Если заглянуть в далекое прошлое, то легко понять, что источников стресса было не так уж и много. Главным образом, он был связан с угрозой здоровью или жизни человека. Условно говоря, все сводилось к банальному «бей или беги». То есть стресс помогает организму больше бить и быстрее бежать, ведь именно от этих умений и зависело выживание в неблагоприятных условия. «высвободить стресс». На самом деле нужно сделать хоть какую-то физическую работу, потому что именно к ней нас готовили гормоны стресса. Гипоталамус подал сигнал к надпочечников, которые начали вырабатывать адреналин иресса другие, и они не побуждают нас к драке или пробежки. Согласитесь, семейные конфликты, пробки на дорогах. норадреналин. Эти гормоны усилили сердцебиение и расширили кровеносные сосуды в мышцах. Итак, на некоторое время человек и животные становятся сильнее и проворнее. Кроме того, стресс повышает болевой порог и сужает сознание, помогая сосредоточиться только на вражеском объекте.

Интересно, что физиологические перестройки во время стресса касаются не только работы мышц и сердечно-сосудистой системы. Существенные изменения претерпевает и иммунитет, который переходит на более высокий уровень защиты. В таком случае возникает вполне логичный вопрос — как быть с утверждением, что стресс является врагом для иммунитета? Оказывается, что все зависит от продолжительности стресса. Тогда как короткий стресс, длящийся от нескольких минут до нескольких часов, является полезным, длительный стресс, длящийся днями и даже месяцами — вреден.

Для начала стоит разобраться, почему кратковременный стресс усиливает защитную функцию. В ситуации, когда нужно бить или бежать, организм часто получает немало повреждений. Антилопа, которой удалось вырваться из когтей хищника, страдает от ранений. Она может истекать кровью, и от того, насколько быстрым будет процесс восстановления, зависит ее выживание. Логика усиления иммунной защиты по стрессовой ситуации заключается в быстром заживлении ран и противостоянии патогенным микроорганизмам, которые могут попасть в кровь и инфицировать организм. Прежде всего это достигается изменениями в распределении иммунных клеток.

Для быстрого и эффективного защиты нужно, чтобы лейкоциты (белые кровяные клетки, которые играют главную роль в специфическом и неспецифическом защите организма) собирались в местах потенциальных повреждений. При нормальных условиях в крови циркулирует определенное количество лейкоцитов, достаточное для обеспечения надежной защиты. Однако во время стресса это количество быстро меняется. Такое явление характерно не только для человека, но и для рыб, мышей, крыс, лошадей, кроликов и других животных, только подчеркивает важное эволюционное значение феномена. Интересно, что до появления лабораторных анализов по определению гормонов стресса, измерения количества лейкоцитов в крови было основным мерилом стресса. Известно, что кратковременный стресс приводит к перераспределению иммунных клеток — снижение количества лимфоцитов и моноцитов и увеличение числа нейтрофилов в крови.

Этот процесс начинается уже через несколько минут после воздействия стрессового фактора. Через гипоталамус и гипофиз активизируется синтез гормонов стресса, которые выполняют роль своеобразной тревожной сирены. Стоит ее включить, как «солдаты» -лейкоциты быстро выходят из своих «казарм» (селезенка, тимус, легкие и другие органы скопления лейкоцитов) на «дороги» (кровеносные и лимфатические сосуды). Этими «дорогами» лейкоциты направляются к местам «боевого дежурства». В частности, это кожа, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, печень и лимфатические узлы. Именно такое распределение лейкоцитов позволяет принимать немедленные решения на местах, когда этого требуют обстоятельства.

Когда стало понятно, что кратковременный стресс способствует перераспределению лейкоцитов, следующих к коже, ученых заинтересовало другой вопрос. А усиливает стресс иммунный ответ на действие антигена — вещества, которое воспринимается иммунной системой как чужеродные? Чтобы это изучить, группа ученых решила проверить, как кратковременный стресс повлияет на иммунизацию мышей. Для исследования взяли две группы животных, которых вакцинировали гемоцианин лимфы улитки. Мышей экспериментальной группы перед иммунизацией 2,5 часа держали в ограниченном замкнутом пространстве, стало для них стрессовой ситуацией. Повторно гемоцианин улитки вводили животным через 9 месяцев. Интересно, что иммунный ответ на повторное введение антигена была значительно выше у мышей экспериментальной группы, перед первичной иммунизацией имели кратковременный испуг. В лимфатических узлах этих мышей еще после первой иммунизации обнаружили более Т-клеток памяти и Т-хелперов. Увеличение количества Т-клеток памяти, со своей стороны, способствует росту количества лимфоцитов и макрофагов при повторном введении антигена. Эксперимент с мышами наталкивает на мысль, что стресс перед вакцинацией может усиливать иммунный ответ, соответственно, эффективность прививки. Кроме того, вполне вероятно, что стресс пациентов перед операцией также помогает больному быстрее выздороветь. В частности, ускоряется процесс заживления послеоперационных ран.

