Влияние космического полета на организм человека - Effect of spaceflight on the human body

Астронавт Марша Айвинс демонстрирует влияние микрогравитации на свои волосы в космосе

Путешествие в космическое пространство может иметь негативные последствия для человеческого организма. Существенные побочные эффекты длительной невесомости включают атрофию мышц и разрушение скелета ( остеопения космического полета ). Другие существенные эффекты включают замедление сердечно - сосудистой системы функций, снижение производства красных кровяных клеток , нарушений баланса , нарушений зрению и изменения в иммунной системе . Дополнительные симптомы включают перераспределение жидкости (вызывающее появление « лунного лица », типичное для изображений космонавтов, испытывающих невесомость), потерю массы тела , заложенность носа , нарушение сна и избыточное метеоризм .

Инженерные проблемы, связанные с покиданием Земли и разработкой космических силовых установок, изучаются более века, и на них были потрачены миллионы часов исследований. В последние годы наблюдается рост исследований по вопросу о том, как люди могут выжить и работать в космосе в течение продолжительных и, возможно, неопределенных периодов времени. Этот вопрос требует участия физических и биологических наук и в настоящее время стал самой большой проблемой (помимо финансирования), стоящей перед исследованием космоса человеком . Фундаментальный шаг в преодолении этой проблемы - попытка понять эффекты и влияние долгосрочных космических путешествий на человеческий организм.

В октябре 2015 года Управление генерального инспектора НАСА опубликовало отчет об опасностях для здоровья, связанных с исследованием космоса , включая полет человека на Марс .

12 апреля 2019 года НАСА сообщило о медицинских результатах исследования близнецов-астронавтов , в котором один близнец- астронавт провел год в космосе на Международной космической станции , а другой близнец провел год на Земле , что продемонстрировало несколько долгосрочных изменений, в том числе те, которые связаны с изменениями в ДНК и познании , когда одного близнеца сравнивают с другим.

В ноябре 2019 года исследователи сообщили, что астронавты испытывали серьезные проблемы с кровотоком и тромбами на борту Международной космической станции , основываясь на шестимесячном исследовании 11 здоровых астронавтов. По словам исследователей, результаты могут повлиять на долгосрочные космические полеты , включая миссию к планете Марс .

Физиологические эффекты

Многие из условий окружающей среды, с которыми сталкиваются люди во время космических полетов , сильно отличаются от тех, в которых люди эволюционировали; однако технология, предлагаемая космическим кораблем или скафандром , может защитить людей от самых суровых условий. Непосредственные потребности в пригодном для дыхания воздухе и питьевой воде удовлетворяются с помощью системы жизнеобеспечения , группы устройств, которые позволяют людям выживать в космическом пространстве. Система жизнеобеспечения подает воздух , воду и пищу . Он также должен поддерживать температуру и давление в допустимых пределах и иметь дело с продуктами жизнедеятельности организма . Также необходима защита от вредных внешних воздействий, таких как радиация и микрометеориты.

Некоторые опасности трудно устранить, например невесомость, также определяемая как микрогравитационная среда . Жизнь в такой среде влияет на организм тремя важными способами: потеря проприоцепции , изменение распределения жидкости и ухудшение опорно-двигательного аппарата .

2 ноября 2017 года ученые сообщили, что на основе исследований МРТ у космонавтов, совершавших космические путешествия , были обнаружены значительные изменения в положении и структуре мозга . Астронавты, которые совершали более длительные космические путешествия, были связаны с более значительными изменениями мозга.

В октябре 2018 года исследователи, финансируемые НАСА, обнаружили, что длительные путешествия в космос , включая путешествие на планету Марс , могут существенно повредить желудочно-кишечные ткани астронавтов. Исследования поддерживают более ранние работы , которые нашли такие поездки могут значительно повредить мозги из космонавтов , и возраст их преждевременно.

В марте 2019 года НАСА сообщило, что латентные вирусы у людей могут активироваться во время космических миссий , что, возможно, повысит риск для космонавтов в будущих миссиях в дальний космос.

Исследовать

Космическая медицина - это развивающаяся медицинская практика , изучающая здоровье космонавтов, живущих в космосе. Основная цель этого научного исследования - выяснить, насколько хорошо и как долго люди могут выживать в экстремальных условиях в космосе и как быстро они могут адаптироваться к окружающей среде Земли после возвращения из космоса. Космическая медицина также стремится разработать профилактические и паллиативные меры для облегчения страданий, причиняемых проживанием в среде, к которой люди плохо приспособлены.

