Хората се надяват да колонизират Марс в близко бъдеще, с НАСА се стреми да достигне Червената планета до 2040 г. Но какво ще направят космическите мисии на дълги разстояния, необходими за достигане до там, на човешкото тяло?
Нашият вид еволюира, за да процъфтява на Земята, в нейната защитна атмосфера и гравитационно привличане, а не да оцелее в уникалната космическа среда извън нашата планета. Някои учени дори предполагат това посещението на други планети може да изисква от човечеството да промени своята ДНК за да повишим нашата устойчивост срещу опасностите от космическите полети.
Много аспекти на изследването на космоса са вредни за човешкото здраве. Едно от най-големите препятствия пред дългосрочните космически полети е микрогравитацията, състоянието на почти пълна безтегловност, в което астронавтите се носят и могат да избутват тежки предмети във въздуха с лекота. Друго притеснение е космическа радиация, или високоенергийни частици, които приближават пространството със скоростта почти на светлината. Да не говорим за многото рискове, които могат да произтичат от живота в продължителна изолация и в тесните граници на космически кораб.
1. Мускулна загуба
Движението с тежести е от съществено значение за растежа и поддържането на мускулите. В безтегловна среда мускулите получават твърде малко стимули и започват бързо да отслабват и да се влошават. Астронавтите могат да загубят до 20% от мускулната си маса, докато прекарват само пет дни в микрогравитация, според НАСА.
Загубата на мускули в пространството възниква предимно в частите на тялото, отговорни за ходенето и поддържането на стойката, като долните крайници и торса. Проучванията показват, че това явление е пряк резултат от това, че мускулните клетки произвеждат по-малко протеини, а не разграждане на съществуващи мускулни влакна, според преглед от 2021 г., публикуван в списанието npj Микрогравитация.
2. Костна загуба
Човешкият скелет също разчита на упражнения за носене на тежести, за да поддържа своята маса и плътност. Астронавтите могат да страдат от загуба на костна маса в продължение на десетилетия след като са прекарали шест или повече месеца в космоса, което ги прави по-податливи на костни фрактури и остеопороза.
Интересното е, че ефектите на микрогравитацията върху определени кости може да зависят от тяхното местоположение в тялото. Костите в долните крайници и лумбалната част на гръбначния стълб могат да загубят до 1% от масата на месец, който човек прекарва в космоса, докато плътността на костите на черепа всъщност може да се увеличи, според мета-анализ от 2020 г., публикуван в списанието npj Микрогравитация. В космоса няма сила, която да дърпа тялото и неговите вътрешни течности надолу към Земята, което от своя страна може да повлияе на разпределението на факторите, които контролират образуването на костна тъкан, отбелязват авторите на мета-анализа.
Тъй като костната тъкан бързо се разгражда в космоса, тя може да освободи поток от минерали в кръвта, повишавайки риска от хиперкалциемия (прекомерни нива на калций), което от своя страна може да причини камъни в бъбреците, според преглед от 1995 г., публикуван в списанието Acta Astronautica.
3. Проблеми със зрението
Очите несъмнено са едни от най-деликатните и сложни органи в човешкото тяло, така че не е изненадващо, че излизането в космоса може да има вреден ефект върху очите и зрението ни. Например нервите, които се простират от задната част на окото може да се променят в микрогравитацията и след това се изкривява при връщане към земната гравитация.
Зрението също се влияе от няколко фактора, включително гравитацията на Земята. Гравитационните сили помагат да се запазят очните ябълки в правилната им позиция и им позволяват да се въртят в очните кухини, според преглед от 2009 г., публикуван в списанието Анали на Нюйоркската академия на науките. При микрогравитация тези движения на очите могат да бъдат нарушени, според проучване от 2006 г., публикувано в списанието Човешка физиология. Изследователите са изследвали астронавти, които са участвали в мисии на дълги разстояния на Международната космическа станция, преди и след полета им. Те откриха, че дългите периоди в микрогравитация водят до значителна промяна в точността и скоростта на въртене на очите, което от своя страна може да наруши способността на астронавтите да проследяват визуално обекти, пишат авторите на изследването.
