2016 március elején Scott Kelly űrhajós visszatért a Földre, miután megdöntötte a folyamatos űrben tartózkodás amerikai rekordját – 340 napot. A Nemzetközi Űrállomáson végzett küldetésének célja az volt, hogy jobban megértse, hogyan reagál és alkalmazkodik az emberi szervezet a zord űrkörnyezethez. A tanulmány az ilyen kockázatok csökkentését reméli annak érdekében, hogy felkészülhessen a Holdra, esetleg aszteroidákra és végül a Marsra irányuló emberes kutatási küldetésekre. Itt arról lesz szó, hogyan reagál a szervezet az űrkörnyezetre, milyen problémák merülnek fel benne, és hogyan kezelhetjük ezeket.
Az űrutazás egészségügyi következményei
A David Bowie énekes írta a “Space Oddity”-t, amelyben Tom őrnagy űrhajós élményeit írta le: “A legkülönösebb módon lebegek”. Valóban, a fő különbség az űr és a Föld között az, hogy az űrben szinte nincs gravitáció, ami a súlytalanság érzését okozza, aminek következtében az űrhajó vagy űrállomás, amelyben az űrhajós tartózkodik, szabadesésben van a Föld középpontja felé. A szabadesés egy olyan test mozgása, amelyre csak a gravitáció hat. Mivel az űrsikló vagy az űrállomás úgy mozog a Föld körül, hogy csak a gravitációs erő hat rá (az űrben nincs légellenállás), azt mondhatjuk, hogy szabadesésben vannak. Azért nem “zuhannak” valójában, hanem inkább körpályán mozognak, mert a gravitációs erő a kezdeti sebességük irányára merőleges, így csak a sebesség irányát befolyásolja, de annak nagyságát nem.
Az űrhajósokat úgy képzik ki a körülményekre, hogy egy speciális parabolikus útvonalon repülő, csökkentett gravitációjú repülőgépen gyakorolnak. A kiképzés segíti őket az űrben való működésben, de nem akadályozza meg a súlytalanság egészségre káros hatásait. Az űrállomásokon hosszabb ideig tartózkodó embereken végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a hatások egy része átmeneti, míg mások inkább hosszú távúak.
A súlytalanságnak való rövid ideig tartó kitettség űradaptációs szindrómát (SAS) vagy “űrbetegséget” okoz, ami a leggyakoribb probléma az űrutazások során. A súlytalanság befolyásolja az űrben való tájékozódásunkat, és számos fiziológiai folyamatunkat kell az új körülményekhez igazítanunk – főként az egyensúlyi rendszerünkkel kapcsolatos folyamatokat. Ha az alkalmazkodás nem teljes, az hányingert, szédülést, hányást, fejfájást, fáradtságot, általános rossz közérzetet, vizuális hallucinációkat és térbeli tájékozatlanságot eredményez.
Az első ilyen tünetekről Gherman Titov szovjet kozmonauta számolt be, aki 1961 végén fejezte be repülését a negyedik emberként az űrben, és Jurij Gagarin után a második, aki teljesítette a Föld teljes megfordulását. Az eddig gyűjtött adatok szerint az űrutazók mintegy 45 százaléka szenved űrbetegségben. Ez azonban ritkán tart tovább három napnál, amikor a szervezet alkalmazkodik az új környezethez.
A zéró gravitációnak való hosszú távú kitettség számos egészségügyi problémát okoz, beleértve a folyadékok újraeloszlását, valamint a csont- és izomtömeg csökkenését. Idővel ezek a hatások ronthatják az űrhajósok teljesítményét, ami növelheti a sérülések kockázatát, valamint csökkentik az oxigénfelvevő képességüket, ami lelassítja a szív- és érrendszeri tevékenységüket.