Подъем и возвращение

Во время взлета и возвращения в космос космические путешественники могут испытывать гравитацию, в несколько раз превышающую нормальную. Нетренированный человек обычно может выдержать около 3 граммов, но может потерять сознание при 4-6 граммах. Перегрузка в вертикальном направлении переносится труднее, чем сила, перпендикулярная позвоночнику, потому что кровь течет от мозга и глаз. Сначала человек испытывает временную потерю зрения, а затем при более высоких перегрузках теряет сознание. Тренировка G-force и G-костюм, который сжимает тело, чтобы удерживать больше крови в голове, могут смягчить последствия. Большинство космических аппаратов спроектированы таким образом, чтобы поддерживать перегрузки в комфортных пределах.

Космические среды

Окружающая среда в космосе смертельна без надлежащей защиты: самая большая угроза в космическом вакууме возникает из-за недостатка кислорода и давления, хотя температура и радиация также представляют опасность. Последствия космического воздействия могут привести к эбуллизму , гипоксии , гипокапнии и декомпрессионной болезни . В дополнение к этому, есть также клеточные мутации и разрушение из-за фотонов высокой энергии и субатомных частиц , которые присутствуют в окружающей среде. Декомпрессия - серьезная проблема во время внекорабельной деятельности космонавтов. Текущие конструкции устройств для обеспечения внекорабельной мобильности (EMU) учитывают эту и другие проблемы и со временем претерпевают изменения. Ключевой проблемой были конкурирующие интересы увеличения мобильности космонавтов (которая снижается с помощью электромобилей высокого давления , аналогично сложности деформации надутого баллона по сравнению со спущенным) и минимизации риска декомпрессии . Исследователи рассмотрели возможность повышения давления в отдельном головном блоке до нормального давления в кабине 71 кПа (10,3 фунта на квадратный дюйм), в отличие от текущего давления всего ЭБУ в 29,6 кПа (4,3 фунта на квадратный дюйм). В такой конструкции герметизация туловища может быть достигнута механически, что позволяет избежать снижения подвижности, связанного с пневматическим повышением давления.

Вакуум

На этой картине 1768 года «Эксперимент над птицей в воздушном насосе » Джозефа Райта из Дерби изображен эксперимент, проведенный Робертом Бойлем в 1660 году для проверки воздействия вакуума на живую систему.

Человеческая физиология приспособлена к жизни в атмосфере Земли, и в воздухе, которым мы дышим, требуется определенное количество кислорода . Если организм не получает достаточно кислорода, то космонавт рискует потерять сознание и умереть от гипоксии . В космическом вакууме газообмен в легких продолжается как обычно, но приводит к удалению всех газов, включая кислород, из кровотока. Через 9–12 секунд дезоксигенированная кровь достигает мозга, что приводит к потере сознания. Воздействие вакуума на срок до 30 секунд вряд ли приведет к необратимым физическим повреждениям. Эксперименты на животных показывают, что быстрое и полное выздоровление является нормальным при воздействии короче 90 секунд, в то время как более длительное воздействие на все тело приводит к летальному исходу, а реанимация никогда не бывает успешной. Доступен лишь ограниченный объем данных о человеческих авариях, но он согласуется с данными о животных. Конечности могут быть открыты гораздо дольше, если не нарушено дыхание.

В декабре 1966 года аэрокосмический инженер и испытуемый Джим ЛеБлан из НАСА участвовал в испытании, чтобы увидеть, насколько хорошо прототип герметичного скафандра будет работать в условиях вакуума. Чтобы смоделировать эффекты космоса, НАСА построило массивную вакуумную камеру, из которой можно было откачивать весь воздух. В какой-то момент во время испытаний герметизирующий шланг Леблана отсоединился от скафандра. Несмотря на то, что это привело к падению давления в его костюме с 3,8 фунта на квадратный дюйм (26,2 кПа) до 0,1 фунта на квадратный дюйм (0,7 кПа) менее чем за 10 секунд, ЛеБлан оставался в сознании около 14 секунд, прежде чем потерял сознание из-за гипоксии; гораздо более низкое давление вне тела вызывает быстрое обескислороживание крови. «Когда я споткнулся, я почувствовал, как слюна на моем языке начала пузыриться прямо перед тем, как я потерял сознание, и это последнее, что я помню», - вспоминает ЛеБлан. Коллега вошел в камеру в течение 25 секунд и дал Леблану кислород. Давление в камере было увеличено за 1 минуту вместо обычных 30 минут. ЛеБлан почти сразу же выздоровел - у него просто заболело ухо, и он не получил серьезных повреждений.

