Космические исследования — отрасль, где все связано с риском для жизни и здоровья. Космонавты испытывают чрезмерные нагрузки, поэтому физическому состоянию уделяют особое внимание, и большинство разработок направлены на то, чтобы нахождение в непривычной среде было легче переносить.
Многие ноу-хау, например, специальные материалы или костюмы для космонавтов медицина успешно адаптировала для своих задач. Так появились брекеты под цвет эмали или костюм для лечения пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата.
Сегодня на космос смотрят по-новому. Это не что-то далекое и неизведанное. Это пространство новых возможностей, которое может быть использовано для изменения биологических процессов организма с целью выздоровления.
Как обогатилась медицина благодаря космическим исследованиям
1. «Невидимые» брекеты
NASA в конце XX века занималась разработкой прочного, легкого и гибкого материала. В итоге удалось создать поликристаллический оксид алюминия, который использовали для защиты инфракрасных антенн ракетных систем с тепловым наведением.
В это же время компания Unitek начала задумываться над эстетичным дизайном брекетов, ведь многим, особенно взрослым, не нравится носить на зубах металлические конструкции темного цвета.
Совместная работа Unitek и NASA позволила использовать поликристаллический оксид алюминия еще и в ортодонтии. Так появились керамические брекеты, которые не выделяются на фоне эмали зуба, гипоаллергенны, а главное — прочны.
Пациентам и стоматологам-ортодонтам настолько полюбилось изобретение, что производство таких брекетов быстро достигло 300 тыс. штук в месяц.
2. Ортопедические материалы
Для комфорта космонавтов было важно уменьшить давление, вызываемое силой гравитации, которая особенно ощущалась во время старта космического полета. Вязкоупругий пенополиуретан или пена с эффектом памяти позволила это сделать. Мягкий и плотный пористый материал сжимался при давлении, принимая форму тела, а затем, когда оно ослабевало, выпрямлялся и возвращался в первоначальное состояние.
Применение этого материала для бытовых нужд позволило проводить профилактику некоторых заболеваний. Например, так были созданы матрасы и подушки, запоминающие положение тела владельца. Вес тела на таких матрасах распределяется равномерно. Этот же материал рекомендуется для использования на сиденьях инвалидных колясок, а также на кроватях лежачих больных, в том числе как один из вариантов профилактики пролежней.
Пена в жидком виде используется в клиниках, где проходят лечение сложные пациенты с ограничением движения. Если больной нуждается в комфортном индивидуальном кресле, его легко можно создать: вязкоупругий раствор заливается в специальный мешок, и когда пациент принимает естественную для себя позу, масса быстро подстраивается под него, принимая контуры тела.
3. Протезы
В поисках идеального материала для защиты емкостей с жидкостью от перегрева была создана изоляционная пена. Тем временем в центре ортопедии и протезирования Харшбергера ученые искали новый материал для изготовления протезов. В ходе исследования вместе с NASA удалось понять, что изоляционная пена может быть использована для изготовления мастер-форм при протезировании. Новый материал был легче, дешевле и проще в производстве, чем гипс, что привело к снижению затрат и повысило доступность протезов.
Индийская организация космических исследований (ISRO) пошла дальше — создала протез с микропроцессором для ампутированных выше колена конечностей, который подстраивается при ходьбе под индивидуальные параметры пациента. Протез оснащен специальными датчиками, которые определяют угол нагрузки, фиксируют колебания, например, если пациент меняет скорость движения или идет по неровной поверхности. С этим решением можно достичь максимально естественной походки. В будущем аппарат планируют выпустить в массовое производство.
4. Восстановление мышечного тонуса
Космонавтам, которые долго пребывают в космосе, грозит мышечная атрофия, поэтому в Советском Союзе был разработан специальный костюм «Пингвин», который создает у надевшего ощущение веса и давления по всему телу. Космонавты надевают его в невесомости и «вспоминают», как могли бы функционировать на Земле. Это способ для восстановления мышечного тонуса на время длительных полетов.
Этот метод профилактики отлично подошел пациентам с заболеваниями, связанными с травмами головного и спинного мозга. Дети с церебральным параличом и взрослые после инсульта могут благодаря похожему костюму восстановить мышечный тонус. Реабилитационный костюм Adeli сейчас используется по всему миру в лечебных центрах, а также доступен в свободной продаже для профилактики в домашних условиях.
5. Робот-нейрохирург
«Канадарм 2» — робототехнический комплекс, который помогает на МКС выполнять сложную работу. Например, выгружать и перемещать оборудование, материалы, обслуживать технические станции. Выглядит он как рука, которая перемещается в космическом пространстве, точно выполняя возложенные на него действия.
Канадская компания Synaptive Medical обратилась к создателям комgkекса, чтобы понять, может ли подобный механизм использоваться при проведении малоинвазивных операций. Главный запрос — точность действий и возможность работать внутри МРТ-аппарата, то есть робот должен состоять из материалов, на которое не влияет магнитное поле.
Совместная разработка канадских космических исследователей и врачей привели к тому, что принцип работы комплекса «Канадарм 2» лег в основу нового робота-нейрохирурга Drive. Точно такая же рука, как и на МКС, орудует теперь в операционной, прямо в МРТ аппарате. Хирург управляет рукой со специальной рабочей станции. Высокая точность движений аппарата и одновременный контроль за операцией через томограф позволяют проникать в глубокие структуры головного мозга и оперировать те опухоли, которые считали неоперабельными.
Микрогравитация как возможность победить неизлечимые болезни
Исследователи заметили, что микрогравитация — состояние, при котором воздействие на наше тело минимально, может стать благоприятным внешним фактором для создания новых способов лечения. На Земле микрогравитацию мы можем почувствовать на американских горках или в скоростном лифте, но для серьезных экспериментов такое время воздействия на организм слишком мало — поэтому все исследования проводят на МКС под тщательным наблюдением.
Идеальная сетчатка
Фирма LambaVision вместе со SpaceTango, исследовательской компании в космической отрасли пытаются разработать имплант-сетчатку. специалисты пытаются создать под воздействием микрогравитации идеально распределенные светочувствительные белки на мембране, из которых и состоит сетчатка глаза.
Искусственный белковый имплант с естественными для человека оптическими качествами мог бы помочь людям сохранить зрение, потерянное из-за разрыва, дистрофии или полного отслоения сетчатки. Сегодня такая операция невозможна.
Нормализация аутоиммунных процессов
Ученые пришли к выводу, что микрогравитация воздействует на иммунные процессы организма. Например, после 13-дневного космического полета были зарегистрированы изменения при созревании и активации гранулоцитарных клеток в костном мозге мышей. После кратковременных полетов у некоторых космонавт появлялись симптомы герпеса, хотя на Земле вирус в организмах этих людей был неактивен.
Пребывание в космосе способствует активации Т-клеток — основных клеток иммунитета. Получается, что микрогравитация — это внешнее условие, в котором иммунная система космонавтов ослабевает. Однако ученые отмечают, что этот фактор может благоприятно влиять на людей с аутоиммунными заболеваниями, то есть когда сбой уже произошел, в условиях микрогравитации иммунная система может давать другой, «корректный» для выздоровления ответ.