Технологии победили сверхэкстремальные условия на Земле. Интервью с физиологом Аркадием Максимовым

Адаптация человека к экстремальным условиям остается одной из самых актуальных задач. Это связано и с развитием северных и арктических регионов, и с возможным созданием посещаемой или постоянно обитаемой лунной базы.

Какие угрозы экстремальной среды стали малозначительными с развитием технологий? Можно ли натренировать устойчивость к гипоксии? Какие фундаментальные вопросы физиологии остаются открытыми? Об этом — в интервью с членом-корреспондентом РАН Аркадием Леонидовичем Максимовым.

— Задачи, связанные с адаптацией человека к экстремальным условиям полярных и приполярных областей, в том числе к холоду и долговременной темноте, сегодня становятся особенно актуальными. Это связано в частности со стратегией развития долговременного пребывания в Арктике. Могут ли сегодня физиологические системы организма человека стать препятствием на пути освоения высокоширотных северных и южных регионов Арктики и Антарктики?

— Я занимаюсь этой темой более 40 лет, 25 из которых я был директором Научно-исследовательского центра «Арктика» ДВО РАН в Магадане. Главный вывод, к которому я пришел: необходимо понимать, какая конечная цель поставлена перед людьми, которые отправляются в северные и приполярные регионы, как долго они там должны находиться, как социально-экологические условия повлияют на их здоровье и адаптационные возможности в ближайшей и отдаленной перспективе. С новым витком развития Севера встают вопросы не только успешной адаптации человека и сохранения его активной работоспособности, но и потенциала функциональных возможностей. Особенно важно, чтобы работа в высоких широтах не стоила человеку здоровья и не приводила к инвалидности к пенсионному возрасту.

В настоящее время высокий уровень техногенного развития и новые методы защиты человека от комплекса негативных факторов упрощают его работу в экстремальных условиях. Раньше считалось, что главная проблема — холод. Я много работал в Анкоридже и сравнивал студентов Университета Аляски  с магаданскими студентами. И с удивлением обнаружил, что аляскинские студенты абсолютно не адаптированы к низким температурам.

— Американские студенты приезжали на Аляску учиться из более южных регионов?

— Это в нашей стране Север осваивался преимущественно приезжими. А анкориджские студенты были местными, урожденными аляскинцами из числа европеоидов (не аборигенными жителями) как минимум второго поколения. И они оказались совершенно неприспособленными к низким температурам.

Возникает вопрос: почему? Общаясь с жителями Аляски, я понял причину. Однажды в начале января коллега пригласил меня за покупками. Климат в Анкоридже намного мягче, чем в Магадане, но на улице все же зима. Я начинаю утепляться, а он удивленно на меня смотрит. Я пытаюсь объяснить, но он только смеется, затем нажимает кнопку — и мы из комнаты попадаем в теплый гараж. Кроме того, он заранее включил климат-контроль в машине. А сам был одет в шорты и футболку.

Мы садимся и приезжаем к самому крупному магазину — опять же в теплый гараж. Выходим, поднимаемся на лифте. То же самое и со студентами: они прибывают на своих машинах, заходят в хорошо отапливаемые здания университета, слушают лекции и уезжают домой или в общежития кампуса. Никакого сколько-нибудь продолжительного контакта с холодом у них просто нет.

Поэтому сегодня с развитием технологий, важно делить экстремальные климатические факторы на устранимые и неустранимые. Например, геомагнитные флюктуации (изменения магнитного поля) ближе к полюсам возрастают и пока остаются для зимовщиков неустранимым фактором. Сухость воздуха тоже практически неустранима. В Антарктиде, где я зимовал на станции «Восток» в 1982 г., воздух в десять раз суше, чем в центре Сахары. Поставить увлажнители можно, но при работе на открытом воздухе они бесполезны. Что касается космического излучения, у полюсов защита Земли от космической радиации ослаблена: вертикальные силовые линии магнитного поля Земли пропускают поток высокозаряженных космических лучей, и они постоянно воздействует на человека. К устранимым факторам внешней среды относятся низкие температуры. Используя современные градостроительные технологии, на территории целых поселков возможно создавать комфортный микроклимат. Использование наружного и внутреннего искусственного освещения могут достаточно эффективно исключить негативные эффекты дрейфующей фотопериодичности (смены полярных дня и ночи), тоже относящейся к устранимым факторам. Ночью в жилых и производственных помещениях можно включить освещение, близкое по спектру к солнечному, а в полярный день достаточно закрыть шторы — и искусственная темнота будет способствовать выработке мелатонина. Более того, в настоящее время долговременные исследования в акватории Северного Ледовитого океана проводятся уже не на дрейфующих льдах, как это было в недавнем прошлом, а на специальных судах, вмораживаемых в лед, где созданы достаточно комфортные и безопасные условия жизнедеятельности ученых и экипажа. Многие полярные станции сегодня прекрасно оснащены и для оказания медицинской помощи: есть условия и аппаратура для функциональной диагностики, лечения и даже проведения операций.