Другой эффект вакуума - это состояние, называемое эбулизмом, которое возникает в результате образования пузырьков в жидкостях организма из-за пониженного давления окружающей среды, пар может раздувать тело вдвое по сравнению с нормальным размером и замедлять циркуляцию, но ткани эластичны и достаточно пористы, чтобы предотвратить разрыв. Технически считается, что эбулизм начинается на высоте около 19 километров (12 миль) или при давлении менее 6,3 кПа (47 мм рт. Ст. ), Известном как предел Армстронга . Эксперименты с другими животными выявили ряд симптомов, которые также могут относиться к человеку. Наименее серьезным из них является замораживание выделений тела из-за охлаждения испарением . Тяжелые симптомы, такие как потеря кислорода в тканях , за которыми следует недостаточность кровообращения и вялый паралич , проявятся примерно через 30 секунд. В легких также разрушаться в этом процессе, но будет продолжать выпускать водяной пар приводит к охлаждению и образования льда в дыхательных путях . По приблизительным оценкам, у человека будет около 90 секунд на повторное сжатие, после чего смерть может быть неизбежной. Набухание от эбулизма можно уменьшить, поместив его в летный костюм, который необходим для предотвращения эбуллизма на высоте более 19 км. Во время программы космического шаттла астронавты носили подходящую эластичную одежду, называемую защитным костюмом для экипажа на высоте (CAPS), которая предотвращала эбуллизм при давлении до 2 кПа (15 мм рт. Ст.).

Известно, что единственные люди, умершие от воздействия вакуума в космосе, - это три члена экипажа космического корабля " Союз-11" ; Владислав Волков , Георгий Добровольский и Виктор Пацаев . Во время подготовки к возвращению с орбиты 30 июня 1971 года клапан выравнивания давления в спускаемом модуле космического корабля неожиданно открылся на высоте 168 километров (551000 футов), что привело к быстрой разгерметизации и последующей гибели всего экипажа.

Температура

В вакууме нет среды для отвода тепла от тела за счет теплопроводности или конвекции. Потеря тепла происходит из-за излучения от температуры человека 310 К до температуры 3 К в открытом космосе. Это медленный процесс, особенно у одетого человека, поэтому опасность мгновенного замерзания отсутствует. Быстрое испарительное охлаждение кожной влаги в вакууме может вызвать обледенение, особенно во рту, но это не представляет серьезной опасности.

Воздействие интенсивного излучения прямого нефильтрованного солнечного света приведет к локальному нагреву, хотя, вероятно, это будет хорошо распределено проводимостью тела и кровообращением. Однако другое солнечное излучение, особенно ультрафиолетовое , может вызвать серьезные солнечные ожоги.

Радиация

Сравнение доз радиации - включает количество, обнаруженное во время полета с Земли на Марс RAD на MSL (2011–2013).

Без защиты атмосферы и магнитосферы Земли космонавты подвергаются воздействию высоких уровней радиации . Высокий уровень радиационного поражения лимфоцитов , клеток, активно участвующих в поддержании иммунной системы ; это повреждение способствует снижению иммунитета у космонавтов. Радиация также недавно была связана с более высокой частотой возникновения катаракты у астронавтов. Помимо защиты низкой околоземной орбиты, галактические космические лучи создают дополнительные проблемы для космических полетов человека, поскольку угроза здоровью от космических лучей значительно увеличивает шансы рака в течение десятилетнего или более воздействия. НАСА -Поддерживаемые исследование показало , что излучение может повредить мозг из космонавтов и ускорить начало болезни Альцгеймера . Солнечные вспышки (хотя и редкие) могут привести к смертельной дозе радиации за считанные минуты. Считается, что защитные экраны и защитные препараты могут в конечном итоге снизить риски до приемлемого уровня.

Экипаж, обитающий на Международной космической станции (МКС), частично защищен от космической среды магнитным полем Земли, поскольку магнитосфера отклоняет солнечный ветер вокруг Земли и МКС. Тем не менее, солнечные вспышки достаточно мощны, чтобы искривлять и преодолевать магнитную защиту, и поэтому все еще представляют опасность для экипажа. Экипаж 10-й экспедиции укрылся в качестве меры предосторожности в 2005 году в более защищенной части станции, предназначенной для этой цели. Однако, помимо ограниченной защиты магнитосферы Земли , межпланетные полеты людей гораздо более уязвимы. Лоуренс Таунсенд из Университета Теннесси и другие исследовали самую мощную солнечную вспышку из когда-либо зарегистрированных . Дозы радиации, которые космонавты получат от вспышки такой силы, могут вызвать острую лучевую болезнь и, возможно, даже смерть.

Видео, снятое экипажем Международной космической станции, демонстрирует северное сияние , вызванное частицами высокой энергии в космической среде.

