La începutul lunii martie 2016, astronautul Scott Kelly s-a întors pe Pământ după ce a doborât recordul american pentru o ședere continuă în spațiu – 340 de zile. Scopul misiunii sale pe Stația Spațială Internațională a fost acela de a înțelege mai bine modul în care corpul uman reacționează și se adaptează la mediul spațial dur. Studiul speră să reducă astfel de riscuri pentru a se pregăti pentru misiuni de cercetare cu echipaj uman pe Lună, eventual pe asteroizi și, în cele din urmă, pentru misiuni pe Marte. Discutăm aici despre cum reacționează organismul la mediul spațial, ce probleme apar în acesta și cum le putem face față.
Implicațiile pentru sănătate ale călătoriilor în spațiu
Cântărețul David Bowie a scris „Space Oddity” descriind experiențele astronautului Major Tom: „Plutesc într-un mod foarte ciudat”. Într-adevăr, principala diferență între spațiu și Pământ este că în spațiu aproape că nu există gravitație, provocând o senzație de imponderabilitate, ceea ce face ca nava spațială sau stația spațială în care se află astronautul să fie în cădere liberă spre centrul Pământului. Căderea liberă este mișcarea unui corp în care gravitația este singura forță care acționează asupra acestuia. Având în vedere că naveta sau stația spațială se deplasează în jurul Pământului doar cu forța gravitațională exercitată asupra ei (în spațiu nu există rezistență a aerului), se poate spune că se află în cădere liberă. Motivul pentru care ele nu „cad” efectiv, ci se deplasează pe o traiectorie circulară, este acela că forța gravitațională este verticală față de direcția vitezei inițiale, astfel încât afectează doar direcția vitezei, dar nu și mărimea acesteia.
Astronauții sunt antrenați pentru aceste condiții exersând într-un avion cu gravitație redusă care zboară pe o rută parabolică specială. Antrenamentul îi ajută să funcționeze în spațiu, dar nu previne efectele nocive ale gravitației zero asupra sănătății. Studiile efectuate pe persoane care au stat pe stații spațiale pentru perioade lungi de timp au arătat că unele dintre efecte sunt temporare, în timp ce altele sunt pe termen mai lung.
Expunerea scurtă la imponderabilitate provoacă sindromul de adaptare spațială (SAS) sau „boala spațială”, care este cea mai frecventă problemă în călătoriile în spațiu. Lipsa de greutate ne afectează orientarea în spațiu și ne cere să ne adaptăm multe dintre procesele fiziologice la noile condiții – în principal procesele legate de sistemul nostru de echilibru. Atunci când adaptarea nu este completă, aceasta are ca rezultat greață, amețeli, vărsături, dureri de cap, oboseală, stare generală de rău, halucinații vizuale și dezorientare în spațiu.
Primul raport despre astfel de simptome a fost cel al cosmonautului sovietic Gherman Titov, care și-a încheiat zborul la sfârșitul anului 1961, fiind a patra persoană aflată vreodată în spațiu și a doua, după Iuri Gagarin, care a efectuat o rotație completă a Pământului. Datele colectate până în prezent au arătat că aproximativ 45 la sută dintre călătorii în spațiu suferă de rău spațial. Dar acesta durează rareori mai mult de trei zile, când organismul se adaptează la noul mediu.
Expunerea pe termen lung la gravitația zero provoacă multiple probleme de sănătate, inclusiv redistribuirea fluidelor și pierderea masei osoase și musculare. În timp, aceste efecte pot compromite performanța astronauților, ceea ce poate crește riscul ca aceștia să fie răniți, precum și reducerea capacității lor de a absorbi oxigenul, ceea ce le încetinește activitatea cardiovasculară.