Продължителното излагане на микрогравитация също може да доведе до дегенеративно състояние, наречено Невроокуларен синдром, свързан с космически полет (SANS), чиито симптоми включват сплескване на очната ябълка, бели лезии по най-вътрешния слой на окото, известни като „петна от памук“ и други тъканни увреждания на различни части на окото.
4. Болки в гърба
Астронавтите често се оплакват от болки в гърба след завръщане у дома от дълги космически полети. Виновникът за тази болка е микрогравитацията и нейното дълбоко въздействие върху човешкия гръбначен стълб.
Земната гравитация поддържа гръбначния стълб компресиран и в неговата типична, леко извита форма. При микрогравитация гръбначният стълб се удължава и донякъде се изправя. Всъщност астронавтите могат да „пораснат“ до три инча (7,6 сантиметра) в безтегловна среда, според НАСА.
Човешкият гръбнак е гъвкав, така че кратките космически мисии е малко вероятно да причинят трайни щети. Въпреки това, продължителният престой в микрогравитация може да отслаби мускулите, които поддържат техните прешлени. В допълнение, безтегловността може да доведе до дегенерация на техните междупрешленни дискове, ударопоглъщащите възглавници, разположени между прешлените, според преглед от 2023 г., публикуван в списанието Граници във физиологията.
Дегенерацията на междупрешленните дискове в пространството изглежда е причинена от загуба на вода. При нормални условия на гравитация гръбначният стълб се компресира, което кара дисковете да изхвърлят вода през целия ден. По време на сън, в хоризонтално положение, гравитационното натоварване се губи и дисковете могат да се рехидратират. Този оборот позволява на диска да поддържа оптимални нива на хидратация и по този начин да запази своята структура и функционалност. В микрогравитацията обаче тази дневна флуктуация се губи, пишат авторите на прегледа.
5. По-нисък имунитет
Космическата радиация, микрогравитацията и общият физически и психически стрес, свързани с пътуването в космоса, могат да отслабят имунната система на астронавтите и по този начин да ги направят по-податливи на инфекции и системни заболявания.
Продължителното излагане на микрогравитация може да намали броя и функцията на макрофагите, вид бели кръвни клетки, които убиват вредни микроби и регулират действието на други клетки на имунната система, според преглед от 2021 г., публикуван в списанието Микрогравитация. Безтегловността има дълбоко въздействие върху метаболизма, растежа и възпроизводството на макрофагите, както и върху начините на комуникация между макрофагите и останалата част от имунната система на тялото, пишат авторите на рецензията.
Освен това нарастващите доказателства сочат, че безтегловната среда може да накара различни видове микроби да причинят по-тежки заболявания и да станат резистентни към лечение, въпреки че това е доказано най-вече в лабораторни изследвания на съдове, според преглед от 2021 г., публикуван в списанието живот.
6. Повишен риск от образуване на кръвни 
Точно като всеки друг мускул, сърцето разчита на непрекъснатото привличане на земната гравитация, за да остане силно и функционално. Гравитацията дърпа кръвта в тялото надолу към центъра на планетата, принуждавайки сърцето да се свие достатъчно силно, за да задвижи кръвта нагоре през тялото. Микрогравитацията поема тази сила, което може да доведе до сърцата на астронавтите стават по-малки с течение на времето.
Но свиването на сърцето не е единственият потенциален ефект от космическите мисии на дълги разстояния върху човешката сърдечно-съдова система: нарастват доказателствата, че микрогравитацията също може да увеличи риска от опасни кръвни съсиреци.
Проучванията показват, че този риск може да възникне, тъй като микрогравитацията е свързана с намален кръвен поток в цялото тяло и повишено присъствие на фактори на кръвосъсирването. В допълнение, безтегловна среда може да причини дисфункция в тъканите, покриващи кръвоносните съдове, което теоретично би допринесло за риска от образуване на кръвни съсиреци по време на космически полет, според преглед от 2021 г., публикуван в списанието Експериментална физиология.
7. Повишени нива на възпаление
Космическите мисии на дълги разстояния могат да повишат общите нива на възпаление в тялото, според Проучване на близнаците на НАСАи такова повишено възпаление е свързано със състояния като сърдечни заболявания и инсулинова резистентност. астронавти Скот и Марк Кели са еднояйчни братя близнаци. В един момент Скот беше изпратен на едногодишна космическа мисия, докато Марк остана на Земята, и учените се възползваха от тази уникална възможност да сравнят как телата им реагират на изключително различни среди.