Есть научные опасения, что длительные космические полеты могут снизить способность организма защищаться от болезней. Радиация может проникать в живую ткань и вызывать как краткосрочное, так и долгосрочное повреждение стволовых клеток костного мозга, которые создают кровь и иммунную систему. В частности, это вызывает « хромосомные аберрации» в лимфоцитах . Поскольку эти клетки являются центральными для иммунной системы , любое повреждение ослабляет иммунную систему, а это означает, что помимо повышенной уязвимости к новым воздействиям, вирусы, уже присутствующие в организме, которые обычно подавляются, становятся активными. В космосе Т-клетки (форма лимфоцитов) менее способны к правильному воспроизводству, а Т-клетки, которые воспроизводятся, менее способны бороться с инфекцией. Со временем иммунодефицит приводит к быстрому распространению инфекции среди членов экипажа, особенно в замкнутых зонах космических систем полета.

31 мая 2013 года ученые НАСА сообщили, что возможная человеческая миссия на Марс может быть связана с большим радиационным риском, основанным на количестве излучения энергичных частиц, обнаруженных RAD в Марсианской научной лаборатории во время путешествия с Земли на Марс в 2011–2012 годах.

В сентябре 2017 года НАСА сообщило, что уровни радиации на поверхности планеты Марс были временно удвоены и связаны с полярным сиянием в 25 раз ярче, чем любое из наблюдавшихся ранее, из-за массивной и неожиданной солнечной бури в середине месяца. .

Невесомость

Космонавты на МКС в условиях невесомости. На переднем плане Майкл Фоул тренируется .

После появления космических станций , на которых можно жить в течение длительного времени, было продемонстрировано , что невесомость оказывает пагубное воздействие на здоровье человека. Люди хорошо приспособлены к физическим условиям на поверхности земли, поэтому в ответ на невесомость различные физиологические системы начинают изменяться, а в некоторых случаях - атрофироваться . Хотя эти изменения обычно носят временный характер, некоторые из них оказывают долгосрочное влияние на здоровье человека .

Кратковременное воздействие микрогравитации вызывает синдром космической адаптации , самоограничивающуюся тошноту, вызванную нарушением вестибулярной системы . Длительное воздействие вызывает множество проблем со здоровьем, одной из самых значительных является потеря костной и мышечной массы. Со временем эти эффекты разрушения могут ухудшить работоспособность космонавтов, увеличить риск травм, снизить их аэробные способности и замедлить работу сердечно-сосудистой системы . Поскольку человеческое тело состоит в основном из жидкостей, гравитация имеет тенденцию заставлять их проникать в нижнюю половину тела, и наши тела имеют множество систем, чтобы уравновесить эту ситуацию. После освобождения от силы тяжести эти системы продолжают работать, вызывая общее перераспределение жидкостей в верхней половине тела. Это причина круглого лица космонавтов. Само перераспределение жидкости по телу вызывает нарушение баланса, искаженное зрение и потерю вкуса и запаха.

Эксперимент с космическим шаттлом 2006 года показал, что Salmonella typhimurium , бактерия, которая может вызывать пищевое отравление , стала более опасной при выращивании в космосе. 29 апреля 2013 года , ученые в политехническом институте Rensselaer , финансируемой НАСА , сообщил , что во время космического полета на Международной космической станции , микробы , кажется, адаптироваться к космической среде в отношениях «не наблюдается на Земле» и таким образом , что «может привести к увеличению роста и вирулентности ». Совсем недавно, в 2017 году, было обнаружено , что бактерии более устойчивы к антибиотикам и могут процветать в условиях почти невесомости космоса. Было замечено, что микроорганизмы выживают в космическом вакууме .

Морская болезнь

Наиболее распространенная проблема, с которой люди сталкиваются в первые часы невесомости, известна как синдром космической адаптации или SAS, обычно называемый космической болезнью. Это связано с укачиванием и возникает, когда вестибулярная система адаптируется к невесомости. Симптомы САС включают тошноту и рвоту , головокружение , головные боли , летаргию и общее недомогание. О первом случае SAS сообщил космонавт Герман Титов в 1961 году. С тех пор примерно 45% всех людей, побывавших в космосе, страдали этим заболеванием.

Ухудшение костей и мышц

На борту Международной космической станции астронавт Франк Де Винн прикреплен к COLBERT тросами.