Redistribuirea lichidelor
Lichidele, care reprezintă aproximativ 60 la sută din greutatea corpului uman, tind să se acumuleze în partea inferioară a corpului atunci când se află sub influența gravitației și, de-a lungul evoluției, am dezvoltat sisteme care echilibrează fluxul sanguin către inimă și creier în timp ce stăm în picioare. Aceste sisteme continuă să funcționeze chiar și în absența gravitației, ceea ce face ca lichidul să se acumuleze în partea superioară a corpului. Acesta este motivul pentru care astronauții au fețele umflate. Acumularea de lichid în ochi le încețoșează, de asemenea, vederea timp de câteva zile, până când creierul învață să compenseze și să corecteze imaginea.
Modificarea distribuției fluidelor se reflectă, de asemenea, în probleme de echilibru, precum și în pierderea simțului gustului și al mirosului. Mai important, ea determină o serie de efecte sistemice menite să adapteze organismul la noul mediu, dar care au consecințe periculoase la întoarcerea pe Pământ. Unul dintre ele este „intoleranța ortostatică”, care constă în incapacitatea de a sta în picioare fără asistență mai mult de zece minute la rând fără a leșina.
Fenomenul provine în parte din modificări în reglarea presiunii sanguine de către sistemul nervos autonom și din pierderea a aproximativ 20 la sută din volumul de lichid sanguin – deoarece în condiții de microgravitație nu este necesar ca sistemele să mențină presiunea sanguină, deoarece lichidul corporal se răspândește mai uniform în tot corpul. Acest efect este amplificat cu cât persoana se află mai mult timp în spațiu, dar se normalizează din nou în câteva săptămâni de la întoarcerea pe Pământ.
De asemenea, inima degenerează treptat ca urmare a faptului că trebuie să pompeze mai puțin sânge. Un mușchi cardiac mai slab cauzează o scădere a tensiunii arteriale și poate împiedica fluxul de oxigen către creier.
Antrenamentul regulat de rezistență este esențial pentru menținerea masei osoase și musculare în gravitație zero | Fotografie: NASA
Atrofia musculară și osteoporoza
Unul dintre efectele majore ale imponderabilității care se manifestă mai mult pe termen lung este pierderea masei musculare și osoase. În absența gravitației, nu există nicio sarcină de greutate asupra mușchilor spatelui și picioarelor, astfel că aceștia încep să slăbească și să se micșoreze. În cazul unor mușchi, degenerarea este rapidă și, fără exerciții fizice regulate, astronauții pot pierde până la 20 la sută din masa musculară în 5-11 zile.
Datorită lipsei de presiune mecanică asupra oaselor, masa osoasă se pierde cu o rată de unu și jumătate la sută în doar o lună într-un mediu de gravitație zero, în comparație cu aproximativ trei procente pe deceniu la o persoană sănătoasă într-un mediu normal. Pierderea de masă afectează în principal vertebrele inferioare ale coloanei vertebrale, articulația șoldului și femurul. Din cauza schimbării rapide a densității, oasele pot deveni fragile și pot prezenta simptome asemănătoare cu cele ale osteoporozei.
Inclusiv procesele de distrugere și construcție a oaselor se schimbă atunci când se află în spațiu. Pe Pământ, oasele sunt distruse și reînnoite în mod regulat cu ajutorul unui sistem bine echilibrat de celule distrugătoare de oase și de celule constructoare de oase. Ori de câte ori o parte din țesutul osos este distrus, noi straturi le iau locul; aceste două procese sunt cuplate între ele. În spațiu, însă, se observă o creștere a activității celulelor distrugătoare de oase, din cauza lipsei de gravitație, iar oasele se descompun în minerale care sunt absorbite de organism.
Studii efectuate pe șoareci au arătat că, după 16 zile în condiții de gravitație zero, se înregistrează o creștere a numărului de celule distrugătoare de oase și o scădere a numărului de celule constructoare de oase, precum și o scădere a concentrației de factori de creștere cunoscuți pentru capacitatea lor de a ajuta la crearea de noi oase. Creșterea nivelului de calciu din sânge din cauza osului care se dezintegrează provoacă o calcifiere periculoasă a țesuturilor moi și crește potențialul de formare a pietrelor la rinichi.