Иммуностимулирующее эффект стресса было несколько раз продемонстрировано в исследованиях с мышами, крысами и приматами. Установлено, что в стрессированных животных быстрее созревают дендритные иммунные клетки, и они имеют большее количество макрофагов в коже и лимфатических узлах. Поэтому ученые, изучавшие эффект кратковременного стресса на иммунизацию, заинтересовались, поможет стресс в профилактике злокачественных опухолей кожи. Как показали исследования, у животных экспериментальной группы, которые подвергались кратковременному стрессу, наблюдалась увеличена экспрессия генов хемокинов и цитокинов. Это небольшие по размеру пептидные молекулы, которые стимулируют перемещения лейкоцитов из крови в ткани. В стрессированных животных также было больше Т-хелперов и цитотоксических Т-лимфоцитов, которые крайне важны в борьбе со злокачественными клетками.

Кратковременный стресс положительно влияет не только на работу сердечно-сосудистой системы и иммунитета. Есть еще минимум пять полезных эффектов от такого кратковременного напряжения.

· Улучшение памяти. Во время эмоциональных потрясений значительно улучшается память из-за действия АКТГ. События, которые происходят с человеком во время стресса, настолько прочно врезаются в память, что даже через десятки лет человек может полностью воспроизвести в своей памяти пережитое.

· Улучшение интеллекта. Кратковременный стресс улучшает умственные способности. И это неудивительно, ведь когда человеку угрожает опасность, она должна думать гораздо быстрее. Рост эмоционального напряжения за стрессовых условий позволяет мозгу гораздо быстрее проводить интеллектуальные операции.

· Улучшение работы органов чувств. Еще один логический вывод, который подтверждается многими экспериментами. Кратковременный стресс улучшает зрение, слух и обоняние. И при этом повышается болевой порог, то есть человек и животные в таких условиях легче переносят боль. Можно найти множество тому примеров: солдаты, которые замечают свои раны уже после боя, или же спортсмены, которые обращают внимание на травмы только после соревнований.

· Повышение выносливости нервной системы. Небольшие дозы стресса повышают выносливость нервной системы. Так формируется устойчивость к стрессовым ситуациям, что в будущем позволяет человеку легче переживать неблагоприятные условия. Можно говорить, что с каждым последующим стрессом организм будет тратить меньше энергии на его преодоление.

· Формирование привязанности. В стресса есть еще один интересный эффект, связанный с выработкой гормона окситоцина. Это один из ключевых гормонов, который отвечает за формирование чувства привязанности между особями. Иными словами, люди, которые вместе пережили стресс, становятся более дружелюбными друг к другу.

Эффекты стресса на здоровье можно описать известной пословице «Что много — не здорово». О том, что стресс может быть полезным и вредным, говорил еще Ганс Селье, который предложил сроки эустресс (положительный стресс) и дистресс (отрицательный стресс). Одним из ключевых факторов, определяющих пользу или вред от стресса является интенсивность и продолжительность эмоционального напряжения.

Когда стресс длится долго, неделями или месяцами, это приводит к негативным изменениям. В частности, клетки врожденного иммунитета остаются активными, а постоянная продукция цитокинов приводит к хроническому воспалению. Оно со временем приводит к повреждению тканей и развитию хронических заболеваний, в частности сердечно-сосудистых болезней, сахарного диабета, аутоиммунных заболеваний, рака и тому подобное. С другой стороны, клетки адаптивного иммунитета при хроническом стрессе становятся менее активными, что снижает защитные свойства организма от чужеродных микроорганизмов, например, вирусов. Хронический стресс также снижает мобилизацию лейкоцитов из крови в другие части тела, например, кожи или слизистой оболочки. В исследованиях с животными и добровольцами обнаружили, что хронический стресс снижает клеточно-опосредованную иммунный ответ, продукцию антител, активность натуральных киллеров, вирус-специфических Т-клеток, а также активность макрофагов.

В одном из исследований было показано, что у женщин с хроническим стрессом в лимфоцитах и ​​моноцитах короткие теломеры — концевые участки ДНК, длина которых уменьшается с каждым делением клетки. Другими словами, чем длиннее теломеры, тем моложе клетки. В этом же исследовании было показано, что у женщин с хроническим стрессом, в отличие от женщин с коротким стрессом, в иммунных клетках снижена активность теломеразы — фермента, достраивает концевые участки ДНК. Итак, можно с уверенностью говорить о том, что хронический стресс ускоряет старение клеток иммунной системы, приводит к нарушению их регуляции и развития хронических заболеваний, в том числе раковых опухолей и аутоиммунных патологий.

Следует не забывать и о том, что хронический стресс составляет угрозу здоровью и жизни человека также по другим причинам. Ведь в таком состоянии легко привыкнуть к вредным привычкам — курению, чрезмерного употребления спиртных напитков, переедание или употребление наркотиков.