Основной эффект длительной невесомости заключается в потере костной и мышечной массы. Без воздействия силы тяжести скелетным мышцам больше не требуется поддерживать осанку, а группы мышц, используемые для передвижения в невесомости, отличаются от тех, которые требуются для передвижения по земле. В условиях невесомости космонавты практически не нагружают мышцы спины или ноги, используемые для вставания. Затем эти мышцы начинают слабеть и в конечном итоге становятся меньше. Следовательно, некоторые мышцы быстро атрофируются, и без регулярных упражнений космонавты могут потерять до 20% своей мышечной массы всего за 5-11 дней. Типы мышечных волокон, выступающих в мышцах, также меняются. Медленно сокращающиеся волокна выносливости, используемые для поддержания осанки, заменяются быстро сокращающимися, быстро сокращающимися волокнами, которых недостаточно для любой тяжелой работы. Успехи в исследованиях физических упражнений, гормональных добавок и лекарств могут помочь сохранить мышечную массу и массу тела.

Меняется также костный обмен. Обычно кость ложится в направлении механической нагрузки. Однако в условиях микрогравитации механическое напряжение очень мало. Это приводит к потере костной ткани примерно на 1,5% в месяц, особенно из нижних позвонков, бедра и бедра. Из-за микрогравитации и снижения нагрузки на кости происходит быстрое увеличение потери костной массы, с 3% корковой потери костной ткани за десятилетие до примерно 1% каждый месяц, когда тело подвергается воздействию микрогравитации для здорового взрослого человека. Быстрое изменение плотности костной ткани является драматическим, что делает кости хрупкими и приводит к симптомам, напоминающим симптомы остеопороза. На Земле кости постоянно теряют и регенерируют с помощью хорошо сбалансированной системы, которая включает передачу сигналов остеобластами и остеокластами. Эти системы взаимосвязаны, так что всякий раз, когда кость разрушается, ее место занимают вновь сформированные слои - ни одно из них не должно происходить без другого, у здорового взрослого человека. Однако в космосе активность остеокластов увеличивается из-за микрогравитации. Это проблема, потому что остеокласты расщепляют кости на минералы, которые реабсорбируются организмом. Остеобласты не активны последовательно с остеокластами, в результате чего кость постоянно уменьшается без восстановления. Это увеличение активности остеокластов особенно заметно в области таза, поскольку это область, которая несет наибольшую нагрузку при наличии силы тяжести. Исследование показало, что у здоровых мышей внешний вид остеокластов увеличился на 197%, что сопровождалось подавлением остеобластов и факторов роста, которые, как известно, помогают формированию новой кости, всего после шестнадцати дней воздействия микрогравитации. Повышенный уровень кальция в крови из-за утраченной кости приводит к опасной кальцификации мягких тканей и потенциальному камнеобразованию в почках . Пока неизвестно, полностью ли восстанавливается кость. В отличие от людей с остеопорозом, у космонавтов в конечном итоге восстанавливается плотность костей. После 3–4-месячного полета в космос требуется около 2–3 лет, чтобы восстановить утраченную плотность костной ткани. Разрабатываются новые методы, которые помогут космонавтам быстрее восстановиться. Исследования диеты, физических упражнений и лекарств могут помочь в процессе роста новой кости.

Чтобы предотвратить некоторые из этих неблагоприятных физиологических эффектов, ISS оснащена двумя беговыми дорожками (включая COLBERT ) и aRED (Advanced Resistive Exercise Device), которые позволяют выполнять различные упражнения с поднятием тяжестей, которые увеличивают мышечную массу, но ничего не делают для плотности костей, и стационарный велосипед; каждый космонавт проводит не менее двух часов в день, тренируясь на оборудовании. Астронавты используют эластичные шнуры, чтобы пристегнуться к беговой дорожке. Астронавты, находящиеся в длительной невесомости, носят штаны с эластичными лентами между поясом и манжетами для сжатия костей ног и уменьшения остеопении.

В настоящее время НАСА использует передовые вычислительные инструменты, чтобы понять, как лучше всего противодействовать атрофии костей и мышц, испытываемой астронавтами в условиях микрогравитации в течение длительных периодов времени. Элемент Контрмер в отношении здоровья человека Программы исследований человека поручил проекту «Цифровой астронавт» исследовать целевые вопросы о режимах противодействия учениям. НАСА сосредотачивается на интеграции модели усовершенствованного устройства для тренировок с сопротивлением (ARED), которое в настоящее время находится на борту Международной космической станции, с моделями опорно-двигательного аппарата OpenSim людей, тренирующихся с этим устройством. Цель этой работы - использовать обратную динамику для оценки крутящего момента в суставах и мышечных сил, возникающих в результате использования ARED, и, таким образом, более точно назначать режимы упражнений для космонавтов. Эти крутящие моменты в суставах и мышечные силы могут использоваться в сочетании с более фундаментальным компьютерным моделированием ремоделирования костей и адаптации мышц, чтобы более полно моделировать конечные эффекты таких контрмер и определять, будет ли предложенный режим упражнений достаточным для поддержания здоровья опорно-двигательного аппарата космонавта. .

