Vis dažniau išgirstame, kad įžymūs užsienio aktoriai, garsūs muzikos atlikėjai, įtakingi politikai ar pasiturintys verslininkai nepagailėjo įspūdingų sumų ne mažiau įspūdingai kelionei. Tiesa, netolimoje ateityje viena kelionė gerokai skirsis nuo kitų. Nuo žmogaus pirmojo skrydžio į kosmosą praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje praėjo nemažai laiko. Patobulėjo įranga, technologijos, ryšio priemonės.
Visgi kosminės misijos - ne pasivaikščiojimas parke. Per tuos 50 metų nuo minėto žmonijos pasiekimo pažengta ir dar vienoje susijusioje srityje - išsiaiškinta nesvarumo būsenos bei ilgalaikių kosmoso misijų įtaka žmogaus sveikatai. Juk žmogus fiziškai ir psichologiškai prisitaikęs gyventi tik gimtojoje planetoje Žemėje. Čia gravitacija priverčia mūsų kūnus kovoti su ja, o kaulų, raumenų, kraujo ląstelės išlieka stiprios ir pajėgios tinkamai atlikti savo funkcijas.
Ne per seniausiai NASA patvirtino net 442 medicinines būkles, į kurias astronautai turi atkreipti dėmesį ir laikytis visų įmanomų atsargumo priemonių.
Mikrogravitacijos poveikis žmogaus kūnui kosmose | Paaiškinimas
Nesvarumo Poveikis Žmogaus Organizmui
Aut. nesvarùmas, vienalyčiame gravitacijos lauke slenkamai judančio materialaus kūno būsena, kai tas laukas nesukelia vienų kūno dalių slėgio į kitas. Nesvarumo būsenos kūno visi taškai juda vienodu greičiu ir pagreičiu, bet kurios 2 gretimos kūno dalys viena kitos neveikia jokia papildoma paviršine jėga. Trumpalaikio nesvarumo sąlygos atsiranda lėktuve, skrendančiame paraboline trajektorija.
Nesvarūs būna dirbtiniai Žemės palydovai, erdvėlaiviai (ir visi juose esantys kūnai), skriejantys orbita aplink Žemę arba kitą kosminį kūną, t. p. Dėl nesvarumo pakinta ne tik kosmonauto organizmo santykis su aplinka, bet ir daugelio organų ir sistemų funkcinė būklė: nyksta skeleto raumenys, iškorija kaulai, sutrinka širdies darbas, atsiranda kraujodaros, neuroendokrininės ir kitų sistemų pokyčių, nepageidaujamų pojūčių (pvz., gali sutrikti orientacija, judesių koordinacija, svaigti galva ir kita).
Nesvarumas ir perkrovos - būsenos, kurios Žemėje retai patiriamos, o kosmose yra nuolatinės. Lekiant kosmine erdve susidaro unikali nesvarumo būsena, nes Žemės (ar Saulės, ar kitų planetų) trauką atsveria išcentrinė judėjimo orbitine trajektorija jėga. Ypač akivaizdžiai ši būsena stebima Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS), kur patalpos yra žymiai erdvesnės. Vizualiai nesvarumą galima stebėti žvakės liepsnoje, - dėl konvekcijos išnykimo jos forma yra sferinė. Dar akivaizdesnis nesvarumas atvirame kosmose, bet varžo skafandrai.
Jau 9-ją minutę po starto, erdvėlaiviui atsiskyrus nuo raketinės dalies, prasideda nesvarumo pojūčiai: ląstelės ir visas kūnas nebesuvokia, kur yra viršus, kur apačia; pasikeičia kai kurių genų ekspresija; silpsta rega. Pasak Kalifornijos universiteto tyrimo, net pradeda irti žarnyno barjeriniai audiniai, ryškėja „kiauros žarnos sindromo“ ar diabeto požymiai.
Pirmasis ne tik žavius nesvarumo poveikius (ypač pykinimą) aprašė G. Titov, 1961 m. 17 kartų apskriejęs Žemę. Ilgiau trunkančiose kelionėse būtina mankštintis ir kitaip priešintis sindromams, pvz tobulesniu aRED (Advanced Rezistive Exercise Device - priešinimosi pratimų įtaisu), 2008 m. pakeitusiu ankstesnį.
Astronautas S. Kelly per metus TKS orbitoje įveikė 230 Gm nuotolį, jo kūnas pailgėjo 3,8 cm, 7 % DNR pakito ir į pirminę būklę negrįžo. Nejaučiant sunkio mažėja kraujo slėgis; pėdos tampa minkštos kaip kūdikio, bet formuojasi nuospaudos viršuose nuo trinties į kojų turėklus (judant TKS moduliuose); miegoti kebliau nei lovoje bei nuo triukšmo ausims reikia kištukų.
Perkrovos
Starto metu raketinio komplekso viršuje esančiame erdvėlaivyje ypač aštriai juntami varytuvų riaumojimas, dundėjimas ir intensyvūs virpesiai. Staigus greitinimas sukelia inercines perkrovas - didėjančias jėgas, kurios veikia priešinga judėjimui kryptimi ne tik žmones, bet ir visus įrenginius. Jų vertes dažniausiai išreiškia per Žemės gravitacinį pagreitį g. 70 kg žmogų 4G perkrovos jėga siekia apie 2,8 kN (tarsi ant 70 kg žmogaus sedėtų dar trys žmonės po 70 kg masės kiekvienas). Nuo to gali sutrikti rega (net iliuzijomis), kvėpavimas ir nervų veikla; neišvengiama vidaus organų perstūmų.