Чтобы избавиться от вредного воздействия хронического стресса, врачи советуют прежде всего изменить образ жизни. В то же время важное значение придается физической активности. Дело в том, что физическая активность и является тем кратковременным стрессом, который улучшает работу иммунной системы и не только. Многочисленные исследования показывают, что физическая активность даже усиливает иммунологический надзор над раковыми клетками и улучшает прогнозы, связанные с некоторыми видами онкопатологий. При этом стоит отметить, что чрезмерные или долговременные физические нагрузки организм воспринимает как хронический стресс, поэтому в спорте, как и вообще в жизни, важна умеренность, чтобы пользу не превратилась во вред.

ß

NASA объяснили пропажи метана на Марсе. Он накапливается только ночью

• 

По данным лазерного спектрометра, установленного на велосипеде «Кьюриосити», на Марсе есть метан — один из биомаркеров.

Однако, европейский инструмент Trace Gas Orbiter с космического корабля ESA его не нашел. Новое исследование NASA, опубликованное в Astronomy Astrophysics выяснило, что метан на планете все же существует, но велосипед в отличие от европейцев анализировал атмосферу ночью, а потому метан успевал исчезнуть. Количество, распределение и поведение метана в атмосфере Марса волнует планетологов и агробиологов, ведь этот газ является потенциальным биомаркером, который на Земле образуется при участии живых микроорганизмов. За последние два десятилетия исследования марсианской атмосферы с помощью различных платформ (наземные телескопы, орбитальные аппараты, марсоходы) указывали на концентрацию метана в значениях от нуля до 45 частиц на миллиард (ppbv), что опять же вызвало споры по интерпретации данных. Мы еще не знаем, что повлекло «метановую аномалию» на Марсе два года назад, когда «Кьюриосити» зарегистрировал резкий рост концентрации метана в атмосфере до 21 частей на миллион (ppb), а затем снова падение до фоновых значений.

Первым метан на планете нашел «Марс-экспресс» Европейского космического агентства, хоть и с погрешностью в 50%. За ним метан находили и с Земли с помощью спектрометров, и на поверхности самого Марса. На «Кьюриосити» анализом атмосферы планеты занимается лазерный спектрометр (TLS-SAM). В кратере Гейл уже восемь лет он измеряет поглощение света на определенных длинах волн, где фиксирует метан, водяной пар и углекислый газ. TLS измеряет концентрацию метана, углекислого газа и водяного пара в марсианской атмосфере. ExoMars Trace Gas Orbiter — европейский космический аппарат, также исследовать малые составляющие атмосферы планеты, но уже с орбиты искусственного спутника.

С марсианским метаном все довольно просто — он может появиться в результате геохимических или фотохимических процессов, или под влиянием космических лучей, то есть ему не нужен кто-то подобный земным армиям. Но дело в том, что на планете газ живет всего по несколько сот лет, а значит ему нужно постоянный источник его пополнений. После всех достаточно убедительных доказательств того, что метан на Марсе все же есть, появляются результаты исследования европейского ExoMars, которые ограничили количество марсианского метана до 0,15 миллиардной доли объема. Это почти в десять раз меньше найденную «Кьюриосити» количество непосредственно в кратере планеты.

Чтобы найти атмосферные примеси, стоит разложить излучения на спектр, ведь разные вещества имеют разные линии поглощения. Спектрометры наблюдают за тем, как разные вещества в атмосфере поглощают часть излучения, а затем сравнивают результаты с имеющимися данными о вещества. И все дело в том, что инструменты «Кьюриосити» и ExoMars используют разное излучения. Велосипед пользуется собственным лазерным излучением, проходящего через образец газа 81 раз, и отскакивая на точно настроенной длине волны, делает замеры. А вот в Trace Gas Orbiter такого лазера нет и он использует солнечный свет. Поэтому спектрометр на велосипеде работает ночью, пока другое оборудование марсохода не работает, а европейском необходимо ждать Солнце. Поэтому команда «Кьюриосити» с Научной лаборатории Марса NASA решила, что эта разница в подходах и может стать камнем преткновения — метан может просачиваться из кратера Гейл ночью, что и увидит марсоход, а в течение дня раствориться в атмосфере настолько сильно, что Trace Gas Orbiter его уже не увидит. Чтобы проверить свою идею, ученые впервые заставили спектрометр «Кьюриосити» поработать днем. И действительно, во время двух дневных измерений с точностью 95% дневная концентрация метана резко контрастирует с ночной — от средних значений 0,05 до 0,52 ppbv соответственно. Эта существенная разница предусматривает, что метан накапливается, когда он находится у поверхности в ночное время, но падает ниже пределов обнаружения Trace Gas Orbiter.

Следует проверить, не может сам велосипед генерировать метан, и начать искать причины появления газа в кратере. Это может быть из-за «микроявления» планеты в разрушенном планетарном пограничном слое (planetary boundary layer, PBL). Так ветры ночью содержат метан внутри кратера вблизи точки его выброса, а днем ​​разбавляют его за счет увеличения вертикального перемешивания за увеличения восходящего потока ветра. Впрочем, по исследователей, если метан просачивается из-под земли по всей планете, а не только в кратере, что более вероятно.