Folyadékok újraelosztása
A folyadékok, amelyek az emberi testtömeg mintegy 60 százalékát teszik ki, a gravitáció hatására hajlamosak a test alsó részén felhalmozódni, és az evolúció során olyan rendszereket fejlesztettünk ki, amelyek kiegyensúlyozzák a szív és az agy vérellátását állás közben. Ezek a rendszerek a gravitáció hiányában is tovább működnek, ezért a test felső részén folyadék halmozódik fel. Ezért van az űrhajósok arca feldagadva. A folyadék felhalmozódása a szemükben néhány napig a látásukat is elhomályosítja, amíg az agy meg nem tanulja kompenzálni és korrigálni a képet.
A folyadékeloszlás megváltozása egyensúlyi problémákban, valamint az íz- és szaglásérzékelés elvesztésében is megmutatkozik. Ami ennél is fontosabb, egy sor olyan szisztémás hatást indít el, amelyek célja, hogy a szervezet alkalmazkodjon az új környezethez, de ezek veszélyes következményekkel járnak a Földre való visszatéréskor. Ezek egyike az “ortosztatikus intolerancia”, ami azt jelenti, hogy az ember képtelen segítség nélkül tíz percnél hosszabb ideig egyhuzamban állni anélkül, hogy elájulna.
A jelenség részben a vérnyomás autonóm idegrendszer általi szabályozásának megváltozásából és a vérfolyadék térfogatának mintegy 20 százalékának elvesztéséből ered – mivel a mikrogravitációs körülmények között a rendszereknek nincs szükségük a vérnyomás fenntartására, mivel a testfolyadék egyenletesebben oszlik el a szervezetben. Ez a hatás felerősödik, minél hosszabb ideig tartózkodik valaki az űrben, de a Földre való visszatérés után néhány héten belül ismét normalizálódik.
A szív is fokozatosan leépül, mivel kevesebb vért kell pumpálnia. A gyengébb szívizom vérnyomáscsökkenést okoz, és akadályozhatja az agy oxigénellátását.
A rendszeres ellenállásos edzés elengedhetetlen a csont- és izomtömeg fenntartásához a súlytalanságban | Fotó: NASA
Az izomsorvadás és a csontritkulás
A súlytalanság egyik legfontosabb, hosszú távú hatása az izom- és csonttömeg csökkenése. A gravitáció hiányában nincs súlyterhelés a hát- és lábizmokra, így azok gyengülni és zsugorodni kezdenek. Egyes izmoknál a degeneráció gyors, és rendszeres testmozgás nélkül az űrhajósok 5-11 nap alatt izomtömegük akár 20 százalékát is elveszíthetik.
A csontokra nehezedő mechanikai nyomás hiánya miatt a csonttömeg másfél százalékkal csökken egy hónap alatt a gravitációmentes környezetben, szemben a normál környezetben élő egészséges emberek évtizedenkénti körülbelül három százalékos arányával. A tömegveszteség elsősorban a gerinc alsó csigolyáit, a csípőízületet és a combcsontot érinti. A gyors sűrűségváltozás miatt a csontok törékennyé válhatnak, és a csontritkuláshoz hasonló tüneteket mutathatnak.
A csontok pusztulási és építési folyamatai is megváltoznak az űrben. A Földön a csontok rendszeresen pusztulnak és újulnak meg a csontromboló sejtek és a csontépítő sejtek kiegyensúlyozott rendszere segítségével. Amikor egyes csontszövetek elpusztulnak, új rétegek kerülnek a helyükre; ez a két folyamat egymáshoz kapcsolódik. Az űrben azonban a gravitáció hiánya miatt a csontromboló sejtek aktivitásának növekedése figyelhető meg, és a csontok ásványi anyagokra bomlanak, amelyek felszívódnak a szervezetbe.
Egereken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy 16 nap súlytalanságban töltött idő után megnő a csontromboló sejtek száma és csökken a csontépítő sejtek száma, valamint csökken az új csontok létrehozását elősegítő képességükről ismert növekedési faktorok koncentrációja. A vér kalciumszintjének emelkedése a széteső csontok miatt a lágyszövetek veszélyes elmeszesedését okozza, és növeli a vesekő kialakulásának lehetőségét.
