77-летний Джон Гленн вернулся из космоса, чтобы помочь изучить старение

Через 36 лет после первого полёта американский астронавт вновь оказался на орбите. На этот раз его возраст стал частью научного эксперимента, результаты которого заставили иначе взглянуть на возможности пожилого организма.

Посадка, завершившая 36-летний перерыв

7 ноября 1998 года, вскоре после полудня, Discovery коснулся взлётно-посадочной полосы Космического центра Кеннеди во Флориде.

Позади остались 134 витка вокруг Земли, восемь суток и почти 22 часа полёта. На борту находились семь астронавтов, среди которых особенно выделялся человек, совершивший свой первый космический полёт ещё при президенте Джоне Кеннеди.

20 февраля 1962 года Джон Гленн провёл на орбите менее пяти часов. Его корабль Friendship 7 трижды облетел Землю, а сам астронавт стал национальным героем.

После этого Гленн больше не летал в космос. Согласно историческим материалам NASA, руководство агентства опасалось подвергать риску человека, ставшего символом американской космической программы.

Он занялся политикой и на протяжении 24 лет представлял штат Огайо в Сенате США.

Однако от мысли о новом полёте Гленн не отказался.

Когда 29 октября 1998 года Discovery стартовал с мыса Канаверал, ему было 77 лет. На тот момент он стал самым пожилым человеком, когда-либо отправлявшимся в космос.

Но самым интересным в этой истории оказался не возраст астронавта, а научный вопрос, который помог ему вернуться на орбиту.

Почему NASA заинтересовалось старением

В 1990-е годы исследователи всё лучше понимали, насколько серьёзно невесомость влияет на человеческий организм.

Без привычного воздействия земного притяжения мышцы получают меньшую механическую нагрузку. Костная ткань перестраивается, поскольку скелету больше не требуется поддерживать вес тела. Меняется распределение жидкости, нарушаются механизмы поддержания равновесия, перестраивается работа сердечно-сосудистой системы.

С некоторыми похожими проблемами сталкиваются люди по мере старения.

С возрастом может уменьшаться мышечная масса, снижаться плотность костей, ухудшаться устойчивость тела и изменяться структура сна. Иммунная система тоже претерпевает возрастные изменения.

Гленн, работавший в сенатском комитете по вопросам старения, обратил внимание на эти параллели.

Возник вопрос: если некоторые изменения в организме астронавтов напоминают старение, можно ли использовать космический полёт для более глубокого понимания возрастной физиологии?

Особенно интересным было различие во времени.

Возрастные изменения обычно развиваются на протяжении многих лет. Некоторые последствия невесомости возникают значительно быстрее, причём после возвращения на Землю многие из них частично или полностью обратимы.

Это давало исследователям возможность наблюдать относительно быстрые физиологические реакции, сравнивать их с возрастными изменениями и проверять возможные общие механизмы.

Однако внешнее сходство ещё не означает одинаковую биологическую причину. Именно поэтому учёным требовались измерения, а не только убедительная аналогия.

Астронавт сам предложил стать участником исследования

Инициатива возвращения в космос исходила в значительной степени от самого Гленна.

Он обсуждал с руководством NASA возможность участия пожилого человека в орбитальных исследованиях и предложил собственную кандидатуру.

Администратор NASA Дэниел Голдин согласился рассмотреть предложение при двух условиях: Гленн должен пройти обычные медицинские проверки астронавтов, а научная программа должна иметь самостоятельную исследовательскую ценность.

В подготовке экспериментов участвовали NASA и Национальный институт старения США (National Institute on Aging), входящий в систему Национальных институтов здоровья (NIH).

16 января 1998 года агентство официально объявило, что Гленн войдёт в экипаж STS-95 в качестве специалиста по полезной нагрузке.

Это означало, что на орбите он будет не просто пассажиром, а участником научных работ.

Что исследовали в организме 77-летнего астронавта

Вся программа STS-95 включала более 80 экспериментов. Они охватывали не только медицину, но и материаловедение, биологию клеток, выращивание растений, кристаллизацию белков и физику микрогравитации.

Непосредственно с участием Гленна проводилось около десяти биомедицинских исследований.