ß

«Когда я наконец высплюсь?»

• 

Сон — одна из тех вещей, ценность которых мы не осознаем, пока не потеряем. Для многих людей утренние пробуждения полны страдания, а желание просто по-человечески выспаться стало ежедневной нормой.

И не зря, ведь все больше исследований показывают, насколько важно полноценный сон для поддержания здоровья тела и ума. Но что конкретно такое этот полноценный сон и как его наконец наладить и поддерживать? В этом бытует много мнений и не менее мифов. К примеру, немало людей считают, что кофе на ночь является прямой дорогой до позднего засыпания, а вот немного алкоголя поможет расслабиться и легче погрузиться в сон. Насколько это справедливо? Рекомендуем узнать фрагмент из книги «Когда я наконец высплюсь?», Недавно вышедшей в издательстве «Метель». Ее авторы Ольга Маслова и Ника Бельская — биологи которые помогут лучше понять явление сна и дадут практические советы по его улучшению.

Алкоголь фундаментально влияет на сон, нарушая его архитектуру и не давая организму переходить от активации симпатической нервной системы («Сражайся или беги») к парасимпатической («Расслабься и переваривает пищу»).

Влияние алкоголя на сон начали исследовать очень давно, уже в 1930-х можно встретить научные публикации на эту тему, но все равно этот вопрос до сих пор не раскрыто до конца.

Алкоголь однозначно обладает седативным (который подавляет активность нервной системы) эффектом, поэтому кажется, что после рюмки заснуть намного легче. Но посмотрим, что происходит ночью на самом деле. Алкоголь влияет в том числе на ГАМК-передачу, а именно эта молекула и является тем «языком», которым «общаются» между собой нейроны в участках мозга, отвечающиет за циркадныю ритмику.

Теперь уже точно известно, что употребление алкоголя меняет фазы сна. В нормальном цикле сна продолжительностью 90−120 минут присутствуют три фазы non-REM и одна REM-сна. После употребления алкоголя в первых двух циклах REM-фазы почти нет. Отсюда ощущение, что человек спит глубоко (ведь это характерно для третьей фазы non-REM) и не видит сновидений (которые чаще происходят в REM).

Во второй половине ночи, когда алкоголь монополизируется его успокаивающее действие проходит, и сон становится менее глубоким. Ближе к утру человек начинает часто просыпаться (хотя может и не помнить этого потом). В целом «алкогольный» сон многие описывает как таковой, не восстанавливает и не проносит бодрости на следующее утро.

Человек, который употребляет алкоголь постоянно, искусственно производит в себя расстройство, похожий на бессонницу. Что, в свою очередь, приводит к дневной сонливости. С ней обычно борются стимуляторами типа кофе, чая и энергетических напитков. Из-за большого стимуляторов заснуть вечером становится трудно, даже несмотря на то, что спать хотелось весь день. Так воздержаться от вечернего «самолечения» алкоголем становится все труднее, а вот попасть в зависимость или просто круговорот с алкоголя и кофе — все легче. Печень с поджелудочной такого не прощают, не говоря о сне.

По опросам, умеренное употребление алкоголя (до двух порций в день у мужчин и до одной у женщин, ведь в среднем такое же количество алкоголя на женщин физиологически влияет сильнее) снижает качество отдыха ночью минимум на 10 процентов. Возможно, одна из причин такого эффекта в том, что алкоголь подавляет парасимпатическую нервную систему, отвечающую за восстановление, отдых, пищеварения и тому подобное. Это означает, что во время опьянения доминирует симпатическая нервная система, которая, несмотря на название, отдыха не симпатизирует. Она отвечает за уже упоминавшийся состояние «Сражайся или беги», то есть мобилизует тело для быстрой реакции.

В таком состоянии сосуды сужены, кровь от пищеварительной, половой и других систем перераспределяется к мышцам и о спокойном сне не может быть и речи .

Чтобы уменьшить влияние алкоголя на сон, желательно прекратить употреблять его менее чем за 6:00 до сна. Вероятно, для этого и придумали «счастливые часы» в барах, когда в 17:00 обычно декларируются скидки на коктейли.

У людей, постоянно употребляющих алкоголь, нарушаются циркадные ритмы. Даже когда употребление прекращается, на восстановление последних может уйти от двух до шести месяцев. Нарушение циркадных ритмов и сна является одной из главных причин срыва тех, кто добросовестно работает над избавлением от зависимости от спиртных напитков.

Кофеин, который, в частности, содержится в кофе, является самым популярным стимулятором, который полюбило человечество. Например, США, является крупнейшим импортером кофе в мире, 90% взрослых ежедневно употребляют кофеиносодещии напитки. Это может быть кофе, чай, энергетические, газированные напитки типа колы и тому подобное. Концентрация стимулирующего компонента в них, конечно, отличается, но неизменным остается то, что большинство из нас ежедневно получает дозу.

