Oddziaływanie lotów kosmicznych na organizm człowieka to zestaw badań i technik, które powinny pozwolić człowiekowi walczyć z negatywnymi konsekwencjami braku grawitacji na jego fizjologię podczas pobytu w kosmosie. To ważna oś badawcza dla projektów podboju i kolonizacji kosmosu , które będą wymagały długich pobytów i podróży w środowisku kosmicznym. Bieżące badania koncentrują się na analizie wpływu stanu nieważkości na kosmonautów przebywających w kosmosie.
NASA , w swoim dokumencie „bioastronautyka Plan: strategia ograniczania ryzyka A for Human Exploration of Space” 45 definiuje ryzyko - podzielony na 15 dyscyplin - związane z ochroną zdrowia, bezpieczeństwa i wydajności załogi podczas misji kosmicznej:
Mężczyzna po raz pierwszy poleciał w kosmos w 1961 roku i do dnia dzisiejszego Tylko około 500 astronautów dotarło w kosmos. Dane są zatem dość ograniczone pod względem jakości i ilości, dlatego naukowcom trudno jest badać skutki życia w kosmosie. Większość danych pochodzi z krótkich pobytów i dlatego niektóre efekty fizjologiczne pojawiające się w dłuższej perspektywie są bardzo mało znane.
Na przykład podróż w obie strony na Marsa , przy obecnej technologii, szacuje się na co najmniej 12 do 18 miesięcy tylko w celu transportu. Jednak obecny rekord najdłuższego lotu kosmicznego w historii ludzkości, należący do radzieckiego Valeri Vladimirovich Polyakov, to nieco ponad 14 miesięcy z rzędu na pokładzie stacji kosmicznej Mir .
Fizyczne konsekwencje podróży kosmicznych są głównie spowodowane nieważkością lub inną grawitacją niż Ziemia.
Tak więc od pierwszych lotów kosmicznych kosmonauci i astronauci znaleźli się w obliczu choroby kosmicznej . 40% astronautów jest dotkniętych tą chorobą, która wpływa na ich poczucie kierunku. Te problemy z dostosowaniem mogą tymczasowo uniemożliwić im wypełnienie ich misji.
Pozostawanie w stanie nieważkości sprawia, że rośniesz: podczas gdy na Ziemi nasze mięśnie walczą z grawitacją, to pobyt w stanie nieważkości sprawia, że ciało nie jest już poddane własnemu ciężarowi, a kręgosłup rozszerza się: astronauci mogą w ten sposób zyskać kilka centymetrów, około siedem centymetrów podczas pobytu w kosmosie (3 cale na terenie NASA) i powracają do swoich normalnych rozmiarów po powrocie na Ziemię. Podobnie, mięśnie są mniej lub inaczej pobudzane i nie muszą już „trzymać” szkieletu, zmienia się ich struktura i ulegają przyspieszonemu starzeniu. Tak jest też w przypadku kości: na Ziemi ich odnowę zapewnia ciężar, który na nie wywieramy, ciężar, który znika w stanie nieważkości. Astronauta zwykle odzyskuje utracone kości po powrocie na Ziemię. Jednak niektórzy widzieli, jak ich kości słabną po długim pobycie w kosmosie.
Stan nieważkości powoduje również odwapnienie kości: część wapnia, który jest używany do ich odtworzenia, przedostaje się do krwi i jest usuwana z moczem. Dziennie możemy stracić około 100 mg wapnia, przy rezerwie około 1 kg .
Życie przy niskiej grawitacjiGrawitacja ma kształt struktury istot żywych na Ziemi od setek milionów lat. Trzy grupy urządzeń zostały szczególnie ukształtowane przez siły grawitacyjne podczas ewolucji: układ mięśniowo-szkieletowy, umożliwiający ruch; aparat przedsionkowy, umożliwiający równowagę; i układu sercowo-naczyniowego , umożliwiając krążenie krwi. W kosmosie to właśnie te trzy urządzenia najsilniej ulegają nieobecności grawitacji i dla których znajdujemy najbardziej znaczące zmiany fizjologiczne.
