I begyndelsen af marts 2016 vendte astronaut Scott Kelly tilbage til Jorden efter at have slået den amerikanske rekord for et uafbrudt ophold i rummet – 340 dage. Formålet med hans mission til den internationale rumstation var at få en bedre forståelse af, hvordan den menneskelige krop reagerer og tilpasser sig det barske rummiljø. Undersøgelsen håber at kunne reducere sådanne risici med henblik på at forberede bemandede forskningsmissioner til månen, muligvis til asteroider og eventuelt missioner til Mars. Her diskuterer vi, hvordan kroppen reagerer på rummiljøet, hvilke problemer der opstår i det, og hvordan vi kan håndtere dem.
De sundhedsmæssige konsekvenser af rumrejser
Sangeren David Bowie skrev “Space Oddity”, der beskriver astronaut Major Tom’s oplevelser: “Jeg svæver på en højst besynderlig måde”. Den største forskel mellem rummet og Jorden er nemlig, at der i rummet næsten ingen tyngdekraft er, hvilket giver en følelse af vægtløshed, hvilket resulterer i, at det rumfartøj eller den rumstation, som astronauten befinder sig i, er i frit fald mod Jordens centrum. Ved frit fald forstås bevægelsen af et legeme, hvor tyngdekraften er den eneste kraft, der virker på det. Da rumfærgen eller rumstationen bevæger sig rundt om Jorden med den eneste tyngdekraft, der udøves på den (der er ingen luftmodstand i rummet), kan man sige, at de befinder sig i en tilstand af frit fald. Grunden til, at de faktisk ikke “falder”, men snarere bevæger sig i en cirkulær bane, er, at tyngdekraften er lodret i forhold til retningen af deres udgangshastighed, så den kun påvirker hastighedsretningen, men ikke dens størrelse.
Astronauter trænes til forholdene ved at øve sig i et fly med reduceret tyngdekraft, der flyver i en særlig parabolsk rute. Træningen hjælper dem med at fungere i rummet, men forhindrer ikke de skadelige virkninger af tyngdeløsheden på helbredet. Undersøgelser af mennesker, der har været på rumstationer i lange perioder, har vist, at nogle af virkningerne er midlertidige, mens andre er mere langsigtede.
Kort udsættelse for vægtløshed forårsager rumtilpasningssyndromet (SAS) eller “rumsyge”, som er det mest almindelige problem ved rumrejser. Vægtløshed påvirker vores orientering i rummet og kræver, at vi tilpasser mange af vores fysiologiske processer til de nye forhold – hovedsageligt processer relateret til vores balancesystem. Når tilpasningen ikke er fuldstændig, resulterer det i kvalme, svimmelhed, opkastning, hovedpine, træthed, generel utilpashed, visuelle hallucinationer og desorientering i rummet.
Den første rapport om sådanne symptomer var fra den sovjetiske kosmonaut Gherman Titov, der afsluttede sin flyvning i slutningen af 1961 som den fjerde person nogensinde i rummet og den anden, efter Yuri Gagarin, til at gennemføre en fuld rotation om Jorden. De data, der er indsamlet indtil nu, har vist, at ca. 45 % af de rumrejsende lider af rumsyge. Men det varer sjældent mere end tre dage, når kroppen tilpasser sig det nye miljø.
Langvarig udsættelse for tyngdefrihed medfører flere sundhedsproblemer, herunder omfordeling af væsker og tab af knogle- og muskelmasse. Med tiden kan disse virkninger kompromittere astronauternes præstationer, hvilket kan øge risikoen for, at de kommer til skade, samt reducere deres evne til at optage ilt, hvilket sænker deres hjerte-kar-aktivitet.
Omfordeling af væsker
Væsker, som udgør omkring 60 procent af menneskets kropsvægt, har en tendens til at ophobes i den nederste del af kroppen, når de er under indflydelse af tyngdekraften, og gennem evolutionen har vi udviklet systemer, der balancerer blodgennemstrømningen til hjertet og hjernen, mens vi står. Disse systemer fortsætter med at arbejde, selv når tyngdekraften ikke er til stede, og det medfører derfor, at væske ophobes i den øverste del af kroppen. Det er derfor, at astronauter har hævede ansigter. Ophobning af væske i øjet slører også deres syn i et par dage, indtil hjernen lærer at kompensere og korrigere billedet.
Den ændrede væskefordeling afspejler sig også i problemer med balancen samt tab af smags- og lugtesans. Endnu vigtigere er det, at det fremkalder en række systemiske virkninger, der er designet til at tilpasse kroppen til det nye miljø, men de har farlige konsekvenser ved hjemkomsten til Jorden. En af dem er “ortostatisk intolerance”, som er den manglende evne til at stå uden hjælp i mere end ti minutter ad gangen uden at besvime.
Fænomenet stammer til dels fra ændringer i det autonome nervesystems regulering af blodtrykket og tabet af omkring 20 procent af blodvæskemængden – fordi det under mikrogravitationsforhold ikke er nødvendigt for systemerne at opretholde blodtrykket, da kropsvæsken fordeler sig mere jævnt i hele kroppen. Denne effekt forstærkes, jo længere tid man er i rummet, men normaliseres igen i løbet af få uger efter hjemkomsten til Jorden.
Hjertet degenererer også gradvist som følge af, at det skal pumpe mindre blod. En svagere hjertemuskel medfører et fald i blodtrykket og kan hæmme ilttilførslen til hjernen.