— В помещении низкие температуры действительно теперь не считаются экстремальным фактором. Но ведь все равно приходится выходить на улицу…

— Экстремальность холода зависит только от социальных условий и техногенных возможностей. Зачем выходить на продолжительное время на улицу в −80^° С из современной антарктической станции «Восток», где есть все необходимое? Предусмотрена возможность удаленного мониторинга метеорологических и геомагнитных условий, других параметров внешней обстановки, включая систему жизнеобеспечения. Я уже не говорю про душ, бильярд, тренажерное оборудование, устойчивую связь по интернету с внешним миром, прекрасную организацию питания, включая выращивание своих овощей и съедобной зелени… Поэтому сегодня фактор длительного воздействия холода на организм практически полностью нивелируется в условиях штатной зимовки. Когда я принимал участие в полярных экспедициях, ничего подобного не было. Более того, наша зимовка 1982 г. считается самой экстремальной за все годы. Тогда на станции произошел пожар, во время которого была полностью уничтожена дизельная электростанция, обеспечивающая полярников электричеством и теплом. И это при температурах снаружи до −80^° С.

— Как ощущаются −80^° С?

— Веко к глазу примерзает так, что не моргнешь. Ощущения, как будто воткнули иголку…

По регламенту при температурах ниже −80^° С на открытом воздухе нельзя было работать больше 15 минут. Но когда сгорела электростанция, все жизнеобеспечение легло целиком на наши плечи. Чтобы элементарно заготовить минимум воды на день, надо было взять ножовку, выйти на мороз, выпилить из наста более 10–15 увесистых кубиков снега и принести в помещение. Тогда в нарушение всех норм приходилось работать, пока не замерзнешь, потом отогреваться в помещении, где были установлены примитивные печки-капельницы, и снова выходить на мороз.  

Но это было больше 40 лет назад. А современные технологии создания полярных станций перевели холод в разряд устранимых негативных факторов, что в полной мере реализовано в новом здании станции «Восток».

— А что касается факторов неустранимых: насколько сильно они влияют на организм и чем чревато их воздействие?

— Это интересный вопрос даже для ученых, потому что серьезных комплексных исследований до сих пор практически нет. Отдельные аспекты изучались в тех или иных условиях, но теперь это связано не только с пребыванием в Антарктиде, но и с возможностью создания станции на Луне. Станция «Восток» служит в определенном смысле модельным полигоном. Институт медико-биологических проблем РАН активно работает в этом направлении: его сотрудники зимуют на «Востоке», исследуя полярников, пытаясь получить информацию, полезную для космонавтов на будущей лунной станции. Однако смоделировать условия космического полета нереально, а полученные результаты могут выглядеть притянутыми за уши. Например, невесомость смоделировать никак нельзя, а сенсорная депривация весьма условна при коллективе более десяти человек, наличии интернета, компьютерных и настольных игр, регулярной связи с родными и близкими и т.п. Но некоторые эффекты изучить можно — например, хроническое воздействие геомагнитных полей и облучение космическими лучами, особенно в периоды магнитных бурь.

В приполярных областях современные технологии позволяют защититься от этих негативных факторов, но все упирается в деньги. Чем больше вкладывается в создание подходящих условий, тем с меньшими потерями для организма там будут работать люди.

— Вы разработали метод, позволяющий прогнозировать поведение организма в ответ на гипоксическое воздействие, который применялся в том числе для отбора полярников. Нужно ли сегодня адаптировать метод к новым условиям, учитывая, что часть негативных факторов стали малозначительными?