Szkodliwe skutki dla organizmu ludzkiego żyjącego w stanie nieważkości przez długi okres czasu zostały zademonstrowane dzięki długim pobytom w stacjach orbitalnych Salut , Mir i ISS kosmonautów, takich jak Walerij Polakow (14 miesięcy z rzędu na pokładzie Mira i 678 dni). skumulowane w kosmosie), Siergieja Awdiejewa (748 dni) lub Siergieja Krikaliowa (803 dni).
Choroba kosmiczna„ Choroba kosmiczna ” lub zespół adaptacji kosmicznej to bardzo częsty zespół, który dotyka prawie dwie trzecie astronautów podczas pierwszych dwóch dni lotu. Zespół ten łączy w sobie pocenie się, zawroty głowy , nudności i wymioty i znacznie ogranicza wydajność, szczególnie podczas wykonywania pewnych delikatnych czynności, takich jak kradzież pozakomórkowa, składowanie lub lądowanie.
W przeszłości z ograniczonym sukcesem stosowano różne metody zapobiegania, takie jak narażenie na konflikty sensoryczne, rearanżacje bodźców sensorycznych lub łączone stosowanie technik biofeedbacku i samoregulacji uczenia się. Ponadto, biorąc pod uwagę fakt, że nie ma ustalonej korelacji między podatnością na chorobę lokomocyjną podczas badań naziemnych a podatnością na prawdziwą chorobę kosmiczną, wydaje się, że te metody zapobiegawcze nie są systematycznie potrzebne.
Leczenie domięśniowymi zastrzykami leku przeciwhistaminowego, takiego jak prometazyna, jest dość skuteczne w łagodzeniu objawów choroby kosmicznej u większości członków załogi, ale może prowadzić do szkodliwych skutków ubocznych, polegających na zmniejszeniu wydajności i osłabieniu wydolności, nastroju i snu.
Redystrybucja płynów ustrojowychNa Ziemi grawitacja ma tendencję do przemieszczania w dół różnych płynów biologicznych zawartych w naszym ciele, w szczególności krwi zawartej w naszym układzie krążenia . W stanie nieważkości brak ciśnienia hydrostatycznego powoduje redystrybucję naszej masy krwi z dolnej części naszego ciała do jego górnej części, szczególnie w rejonie sercowo-piersiowym i głowowym. Czujniki tych regionów zinterpretują tę redystrybucję i ten przepływ krwi jako względną hiperwolemię i uruchomią różne mechanizmy regulacyjne, idące w kierunku hipowolemii , w celu osiągnięcia nowej równowagi.
Konsekwencje mięśniowo-szkieletowePodczas gdy choroba kosmiczna powoduje krótkotrwałe skutki, takie jak dezorientacja i łagodne zaburzenia trawienne, bardziej problematyczne jest przystosowanie się człowieka do przestrzeni i brak grawitacji podczas dłuższych pobytów. W szczególności dochodzi do utraty masy mięśniowej, wystąpienia osteopenii i spadku skuteczności układu odpornościowego , między innymi.
W sytuacji mikrograwitacji czy nieważkości układ mięśniowo-szkieletowy nie podlega już ograniczeniom, jakie grawitacja nakłada na niego na Ziemi, co prowadzi do jego postępującej degradacji. Po locie kosmicznym dochodzi do zmian w bilansie wapniowym, który staje się ujemny w wyniku zmniejszenia wchłaniania wapnia przez jelita oraz zwiększenia wydalania z przewodu pokarmowego i moczu. Wpływ na gęstość mineralną kości jest bardzo zmienny, ale utrata masy kostnej jest większa w kościach dolnej części ciała, zwykle obciążonej, miednicy, kręgach lędźwiowych i szyjach kości udowej. Dokładne mechanizmy stojące za tymi zaburzeniami metabolizmu kości nie są jeszcze dobrze poznane. Sam wysiłek fizyczny nie wydają się być wystarczające, aby utrzymać stałą masę kości i środki farmakologiczne są oceniane: bisfosfoniany (na przykład alendronian, rizedronian i zolendronianu), selektywne modulatory receptora estrogenowego (na przykład, jak raloksyfen), anabolicznych czynników (takich jak hormon przytarczyczny i teryparatyd ), witaminę D i wapń lub genetyczne czynniki regulacyjne.
