Полет с фантазией: как космические технологии используют на Земле
Космические разработки российских ученых используются и на Земле. К примеру, на борту МКС исследователи вырастили белки коронавируса, которые помогут быстрее создать препараты против COVID-19. Также внеземные эксперименты позволяют бороться с изменениями климата, а оборудование для астронавтов можно адаптировать для использования в медицине и спорте. Ко Дню космонавтики «Известия» рассказывают о самых интересных и полезных космических разработках российских ученых, изменивших жизнь людей.
COVID в космосе
Не так давно на МКС на 3D-биопринтере были выращены фрагменты SARS-CoV-2, в том числе белок, с помощью которого вирус попадает в клетки человека. Полученные образцы помогут изучить механизмы внедрения патогена в организм и потенциально разработать новые лекарства. Таким же методом можно выращивать и друге белки, в том числе разных патогенов, что облегчит и ускорит создание препаратов для борьбы с ними.
Белки выращиваются именно в космосе потому, что так проще изучать их структуру. Например, самый распространенный на сегодня метод для этого — рентгеноструктурный анализ. Объект просвечивают рентгеновскими лучами под разными углами, чтобы получить так называемую картину дифракции –– рассеяния рентгеновских лучей. Затем с помощью компьютерно-математических методов ученые обрабатывают картину дифракции и восстанавливают расположение конкретных атомов в молекуле.
Но для применения рентгеноструктурного анализа необходим белок в кристаллической форме, в которой биомолекулы «упакованы» в упорядоченную трехмерную структуру с фиксированным положением атомов.
Условия невесомости как раз обеспечивают выращивание такой чистой структуры.
Эксперимент с 3D-биопринтером
Спутник по жизни
Работу множества полезных для человечества технологий обеспечивают спутники. С ними связано функционирование навигации, телевидения и интернета, также аппараты помогают прогнозировать погоду.
— Вокруг Земли на разных высотах сейчас летает несколько тысяч спутников, — отметила заместитель генерального директора компании Success Rockets Дарья Чудная. — На них установлена аппаратура, позволяющая вести наблюдения в видимом, инфракрасном, микроволновом, радиолокационном диапазонах, каждый из которых пригоден для решения широкого круга прикладных задач. Спутниковые снимки позволяют не только следить за текущими изменениями на нашей планете, но и прогнозировать очень многие процессы на Земле.
Например, наблюдение из космоса дает специалистам возможность прогнозировать погоду с максимальной точностью, и не только на поверхности Земли. С помощью спутников можно предсказать, допустим, землетрясение. Космические исследования показали и приближение климатической катастрофы — мониторинг вида Земли в режиме реального времени наглядно демонстрирует таяние ледников, исчезновение лесов и другие изменения общего вида планеты. Спутники же могут показать перемещение косяков рыбы в море, появление нефтяных пятен в океане, указать на нарушителя режима мореплавания, исчезновение коралловых рифов.
Стыковка пилотируемого корабля «Союз МС-12» с МКС
Восстановиться по одежке
На МКС проводят исследования мозга, кровеносной системы и других органов человека в условиях невесомости. Большинство таких наблюдений просто дают информацию о поведении человека в космосе, но не исключено, что вскоре они пригодятся и на практике — например, когда путешествия на другие планеты станут реальностью.
Впрочем, созданные для космонавтов костюмы уже используются для пациентов на Земле. Например, на основе разработанного для космического полета костюма «Пингвин» специалисты сделали костюм «Регент». «Пингвин» используется и по сей день для профилактики негативного воздействия невесомости на организм человека при космических полетах — создает необходимую нагрузку на мышцы и скелет.
В конструкцию «Регента» входит система регулируемых резиновых тяжей, благодаря которым человеку приходится дополнительно напрягать мышцы, чтобы двигаться или сохранять определенное положение тела. Это позволяет сокращать сроки и повышать эффективность реабилитации в состояниях, которые могут возникать после ишемического инсульта или тяжелой черепно-мозговой травмы с двигательным неврологическим дефицитом.
Сам лечебный костюм состоит из жилета, шорт, наколенников и штрипок. Каждый элемент надевается на соответствующую часть тела пациента, между элементами закрепляются резиновые тяжи, которые в процессе использования оказывают необходимую нагрузку на мышцы и ткани подконтрольной зоны.
Дело тренировки
Чтобы мышцы в космическом полете не деградировали, космонавты регулярно занимаются физическими упражнениями на тренажерах. Однако существует и ряд средств так называемой пассивной профилактики. Одно из них — электромиостимуляция. Работающих по этому методу устройств довольно много, они широко используются в фитнес-центрах и реабилитационных клиниках, однако единых данных по оптимальной длительности и режимам тренировок пока нет.
Специалисты Института медико-биологических проблем РАН решили создать свой электростимулятор, с которым таких вопросов не возникнет. Режимы и эффективность работы приборов отрабатывали на Международной космической станции — ведь в невесомости мышцы не испытывают нагрузки. Именно такие режимы и нужны лежачим больным или ограниченным в движении людям для реабилитации и просто поддержки физической формы.
— На борту МКС у нас есть два типа электростимуляторов, — сообщила «Известиям» ведущий научный сотрудник, заведующая отделом сенсомоторной физиологии и профилактики ИМБП РАН Елена Томиловская. — Первый тип помогает тренировать выносливость мышц, которые отвечают за поддержание позы (например, способность сидеть или стоять), а второй тип стимуляторов больше направлен на увеличение силы мышц.
Высокочастотный стимулятор обезболивает мышцу при работе. Режим, который подобрали для космонавтов, включает 10 секунд стимуляции для каждой мышцы и 50 секунд отдыха. Пока одна мышца отдыхает, стимулируется другая, затем третья, пояснила Елена Томиловская.
— Низкочастотный стимулятор работает в режиме: 1 секунда стимуляции, 2 секунды отдыха, и при этом стимулируются все мышцы одновременно — и сгибатели, и разгибатели, — рассказала она.
Теперь цель ученых — создать прибор, который сможет работать в обоих режимах. Кроме того, важно сделать так, чтобы человек смог использовать устройство самостоятельно, без постоянной помощи врача или методиста.