Astronauții prezintă o creștere a activității celulelor distrugătoare de oase, în special în zona pelviană, care de obicei suportă cea mai mare parte a încărcăturii în condiții normale de gravitație. Cu toate acestea, spre deosebire de pacienții cu osteoporoză, astronauții care au rămas în spațiu timp de trei-patru luni, își recapătă densitatea osoasă normală după o perioadă de doi-trei ani la întoarcerea pe Pământ.
Cuprinderea efectelor gravitației zero
Cel mai bun mod de a evita efectele gravitației zero este de a crea o gravitație artificială. Până în prezent, oamenii de știință au reușit să creeze gravitație doar în condiții de laborator, folosind câmpuri magnetice puternice peste nivelurile de siguranță permise, ceea ce, bineînțeles, nu este practic în călătoriile spațiale. Cu toate acestea, science-fiction-ul folosește adesea gravitația artificială. De exemplu, în filmul „The Martian”, nava spațială care călătorește pe Marte are o structură circulară rotativă care are o gravitație pe perimetrul său egală cu 40 la sută din cea care ar exista pe fața Pământului, ceea ce este similar cu gravitația de pe Planeta Roșie.
Medicamentele folosite pentru a trata răul de mare, care este, de asemenea, un rezultat al modelelor de mișcare cu care organismul nu este obișnuit, pot ajuta, de asemenea, la tratarea răului spațial, dar sunt rareori folosite, deoarece cursul natural de adaptare din primele două zile de călătorie în spațiu este preferat somnolenței și altor efecte secundare cauzate de medicamente.
Cu toate acestea, atunci când astronauții poartă un costum spațial, ei folosesc plasturi anti-nausată, deoarece vărsăturile în costum pot fi fatale. Costumele spațiale sunt purtate mai ales în timpul lansării și aterizării și, bineînțeles, în orice activitate în afara navei spațiale (plimbări în spațiu). Pentru a permite echipei să se adapteze la condițiile din spațiu, activitățile în afara navei spațiale sau a stației spațiale nu sunt, de obicei, planificate în primele zile ale misiunii. Astfel, se previne pericolul de a vomita în costum, iar plasturii sunt de obicei doar de rezervă.
Pentru a reduce și a evita unele dintre efectele negative ale lipsei de gravitație asupra mușchilor, în special asupra mușchiului cardiac, Stația Spațială Internațională este dotată cu aparate sportive folosite pentru antrenamentul de rezistență. Fiecare astronaut este obligat să efectueze cel puțin două ore de activitate fizică pe zi, inclusiv jogging pe o bandă de alergare (se atașează de ea cu benzi elastice pentru a nu pluti), mers pe o bicicletă staționară și ridicarea de greutăți, bineînțeles împotriva arcurilor. Astronauții aflați în misiuni deosebit de lungi poartă pantaloni care pun presiune pe oasele picioarelor pentru a reduce pierderea densității osoase.
NASA folosește instrumente avansate de calcul pentru a înțelege cum să oprească cel mai bine degenerarea mușchilor și a oaselor pentru astronauții care stau în spațiu în gravitație zero. Simulările computaționale sunt utilizate în principal pentru a evalua efectele exercițiilor fizice asupra torsiunii (cuplurilor) articulațiilor osoase, pentru a recomanda regimurile optime de exerciții fizice pentru astronauți.
Sperăm că informațiile adunate de Scott Kelly în timpul șederii sale îndelungate în spațiu vor arunca mai multă lumină asupra efectelor gravitației zero asupra sănătății umane și ar putea ajuta la prevenirea multora dintre problemele cu care se confruntă astronauții la întoarcerea pe Pământ. Misiunea sa a fost unică prin durata sa, ceea ce permite investigarea efectelor pe termen mai lung ale călătoriei în spațiu decât a fost testat anterior.
O amintire plăcută: David Bowie, Space Oddity
.