Podobnie, mięśnie szkieletowe , które są mniej obciążone, są również upośledzone, z pojawieniem się zaniku mięśni, spadkiem maksymalnej siły i mocy prowadzącym do zmniejszenia zdolności funkcjonalnych i zwiększenia męczliwości mięśni kończyn, z szczególnie wyraźne pogorszenie na poziomie mięśni antygrawitacyjnych, takich jak mięsień płaszczkowaty . Zmiany te mogą nastąpić szybko, od 1 do 3 tygodni lotu. U ludzi włókna typu II wydają się być bardziej podatne na atrofię, a mięśnie prostowników są w pierwszej kolejności dotknięte. Te ilościowe modyfikacje są spowodowane strukturalnymi modyfikacjami jakościowymi ze zmniejszeniem syntezy białek kurczliwych, a zwłaszcza białek aktyny. Wydawałoby się, że w celu ograniczenia uszkodzeń mięśni najskuteczniejszą metodą są ćwiczenia oporowe o dużej intensywności, wykonywane przez krótki czas, ale wielokrotnie w ciągu dnia.
Problemy ze wzrokiemStwierdzono utratę widzenia do bliży po dłuższym przebywaniu w kosmosie. Jednym z wyjaśnień jest to, że na nerw wzrokowy może wpływać wysokie ciśnienie wewnątrzczaszkowe.
jedzenieAby zapewnić odpowiednią dietę , niezbędną podczas długoterminowych misji kosmicznych, specjaliści muszą najpierw zbadać modyfikacje żywieniowe wynikające z lotów kosmicznych i określić potrzeby żywieniowe dla każdego składnika, wiedząc, że potrzeby te są bardzo specyficzne, na które wpływają liczne modyfikacje fizjologiczne. obserwowane podczas pobytów w kosmosie. Obecnie jest oczywiste, że stan odżywienia zmienia się podczas długich lotów kosmicznych i po ich zakończeniu.
U większości astronautów okazuje się, że oferowane racje żywnościowe dostosowane do wydatku energetycznego często nie są w pełni spożywane, co w zależności od długości pobytu prowadzi do częstej utraty wagi, ale o różnym znaczeniu w zależności od osoby.
Anoreksja często stwierdza się, przegląd literatury szacowania deficytu kalorii może osiągnąć 1330 kcal astronautów 70 kg dziennie, mimo obecności obfitości pokarmu, co może być szkodliwe na wytrzymałości i skuteczności. Czynniki środowiskowe, które mogą wpływać na apetyt, przyjmowanie pokarmu i funkcjonowanie układu pokarmowego podczas lotów kosmicznych to mikrograwitacja, ekspozycja na promieniowanie kosmiczne i zmiany w cyklach światła dziennego.
Ten spadek spożycia energii jest związany z niewystarczającym spożyciem witamin i minerałów . Tym samym poziom witaminy D spada po 4 do 6 miesiącach, nawet przy suplementacji. Towarzyszy temu wzrost wskaźników resorpcji kości w moczu. Występuje również spadek poziomu fosforu i magnezu w moczu , spadek tego ostatniego może prowadzić do nasilenia kamicy nerkowej szczawianu wapnia. Szybkość witaminy K także zasadnicze znaczenie dla metabolizmu kości, może być zmniejszona, a tych z kwasu foliowego i witaminy E . Znaczący stres oksydacyjny , spowodowany promieniowaniem i okresami narażenia na hiperoksję, może powodować oksydacyjne uszkodzenie organizmu. Występuje również spadek hemoglobiny, hemotokrytu, MCV i czerwonych krwinek, co może być spowodowane zaburzeniem metabolizmu żelaza związanym z mikrograwitacją. Aby ograniczyć te skutki, można zastosować suplementy diety, ale potrzebne są dalsze badania. Dostawy makroskładników pokarmowych można w zadowalający sposób zapewnić na pokładzie statków, ale odpowiednia podaż mikroelementów pozostaje problemem do rozwiązania.