По разным источникам, первые письменные упоминания о кофе были около 300−500 лет назад, а эволюция требует минимум десятка тысяч лет, чтобы хотя бы запустить качество приспособления. Конечно, это аргументы для тех, кто верит в эволюцию.

Как шутят в сети, кофейная зависимость развивается по следующему сценарию: сладкие кофейные напитки с сиропами- латте (кофе со взбитым молоком) — эспрессо (черный кофе с малым объемом воды)

Опыт показывает, что со временем мы скорее становимся более избирательными и не хотим забивать аромат кофе сахаром, и пробуем новые способы приготовления. Исследование этому не противоречат, ведь утверждают, что стимулирующий эффект кофе не зависит от того, как много ее употребляют. Он наступает примерно через тридцать минут после употребления.

даже если вы пьете кофе днем, она влияет на ваш сон ночью. Прочитав это, не стоит паниковать, особенно если вы употребляете таких напитков немного, в первой половине дня и не имеете противопоказаний вроде повышенного давления.

Что делать? Пить или нет? Сколько? Когда? Как всегда: все очень индивидуально. Если у вас есть жалобы на сон и нет других причин для этого, то можно попробовать убрать кофеиносодержащие напитки из рациона и проверить, станет ли сон качественнее. По некоторым опросам, люди после резкого отказа от кофе жалуются на «ломку»: головные боли, боли в мышцах, трудности с концентрацией и тому подобное. Если вы из тех, кто без кофе жить не может, — уменьшайте количество ее потребления понемногу каждый день, пока она не уйдет из вашего рациона. Начните с меньшего количества порций, можно понемногу подмешивать цикорий или заменить ритуал питья кофе в другой напиток без стимуляторов.

Почему кофе стоит внимания? Все знают простое правило: «Не пей кофе на ночь, потому что не сможешь заснуть» — так кажется, что здесь еще обсуждать, не так ли? Однако сколько людей согласятся с этим утверждением, столько же пытаться опровергнуть его и убеждать, что кофе не влияет на количество и качество их сна. Кофе действительно может не влиять на время засыпания, но, по данным исследований, уменьшает количество сна в течение ночи и увеличивает вероятность частых пробуждений.

К этому коктейля нередко могут добавляться алкоголь или снотворные, потому что человек хочет провалиться в сон, ведь стимуляторов было много. Но спиртные напитки или лекарства тоже могут снижать качество сна, хотя и по другому механизму (о чем мы говорили выше).

Однако помните: если вы спите и чувствуете себя бодрыми и продуктивными днем, о кофе паниковать не стоит. Продолжайте жить так, как вам комфортно.

ß

Доктор Робот. На что способны современные медицинские работы?

• 

Мы часто могли видеть, как в фантастических фильмах роль врачей частично или полностью заменили работы.

Они диагностируют болезни, назначают лечение, проводят операции и исцеляют больных за считанные часы. На то они и фильмы, чтобы преувеличивать. Но иногда реальность может удивлять не меньше. Nauka предлагает ознакомиться с некоторыми функциями, которые сегодня выполняют работы в медицине.

Наибольшую известность получили работы-хирурги, самая популярная из них роботизированная система da Vinci, которую сейчас используют в 64 странах. Их конструкция с механическими руками, с огромной точностью справляются с проведением операции над спящим пациентом и больше напоминают медицинских роботов из фантастических фильмов.

Они позволяют проводить хирургическое вмешательство с минимальным травмированием тканей, снизить риск инфицирования как пациента, так и врача, сократить период восстановления пациента и косметический эффект в результате получается лучше.

Хотя мы обычно представляем медицинского робота как самоуправляемую машину, и от мысли о роботе со скальпелем многим становится жутко, но пока они скорее являются ассистентами хирургов, поскольку ими руководит человек. Хирург сидит за консолью, где выводится изображение тканей пациента, и руководит движениями механических рук работа, обеспечивающих лучшую точность проведения манипуляций, в частности, путем устранения природного дрожание рук. Рука такого металлического хирурга точно не дрогнет и не забудет какой-то инструмент внутри пациента после 20 часов непрерывной операции.

Недавно ученые Массачусетского технологического института создали робота-манипулятора, который может помочь врачам проводить вмешательства даже на микроскопическом уровне — с такой точностью, что людям не свойственна.

Конечно, медицинские работы помогают спасать жизни, но некоторые из них выполняют и менее серьезные операции. Например, трансплантируют волос тем, кому его не хватает, как это делает робот Artas.

Речь идет о медицинских микро роботах. Сейчас на них возлагают большие надежды, хотя пока их не используют в медицине. Но ученые проводят много исследований, чтобы это изменить. Они верят, что крошечных роботов можно использовать для доставки лекарств к конкретным органов или тканям для длительной регистрации показателей организма, для диагностирования болезней и даже для проведения хирургических вмешательств на уровне отдельных клеток. Ученые из США недавно проверили на животных опыты по доставки лекарств с помощью микро роботов.

