Na začátku března 2016 se astronaut Scott Kelly vrátil na Zemi poté, co překonal americký rekord v nepřetržitém pobytu ve vesmíru – 340 dní. Cílem jeho mise na Mezinárodní vesmírné stanici bylo lépe pochopit, jak lidské tělo reaguje a přizpůsobuje se drsnému vesmírnému prostředí. Studie doufá ve snížení těchto rizik, aby se připravila na výzkumné mise s lidskou posádkou na Měsíc, případně k asteroidům a nakonec i na mise na Mars. Zde se zabýváme tím, jak tělo reaguje na vesmírné prostředí, jaké problémy v něm vznikají a jak se s nimi můžeme vypořádat.
Zdravotní důsledky cestování do vesmíru
Zpěvák David Bowie napsal skladbu „Space Oddity“ popisující zážitky astronauta majora Toma: „Vznáším se velmi zvláštním způsobem“. Hlavní rozdíl mezi vesmírem a Zemí totiž spočívá v tom, že ve vesmíru téměř neexistuje gravitace, což způsobuje pocit beztíže, v důsledku čehož se kosmická loď nebo vesmírná stanice, v níž se astronaut nachází, nachází ve volném pádu směrem ke středu Země. Volný pád je pohyb tělesa, na které působí pouze gravitační síla. Protože se raketoplán nebo vesmírná stanice pohybují kolem Země, přičemž na ně působí pouze gravitační síla (ve vesmíru neexistuje odpor vzduchu), lze říci, že se nacházejí ve stavu volného pádu. Důvodem, proč ve skutečnosti „nepadají“, ale pohybují se po kruhové dráze, je to, že gravitační síla je kolmá na směr jejich počáteční rychlosti, takže ovlivňuje pouze směr rychlosti, ale ne její velikost.
Astronauti jsou na tyto podmínky cvičeni nácvikem v letadle se sníženou gravitací, které letí po speciální parabolické trase. Tento výcvik jim pomáhá fungovat ve vesmíru, ale nezabraňuje škodlivým účinkům nulové gravitace na zdraví. Studie na lidech, kteří byli na vesmírných stanicích delší dobu, ukázaly, že některé účinky jsou dočasné, zatímco jiné jsou dlouhodobější.
Krátké vystavení stavu beztíže způsobuje syndrom adaptace na vesmír (SAS) neboli „vesmírnou nemoc“, což je nejčastější problém při cestování do vesmíru. Stav beztíže ovlivňuje naši orientaci ve vesmíru a vyžaduje, abychom přizpůsobili mnoho našich fyziologických procesů novým podmínkám – především procesy související s naším rovnovážným systémem. Pokud přizpůsobení není úplné, má to za následek nevolnost, závratě, zvracení, bolesti hlavy, únavu, celkovou malátnost, zrakové halucinace a dezorientaci v prostoru.
První zprávu o těchto příznacích podal sovětský kosmonaut German Titov, který koncem roku 1961 dokončil svůj let jako čtvrtý člověk ve vesmíru v historii a druhý po Juriji Gagarinovi, který dokončil úplnou rotaci Země. Dosud shromážděné údaje ukázaly, že asi 45 procent vesmírných cestovatelů trpí vesmírnou nemocí. Zřídkakdy však trvá déle než tři dny, kdy se tělo adaptuje na nové prostředí.
Dlouhodobé vystavení nulové gravitaci způsobuje četné zdravotní problémy včetně redistribuce tekutin a úbytku kostní a svalové hmoty. Tyto účinky mohou časem ohrozit výkonnost astronautů, což může zvýšit riziko jejich zranění, a také snížit jejich schopnost vstřebávat kyslík, což zpomaluje jejich kardiovaskulární činnost.
Přerozdělení tekutin
Tekutiny, které tvoří asi 60 procent hmotnosti lidského těla, mají tendenci se pod vlivem gravitace hromadit v dolní části těla a v průběhu evoluce jsme vyvinuli systémy, které vyrovnávají průtok krve do srdce a mozku, když stojíme. Tyto systémy pokračují v činnosti i při absenci gravitace, a proto způsobují hromadění tekutin v horní části těla. Proto mají astronauti oteklé obličeje. Nahromadění tekutiny v oku jim také na několik dní rozostří vidění, než se mozek naučí kompenzovat a korigovat obraz.
Změna rozložení tekutin se projevuje také problémy s rovnováhou a ztrátou chuti a čichu. Ještě důležitější je, že pohání řadu systémových účinků, které mají za úkol přizpůsobit tělo novému prostředí, ale po návratu na Zemi mají nebezpečné následky. Jedním z nich je „ortostatická intolerance“, což je neschopnost stát bez pomoci déle než deset minut v kuse, aniž by člověk omdlel.
Tento jev částečně vyplývá ze změn v regulaci krevního tlaku autonomním nervovým systémem a ze ztráty asi 20 procent objemu krevní tekutiny – v podmínkách mikrogravitace totiž není nutné, aby systémy udržovaly krevní tlak, protože tělesná tekutina se rozvádí rovnoměrněji po celém těle. Tento efekt je tím silnější, čím déle člověk pobývá ve vesmíru, ale během několika týdnů po návratu na Zemi se opět normalizuje.
Srdce také postupně degeneruje v důsledku toho, že musí pumpovat méně krve. Slabší srdeční sval způsobuje pokles krevního tlaku a může ztěžovat přísun kyslíku do mozku.
