пациентов с остановившимся сердцем и большой кровопотерей. У врачей часто есть буквально несколько минут на то, чтобы провести операцию, и вероятность успешного исхода оценивается всего в пять процентов. У пациента, погруженного в состояние искусственной гибернации полностью прекращается мозговая деятельность, температура тела снижается до 10–15 °С, зато у хирургической бригады появляется гораздо больше времени для работы – около двух часов. За это время можно провести операцию, а после реанимировать пациента.

Фото: ТАСС/Михаил Терещенко

Объясняем, почему это работает. При обычной температуре тела – около 36,6 °C – нашим клеткам необходимо постоянное поступление кислорода. Если сердце перестает биться, процесс его доставки к клеткам прекращается. Без кислорода человеческий мозг способен функционировать около пяти минут, а затем в нем наступают необратимые изменения. Но если снизить общую температуру тела, то внутриклеточные процессы замедляются или даже вовсе останавливаются, а это означает, что клеткам в таком состоянии требуется гораздо меньше кислорода. Это и дает врачам выигрыш во времени.

Открытие это далеко не новое. Еще Гиппократ рекомендовал обкладывать раненых солдат льдом и снегом, а хирург Наполеона барон Доминик Ларрей отмечал, что раненые офицеры, которых держали ближе к огню, реже выживали после тяжелых ранений. Однако осознанное и масштабное использование этого эффекта началось только в 50-х годах прошлого века. Процедуру назвали гипотермией и стали применять при лечении инсультов, энцефалопатии новорожденных, мозговых травм и других состояний.

Однако есть два важных момента: при гипотермии температуру тела пациента снижают до 20–25 °C (а в щадящем режиме – всего до 32–34 °C), и при этом мозговая деятельность не останавливается полностью. А искусственная гибернация (или «анабиоз», если угодно) подразумевает и более низкую температуру, и полную остановку работы мозга.

Что мы имеем в сухом остатке? Врачи действительно смогли временно затормозить все жизненные процессы человеческого организма, понизив его температуру до рекордной отметки. Но до «настоящего», «космического» анабиоза еще далеко: за два часа, проведенных в состоянии гибернации, ни до звезд, ни даже до Марса не долететь. Однако все еще впереди. Возможно, лет через 50 это время увеличат настолько, что космонавтов действительно можно будет временно «умерщвлять» во время длительных полетов.

Источник