А корейские ученые создали микро роботов, которые могут соединять отдельные нейроны в цепи. Пока in vitro, но это может помочь лучше изучать заболевания вроде болезни Альцгеймера. А в будущем, возможно, мы будем применять их для восстановления пораженных нервов, например, травм спинного мозга или последствий нейродегенеративных болезней.

2016-ть немецких ученых даже предложили применять микро роботов для искусственного оплодотворения. По сути они разработали крошечные спиральные моторчики, которые присоединяются к хвосту слабых сперматозоидов и ускоряют их, к яйцеклеткам. А в этом году команда исследователей предположила, что биогибрид сперматозоид-микромотор может даже доставлять препараты по кровотоку против течения. Это пригодилось бы для уничтожения тромбов в сосудах, например.

Это лишь несколько сотен научных исследований, посвященных развитию медицинской микроробототехники. Поэтому вполне вероятно, что вскоре микро роботы откроют путь к качественно новой, не инвазивной и персонализированной медицины.

Эндоскопическое исследование, когда полости тела обследуются врачом с помощью гибких трубок с камерами, которые вводят через естественные отверстия, очень часто проводится в медицине. В основном процедура сопровождается неприятными ощущениями для пациента и связана с определенным риском повреждения тканей, поэтому ученые работают над тем, чтобы минимизировать дискомфорт и риски. С этим неплохо справляются роботы-эндоскопы.

Поэтому если увидите врача с геймпад ом в руках, не спешите бить тревогу, что медики играют на рабочем месте. Возможно, он проводит обследование с помощью робота-эндоскопа, например Monarch Platform. У этого работа управления гибкой трубкой с камерой и инструментом для биопсии, которая вводится в бронхи пациента, осуществляется контроллером. А он очень похож на те, что предназначены для игры в видеоигры. Это не прихоть — благодаря такому управлению значительно возрастает аккуратность движений врача.

Другой робот-эндоскоп, недавно презентовали, тоже имеет камеру и еще и щипцы. Пролезает он с противоположной стороны от Monarch — через задний проход. Это робот-колоноскоп, чье призвание — обследовать прямой и толстый кишечник с максимально возможным комфортом для пациента. Британские ученые тоже создали такого. Правда, их роботизированная система использует алгоритм искусственного интеллекта и магниты снаружи тела обследуемого, с помощью которых они перемещают эндоскоп вдоль кишечника.

В основном эндоскопию проводят с целью диагностики заболеваний, но китайские исследователи разработали прототип робота, который сможет лечить язвы желудка изнутри органа. Делать он это будет печатая эпителиальными и мышечными клетками желудка непосредственно на рану. Пока технология не проверяли на животных, но опыты in vitro показали обнадеживающие результаты. Хотя роботы-эндоскопы сейчас достаточно дорги ученые считают, что будущее эндоскопии именно за ними.

К сожалению, некоторые тяжелые болезни приводят к тому, что пациент на долгое время прикован к кровати. В особо тяжелых случаях люди в процессе реабилитации после болезни буквально учатся снова ходить. Чтобы облегчить им задачу, разрабатывают специальных роботов. Они могут быть относительно простыми и разминать конечности лежачих пациентов, как робот ROBERT.

Но бывают и сложные роботизированные экзоскелеты, как в Ekso Bionics. Они помогают пациентам снова ходить: могут просто поддерживать осанку или же самостоятельно инициировать ходьбу, одновременно уровень помощи можно настраивать на каждую конечность отдельно. Кроме этого есть достаточно большое количество роботов-инвалидных кресел, роботов-тренажеров и других, которые частично (а иногда и полностью) могут заменить услуги педагога. Кстати, в прошлом году ученые сообщили о первом случае, когда парализованный человек снова начал ходить с помощью экзоскелета, управляемого силой мысли. Но это уже история для другого материала.

Работа медицинских работников бывает очень изнурительной. Это особенно стало заметно во время пандемии коронавируса. Но именно это время лучше показал, что уже сейчас работы готовы взять на себя значительную часть обязанностей медицинских работников. Например, в некоторых странах, чтобы обезопасить сотрудников от заражения коронавируса, используют мультифункциональных роботов. Они измеряют температуру людей на улице и в больницах, следят, чтобы люди носили маски, рассказывают о карантинных условия и обнаруживают подозрительные признаки в голосе или в виде людей.

Похожего работа создали и инженеры Массачусетского технологического института. Они модифицировали робота Spot от компании Boston Dynamics и превратили его в мобильного врача, который обследует пациентов с подозрением на COVID-19. Тройные камеры, которые к нему пристроили, позволяют с точностью измерять температуру пациентов, определять частоту их дыхания и насыщенность крови кислородом на расстоянии до двух метров. Разработчики планируют доставить таких роботов к тяжёлым пациентам для длительного мониторинга их состояния. Так врачи смогут следить за инфицированными, не общаясь с ними напрямую

А такие работы, как TRINA позволяют медикам выполнять рутинные задачи вроде доставки еды и лекарств в палаты пациентов, управляя ими дистанционно. Другие же, как Moxi, могут и сами ассистировать врачам и медсестрам, например, доставлять лекарства, относить анализы или менять белье в палатах. Благодаря этому медики могут лучше сосредоточиться на работе с пациентами.