Pravidelný odporový trénink je pro udržení kostní a svalové hmoty v nulové gravitaci nezbytný | Fotografie: NASA
Svalová atrofie a osteoporóza
Jedním z hlavních účinků beztíže, který je dlouhodobější, je úbytek svalové a kostní hmoty. V nepřítomnosti gravitace nejsou zádové svaly a svaly nohou zatěžovány váhou, takže začnou slábnout a zmenšovat se. U některých svalů je degenerace rychlá a bez pravidelného cvičení mohou astronauti během 5-11 dnů ztratit až 20 procent svalové hmoty.
V důsledku absence mechanického tlaku na kosti dochází k úbytku kostní hmoty rychlostí jeden a půl procenta za pouhý měsíc v prostředí beztíže, zatímco u zdravého člověka v normálním prostředí to jsou asi tři procenta za deset let. Úbytek hmoty se týká především dolních obratlů páteře, kyčelního kloubu a stehenní kosti. V důsledku rychlé změny hustoty se kosti mohou stát křehkými a projevují se u nich podobné příznaky jako u osteoporózy.
Ve vesmíru se mění i procesy destrukce a výstavby kostí. Na Zemi se kosti pravidelně ničí a obnovují pomocí vyváženého systému buněk ničících kosti a buněk stavějících kosti. Kdykoli je některá kostní tkáň zničena, její místo zaujmou nové vrstvy; tyto dva procesy jsou vzájemně propojeny. Ve vesmíru však dochází v důsledku chybějící gravitace ke zvýšené aktivitě buněk ničících kosti a kosti se rozkládají na minerály, které se vstřebávají do těla.
Studie na myších ukázaly, že po 16 dnech pobytu v nulové gravitaci dochází ke zvýšení počtu buněk ničících kosti a snížení počtu buněk budujících kosti, stejně jako ke snížení koncentrace růstových faktorů známých svou schopností pomáhat při tvorbě nových kostí. Zvýšení hladiny vápníku v krvi z rozpadajících se kostí způsobuje nebezpečnou kalcifikaci měkkých tkání a zvyšuje možnost tvorby ledvinových kamenů.
Astronauti vykazují zvýšenou aktivitu buněk ničících kosti, zejména v oblasti pánve, která za normálních podmínek gravitace obvykle nese největší zátěž. Na rozdíl od pacientů s osteoporózou však astronauti, kteří zůstali ve vesmíru tři až čtyři měsíce, získají po dvou až třech letech zpět na Zemi normální hustotu kostí.
Srovnání s účinky nulové gravitace
Nejlepším způsobem, jak se vyhnout účinkům nulové gravitace, je vytvoření umělé gravitace. Dosud se vědcům podařilo vytvořit gravitaci pouze v laboratorních podmínkách za použití silných magnetických polí nad povolenou bezpečnostní úroveň, což samozřejmě není při cestování vesmírem praktické. Ve vědeckofantastické literatuře se však umělá gravitace často používá. Například ve filmu „Marťan“ má vesmírná loď, která cestuje na Mars, rotující kruhovou konstrukci, která má po svém obvodu gravitaci rovnající se 40 procentům té, která by byla na povrchu Země, což je podobné gravitaci na Rudé planetě.
Léky používané k léčbě mořské nemoci, která je rovněž důsledkem pohybových vzorců, na něž tělo není zvyklé, mohou pomoci i při léčbě vesmírné nemoci, ale používají se jen zřídka, protože přirozený průběh adaptace během prvních dvou dnů cesty vesmírem je upřednostňován před ospalostí a dalšími vedlejšími účinky způsobenými léky.
Když však mají astronauti na sobě skafandr, používají náplasti proti nevolnosti, protože zvracení ve skafandru může být smrtelné. Skafandry se nosí hlavně při startu a přistání a samozřejmě při jakékoli činnosti mimo kosmickou loď (výstupy do kosmu). Aby se tým mohl přizpůsobit podmínkám ve vesmíru, aktivity mimo kosmickou loď nebo kosmickou stanici se v prvních dnech mise obvykle neplánují. Předchází se tak nebezpečí zvracení ve skafandru a náplasti obvykle slouží pouze jako záloha.
Pro snížení a zamezení některých negativních účinků nedostatku gravitace na svaly, zejména na srdeční sval, je Mezinárodní vesmírná stanice vybavena sportovními přístroji sloužícími k odporovému tréninku. Každý astronaut musí denně vykonávat alespoň dvě hodiny fyzické aktivity, včetně běhání na běžeckém pásu (připevní se k němu gumičkami, aby neodplul), jízdy na stacionárním kole a zvedání činek, samozřejmě proti pružinám. Astronauti na zvláště dlouhých misích nosí kalhoty, které vyvíjejí tlak na kosti nohou, aby se snížila ztráta hustoty kostí.
NASA používá pokročilé výpočetní nástroje, aby pochopila, jak nejlépe zastavit degeneraci svalů a kostí u astronautů pobývajících ve vesmíru v nulové gravitaci. Výpočetní simulace se používají především k vyhodnocování vlivu cvičení na torzi (kroutící momenty) kostních kloubů, aby bylo možné doporučit optimální cvičební režimy pro astronauty.
Doufejme, že informace získané Scottem Kellym během jeho dlouhého pobytu ve vesmíru vrhnou více světla na účinky nulové gravitace na lidské zdraví a mohly by pomoci předcházet mnoha problémům, se kterými se astronauti setkávají po návratu na Zemi. Jeho mise byla unikátní svou délkou, která umožňuje zkoumat účinky dlouhodobějšího působení vesmírného cestování, než bylo dosud testováno.
Příjemná vzpomínka: David Bowie, Space Oddity
.