Сред много други тестове изследователите сравняват нивата на цитокини на братята, протеини в кръвта, които показват възпалителни реакции. Те установиха, че тялото на Скот е по-податливо на възпаление в микрогравитацията, отколкото това на Марк на Земята. Освен това, един вид цитокини в кръвта на Скот остават повишени почти шест месеца след завръщането си у дома от космоса. Екипът също така видя признаци на атеросклероза (стесняване на артерията поради натрупване на плака) при Скот, които не се появиха при Марк, и отбеляза, че това стесняване може да е свързано с наблюдаваното възпаление.
8. Увреждане на ДНК
Астронавтите са изправени пред повишен риск от увреждане на ДНК, главно поради излагането на космическа радиация и микрогравитация, според преглед от 2017 г., публикуван в списанието npj Микрогравитация. Заредените частици на космическите лъчи могат да увредят ДНК нишките директно или индиректно чрез производството на свободни радикали, вид нестабилна молекула. Микрогравитацията, от друга страна, може да наруши естествените процеси на възстановяване на ДНК, което допълнително увеличава риска от генетични мутации, пишат авторите на прегледа.
Уникалните условия на борда на космически полет, като чест контакт с токсични химикали (например прахови частици, покриващи повърхността на небесни обекти или определени компоненти на космически кораб) и липсата на чист въздух също могат да добавят към този вреден ефект. Като такива, космическите мисии на дълги разстояния могат да доведат до натрупване на генетични мутации, увеличавайки риска от рак, кистозна фиброза, сърповидно-клетъчна анемия и други неблагоприятни последици за здравето, отбелязват авторите на прегледа.
9. Лошо здраве на червата
Човешкият стомашно-чревен тракт е дом на трилиони микроби, които могат да повлияят на храносмилателната функция на хората, имунните реакции, метаболизма и нервната сигнализация, наред с други телесни функции. The микробиом на червата непрекъснато се променя в отговор на външни фактори, като диета и нива на психологически стрес, а космическите полети също могат да повлияят на здравето на червата, според преглед от 2021 г., публикуван в списанието живот.
Астронавтите са склонни да имат по-малко разнообразна популация от чревни микроби в сравнение с хората на Земята и често са домакини на по-голямо изобилие от бактериални видове, които насърчават чревно възпаление, като напр. Faecalibacterium и Парасутерела, според прегледа. Скот от проучването на близнаците на НАСА също показа дълбоки промени в чревния му микробиом по време на космически полет, но червата му се върнаха към нормалното на Земята.
В допълнение, изследване на мишки от 2023 г., публикувано в списанието Клетъчни отчети показа, че предизвиканите от космически полети промени в микробиома на червата могат да ускорят скоростта на костна загуба при микрогравитация. Въпреки това са необходими повече изследвания, за да се разбере как и дали този механизъм работи при хората.
10. Промени в структурата и дейността на мозъка
Космическите мисии на дълги разстояния могат „пренавиват“ мозъците на астронавтите. Движещата сила зад този ефект вероятно е микрогравитацията.
Безтегловността кара цереброспиналната течност – водниста субстанция, която смекчава и осигурява хранителни вещества за мозъка и гръбначния мозък – да се измества. Това от своя страна може да промени формата и теглото на бялото и сивото вещество на мозъка. Промените в структурата и дейността на мозъка може да са налице няколко месеца след кацането на астронавтите обратно на Земята. В същото време учените не са сигурни точно колко вредни могат да бъдат тези промени за човешкото здраве.
Освен това космическите мисии на дълги разстояния могат да променят начина, по който различните части на мозъка комуникират помежду си, според проучване от 2023 г., публикувано в списанието Communications Biology.
Изследователите са събрали мозъчни сканирания от 13 астронавти преди космическия полет, малко след като са се върнали у дома и след това отново осем месеца по-късно, и са открили, че тези промени в свързаността могат да продължат при астронавтите дълго след завръщането им на Земята. Някои промени в свързаността могат да се видят в двигателните области на мозъка, които контролират движението и вероятно се променят, за да се адаптират към предизвикателствата на безтегловността.