Конечно, категорий медицинских роботов значительно больше, каждая из которых стоит отдельной статьи. Например, роботы-компаньоны, которые улучшают настроение пациентов в больницах, роботы-массажисты или работы-диагностики. Современное многообразие роботизированных медицинских помощников и их стремительное развитие говорит о том, что мы уже совсем близко к технологиям, которые пока считаются вымыслом фантастов, как и современные работы прежде воспринимались невозможными.

Работы не только делают человеческую жизнь проще, беря на себя часть наших обязанностей, но и становятся похожими на людей. Они уже даже могут чувствовать боль и запоминать, что его вызвало.

ß

Биологические инвазии Как экзотические цветы в саду могут вызвать экологическое бедствие

• 

У человека есть уникальная способность изменять окружающую среду и подстраивать его под свои нужды, и это имеет последствия.

Выбросы автомобилей и промышленных предприятий отравляют атмосферу, а проблема утилизации бытовых отходов, в частности пластиковых, достигла критической точки по всему миру. Биологические инвазии является одним из самых опасных биологических загрязнений. Это внедрение на территорию нетипичных для нее вредных видов, то есть инвазионных. Такие виды зовут загрязнителями, поскольку они наносят экосистемам не менее ущерб, чем ядовитые отходы предприятий. Недавнее исследование показало, что они являются одной из основных причин вымирания растений и животных в мире. Впрочем, биологические инвазии остаются едва ли не наименее освещенной экологической проблемой.

Инвазионными могут стать и вовсе безобидные на первый взгляд или даже миловидные виды. Например, кролики. В 18 веке колонисты привезли их с собой в Австралию, где раньше кроликов не было, как ценное сельскохозяйственное животное. Иногда их выпускали в природу, чтобы развивать охотничий спорт. Чуть больше, чем через десяток лет численность кроликов настолько возросла, что через прожорливость они сократили на 60% количество доступных для скота пастбищ, что стало ударом для экономики. .

Но не каждый вид, попадает в новые для него условия, приживается и становится инвазивным. Обычно, особи нетипичного вида попадают в чужие экосистемы случайно, в небольших количествах, уже ограничивает шансы выживания. Однако инвазионные виды обладают свойствами, увеличивают их способность подавлять популяции аборигенных видов и конкурировать с ними за пространство и ресурсы. Быстрый рост и размножение, связь с человеческой деятельностью изрядно способствуют укоренению видов-вселенцев.

Наиболее уязвимыми к инвазионных видов является экосистемы на ранней стадии развития, когда местность только начинает заселяться видами. Заселение биотопа — территории с относительно однородными природными условиями, происходит в тесной взаимосвязи видов между собой. С течением времени аборигенные виды занимают соответствующие им экологические ниши и сосуществуют, поддерживая относительно постоянную функциональную равновесие и видовой состав. Поэтому вероятность, что какой-то вид внезапно выйдет из-под контроля и начнет вытеснять собой соседей и нарушать экологический баланс минимальная, поскольку в пределах естественного ареала в группировках существуют регуляторы численности популяций. Иногда чужеродные виды все же могут принести пользу. Например, удержать экосистему от разрушения, создав среду обитания для других организмов или полноценно заменив собой вид, Но такие случаи исключительные. Биологические инвазии характеризуются быстрым расширением ареала иногда в пределах всего нескольких поколений.

Морское биоразнообразие может изрядно пострадать в результате сброса балластных вод. В 1980-х годах к Черному морю занесли гребневика мнемиопсиса (Mnemiopsis leidyi), что естественно населяет западные прибрежные воды Атлантического океана. Этот хищник, питается зоопланктоном, икрой и мальками рыб, не имел в Черном море естественных врагов. Он настолько размножился, что повлекло к резкому уменьшению популяций нескольких аборигенных видов рыб.

В конце 80-х экономический ущерб для рыболовства от этого вредителя составили более 200 000 000 долларов в год. А спасти Черное море удалось благодаря гребневикам-вселенцам Beroe ovata, питающийся мнемиописом. Ирония в том, что его завезли к Черному морю тоже случайно. Гребневики смогли снизить численность мнемиопсиса до безопасного уровня, то есть эта инвазия имела положительный результат. Другого вредителя, хищного моллюска рапану венозную, занесли в Черное море еще в 40-х годах прошлого века, а борются с ним до сих пор. Естественный ареал моллюска охватывает воды морей Дальнего Востока Из-за отсутствия в Черном море природных хищников рапаны — морские звезды — их численность возросла настолько, что существенно снизила численность мидий средиземноморских и почти полностью уничтожила популяции важной промышленной устрицы съедобной, которая теперь внесена в Красную книгу Украины

Человеческий фактор в распространении чужеродных видов важнее, чем кажется. Организмы могут попадать на новые территории не только случайно — иногда люди сами этому способствуют. Европейские ученые сделали вывод, что на успешное выживание чужеродных видов в новой среде влияет и то, насколько они привлекательны для человека. Логика проста — если какой-то вид нам нравится, мы сами способствовать его акклиматизации. Часто инвазионными становятся животные, которые сначала были только интересными домашними любимцами, но со временем оказались на свободе и одичали. Похожее происходит когда мы размножаем красивые экзотические цветы, разводим ценные промысловые рыбы или внедряем животных и растений с другой целью, но в какой-то момент все выходит из-под контроля.