Перераспределение жидкости

Влияние микрогравитации на распределение жидкости по телу (сильно преувеличено).
Система физиологического и сердечно-сосудистого мониторинга Beckman в костюмах Близнецов и Аполлона надувает и сдувает манжеты, чтобы стимулировать приток крови к нижним конечностям.
Астронавт Клейтон Андерсон наблюдает, как перед ним плавает водяной пузырь на космическом шаттле Discovery . Водная когезия играет большую роль в микрогравитации, чем на Земле

В космосе космонавты теряют объем жидкости, в том числе до 22% объема крови. Из-за того, что ему нужно перекачивать меньше крови, сердце атрофируется . Ослабленное сердце приводит к низкому кровяному давлению и может вызвать проблемы с «ортостатической толерантностью» или способностью организма посылать достаточное количество кислорода в мозг без обморока или головокружения космонавта. "Под действием земного притяжения кровь и другие биологические жидкости тела притягиваются к нижней части тела. Когда гравитация снимается или уменьшается во время исследования космоса, кровь имеет тенденцию скапливаться в верхней части тела, что приводит к отеку лица и другим нежелательным явлениям. побочные эффекты. По возвращении на землю кровь снова начинает скапливаться в нижних конечностях, что приводит к ортостатической гипотензии ».

Нарушение чувств

Зрение

В 2013 году НАСА опубликовало исследование, которое обнаружило изменения в глазах и зрении обезьян при космических полетах продолжительностью более 6 месяцев. Отмеченные изменения включали уплощение глазного яблока и изменения сетчатки. Зрение космического путешественника может стать размытым после долгого пребывания в космосе. Другой эффект известен как визуальное явление космических лучей .

... [a] Опрос НАСА среди 300 астронавтов мужского и женского пола, около 23 процентов астронавтов ближнего и дальнего полета, сказал, что они испытывали проблемы со зрением как вблизи, так и вдаль во время своих миссий. Опять же, у некоторых людей проблемы со зрением сохранялись в течение многих лет после этого.

-  НАСА

Поскольку пыль не оседает в условиях невесомости, небольшие кусочки омертвевшей кожи или металла могут попасть в глаза, вызывая раздражение и повышая риск заражения.

Длительные космические полеты также могут изменить движения глаз космического путешественника (особенно вестибулоокулярный рефлекс ).

Внутричерепное давление

Поскольку невесомость увеличивает количество жидкости в верхней части тела, астронавты испытывают повышенное внутричерепное давление . Похоже, что это увеличивает давление на тыльную сторону глазных яблок, влияя на их форму и слегка раздавливая зрительный нерв . Этот эффект был замечен в 2012 году в исследовании с использованием МРТ астронавтов, вернувшихся на Землю после как минимум одного месяца пребывания в космосе. Такие проблемы со зрением могут стать серьезной проблемой для будущих полетов в дальний космос, включая миссию с экипажем на планету Марс .

Если действительно причиной является повышенное внутричерепное давление, искусственная гравитация может стать одним из решений, как и в случае многих рисков для здоровья человека в космосе. Однако такие искусственные гравитационные системы еще предстоит доказать. Более того, даже при сложной искусственной гравитации может сохраняться состояние относительной микрогравитации, риски которого остаются неизвестными.

Вкус

Одним из последствий невесомости для людей является то, что некоторые астронавты сообщают об изменении их вкусовых ощущений в космосе. Некоторые астронавты считают, что их еда безвкусная, другие считают, что их любимая еда уже не так хороша (тому, кто наслаждался кофе, во время миссии он так не понравился, что он перестал пить его после возвращения на Землю); некоторым астронавтам нравится есть определенную пищу, которую они обычно не едят, а некоторые не испытывают никаких изменений. Многочисленные тесты не определили причину, и было предложено несколько теорий, включая деградацию пищи и психологические изменения, такие как скука. Астронавты часто выбирают еду с сильным вкусом, чтобы бороться с потерей вкуса.