Учёные изучали:

• Мышечный обмен: как организм синтезирует и разрушает белки, из которых состоят мышцы.
• Костную ткань: как меняются процессы её образования и разрушения при уменьшении механической нагрузки.
• Равновесие: как нервная система адаптируется к отсутствию привычных сигналов гравитации.
• Сердечно-сосудистую систему: как организм регулирует кровообращение и реагирует на переход между невесомостью и земным притяжением.
• Иммунитет: как космический полёт и связанный с ним стресс влияют на защитные реакции организма.
• Сон и биологические ритмы: как меняются качество сна, температура тела и суточные циклы физиологических процессов.

На борту врач-астронавт Скотт Паразински брал у Гленна кровь. Полученные образцы обрабатывали в условиях невесомости, в том числе с использованием центрифуги.

Для изучения сна астронавта подключали к специальным датчикам, регистрировавшим электрическую активность мозга, дыхание, сердечную деятельность и другие физиологические показатели.

Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего совместно с коллегами из Гарвардской медицинской школы оценивали, как особенности космической среды влияют на сон и циркадные ритмы — внутренние биологические циклы, управляющие чередованием сна и бодрствования.

Измерения проводились до полёта, на орбите и после возвращения на Землю.

Такая схема позволяла оценивать не просто состояние астронавта, а динамику его адаптации.

Почему Гленна исключили из одного эксперимента ещё до старта

В подготовке миссии произошёл эпизод, который особенно интересен с точки зрения современной клинической науки.

Исследователи планировали изучать применение мелатонина — гормона, участвующего в регуляции суточных ритмов и сна.

Гленн первоначально рассматривался как участник соответствующего эксперимента. Во время наземного этапа подготовки он даже принимал мелатонин в рамках исследования.

Однако после оценки результатов предварительных обследований руководитель исследования Чарльз Цайслер из Гарвардской медицинской школы исключил астронавта из той части протокола, которая предусматривала применение мелатонина непосредственно в космосе.

Как сообщало Associated Press в октябре 1998 года, решение было связано с медицинскими критериями исключения, установленными исследовательским протоколом.

При этом Гленн сохранил допуск к космическому полёту и продолжил участие в других исследованиях, включая наблюдение за сном.

Разница принципиальна.

Человек может быть признан пригодным для определённой деятельности, но не соответствовать требованиям конкретного клинического эксперимента.

В исследовании лекарства важны не только общее здоровье добровольца, но и критерии безопасности, особенности протокола и возможность правильно интерпретировать полученные данные.

Даже статус национального героя и многолетний опыт астронавта не отменяли этих требований.

Что показали медицинские результаты

В январе 2000 года исследователи представили первые результаты научной программы STS-95.

Главный вывод оказался менее сенсационным, чем сама история полёта.

Организм Гленна в целом хорошо перенёс кратковременное пребывание в космосе. По многим исследованным показателям его реакции были сопоставимы с реакциями значительно более молодых астронавтов.

При этом возрастные различия нельзя было полностью исключить.

Особый интерес вызвали исследования иммунной и эндокринной систем.

В научной работе, опубликованной в октябре 2001 года в журнале Aviation, Space, and Environmental Medicine, исследователи проанализировали образцы крови и мочи семи членов экипажа Discovery.

Они изучали иммунные клетки, гормоны стресса и признаки реактивации латентных герпесвирусов — вирусов, которые после первоначального заражения могут сохраняться в организме в неактивном состоянии.

В ходе миссии обнаружили изменения гормональных и иммунных показателей, а также признаки реактивации цитомегаловируса.

У 77-летнего участника наблюдались некоторые отличия от более молодых коллег, включая выраженные изменения отдельных гормональных показателей при посадке.

Исследователи предположили, что космический стресс и возрастные особенности иммунной регуляции могут иметь общие физиологические механизмы.

Но работа не доказывала, что именно возраст был причиной обнаруженных отличий.

Экипаж состоял всего из семи человек, пожилой участник был только один, а факторы стресса, невесомости и индивидуальных особенностей организма было трудно полностью разделить.

Поэтому результаты рассматривались как основание для дальнейших исследований, а не как окончательный ответ на вопрос о старении.

На том же корабле исследовали и будущие возможности фармацевтики

Миссия STS-95 имела ещё одно направление, непосредственно связанное с разработкой лекарственных препаратов.