Привлекательные инвазионные виды могут создать экологический и экономический кризис. Такое произошло с водяным гиацинтом. Это растение из бассейна Амазонки живет на поверхности водоемов. Ее декоративную ценность признали еще в 18 веке. Ее привлекательные сине-фиолетовые цветы и пышная зелень быстро стали украшать частные водоемы далеко за пределами Юго-Американского континента. И периодически растение попадала и в природные водные объекты и полностью разрушала их экосистемы. Дело в том, что при благоприятных условиях водяной гиацинт разрастается так, что способен покрыть всю поверхность водоема. Выглядит красиво, но для большинства водных существ это настоящая катастрофа. Зеленая масса ограничивает проницаемость света и подавляет рост водорослей, которые являются важным звеном в пищевых цепочках. Уменьшение их количества означает уменьшение количества животных, которыми питаются. А эти животные, в свою очередь, является пищей для хищников. Без природных регуляторов численности гиацинт становится причиной экологического бедствия в теплом климате по всему миру. Но она становится причиной и экономического ущерба — страдает ценная промысловая рыба, к тому же, заросли гиацинта становятся препятствием для передвижения катеров и лодок.

В 1990-х в Африке на озере Виктория водяной гиацинт нанес жителям значительный экономический ущерб: местами величина вылова некоторых видов рыб снизилась на 59%. Он критически снизил численность популяций промысловой рыбы и стал физическим препятствием для движения судов. Кроме того, растение создала угрозу здоровью населения, поскольку стала прибежищем моллюсков, являющихся промежуточными хозяевами опасного для человека паразита — гельминта шистосомы и москитов.

В советские времена известное растение борщевик Сосновского, начали выращивать как силосную культуру. Позже оказалось, что растение ядовито и контакт с ним увеличивает чувствительность кожи к ультрафиолетовому излучению и ведет к серьезным ожогам. И кормом борщевик оказался не самым лучшим. Он вредит не только здоровью человека, но и экосистеме,

Весной и осенью часто проводят зарыбленные: в водоем выпускают большое количество мальков и взрослых рыб в надежде, что они создадут самоподдерживающейся популяции. Такая процедура может быть спасительной при восстановлении биоразнообразия, если проводится профессионалами. .

Хотя порой интродукции проводят с лучшими побуждениями, решение должно быть крайне взвешенным, чтобы не усугубить положение экосистем, как это произошло на острове Марион. Где-то посередине между Африкой и Антарктидой в 1949 году исследователи завезли на остров пять кошек — нетипичных для этой местности животных. Надеялись, что они помогут бороться с мышами. Способ борьбы с вредными организмами использованием их естественных врагов называется биологическим контролем. Он помогает обуздать распространение инвазивных видов, но требует глубокого анализа видов-регуляторов и их потенциального воздействия на экосистему.

Вместо того, чтобы охотиться на грызунов, мариинские коты начали есть местных птиц, особенно их яйца и неоперившихся птенцов в гнездах. Проблема с кошками так усложнилась, что до 1970-х годов усатых хищников на острове стало 3500 особи. Они вызвали вымирание некоторых видов буревестников и значительно сократили численность других видов птиц. Очистить Марион от котов удалось лишь в 1990-х годах — среди животных распространили вирус панлейкопении, что убил большую часть животных. Остальные пришлось уничтожить обычным охотой. И хотя коты перестали угрожать местной фауне, островные птицы продолжают страдать от мышей, которые настолько размножились, что из-за нехватки еды тоже стали поедать живьем беззащитных птенцов в гнездах. Поскольку на острове изначально не было наземных млекопитающих, местные птицы не развили поведенческие пути противодействия таким нападающим. Их птенцы стали крайне легкой добычей для плотоядных мышей

Болезням экосистем проще предотвратить, чем их лечить. Многие страны внедряет законы по недопущению вторжения инвазивных видов в дикую природу. Украина тоже сделала первые шаги в этом направлении. Еще в 1994 году ратифицировала Конвенцию ООН о биоразнообразию Правительство одобрило Концепцию Общегосударственной программы сохранения биоразнообразия на 2005−2025 годы.

Биоразнообразия в наших руках. Это значит, что не стоит самовольно вносить виды в природные объекты: выпускать рыб в водоемы, делать насаждения экзотических растений внедрять необычных животных. Необходимо воздерживаться от размножения инвазионных видов хотя бы в собственном саду. И если мы разводим нетипичные виды, особенно если известно об их высокой способностью к распространению, следует убедиться, что приняли необходимые меры для предотвращения их «бегства» в природные экосистемы.