Пять суток в иммерсионной ванне
О том, что можно испытать состояние, схожее с космическим полётом, не покидая Землю, я знал уже давно. Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ИМБП РАН) известен своими экспериментами с участием людей. Обычно на слуху изоляционные психологические эксперименты, такие как «Марс-500», но есть множество менее известных, однако не менее интересных и полезных для науки опытов, раскрывающих пределы возможностей человека. Немало сложных исследований проводили ещё в ХХ веке, на заре эры пилотируемых полётов в космос. Некоторые разработанные тогда эксперименты актуальны и сегодня. К ним относится наземное моделирование условий космического полёта в ваннах «сухой» иммерсии.
В июне 1970 года два советских космонавта Андриян Николаев и Виталий Севастьянов совершили рекордный по продолжительности автономный полёт (то есть без стыковки с орбитальной станцией) в космическом корабле «Союз-9». Экипаж пробыл в замкнутом пространстве корабля 17 суток 16 часов 58 минут 55 секунд. И, несмотря на то, что космонавты много работали по программе полёта, фактически они просто парили в невесомости без физической нагрузки. При этом из тренажёров у них был только ручной эспандер. Вернувшись на Землю, космонавты не могли самостоятельно передвигаться и попали в госпиталь в тяжёлом состоянии. Врачи зафиксировали серьёзную мышечную атрофию и негативные реакции со стороны сердечно-сосудистой системы как результат гиподинамии и гипокинезии. Космонавтам потребовался продолжительный курс реабилитации. С тех пор в медицине появился термин «эффект Николаева».
После этого случая космические врачи-исследователи Института медико-биологических проблем получили задачу смоделировать невесомость на Земле и разработать средства профилактики её неблагоприятного воздействия. Ведь ИМБП и был создан в 1963 году по инициативе академиков М. В. Келдыша и С. П. Королёва для медикобиологического обеспечения пилотируемых космических полётов — в перспективе и до Марса, а это почти семь месяцев в одну сторону.
Учёные нашли три способа имитации условий невесомости на Земле, каждый из которых используется для определённых целей.
Первый — настоящая невесомость при полёте в самолёте по параболической траектории, но её непрерывная длительность всего 20—22 с.
Второй — антиортостатическая гипокинезия (АНОГ): испытуемый лежит вниз головой на специальной кровати с углом наклона от –6о до –30о. Такой метод позволяет изучать влияние сымитированной невесомости в первую очередь на кровеносную и лимфатическую системы. На костно-мышечный аппарат она тоже действует, но медленно, требуется как минимум несколько недель, а лучше несколько месяцев. Этот метод очень популярен в США.
Третий — «сухая» иммерсия (от англ. immersion — «погружение»): испытателей укладывают в специальную ванну или небольшой бассейн, закрытый плёнкой, которая предотвращает контакт с водой. В этом случае влияние «невесомости» на организм проявляется гораздо быстрее, в среднем за 3—5 суток. Эта модель обеспечивает основные факторы, влияющие на состояние космонавтов в невесомости: физическую разгрузку, перераспределение жидкости и отсутствие опоры.
Изначально иммерсия проводилась просто в бассейне, где испытатели в плавках находились в пресной воде, но из-за проблем с кожей в ИМБП придумали использовать плёнку.
Модельные эксперименты с «сухой» иммерсией позволили найти причины «эффекта Николаева» и методы профилактики. Экипажи орбитальных станций стали ежедневно по два часа заниматься физкультурой с помощью тренажёров (беговая дорожка, велоэргометр, силовой нагружатель или эспандеры). Эффективность была доказана на испытателях, лежавших в бассейнах: они занимались с тренажёрами на подвесах, возвращаясь каждый раз в безопорное положение, — атрофию мышц удалось серьёзно сократить. Также в институте разработали костюмы и специальные средства для компенсации отсутствия веса и опоры, их тоже испытывали в иммерсии (например, костюм аксиальной нагрузки «Пингвин», создающий осевую нагрузку на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру).