Vliv vesmírných letů na lidské tělo - Effect of spaceflight on the human body

Astronautka Marsha Ivins předvádí účinky mikrogravitace na své vlasy ve vesmíru

Vydat se do vesmírného prostředí může mít negativní dopad na lidské tělo. Mezi významné nežádoucí účinky dlouhodobé beztíže patří svalová atrofie a zhoršení skeletu ( kosmická letopočetní osteopenie ). Další významné účinky zahrnují zpomalení kardiovaskulárního systému funkce, sníženou tvorbu červených krvinek , poruch rovnováhy , poruchy vidění a změny v imunitním systému . Mezi další příznaky patří redistribuce tekutin (způsobující vzhled „ měsíční tváře “ typický na obrázcích astronautů s beztížným stavem), ztráta tělesné hmotnosti , ucpaný nos , poruchy spánku a nadýmání .

Technické problémy spojené s opuštěním Země a vývojem vesmírných pohonných systémů byly zkoumány více než století a byly na ně vynaloženy miliony hodin výzkumu. V posledních letech došlo k nárůstu výzkumu v otázce, jak mohou lidé přežít a pracovat ve vesmíru po delší a možná i neurčitou dobu. Tato otázka vyžaduje vstup z fyzikálních a biologických věd a nyní se stala největší výzvou (kromě financování), které stojí před průzkumem lidského vesmíru . Zásadním krokem při překonávání této výzvy je snaha porozumět účinkům a dopadu dlouhodobého cestování vesmírem na lidské tělo.

V říjnu 2015 vydal úřad generálního inspektora NASA zprávu o zdravotních rizicích spojených s průzkumem vesmíru , včetně lidské mise na Mars .

12. dubna 2019 NASA oznámila lékařské výsledky ze studie Astronaut Twin , kde jedno dvojče astronautů strávilo rok ve vesmíru na Mezinárodní vesmírné stanici , zatímco druhé dvojče strávilo rok na Zemi , což prokázalo několik dlouhodobých změn, včetně ty, které se týkaly změn v DNA a poznávání , kdy bylo jedno dvojče srovnáváno s druhým.

V listopadu 2019 vědci na základě šestiměsíční studie 11 zdravých astronautů nahlásili, že u astronautů došlo na palubě Mezinárodní vesmírné stanice k vážným problémům s průtokem krve a sraženinou . Výsledky mohou podle výzkumníků ovlivnit dlouhodobý vesmírný let , včetně mise na planetu Mars .

Psychologické účinky

Mnoho podmínek prostředí, se kterými se lidé setkávají během vesmírných letů, se velmi liší od těch, ve kterých se lidé vyvinuli; technologie, jakou nabízí kosmická loď nebo skafandr, je však schopna chránit lidi před nejdrsnějšími podmínkami. Okamžité potřeby dýchatelného vzduchu a pitné vody řeší systém podpory života , skupina zařízení, která umožňují lidským bytostem přežít ve vesmíru. Systém podpory života dodává vzduch , vodu a jídlo . Musí také udržovat teplotu a tlak v přijatelných mezích a vypořádat se s odpadními produkty těla . Je také nutné chránit před škodlivými vnějšími vlivy, jako je záření a mikro-meteority.

Některá nebezpečí je obtížné zmírnit, například beztížnost, která je také definována jako prostředí mikrogravitace . Život v tomto typu prostředí ovlivňuje tělo třemi důležitými způsoby: ztráta propriocepce , změny v distribuci tekutin a zhoršení pohybového aparátu .

2. listopadu 2017 vědci oznámili, že na základě studií MRI byly u astronautů, kteří podnikli výlety do vesmíru , zjištěny významné změny v poloze a struktuře mozku . Astronauti, kteří podnikli delší vesmírné výlety, byli spojeni s většími změnami mozku.

V říjnu 2018 vědci financovaní NASA zjistili, že dlouhé cesty do vesmíru , včetně cestování na planetu Mars , mohou podstatně poškodit gastrointestinální tkáně astronautů. Tyto studie podporují dřívější práci, která nalezeny tyto cesty by mohly významně poškodit mozek z astronautů , a věk je předčasně.

V březnu 2019 NASA oznámila, že latentní viry u lidí mohou být aktivovány během vesmírných misí , což pro astronauty představuje možná větší riziko v budoucích misích do hlubokého vesmíru.

Výzkum

Vesmírná medicína je rozvíjející se lékařská praxe, která studuje zdraví astronautů žijících ve vesmíru. Hlavním účelem tohoto akademického úsilí je zjistit, jak dobře a jak dlouho mohou lidé přežít extrémní podmínky ve vesmíru a jak rychle se mohou po návratu z vesmíru znovu přizpůsobit prostředí Země. Vesmírná medicína se také snaží vyvinout preventivní a paliativní opatření ke zmírnění utrpení způsobeného životem v prostředí, na které nejsou lidé dostatečně přizpůsobeni.

Výstup a opětovný vstup

Během vzletu a opětovného vstupu mohou vesmírní cestovatelé zažít několikanásobek normální gravitace. Netrénovaný člověk obvykle vydrží asi 3 g, ale může ztmavnout při 4 až 6 g. Síla G ve svislém směru je obtížněji tolerovatelná než síla kolmá na páteř, protože krev odtéká z mozku a očí. Osoba nejprve zažije dočasnou ztrátu zraku a poté při vyšších g-silách ztrácí vědomí. Účinky může zmírnit trénink síly G a oblek G, který omezuje tělo, aby udrželo více krve v hlavě. Většina kosmických lodí je navržena tak, aby udržovala síly g v pohodlných mezích.

Vesmírná prostředí

Prostor vesmíru je bez vhodné ochrany smrtelný: největší hrozba ve vesmírném vakuu spočívá v nedostatku kyslíku a tlaku, i když teplota a záření také představují rizika. Účinky expozice vesmíru mohou mít za následek ebullismus , hypoxii , hypokapnii a dekompresní nemoc . Kromě nich existuje také buněčná mutace a destrukce z fotonů s vysokou energií a subatomárních částic, které jsou přítomny v okolí. Dekomprese je vážným problémem při mimoprostorových aktivitách (EVA) astronautů. Současné návrhy jednotky pro extraveleulární mobilitu (EMU) berou v úvahu tuto a další otázky a v průběhu času se vyvíjely. Klíčovou výzvou byly konkurenční zájmy na zvýšení mobility astronautů (což je sníženo vysokotlakými EMU , analogicky s obtížemi deformace nafouknutého balónu ve srovnání s deflovaným) a minimalizace dekompresního rizika . Vyšetřovatelé zvažovali natlakování samostatné hlavní jednotky na pravidelný tlak v kabině 71 kPa (10,3 psi) oproti současnému tlaku celé EMU 29,6 kPa (4,3 psi). V takovém provedení by bylo možné dosáhnout natlakování trupu mechanicky, čímž se zabrání snížení pohyblivosti spojené s pneumatickým tlakováním.

Vakuum

Tento obraz z roku 1768, Experiment na ptákovi ve vzduchové pumpě od Josepha Wrighta z Derby , líčí experiment, který provedl Robert Boyle v roce 1660, aby otestoval účinek vakua na živý systém.

Fyziologie člověka je přizpůsobena životu v atmosféře Země a ve vzduchu, který dýcháme, je zapotřebí určité množství kyslíku . Pokud tělo nedostane dostatek kyslíku, pak astronautovi hrozí upadnutí do bezvědomí a úmrtí na hypoxii . Ve vakuu vesmíru pokračuje výměna plynu v plicích jako obvykle, ale vede k odstranění všech plynů, včetně kyslíku, z krevního oběhu. Po 9 až 12 sekundách se odkysličená krev dostane do mozku, což má za následek ztrátu vědomí. Je nepravděpodobné, že by vystavení vakuu po dobu až 30 sekund způsobilo trvalé fyzické poškození. Pokusy na zvířatech ukazují, že rychlé a úplné zotavení je normální u expozic kratších než 90 sekund, zatímco delší expozice celého těla jsou smrtelné a resuscitace nikdy nebyla úspěšná. Existuje pouze omezené množství údajů o lidských nehodách, ale je v souladu s údaji o zvířatech. Pokud není narušeno dýchání, mohou být končetiny vystaveny mnohem déle.

V prosinci 1966 se letecký inženýr a testovací subjekt Jim LeBlanc z NASA účastnil testu, aby zjistil, jak dobře by prototyp tlakového vesmírného obleku fungoval ve vakuu. Aby simulovala efekty vesmíru, NASA zkonstruovala masivní vakuovou komoru, ze které by bylo možné čerpat veškerý vzduch. V určitém okamžiku testu se tlaková hadice LeBlanc odlepila od skafandru. I když to způsobilo, že tlak jeho obleku klesl z 3,8 psi (26,2 kPa) na 0,1 psi (0,7 kPa) za méně než 10 sekund, LeBlanc zůstal při vědomí asi 14 sekund, než ztratil vědomí v důsledku hypoxie; mnohem nižší tlak mimo tělo způsobí rychlé odkysličení krve. „Když jsem klopýtl dozadu, cítil jsem, jak mi sliny na jazyku začínají bublat těsně předtím, než jsem upadl do bezvědomí, a to je poslední věc, kterou si pamatuji,“ vzpomíná LeBlanc. Kolega vstoupil do komory do 25 sekund a dal LeBlancovi kyslík. Komora byla natlakována za 1 minutu místo normálních 30 minut. LeBlanc se téměř okamžitě zotavil jen s bolestmi uší a bez trvalého poškození.

Dalším důsledkem vakua je stav zvaný eullismus, který je důsledkem tvorby bublin v tělních tekutinách v důsledku sníženého okolního tlaku, pára může nadýmat tělo na dvojnásobek své normální velikosti a pomalý oběh, ale tkáně jsou dostatečně elastické a porézní, aby se zabránilo prasknutí. Technicky je ebullismus považován za začátek ve výšce kolem 19 kilometrů (12 mi) nebo tlacích nižších než 6,3 kPa (47 mm Hg ), známých jako Armstrongův limit . Experimenty s jinými zvířaty odhalily řadu symptomů, které by se mohly vztahovat i na člověka. Nejméně závažným z nich je zmrazení tělesných sekretů v důsledku odpařovacího chlazení . K závažným příznakům, jako je ztráta kyslíku v tkáni , následované oběhovým selháním a ochablou paralýzou, by došlo asi za 30 sekund. Tyto plíce také zhroutí v tomto procesu, ale bude i nadále uvolňovat vodní pára vede k chlazení a tvorba ledu v dýchacím traktu . Hrubý odhad je, že člověk bude mít asi 90 sekund na rekomprimaci, poté může být smrti nevyhnutelné. Otoky z ebullismu lze omezit zadržením v letecké kombinéze, které jsou nezbytné k prevenci ebullismu nad 19 km. Během programu Space Shuttle měli astronauti na sobě přiléhavý elastický oděv zvaný Crew Altitude Protection Suit (CAPS), který zabraňoval ebullismu při tlacích až 2 kPa (15 mm Hg).

Jedinými lidmi, o nichž je známo, že zemřeli v důsledku vakua ve vesmíru, jsou tři členové posádky kosmické lodi Sojuz 11 ; Vladislav Volkov , Georgi Dobrovolski a Viktor Patsayev . Během příprav na návrat z oběžné dráhy 30. června 1971 se ve výšce 168 kilometrů (551 000 stop) neočekávaně otevřel ventil pro vyrovnávání tlaku v sestupovém modulu kosmické lodi , což způsobilo rychlé odtlakování a následnou smrt celé posádky.

Teplota

Ve vakuu neexistuje médium pro odvádění tepla z těla vedením nebo konvekcí. Ztráta tepla je způsobena zářením z 310 K teploty osoby na 3 K vesmíru. Jedná se o pomalý proces, zejména u oblečeného člověka, takže nehrozí okamžité zmrazení. Rychlé odpařovací ochlazení vlhkosti pokožky ve vakuu může způsobit mráz, zejména v ústech, ale toto není významné nebezpečí.

Vystavení intenzivnímu záření přímého nefiltrovaného slunečního světla by vedlo k lokálnímu ohřevu, i když to by pravděpodobně bylo dobře rozloženo vodivostí těla a krevním oběhem. Jiné sluneční záření, zejména ultrafialové paprsky, však může způsobit vážné spálení sluncem.

Záření

Porovnání radiačních dávek - zahrnuje množství detekované na cestě ze Země na Mars pomocí RAD na MSL (2011–2013).

Bez ochrany zemské atmosféry a magnetosféry jsou astronauti vystaveni vysokým úrovním radiace . Vysoká úroveň záření poškozuje lymfocyty , buňky silně se podílející na udržování imunitního systému ; toto poškození přispívá ke snížení imunity astronautů. Radiace je také v poslední době spojována s vyšším výskytem katarakty u astronautů. Mimo ochranu nízké oběžné dráhy Země představují galaktické kosmické paprsky další výzvy pro lidský let do vesmíru, protože ohrožení zdraví kosmickými paprsky významně zvyšuje šance na rakovinu po více než deset let nebo delší expozici. NASA -supported studie uvádí, že záření může poškodit mozek z astronautů a urychlit nástup Alzheimerovy choroby . Sluneční erupce (i když vzácné) mohou způsobit smrtelnou dávku záření během několika minut. Má se za to, že ochranný štít a ochranné léky mohou v konečném důsledku snížit rizika na přijatelnou úroveň.

Posádky žijící na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) jsou částečně chráněny před vesmírným prostředím magnetickým polem Země, protože magnetosféra odklání sluneční vítr kolem Země a ISS. Sluneční erupce jsou však dostatečně silné na to, aby se zdeformovaly a pronikly do magnetické obrany, a proto jsou pro posádku stále nebezpečím. Posádka Expedice 10 se preventivně uchýlila v roce 2005 do silněji zastíněné části stanice k tomu určené. Kromě omezené ochrany magnetosféry Země jsou meziplanetární lidské mise mnohem zranitelnější. Lawrence Townsend z University of Tennessee a další studovali nejsilnější sluneční erupci, jaká kdy byla zaznamenána . Radiační dávky, které by astronauti obdrželi od vzplanutí této velikosti, by mohly způsobit akutní radiační nemoc a možná i smrt.

Video, které natočila posádka Mezinárodní vesmírné stanice, ukazuje Auroru Australis , která je způsobena vysokoenergetickými částicemi ve vesmírném prostředí.

Existují vědecké obavy, že prodloužené lety do vesmíru by mohly zpomalit schopnost těla chránit se před nemocemi. Radiace může proniknout do živé tkáně a způsobit krátkodobé i dlouhodobé poškození kmenových buněk kostní dřeně, které vytvářejí krev a imunitní systém. Zejména způsobuje „ chromozomální aberace“ v lymfocytech . Protože jsou tyto buňky ústředním prvkem imunitního systému , jakékoli poškození oslabuje imunitní systém, což znamená, že kromě zvýšené zranitelnosti vůči novým expozicím se viry již přítomné v těle - které by normálně byly potlačeny - aktivují. Ve vesmíru jsou T-buňky (forma lymfocytů) méně schopné správné reprodukce a T-buňky, které se rozmnožují, jsou méně schopné bojovat s infekcí. Časem imunodeficience vede k rychlému šíření infekce mezi členy posádky, zejména v omezených oblastech systémů vesmírných letů.

Dne 31. května 2013, NASA vědci hlásili, že případná mise člověka k Marsu může zahrnovat velké radiační riziko založené na množství energetického částic záření detekovaného RAD na Mars Science Laboratory při jízdě ze Země k Marsu v letech 2011-2012.

V září 2017 NASA oznámila, že úrovně radiace na povrchu planety Mars byly dočasně zdvojnásobeny a byly spojeny s polární zářou, která je 25krát jasnější než jakákoli dříve pozorovaná, kvůli masivní a neočekávané sluneční bouři uprostřed měsíce .

Beztížnost

Astronauti na ISS v beztížných podmínkách. Michael Foale může být viděn cvičit v popředí.

Po příchodu vesmírných stanic, které mohou být osídleny po dlouhou dobu, bylo prokázáno , že expozice beztíže má některé škodlivé účinky na lidské zdraví. Lidé jsou dobře přizpůsobeni fyzickým podmínkám na povrchu Země, a tak se v reakci na stav beztíže začínají měnit různé fyziologické systémy a v některých případech i atrofie . Ačkoli jsou tyto změny obvykle dočasné, některé mají dlouhodobý dopad na lidské zdraví .

Krátkodobé vystavení mikrogravitaci způsobuje syndrom adaptace na prostor , samo-omezující nevolnost způsobenou poruchou vestibulárního systému . Dlouhodobá expozice způsobuje mnoho zdravotních problémů, jedním z nejvýznamnějších je úbytek kostní a svalové hmoty. Tyto dekondicionační účinky mohou časem zhoršit výkonnost astronautů, zvýšit riziko zranění, snížit jejich aerobní kapacitu a zpomalit jejich kardiovaskulární systém . Protože se lidské tělo skládá převážně z tekutin, gravitace je obvykle tlačí do spodní poloviny těla a naše těla mají mnoho systémů, jak tuto situaci vyrovnat. Po uvolnění z gravitačního tahu tyto systémy nadále fungují, což způsobuje obecné přerozdělení tekutin do horní poloviny těla. To je příčina „nadýchanosti“ s kulatým obličejem pozorovaná u astronautů. Redistribuce tekutin kolem těla sama o sobě způsobuje poruchy rovnováhy, zkreslené vidění a ztrátu chuti a čichu.

Experiment z raketoplánu z roku 2006 zjistil, že Salmonella typhimurium , bakterie, která může způsobit otravu jídlem , se při kultivaci ve vesmíru stala virulentnější. 29. dubna 2013 vědci z Rensselaer Polytechnic Institute , financovaného NASA , oznámili, že během vesmírných letů na Mezinárodní vesmírné stanici se mikrobi zřejmě přizpůsobují vesmírnému prostředí způsoby „na Zemi nepozorovanými“ a způsoby, které „mohou vést ke zvýšení růstu a virulence “. Nedávno, v roce 2017, bylo zjištěno , že bakterie jsou odolnější vůči antibiotikům a daří se jim v téměř beztížném prostoru. Bylo pozorováno, že mikroorganismy přežily vakuum vesmíru.

Pohybová nemoc

Nejčastější problém, se kterým se lidé setkávají v počátečních hodinách beztíže, je znám jako syndrom vesmírné adaptace nebo SAS, běžně označovaný jako vesmírná nemoc. Souvisí s pohybovou nemocí a vzniká, když se vestibulární systém přizpůsobuje stavu beztíže. Mezi příznaky SAS patří nevolnost a zvracení , závrať , bolesti hlavy , letargie a celková malátnost. První případ SAS nahlásil kosmonaut Gherman Titov v roce 1961. Od té doby trpí touto podmínkou zhruba 45% všech lidí, kteří letěli ve vesmíru.

Zhoršení kostí a svalů

Na palubě Mezinárodní vesmírné stanice je astronaut Frank De Winne připevněn ke COLBERTU pomocí bungee šňůr

Hlavní účinek dlouhodobé beztíže zahrnuje úbytek kostní a svalové hmoty. Bez účinků gravitace již není kosterní sval nutný k udržení držení těla a svalové skupiny používané při pohybu v beztížném prostředí se liší od skupin požadovaných u pozemské lokomoce. V beztížném prostředí astronauti téměř nezatěžovali zádové svaly nebo svaly nohou používané ke vstávání. Tyto svaly pak začnou slábnout a nakonec se zmenší. V důsledku toho některé svaly rychle atrofují a bez pravidelného cvičení mohou astronauti ztratit až 20% své svalové hmoty za pouhých 5 až 11 dní. Mění se také typy svalových vláken prominentních ve svalech. Pomalu škubající vytrvalostní vlákna používaná k udržení držení těla jsou nahrazena rychle se stahujícími vlákny, která se rychle stahují a nejsou dostačující pro těžkou práci. Pokroky ve výzkumu cvičení, hormonálních doplňků a léků mohou pomoci udržet svaly a tělesnou hmotu.

Mění se také kostní metabolismus. Normálně je kost uložena ve směru mechanického namáhání. V prostředí mikrogravitace je však velmi malé mechanické namáhání. To má za následek úbytek kostní tkáně přibližně 1,5% za měsíc, zejména z dolních obratlů, kyčle a stehenní kosti. Vzhledem k mikrogravitaci a sníženému zatížení kostí dochází k rychlému nárůstu úbytku kostní hmoty, od 3% úbytku kortikální kosti za desetiletí do přibližně 1% každý měsíc je tělo vystaveno mikrogravitaci, jinak zdravého dospělého člověka. Rychlá změna hustoty kostí je dramatická, kosti jsou křehké a výsledkem jsou příznaky, které se podobají příznakům osteoporózy. Na Zemi se kosti neustále prolévají a regenerují prostřednictvím vyváženého systému, který zahrnuje signalizaci osteoblastů a osteoklastů. Tyto systémy jsou spřaženy, takže kdykoli dojde k rozpadu kosti, zaujmou své místo nově vytvořené vrstvy - ani jedno by se nemělo stát bez druhého, u zdravého dospělého. Ve vesmíru však dochází ke zvýšení aktivity osteoklastů v důsledku mikrogravitace. To je problém, protože osteoklasty rozkládají kosti na minerály, které jsou tělem reabsorbovány. Osteoblasty nejsou postupně aktivní s osteoklasty, což způsobuje neustálé zmenšování kosti bez obnovy. Toto zvýšení aktivity osteoklastů bylo pozorováno zejména v pánevní oblasti, protože to je oblast, která nese největší zátěž s přítomnou gravitací. Studie prokázala, že u zdravých myší se vzhled osteoklastů zvýšil o 197%, doprovázený down-regulací osteoblastů a růstových faktorů, o nichž je známo, že pomáhají při tvorbě nové kosti, již po šestnácti dnech vystavení mikrogravitaci. Zvýšená hladina vápníku v krvi ze ztracené kosti má za následek nebezpečné kalcifikace měkkých tkání a potenciální tvorbu ledvinových kamenů . Stále není známo, zda se kost zcela zotaví. Na rozdíl od lidí s osteoporózou nakonec astronauti znovu získají hustotu kostí. Po 3–4měsíčním výletu do vesmíru trvá asi 2–3 roky, než se obnoví ztracená hustota kostí. Vyvíjejí se nové techniky, které mají astronautům pomoci rychleji se zotavit. Výzkum diety, cvičení a léků může mít potenciál pomoci procesu růstu nové kosti.

Aby se předešlo některým z těchto nepříznivých fyziologických účinků, je ISS vybaven dvěma běžeckými pásy (včetně COLBERT ) a aRED (pokročilé odporové cvičební zařízení), které umožňují různé cviky na vzpírání, které přidávají svaly, ale pro hustotu kostí nic nedělají, a stacionární kolo; každý astronaut tráví cvičením na zařízení alespoň dvě hodiny denně. Astronauti se pomocí bungee šňůr připoutají k běžeckému pásu. Astronauti vystavení dlouhému období beztíže nosí kalhoty s elastickými pásky připevněnými mezi pasem a manžetami ke stlačení kostí nohou a snížení osteopenie.

V současné době NASA používá pokročilé výpočetní nástroje, aby pochopila, jak nejlépe působit proti atrofii kostí a svalů, s níž se astronauti setkávají v mikrogravitačních prostředích po delší dobu. Prvek protiopatření lidského zdraví v programu lidského zdraví si objednal projekt Digital Astronaut Project, aby prošetřil cílené otázky týkající se režimů protiopatření při cvičení. NASA se zaměřuje na integraci modelu pokročilého odporového cvičebního zařízení (ARED), které je v současné době na palubě Mezinárodní vesmírné stanice, s muskuloskeletálními modely OpenSim lidí cvičících se zařízením. Cílem této práce je pomocí inverzní dynamiky odhadnout krouticí momenty kloubů a svalové síly vyplývající z používání ARED, a tak přesněji předepsat cvičební režimy pro astronauty. Tyto krouticí momenty a svalové síly by mohly být použity ve spojení se zásadnějšími výpočetními simulacemi remodelace kostí a svalové adaptace za účelem úplnějšího modelování konečných účinků takových protiopatření a určení, zda by navrhovaný cvičební režim byl dostatečný k udržení zdraví pohybového aparátu astronautů .

Redistribuce tekutin

Účinky mikrogravitace na distribuci tekutin kolem těla (velmi přehnané).
Psychologický a kardiovaskulární monitorovací systém Beckman v oblecích Gemini a Apollo by nafoukl a vyfoukl manžety, aby stimuloval průtok krve do dolních končetin
Astronaut Clayton Anderson pozoruje, jak se před ním vznáší vodní bublina na raketoplánu Discovery . Vodní soudržnost hraje v mikrogravitaci větší roli než na Zemi

Ve vesmíru astronauti ztrácejí objem tekutin - včetně až 22% objemu krve. Protože pumpuje méně krve, srdce atrofuje . Oslabené srdce má za následek nízký krevní tlak a může způsobit problém s „ortostatickou tolerancí“ nebo schopností těla poslat dostatek kyslíku do mozku, aniž by astronaut omdlel nebo se mu točila hlava. „Působením zemské gravitace je krev a jiné tělní tekutiny přitahovány směrem k dolnímu tělu. Když je gravitace odebrána nebo snížena během průzkumu vesmíru, krev se místo toho shromažďuje v horní části těla, což má za následek otok obličeje a další nevítané vedlejší účinky. Po návratu na Zemi se krev začne znovu shromažďovat v dolních končetinách, což má za následek ortostatickou hypotenzi . “

Narušení smyslů

Vidění

V roce 2013 NASA publikovala studii, která zjistila změny v očích a zraku opic s vesmírnými lety delší než 6 měsíců. Zaznamenané změny zahrnovaly zploštění oční bulvy a změny na sítnici. Po příliš dlouhém čase ve vesmíru se může zrak vesmírného cestovatele rozmazat. Další účinek je známý jako vizuální jevy kosmického záření .

... [a] Průzkum NASA mezi 300 mužskými a ženskými astronauty, asi 23 procenty astronautů s krátkými lety a 49 procenty astronautů s dlouhými lety, řekl, že během svých misí měli problémy s viděním na blízko i na dálku. U některých lidí problémy s viděním přetrvávaly ještě několik let poté.

-  NASA

Protože se prach nemůže usazovat v nulové gravitaci, mohou se do oka dostat malé kousky odumřelé kůže nebo kovu, které způsobují podráždění a zvyšují riziko infekce.

Dlouhé lety do vesmíru mohou také změnit pohyby očí vesmírného cestovatele (zejména vestibulo-oční reflex ).

Intrakraniální tlak

Protože beztížnost zvyšuje množství tekutiny v horní části těla, astronauti zažívají zvýšený nitrolební tlak . Zdá se, že to zvyšuje tlak na zadní část očních bulv, ovlivňuje jejich tvar a mírně drtí zrakový nerv . Tento efekt byl zaznamenán v roce 2012 ve studii využívající MRI skeny astronautů, kteří se vrátili na Zemi po nejméně jednom měsíci ve vesmíru. Takové problémy se zrakem by mohly být velkým problémem pro budoucí mise do hlubokého vesmíru, včetně mise s posádkou na planetu Mars .

Pokud je skutečně příčinou zvýšený nitrolební tlak, umělá gravitace by mohla představovat jedno řešení, stejně jako pro mnoho rizik pro lidské zdraví ve vesmíru. Takové umělé gravitační systémy však musí být dosud prokázány. Navíc i při sofistikované umělé gravitaci může zůstat stav relativní mikrogravitace, jejíž rizika zůstávají neznámá.

Chuť

Jedním z účinků beztíže na člověka je, že někteří astronauti hlásí změnu chuti, když jsou ve vesmíru. Někteří astronauti zjišťují, že jejich jídlo je nevýrazné, jiní zjišťují, že jejich oblíbená jídla už nemají tak dobrou chuť (ten, kdo si kávu užíval, se mu na misi tolik nelíbil, že ji po návratu na Zemi přestal pít); někteří astronauti rádi jedí určitá jídla, která by normálně nejedli, a někteří nemají žádnou změnu. Několik testů neidentifikovalo příčinu a bylo navrženo několik teorií, včetně degradace potravin a psychologických změn, jako je nuda. Astronauti si často vybírají jídlo s výraznou chutí, aby bojovali proti ztrátě chuti.

Další fyziologické účinky

Během jednoho měsíce se lidská kostra zcela rozroste v beztížném stavu, což způsobí zvýšení výšky o palec. Po dvou měsících se mozoly na spodní části nohou roztaví a odpadnou z nedostatku používání a zanechají novou měkkou kůži. Špičky nohou se naopak stávají syrovými a bolestivě citlivými, protože se otírají o zábradlí, do kterých jsou nohy zaháknuty kvůli stabilitě. Slzy nelze ronit, když pláčou, protože se slepují do klubíčka. Mikrogravitační pachy rychle prostupují prostředím a NASA v testu zjistila, že vůně krémového sherry spustila dávivý reflex. Různá další tělesná nepohodlí, jako jsou bolesti zad a břicha, jsou běžná kvůli opětovnému přizpůsobení gravitaci, kde ve vesmíru gravitace nebyla a tyto svaly se mohly volně natahovat. Ty mohou být součástí astenizačního syndromu hlášeného kosmonauty žijícími ve vesmíru po delší dobu, ale astronauti je považují za neoficiální. Součástí syndromu je také únava, apatičnost a psychosomatické starosti. Údaje jsou neprůkazné; zdá se však, že syndrom existuje jako projev vnitřního a vnějšího stresu, kterému musí posádky ve vesmíru čelit.

Psychologické efekty

Studie ruských kosmonautů, například na Miru , poskytují údaje o dlouhodobých účincích vesmíru na lidské tělo.

Výzkum

Psychologické efekty života ve vesmíru nebyly jasně analyzovány, ale analogie na Zemi existují, jako jsou arktické výzkumné stanice a ponorky . Obrovský stres posádky spojený s přizpůsobením těla dalším změnám prostředí může vést k úzkosti, nespavosti a depresi.

Stres

Existuje značný důkaz, že psychosociální stresory patří mezi nejdůležitější překážky optimální morálky a výkonnosti posádky. Kosmonaut Valery Ryumin , dvakrát Hrdina Sovětského svazu, cituje tuto pasáž z Příručky panenské blány od O. Henryho v jeho autobiografické knize o misi Saljut 6: „Pokud chcete podnítit umění zabití, jednoduše zavřete dva muže do kabina osmnáct krát dvacet stop na měsíc. Lidská přirozenost to nevydrží. “

Zájem NASA o psychologický stres způsobený cestováním vesmírem, zpočátku zkoumaný na začátku jejich posádkových misí, se znovu rozproudil, když se astronauti připojili ke kosmonautům na ruské vesmírné stanici Mir. Běžné zdroje stresu v raných amerických misích zahrnovaly udržení vysokého výkonu pod drobnohledem veřejnosti a také izolaci od vrstevníků a rodiny. Na ISS je to druhé stále často příčinou stresu, například když matka astronauta NASA Daniela Taniho zemřela při autonehodě a když byl Michael Fincke nucen zmeškat narození svého druhého dítěte.

Spát

Množství a kvalita spánku ve vesmíru je špatná kvůli vysoce proměnlivým cyklům světla a tmy na letových palubách a špatnému osvětlení během denních hodin v kosmické lodi. I zvyk dívat se před odchodem do důchodu z okna může do mozku posílat špatné zprávy, což má za následek špatné spánkové vzorce. Tyto poruchy v cirkadiánním rytmu mají hluboký dopad na neurobehaviourální reakce posádky a zhoršují psychický stres, který již zažívají ( další informace viz Únava a ztráta spánku během vesmírných letů ). Spánek je na ISS pravidelně narušován požadavky misí, jako je plánování příchozích nebo odlétajících vesmírných vozidel. Hladiny zvuku ve stanici jsou nevyhnutelně vysoké, protože atmosféra není schopna termosifonovat ; od fanoušků se požaduje, aby vždy umožnili zpracování atmosféry, která by v prostředí s volným pádem (nula g) stagnovala. Padesát procent astronautů raketoplánů si vzalo prášky na spaní a stále ve vesmíru spalo každou noc o 2 hodiny méně než na zemi. NASA zkoumá dvě oblasti, které mohou poskytnout klíče pro lepší noční spánek, protože zlepšený spánek snižuje únavu a zvyšuje denní produktivitu. Různé metody boje proti tomuto jevu jsou neustále diskutovány.

Trvání vesmírného cestování

Studie nejdelších vesmírných letů dospěla k závěru, že první tři týdny představují kritické období, kdy je pozornost nepříznivě ovlivněna kvůli potřebě přizpůsobit se extrémním změnám prostředí. Zatímco tři posádky Skylabu zůstaly ve vesmíru 1, 2 a 3 měsíce, dlouhodobé posádky na Saljutu 6, Saljutu 7 a ISS zůstaly asi 5–6 měsíců, zatímco expedice MIR často trvaly déle. Pracovní prostředí ISS zahrnuje další stres způsobený životem a prací ve stísněných podmínkách s lidmi z velmi odlišných kultur, kteří hovoří různými jazyky. Vesmírné stanice první generace měly posádky hovořící jedním jazykem, zatímco stanice 2. a 3. generace měly posádky z mnoha kultur, které hovoří mnoha jazyky. ISS je jedinečná, protože návštěvníci nejsou automaticky zařazováni do kategorií „hostitel“ nebo „host“ jako u předchozích stanic a kosmických lodí a nemusí trpět pocity izolace stejným způsobem.

Budoucí využití

Úsilí o kolonizaci vesmíru musí vzít v úvahu účinky vesmíru na lidské tělo.

Součet lidských zkušeností vyústil v akumulaci 58 slunečních let ve vesmíru a mnohem lepší porozumění tomu, jak se lidské tělo přizpůsobuje. V budoucnosti bude industrializace vesmíru a průzkum vnitřních a vnějších planet vyžadovat, aby lidé vydrželi ve vesmíru stále déle. Většina současných údajů pochází z krátkodobých misí, a proto některé dlouhodobé fyziologické efekty života ve vesmíru stále nejsou známy. Odhaduje se, že okružní cesta na Mars se současnou technologií bude zahrnovat nejméně 18 měsíců samotného tranzitu. Vědět, jak lidské tělo reaguje na taková časová období ve vesmíru, je zásadní součástí přípravy na takové cesty. Palubní zdravotnická zařízení musí být přiměřená pro zvládnutí jakéhokoli typu traumatu nebo mimořádné události a také obsahovat obrovskou škálu diagnostických a lékařských nástrojů, aby byla posádka po dlouhou dobu zdravá, protože to budou jediné zařízení dostupná na palubě kosmické lodi pro zvládání nejen traumatu, ale také adaptivních reakcí lidského těla ve vesmíru.

V tuto chvíli zažili vesmírné podmínky pouze přísně testovaní lidé. Pokud jednou začne světová kolonizace , bude mnoha nebezpečím vystaveno mnoho typů lidí a účinky na velmi mladé jsou zcela neznámé. 29. října 1998 se John Glenn, jeden z původních Merkurů 7, vrátil do vesmíru ve věku 77 let. Jeho vesmírný let, který trval 9 dní, poskytl NASA důležité informace o účincích kosmického letu na starší lidi. Faktory, jako jsou nutriční požadavky a fyzické prostředí, které dosud nebyly prozkoumány, budou důležité. Celkově existuje jen málo údajů o rozmanitých účincích života ve vesmíru, což činí pokusy o zmírnění rizik během dlouhého vesmírného osídlení obtížným. Testovaná lůžka , jako je ISS, se v současné době používají k výzkumu některých z těchto rizik.

Prostředí vesmíru je stále do značné míry neznámé a pravděpodobně zde bude dosud neznámá nebezpečí. Mezitím budoucí technologie, jako je umělá gravitace a složitější bioregenerativní systémy podpory života, mohou být někdy schopny zmírnit některá rizika.

Viz také

Reference

Další čtení

  1. Zpráva NASA: Vesmírné cestování „neodmyslitelně nebezpečné“ pro lidské zdraví. Leonard David. 2001
  2. Vesmírná fyziologie a medicína . Třetí edice. AE Nicogossian, CL Huntoon a SL Pool. Lea & Febiger, 1993.
  3. L.-F. Zhang. Cévní adaptace na mikrogravitaci: Co jsme se naučili? Journal of Applied Physiology. 91 (6) (s. 2415–2430), 2001.
  4. G. Carmeliet, Vico. L, Bouillon R. Kritické recenze v eukaryotické genové expresi . Vol 11 (1–3) (str. 131–144), 2001.
  5. Cucinotta, Francis A .; Schimmerling, Walter; Wilson, John W .; Peterson, Leif E .; Badhwar, Gautam D .; Saganti, Premkumar B .; Dicello, John F. (2001). „Rizika rakoviny kosmického záření a nejistoty pro mise na Marsu“. Radiační výzkum . 156 (5): 682–688. Bibcode : 2001RadR..156..682C . doi : 10,1667/0033-7587 (2001) 156 [0682: SRCRAU] 2.0.CO; 2 . ISSN  0033-7587 . PMID  11604093 .
  6. Cucinotta, FA; Manuel, FK; Jones, J .; Iszard, G .; Murrey, J .; Djojonegro, B .; Wear, M. (2001). „Vesmírné záření a katarakta u astronautů“. Radiační výzkum . 156 (5): 460–466. Bibcode : 2001RadR..156..460C . doi : 10,1667/0033-7587 (2001) 156 [0460: SRACIA] 2.0.CO; 2 . ISSN  0033-7587 . PMID  11604058 .
  7. Styf, Jorma R. MD; Hutchinson, Karen BS; Carlsson, Sven G. PhD, a; Hargens, Alan R. Ph.D. Deprese, stav nálady a bolest zad během
  8. Výšková dekomprese Nemoc Citlivost, MacPherson, G; Letectví, vesmír a medicína životního prostředí , svazek 78, číslo 6, červen 2007, s. 630–631 (2)
  9. John-Baptiste A, Cook T, Straus S, Naglie G, Gray G, Tomlinson G, Krahn M (duben 2006). „Rozhodovací analýza v kosmické medicíně: náklady a přínosy hyperbarického zařízení ve vesmíru“. Letectví, vesmír a medicína životního prostředí . 77 (4): 434–43. PMID  16676656 .
  10. DeGroot DW, Devine JA, Fulco CS (září 2003). „Incidence nežádoucích účinků od 23 000 expozic do simulovaných pozemských výšek až do 8900 m“. Letectví, vesmír a medicína životního prostředí . 74 (9): 994–7. PMID  14503681 .