Дополнительные физиологические эффекты

В течение одного месяца человеческий скелет полностью расширяется в невесомости, в результате чего рост увеличивается на дюйм. Через два месяца мозоли на подошвах ног линяют и отпадают из-за того, что не используются, оставляя новую мягкую кожу. В отличие от этого, верхняя часть ступней становится огрубевшей и болезненно чувствительной, так как трутся о поручни, за которые ноги зацеплены для устойчивости. Во время слез нельзя проливать слезы, они слипаются в клубок. В условиях микрогравитации запахи быстро проникают в окружающую среду, и в ходе эксперимента НАСА обнаружило, что запах сливочного хереса вызывает рвотный рефлекс. Различные другие физические неудобства, такие как боль в спине и животе, обычны из-за адаптации к гравитации, когда в космосе гравитации не было, и эти мышцы могли свободно растягиваться. Это может быть частью синдрома астенизации, о котором сообщают космонавты, живущие в космосе в течение длительного периода времени, но рассматриваемые астронавтами как анекдотические. Усталость, вялость и психосоматические переживания также являются частью синдрома. Данные неубедительны; однако этот синдром, похоже, действительно существует как проявление внутреннего и внешнего стресса, с которым приходится сталкиваться экипажам в космосе.

Психологические эффекты

Исследования российских космонавтов, например, на " Мире" , предоставляют данные о долгосрочном воздействии космоса на человеческий организм.

Исследовать

Психологические последствия жизни в космосе не были четко проанализированы, но аналогии на Земле существуют, такие как арктические исследовательские станции и подводные лодки . Огромный стресс для экипажа в сочетании с адаптацией организма к другим изменениям окружающей среды может привести к тревоге, бессоннице и депрессии.

Стресс

Имеется немало доказательств того, что психосоциальные факторы стресса являются одними из самых важных препятствий для оптимального морального духа и производительности экипажа. Космонавт Валерий Рюмин , дважды Герой Советского Союза, цитирует этот отрывок из «Справочника девственной плевы » О. Генри в автобиографической книге о миссии «Салют-6»: «Если вы хотите развить искусство непредумышленного убийства, просто заткните двух мужчин в тюрьму. Хижина восемнадцать на двадцать футов на месяц. Человеческая природа этого не выдержит ».

Интерес НАСА к психологическому стрессу, вызванному космическими путешествиями, который первоначально изучался, когда начинались их миссии с экипажем, возродился, когда астронавты присоединились к космонавтам на российской космической станции "Мир". Общие источники стресса в ранних американских миссиях включали поддержание высокой производительности в условиях общественного контроля, а также изоляцию от сверстников и семьи. На МКС последнее все еще часто является причиной стресса, например, когда мать астронавта НАСА Даниэля Тани погибла в автокатастрофе, и когда Майкл Финке был вынужден пропустить рождение своего второго ребенка.

Спать

Количество и качество сна в космосе низкое из-за очень изменчивых циклов освещения и темноты на полетной палубе и плохой освещенности в дневное время в космическом корабле. Даже привычка смотреть в окно перед сном может послать в мозг неверные сообщения, что приведет к плохому сну. Эти нарушения циркадного ритма оказывают сильное влияние на нейроповеденческие реакции экипажа и усугубляют психологический стресс, который они уже испытывают (дополнительную информацию см. В разделе Усталость и потеря сна во время космического полета ). Сон на МКС регулярно нарушается из-за требований миссии, таких как планирование прибытия или ухода космических аппаратов. Уровни шума на станции неизбежно высоки, потому что атмосфера не может термосифонировать ; вентиляторы необходимы в любое время, чтобы обеспечить возможность обработки атмосферы, которая могла бы застаиваться в среде свободного падения (невесомости). Пятьдесят процентов астронавтов космического корабля принимали снотворное и по-прежнему спали в космосе на 2 часа меньше, чем на Земле. НАСА изучает две области, которые могут дать ключи к лучшему ночному сну, поскольку улучшенный сон снижает утомляемость и увеличивает дневную продуктивность. Постоянно обсуждаются самые разные методы борьбы с этим явлением.

Продолжительность космического путешествия

Исследование самого продолжительного космического полета пришло к выводу, что первые три недели представляют собой критический период, когда внимание подвергается неблагоприятному воздействию из-за необходимости приспособиться к экстремальным изменениям окружающей среды. В то время как три экипажа «Скайлэба» оставались в космосе 1, 2 и 3 месяца соответственно, долгосрочные экипажи на «Салют-6», «Салют-7» и МКС остаются примерно на 5–6 месяцев, в то время как экспедиции МИР часто длились дольше. Рабочая среда ISS включает в себя дополнительный стресс, вызванный жизнью и работой в стесненных условиях с людьми из самых разных культур, говорящими на разных языках. На космических станциях первого поколения экипажи говорили на одном языке, а на станциях 2-го и 3-го поколения - экипажи из разных культур, говорящие на многих языках. МКС уникальна тем, что посетители не попадают автоматически в категории «хозяин» или «гость», как в случае с предыдущими станциями и космическими кораблями, и могут не так же страдать от чувства изоляции.