— Система создавалась для отбора тех, кто идет в Антарктиду, в частности на станцию «Восток», где ведущим негативным фактором была гипоксия — недостаток кислорода. Ведь станция находится на высоте 3,5 тыс. м над уровнем моря. Задача заключалась в том, чтобы научиться оценивать достаточно простым физиологическим методом, без дорогостоящей аппаратуры, насколько человек устойчив к гипоксии, до того как он попадет в эти экстремальные условия.

Иногда в процессе оценки устойчивости полярника к гипоксии оказывалось, что его пребывание в высокогорье сопряжено с риском развития горной болезни и в этой связи нахождение в условиях Центральной Антарктиды противопоказано. Но бывали случаи, когда мне говорили, что этот человек — высококлассный специалист и заменить его некем. В такой ситуации его можно подготовить и натренировать отдельно. Но это уже требует большого количества времени и дополнительных средств, поэтому до настоящего времени специальный отбор полярников, идущих на зимовку в высокогорье Антарктиды, системно не проводится, несмотря на риск возможной эвакуации человека со станции на фоне тяжелых дезадаптационных проявлений. Так бывало не раз, и приходилось вывозить самолетами полярников со станции, включая нашу и другие экспедиции.  

— Устойчивость к гипоксии — это преимущественно предрасположенность организма или натренированность?

— Сегодня доказано, что существуют гены, влияющие на устойчивость организма к гипоксии. У кого-то они более активны, у кого-то менее. Их наличие предвидели и раньше, оценивая подъемы альпинистов на большие высоты: один человек на высоте чувствовал себя лучше, чем другой, при одинаковых режимах подготовки. Это в определенной мере могло быть обусловлено его эндогенными метаболическими особенностями, включая и генетические факторы.

Но есть и фенотипические особенности, которые человек нарабатывает в процессе различных функциональных нагрузок: гипоксических и физических тренировок, специального дыхания и т.д. Если нужен классный механик, опытный метеоролог или другой специалист, то его можно подготовить заранее, но это уже дополнительные расходы.

— То есть многие фундаментальные вопросы физиологии сегодня превратились в технические и экономические задачи?

— Да, разработанные сегодня методы позволяют значительно повысить устойчивость организма к целому комплексу негативных факторов, в том числе и к гипоксии. В настоящее время я занимаюсь анализом результатов, полученных при обследовании лыжников-профессионалов высшего уровня. Это люди с особыми требованиями к сверхвысоким физическим нагрузкам и выносливости. В результате систематических нагрузок у них возрастают функциональные резервы организма и гипоксическая устойчивость, проявляющаяся как на молекулярно-клеточном уровне, так и в межсистемных перестройках физиологических процессов, — ведь в организме постоянно идет борьба за кислород. Однако вопрос состоит в том, каких целей нужно достигнуть в процессе тренировок. В ряде случаев врожденные качества могут играть важную роль, определяя предрасположенность к определенной спортивной специализации. И если гипоксическая устойчивость очень низкая, то олимпийского чемпиона подготовить в лыжных видах спорта не получится. Поэтому сейчас в спорте, ориентированном на высшие достижения, важно с самого раннего возраста проводить типирование и распределять детей по видам спорта в зависимости от их морфофункциональных и генетических особенностей.

— Какие фундаментальные вопросы в области физиологии и адаптации организма к экстремальным условиям остаются открытыми?

— Этих вопросов море. Сейчас фундаментальные исследования уходят на самый тонкий уровень. Раньше исследователи-физиологии в основном работали на системном уровне, потом на органном, клеточном, и сегодня дошли до уровня молекул внутриклеточных структур, изучая, что же происходит на молекулярном уровне внутри них и как это проявляется на целом организме. Это крайне сложно, потому что у нас пока нет инструментального и технологического обеспечения для того, чтобы работать внутри клеточных структур in vivo, когда организм находится в экстремальных условиях, и при этом ничего не повредить. Такие технологии пока только создаются для широкой и клинической практики. Почему это важно? В перспективе возможно получить универсальный механизм управления. И если человек изначально имел низкую гипоксическую устойчивость, то  на генном уровне его можно скорректировать и сделать высокоустойчивым. Но для этого, с одной стороны, нужно как можно детальнее изучать организм, а с другой — искать интегральные механизмы взаимодействия микро- и макроуровней.  