Az űrhajósoknál a csontrontó sejtek aktivitása megnő, különösen a medence területén, amely normál gravitációs körülmények között általában a legnagyobb terhelést viseli. A csontritkulásban szenvedő betegekkel ellentétben azonban a három-négy hónapig az űrben tartózkodó űrhajósok a Földre visszatérve két-három év elteltével visszanyerik normális csontsűrűségüket.
A súlytalanság hatásainak kezelése
A súlytalanság hatásainak elkerülésére a legjobb módszer a mesterséges gravitáció létrehozása. A tudósoknak eddig csak laboratóriumi körülmények között sikerült gravitációt létrehozniuk, a megengedett biztonsági szintek feletti erős mágneses terek alkalmazásával, ami természetesen az űrutazás során nem kivitelezhető. A sci-fi azonban gyakran használ mesterséges gravitációt. Például A marslakó című filmben a Marsra utazó űrhajónak van egy forgó kör alakú szerkezete, amelynek a kerületén a Földön uralkodó gravitáció 40 százalékának megfelelő gravitáció van, ami hasonló a vörös bolygón uralkodó gravitációhoz.
A tengeribetegség kezelésére használt gyógyszerek, amelyek szintén a szervezet által nem megszokott mozgásmintákból adódnak, szintén segíthetnek az űrbetegség kezelésében, de ritkán alkalmazzák őket, mert az űrutazás első két napja alatt bekövetkező természetes alkalmazkodási folyamatot előnyben részesítik a gyógyszerek okozta álmossággal és egyéb mellékhatásokkal szemben.
Az űrhajósok űrruhában azonban hányinger elleni tapaszokat kapnak, mert a ruhában való hányás végzetes lehet. Az űrruhákat leginkább a kilövés és a leszállás során viselik, és természetesen az űrhajón kívüli bármilyen tevékenység (űrséták) során. Annak érdekében, hogy a csapat alkalmazkodni tudjon az űrbeli körülményekhez, a küldetés első napjaiban általában nem terveznek űrhajón vagy űrállomáson kívüli tevékenységeket. Ezzel megelőzhető a szkafanderben történő hányás veszélye, és a tapaszok általában csak a háttértámogatásra szolgálnak.
A gravitáció hiányának az izmokra, különösen a szívizomra gyakorolt negatív hatásainak egy részét csökkentendő és elkerülendő, a Nemzetközi Űrállomáson ellenállásos edzésre használt sporteszközökkel vannak felszerelve. Minden űrhajósnak naponta legalább két óra testmozgást kell végeznie, beleértve a futópadon való kocogást (gumiszalagokkal rögzítik magukat hozzá, hogy ne lebegjenek el), a helyhez kötött kerékpározást és a súlyok emelését, természetesen rugók ellenében. A különösen hosszú küldetéseken az űrhajósok olyan nadrágot viselnek, amely nyomást gyakorol a láb csontjaira, hogy csökkentse a csontsűrűség csökkenését.
A NASA fejlett számítási eszközökkel próbálja megérteni, hogyan lehet a legjobban megállítani az izmok és a csontok degenerációját az űrben, a súlytalanságban tartózkodó űrhajósok esetében. A számítógépes szimulációkat elsősorban a testmozgás csontízületek torziójára (nyomatékára) gyakorolt hatásának értékelésére használják, hogy az űrhajósok számára optimális edzésprogramokat javasoljanak.
A Scott Kelly hosszú űrbeli tartózkodása során gyűjtött információk remélhetőleg több fényt vetnek majd a súlytalanság emberi egészségre gyakorolt hatásaira, és segíthetnek megelőzni számos olyan problémát, amellyel az űrhajósok a Földre való visszatérésükkor találkoznak. Küldetése egyedülállóan hosszú volt, ami lehetővé teszi az űrutazás hosszabb távú hatásainak vizsgálatát, mint amit korábban teszteltek.
Kellemes emlék: David Bowie, Space Oddity