Будущее использование

Усилия по колонизации космоса должны учитывать влияние космоса на человеческий организм.

Сумма человеческого опыта привела к накоплению 58 солнечных лет в космосе и гораздо лучшему пониманию того, как человеческое тело адаптируется. В будущем индустриализация космоса и исследование внутренних и внешних планет потребуют от людей более длительного пребывания в космосе. Большинство текущих данных поступает из краткосрочных миссий, поэтому некоторые долгосрочные физиологические эффекты жизни в космосе до сих пор неизвестны. По оценкам, путешествие на Марс и обратно с использованием современных технологий займет не менее 18 месяцев в пути. Знание того, как человеческое тело реагирует на такие периоды времени в космосе, является жизненно важной частью подготовки к таким путешествиям. Бортовое медицинское оборудование должно быть адекватным для того, чтобы справиться с любым типом травмы или чрезвычайной ситуации, а также содержать огромное количество диагностических и медицинских инструментов, чтобы поддерживать здоровье экипажа в течение длительного периода времени, поскольку они будут единственными. на борту космического корабля имеются средства, позволяющие справиться не только с травмой, но и с адаптивными реакциями человеческого тела в космосе.

На данный момент только тщательно протестированные люди испытали условия космоса. Если когда-нибудь начнется инопланетная колонизация , многие типы людей будут подвержены этим опасностям, и последствия для очень молодых совершенно неизвестны. 29 октября 1998 года Джон Гленн, один из первых Меркурий 7, вернулся в космос в возрасте 77 лет. Его космический полет, который длился 9 дней, предоставил НАСА важную информацию о влиянии космического полета на пожилых людей. Важное значение приобретут такие факторы, как потребности в питании и физическая среда, которые до сих пор не были изучены. В целом данных о разнообразных последствиях жизни в космосе мало, и это затрудняет попытки снизить риски во время длительного проживания в космосе. Испытательные стенды, такие как МКС, в настоящее время используются для исследования некоторых из этих рисков.

Окружающая среда в космосе все еще в значительной степени неизвестна, и, вероятно, будут еще неизвестные опасности. Между тем, будущие технологии, такие как искусственная гравитация и более сложные биорегенеративные системы жизнеобеспечения, могут когда-нибудь снизить некоторые риски.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  1. Доклад НАСА: Космические путешествия "по своей природе опасны" для здоровья человека. Леонард Дэвид. 2001 г.
  2. Космическая физиология и медицина . Третье издание. А.Е. Никогосян, С.Л. Хантун и С.Л. Пул. Леа и Фебигер, 1993.
  3. Л.-Ф. Чжан. Сосудистая адаптация к микрогравитации: что мы узнали ?. Журнал прикладной физиологии. 91 (6) (стр. 2415–2430), 2001.
  4. Г. Кармелье, Вико. Л., Буйон Р. Критические обзоры экспрессии эукариотических генов . Том 11 (1–3) (стр 131–144), 2001.
  5. Cucinotta, Francis A .; Шиммерлинг, Вальтер; Уилсон, Джон В .; Peterson, Leif E .; Badhwar, Gautam D .; Saganti, Premkumar B .; Дичелло, Джон Ф. (2001). "Риски и факторы неопределенности космического радиационного рака для миссий на Марс". Радиационные исследования . 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; Мануэль, ФК; Джонс, Дж .; Iszard, G .; Мюррей, Дж .; Djojonegro, B .; Уир, М. (2001). «Космическое излучение и катаракта у космонавтов». Радиационные исследования . 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; Хатчинсон, Карен Б.С.; Карлссон, Свен Г. PhD, и; Харгенс, Алан Р., доктор философии. Депрессия, настроение и боль в спине во время
  8. Восприимчивость к высотной декомпрессионной болезни, MacPherson, G; Авиация, космос и медицина окружающей среды , том 78, номер 6, июнь 2007 г., стр. 630–631 (2)
  9. Джон-Батист А., Кук Т., Страус С., Нагли Дж., Грей Дж., Томлинсон Дж., Кран М. (апрель 2006 г.). «Анализ решений в аэрокосмической медицине: затраты и преимущества гипербарической установки в космосе». Авиационная, космическая и экологическая медицина . 77 (4): 434–43. PMID  16676656 .
  10. ДеГрут Д.В., Дивайн Д.А., Fulco CS (сентябрь 2003 г.). «Частота побочных реакций от 23 000 экспозиций на смоделированных земных высотах до 8900 м». Авиационная, космическая и экологическая медицина . 74 (9): 994–7. PMID  14503681 .