Я уж не говорю о мозге: там еще работать и работать. Мы до сих пор до конца не понимаем, как и где хранится память. Долгое время считалось, что она хранится в связях между клетками разных структур мозга — синапсах. Если связи не поддерживаются, организм, будучи ленивым, отбрасывает лишнее. Но самое интересное, что в определенный момент я могу вспомнить и имя, и фамилию, и дату. Значит, информация никуда не исчезла, так и лежала где-то глубоко, а мы просто не знаем, как подойти к этой библиотеке и каким физиологическим ключом открыть это хранилище.

Это касается не только механизмов памяти, но и межсистемной интегральной физиологии. Многие функциональные резервы в экстремальных условиях дают резкий скачок. Допустим, за человеком погналась собака и он с ходу перепрыгнул через забор, хотя в обычной ситуации сделать этого не смог бы. Это выброс гормонов, которые резко простимулировали организм. Но усилием своей воли решить «напрягусь, прыгну на три метра вверх и установлю мировой рекорд» пока невозможно. Хотя в определенной степени к этому приближаются йоги: они умеют, управляя психикой, воздействовать на тело, изменяя протекающие в нем реакции, включая метаболизм. В том числе им доступно и управление терморегуляцией, когда тибетские монахи сушат влажные полотенца на плечах, повышая температуру тела за счет психического самовнушения.

Это действительно возможно, и есть не только физиологические, но и психические методы, позволяющие успешно тренировать собственный организм, управляя им и адаптируя его к возможным влияниям внешних и внутренних неблагоприятных факторов.

— Возвращаясь к полярным и приполярным областям: существует ли на Земле обитаемое или регулярно посещаемое место, где условия для жизни были бы более экстремальными, чем в Антарктиде?

— Мне такое место неизвестно. На куполе Антарктиды в принципе нет ничего живого, даже болезнетворные бактерии появились там вместе с человеком. Самым экстремальным местом часто называют Эверест, но там нет и не может быть постоянной станции, а на станции «Восток» люди живут месяцами: я, например, зимовал больше  года.

С учетом всех факторов «Восток» может считаться самой экстремальной точкой земного шара, от которой ведут все дальнейшие измерения. Даже станция «Амундсен-Скотт» на Южном полюсе расположена на полкилометра ниже относительно «Востока», и эта разница значительно ощущается.

— В таком случае Антарктику, в частности станцию «Восток», можно рассматривать как самый эффективный наземный полигон для отработки технологий жизнеобеспечения долгосрочных космических миссий?

— Сейчас нет. Это было более или менее возможным на станциях 30-летней давности, сейчас же условия жизнеобеспечения и функциональные нагрузки совершенно иные. Пониженную гравитацию и сенсорную депривацию моделировать трудно — условия слишком комфортные. Физиологию организма в условиях гипоксических воздействий можно исследовать, не выезжая на «Восток», а резистентность человека к этому фактору можно определить и до отправки в экспедицию. Следует учитывать, что на лунной станции будет создана искусственная воздушная среда с достаточным уровнем кислорода для дыхания. Учитывая современные технологии, воздействия многих экстремальных факторов гораздо проще смоделировать в научных институтах. Например, в ИМБП РАН в рамках программы «Марс-500», которая осуществлялась 15 лет назад, был построен наземный экспериментальный комплекс, где проводят изоляционные эксперименты, моделирующие в частности пребывание на Марсе.   

— То есть технологии победили сверхэкстремальные натурные условия на Земле?

— Да. С одной стороны это, конечно, хорошо. С другой — эти экстремальные условия раньше выступали естественной защитой той же Антарктиды от человека и ограничивали возможности проведения каких-либо промышленных разработок. Ведь на шельфе Южного континента много полезных ресурсов, например железомарганцевых конкреций, которые достаточно просто добывать. Технологии к этому готовы. Пока действует договор по Антарктике, все работы, кроме разведки полезных ископаемых и научных исследований, в этом регионе запрещены. Но если договор будет расторгнут, экологии Антарктики угрожает серьезная опасность. И, к сожалению, определенные предпосылки к такому развитию событий уже существуют.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