Konsekwencje promieniowaniaTempo ekspozycji astronauty na naturalne i kosmiczne promieniowanie jest 100 do 1000 razy większe niż na Ziemi. Astronauci są uważani za pracowników narażonych na promieniowanie, podobnie jak pracownicy elektrowni jądrowej . Według Nicolasa Foraya, badacza z centrum badań nad rakiem w Lyonie, „główne ryzyko związane z promieniowaniem ” polega na wpływie promieniowania na soczewkę oka, które sprzyja zaćmom . Zwiększone ryzyko zachorowania na raka można zmierzyć po 250 dniach podróży kosmicznej, co jest rzadkie i nadal trudne do oszacowania właśnie dlatego, że „kohorta astronautów, którzy żyli w kosmosie jest zbyt mała” - twierdzi Nicolas Foray. Promieniowanie może również uszkadzać ośrodkowy układ nerwowy, co może prowadzić do upośledzenia funkcji poznawczych, osłabienia funkcji motorycznych i zaburzeń zachowania.
Bezpieczeństwo załogi i sprawne prowadzenie misji mogą być poważnie zagrożone w przypadku awarii psychicznej człowieka, takiej jak błędy w wykonaniu ważnych zadań, problemy z komunikacją i dynamiką grupy w załodze, krytyczny stres psychiczny po pobycie w ograniczona przestrzeń lub przewlekłe zaburzenia snu. Przypadki załóg, które miały problemy ze współpracą i współpracą lub z kontrolerami naziemnymi, są liczne, zarówno w amerykańskich, jak i rosyjskich programach kosmicznych. Problemy w relacjach i słaba komunikacja już spowodowały potencjalnie niebezpieczne sytuacje, na przykład gdy członkowie załogi odmawiają rozmawiania ze sobą lub komunikowania się z ziemią podczas wykonywania krytycznych operacji.
Czynniki ryzyka to nieprzystosowanie psychiczne, problemy ze snem i rytmem dobowym, problemy z interfejsem człowiek-system, stany neuropsychiatryczne, takie jak zespół lękowo-depresyjny.
To niepowodzenie w działaniu człowieka może wynikać z psychologicznego niedostosowania do stresu nieodłącznie związanego z lotami kosmicznymi. Przyczynami tego stresu są potencjalne zagrożenia związane z misją i życiem w zamkniętym i odizolowanym środowisku. Stres ten może spotęgować monotonia i nuda, zwłaszcza na poziomie jedzenia; przez problemy autonomii i zależności od innych; rozwiązłość; przez rozłąkę z rodziną i przyjaciółmi; przez czas trwania lotu; przez niezgodności i napięcia międzyludzkie; przez mechaniczne uszkodzenia statku; przez słabą komunikację; przez zaburzenia snu lub izolację społeczną.
Zakłócenie cykli dobowych oraz ostra i chroniczna degradacja jakości i ilości snu to dobrze znane ryzyko związane z lotami kosmicznymi, które prowadzi do zmęczenia, obniżonej wydajności i zwiększonego stresu. Wszystkie badania dotyczące snu w kosmosie pokazują, że średni czas snu zmniejsza się do 6 godzin dziennie lub nawet krócej podczas przeprowadzania poważnych interwencji lub w sytuacjach awaryjnych. Wpływa to również na jakość snu astronautów w kosmosie. Najczęściej podawanymi lekami są leki nasenne. Te problemy mogą poważnie obniżyć zdolności poznawcze załogi, stwarzając zagrożenie dla ich bezpieczeństwa i powodzenia misji.
Rozwiązaniami, które należy rozważyć w celu ograniczenia tego ryzyka, jest ustanowienie rygorystycznych kryteriów doboru załogi przed misją; podczas lotu dyskretne monitorowanie poziomu stresu, strategii dostosowywania się i radzenia sobie, wydajności i snu, z dokładnym protokołem diagnostyki i leczenia chorób psychicznych i behawioralnych, które mogą się pojawić; zapewnić dobry sen; skonfigurować precyzyjną dystrybucję i planowanie obciążeń.