Regulær modstandstræning er afgørende for at bevare knogle- og muskelmasse i tyngdeløshed | Foto: NASA
Muskelatrofi og osteoporose
En af de vigtigste virkninger af vægtløshed, der er mere langsigtet, er tabet af muskel- og knoglemasse. I fraværet af tyngdekraften er der ingen vægtbelastning på ryg- og benmusklerne, så de begynder at blive svækket og skrumpe. I nogle muskler er degenerationen hurtig, og uden regelmæssig motion kan astronauter miste op til 20 procent af deres muskelmasse inden for 5-11 dage.
På grund af det manglende mekaniske tryk på knoglerne tabes knoglemassen med en hastighed på halvanden procent på blot en måned i et miljø uden tyngdekraft, sammenlignet med ca. tre procent om ti år hos en rask person i et normalt miljø. Massetabet påvirker primært de nederste ryghvirvler i rygsøjlen, hofteleddet og lårbenet. På grund af den hurtige ændring i densitet kan knoglerne blive skøre og udvise symptomer, der ligner symptomerne på osteoporose.
Selv knoglernes ødelæggelses- og opbygningsprocesser ændres, når de befinder sig i rummet. På Jorden ødelægges og fornyes knoglerne regelmæssigt ved hjælp af et velafbalanceret system af knogleødelæggende celler og knogleopbyggende celler. Hver gang noget knoglevæv ødelægges, træder nye lag i stedet; disse to processer er koblet til hinanden. I rummet ses der imidlertid en øget aktivitet af knogleødelæggende celler på grund af den manglende tyngdekraft, og knoglerne nedbrydes til mineraler, der optages i kroppen.
Studier på mus har vist, at der efter 16 dage i tyngdeløshed er en stigning i antallet af knogleødelæggende celler og et fald i antallet af knogleopbyggende celler samt et fald i koncentrationen af vækstfaktorer, der er kendt for deres evne til at hjælpe med at skabe ny knogle. Stigningen i calciumniveauet i blodet fra den opløste knogle forårsager en farlig forkalkning af blødt væv og øger risikoen for nyrestensdannelse.
Astronauter viser en stigning i aktiviteten af knogleødelæggende celler, især i bækkenområdet, som normalt bærer størstedelen af belastningen under normale tyngdeforhold. I modsætning til patienter med osteoporose genvinder astronauter, der har opholdt sig i rummet i tre til fire måneder, dog deres normale knogletæthed efter en periode på to til tre år tilbage på Jorden.
Håndtering af virkningerne af tyngdeløshed
Den bedste måde at undgå virkningerne af tyngdeløshed på er at skabe kunstig tyngdekraft. Hidtil er det kun lykkedes forskerne at skabe tyngdekraft under laboratorieforhold ved hjælp af stærke magnetfelter over de tilladte sikkerhedsniveauer, hvilket naturligvis ikke er praktisk muligt i forbindelse med rumrejser. I science fiction anvendes der dog ofte kunstig tyngdekraft. I filmen “The Martian” har rumskibet, der rejser til Mars, f.eks. en roterende cirkulær struktur, der har en tyngdekraft på sin omkreds svarende til 40 % af, hvad der ville være på Jordens overflade, hvilket svarer til tyngdekraften på den røde planet.
Medicin, der bruges til at behandle søsyge, som også skyldes bevægelsesmønstre, som kroppen ikke er vant til, kan også hjælpe mod rumsyge, men bruges sjældent, fordi det naturlige tilpasningsforløb i løbet af de første to dage af rumrejsen foretrækkes frem for døsighed og andre bivirkninger forårsaget af medicinen.
Når astronauterne er iført en rumdragt, bruger de dog anti-ømhedsplaster, fordi opkastninger i dragten kan være livsfarlige. Rumdragter bæres mest under opsendelse og landing og naturligvis ved enhver aktivitet uden for rumfartøjet (rumvandringer). For at give holdet mulighed for at tilpasse sig til forholdene i rummet er aktiviteter uden for rumfartøjet eller rumstationen normalt ikke planlagt i de første dage af missionen. Derved undgås faren for opkast i dragten, og plastrene er normalt kun til ryggen.
For at mindske og undgå nogle af de negative virkninger af den manglende tyngdekraft på musklerne, især hjertemusklen, er den internationale rumstation udstyret med sportsudstyr, der bruges til modstandstræning. Hver astronaut skal udføre mindst to timers fysisk aktivitet om dagen, herunder jogging på et løbebånd (de fastgør sig selv til det med elastikker for ikke at svæve væk), cykling på en stationær cykel og løft af vægte, naturligvis mod fjedre. Astronauter på særligt lange missioner bærer bukser, der lægger pres på benknoglerne for at mindske tabet af knogletæthed.
NASA bruger avancerede beregningsværktøjer til at forstå, hvordan man bedst kan standse degenerationen af muskler og knogler for astronauter, der opholder sig i rummet i tyngdefrihed. Computersimuleringer bruges primært til at evaluere virkningerne af træning på knogleleddenes torsion (drejningsmoment) for at anbefale de optimale træningsregimer for astronauter.
Håbenligt vil de oplysninger, som Scott Kelly har indsamlet under sit lange ophold i rummet, kaste mere lys over virkningerne af tyngdeløshed på menneskers sundhed og kunne bidrage til at forebygge mange af de problemer, som astronauter støder på, når de vender tilbage til Jorden. Hans mission var unik i sin længde, hvilket gør det muligt at undersøge virkningerne af mere langsigtede virkninger af rumrejser, end der tidligere er blevet testet.
Et behageligt minde: David Bowie, Space Oddity