В условиях микрогравитации исследователи выращивали кристаллы белков, в том числе инсулина.

Для фармацевтической науки структура белка имеет большое значение. Она помогает понять, как молекула устроена, как взаимодействует с другими молекулами и какие её свойства могут быть важны при разработке лекарств.

Чтобы исследовать пространственную структуру белка методом рентгеновской кристаллографии, учёным необходимы качественные кристаллы.

На Земле их формированию могут мешать процессы, связанные с гравитацией, включая оседание частиц и движение жидкости.

На орбите часть этих влияний уменьшается.

В опубликованном в 2001 году исследовании кристаллы инсулина, выращенные во время STS-95, оказались существенно крупнее и лучше упорядоченными, чем контрольные образцы, полученные на Земле.

Это позволило повысить качество структурных измерений.

Однако речь шла об исследовательском инструменте, а не о создании нового лекарственного препарата.

Улучшение качества белковых кристаллов само по себе не означает появления более эффективной терапии. Между структурным исследованием молекулы и применением нового лекарства остаётся длительный путь лабораторных, доклинических и клинических испытаний.

Тем не менее история показывает, что космическая программа уже тогда объединяла фундаментальную биологию, медицину и интересы фармацевтической индустрии.

Почему девять дней на орбите не могли объяснить старение

У эксперимента с Гленном существовало фундаментальное ограничение.

Он был исключительно хорошо подготовленным человеком, прошедшим строгий медицинский отбор.

Его физическое состояние не отражало здоровье среднего 77-летнего человека.

Кроме того, многие возрастные заболевания и изменения развиваются на протяжении десятилетий, тогда как полёт продолжался менее девяти суток.

Потеря мышечной массы в условиях невесомости и возрастная саркопения — постепенное уменьшение мышечной массы и силы — могут иметь сходные проявления, но не обязательно одинаковые причины.

Аналогично снижение механической нагрузки на скелет в космосе не воспроизводит все механизмы возрастного остеопороза.

Поэтому космическая медицина не может рассматриваться как простая ускоренная модель человеческого старения.

Её ценность заключается в другом: необычные условия позволяют выделять отдельные физиологические механизмы и изучать их с помощью контролируемых измерений.

Чтобы превратить такие наблюдения в медицинские рекомендации, необходимы дополнительные исследования на Земле с участием более крупных и разнообразных групп людей.

Почему эта история важна сегодня

История Джона Гленна объединяет три направления, которые остаются важными для современной медицины: исследование старения, изучение адаптационных возможностей человека и разработку методов предупреждения физиологических нарушений.

Для геронтологии особенно интересен вопрос о том, какие изменения в пожилом организме связаны с необратимыми биологическими процессами, а какие зависят от нагрузки, образа жизни и состояния отдельных систем организма.

Космические исследования помогают изучать механизмы мышечной атрофии, перестройки костной ткани, изменения равновесия, нарушений сна и иммунной регуляции.

Для врачей эти направления имеют непосредственное отношение к профилактике падений, сохранению подвижности, восстановлению пациентов после длительной неподвижности и поддержанию функциональной независимости в старшем возрасте.

Для фармацевтических компаний история STS-95 интересна с двух сторон.

Первая — фундаментальные исследования, которые могут выявлять биологические мишени для будущих препаратов или совершенствовать методы изучения молекул.

Вторая — методология клинических исследований. Даже тщательно проведённый эксперимент не позволяет сделать обобщающие выводы, если число участников слишком мало или исследуемая группа не отражает разнообразие будущих пациентов.

С возрастом это приобретает особое значение.

Пожилые люди могут существенно различаться по физической активности, хроническим заболеваниям, лекарственной терапии и функциональному состоянию. Один только паспортный возраст не способен точно описать их физиологические возможности.

Опыт Гленна хорошо иллюстрирует эту проблему, но не отменяет необходимости полноценной доказательной базы.

Главная научная ценность его полёта состояла не в демонстрации того, что 77-летний человек способен выдержать космический полёт.

Она заключалась в возможности исследовать реакции пожилого организма в необычных условиях и сформулировать новые вопросы о механизмах адаптации и старения.