Greitinimas raketiniais varytuvais trunka iki kelių minučių, o stabdymas - kiek ilgiau (ypač grįžtant į Žemės atmosferą). Elektromagnetinių varytuvų atvejais pagreičiai būna maži, tad ir inercinės jėgos - menkos. Didžiausias iki 21,3 G perkrovas patyrė 1975 m. V. Lazarev ir O. Makarov avarinio kritimo iš 170 km „Sojuz-18“, bet atlaikė širdžių pauzes ir liko gyvi. Tačiau dėl sveikatos pakenkimų tepagyveno 15-22 metus. Naudojantis parašiutais perkrovos gali siekti 6,8 G (jei 275 km/h kritimo greitis).
Kaulų Tankio Mažėjimas Kosmose
Pirmoji susijusi su kaulų tankio ir raumenų masės mažėjimu. Nesvarumo būsena skatina organizmą išskirti kalcį iš kaulų ir pašalinti jį su šlapimu ar išmatomis. Vyksta kaulų demineralizacija, greitai nyksta kaulinis audinys, kaulai silpnėja. Vidutiniškai kas mėnesį prarandama net du procentus kaulų masės.
Palyginkime: per vieną misiją astronautų kaulų tankis sumažėja tiek, kiek normaliomis sąlygomis nugyvenant visą gyvenimą Žemėje. „Kosmoso osteoporozė“, kaip ir osteoporozė Žemėje, gali sukelti kaulų lūžius ar akmenų šlapimo pūslėje susidarymą. Labiausiai nukenčia keliai, šlaunų, dubens kaulai. Stuburas dėl padidėjusių tarpų tarp slankstelių išsitempia apie du centrimetrus.
Kasdienės 2-4 valandų treniruotės, naudojant specialiai nesvarumo būklei pritaikytus treniruoklius, padeda sulėtinti kaulų masės ir tankio mažėjimą, įveikti skausmus.
Panašūs procesai vyksta ir raumenyse. Be gravitacijos nėra jokio poreikio vaikščioti, bėgioti, stovėti, kopti. Raumenys, ypač kojų, aptingsta, nyksta ir atrofuojasi. Nenaudojami ir suglebę, jie sukelia sausgyslių uždegimus, riebalų susitelkimą vienoje vietoje. Apskritai, jei astronautai nesportuotų, jų buvimą kosmose galėtume prilyginti tokiam pačiam buvimui Žemėje visą laiką gulint lovoje.
Sutrinka ir pusiausvyra, orientacija erdvėje, krypčių suvokimas. Smegenims prireikia laiko suvokti ir apsiprasti visiškai kitokioje aplinkoje, o į centrinę nervų sistemą įvairių judėjimo organų receptorių siunčiami signalai pradeda skirtis vienas nuo kito, tampa chaotiški ir viską apsunkina. Kinta vidinėje ausyje esančio vestibuliarinio aparato veikla, pradeda svaigti galva, neretai kamuoja šleikštulys. Pagrindiniu organu, padedančiu susiorientuoti aplinkoje, tampa akys.
Pakinta ilgalaikis skysčių persiskirstymas organizme. Vanduo sudaro du trečdalius mūsų kūno. Žemėje didžioji jo dalis pasiskirsto apatinėje kūno dalyje, ypač kojose. Kosmose - priešingai, skysčiai iš apatinės kūno dalies ir kraujo plazmos keliauja į viršų - galvos sritį, veidą.
Padidėja intrakranialinis slėgis, spaudimas akių srityje, todėl šiek tiek pakinta akių obuolių forma, užspaudžiamas regos nervas, sutrinka rega. Astronautų veidas atrodo paburkęs, išsipūtęs, paraudęs. Gali būti blokuojami sinusai, atsirasti simptomai, panašūs į peršalimo. Kojos, netekusios maždaug dviejų litrų skysčio, atrodo plonos ir yra vadinamos „paukščiuko kojelėmis“.
Iš kraujo plazmos pasišalinus maždaug ketvirtadaliui skysčio, širdis kraujo perpumpuoja mažiau, jos raumenys atrofuojasi, silpsta, mažėja širdies susitraukimų dažnis, padidėja kraujospūdis. Ribojamos kūno galimybės siųsti pakankamą kiekį deguonies smegenims, dėl to dažnai jaučiamas silpnumas, svaigulys. Manoma, jog pasikeičia ir raudonųjų kraujo kūnelių, eritrocitų, forma.
Nors astronautai itin atsparūs stresui, nėra jokios abejonės, kad ilgesnės nei vienerių metų misijos kosmose - per daug sudėtinga užduotis žmogaus psichikai. Pastovus ūžesys, dažnai mirkčiojančios šviesos, dingęs dienos ir nakties ritmas trikdo miego režimą - miegama tik po kelias valandas, miegas tampa ne toks gilus, ne toks kokybiškas. Kinta ir skonio pojūtis - daugelis astronautų skundžiasi, jog maistas tampa prėskas.
Dar vienu nemenku iššūkiu tampa švara ir higiena. Juk vandens atsargos kosminiame laive itin saugomos ir tausojamos, o visos šiukšlės neišmetamos kažkur į kosmoso platybes, bet lieka laive (dažniausiai būna perdirbamos). Prie sąlyginės nešvaros, nesvarumo būsenos, izoliacijos sunkiai prisitaiko ir imuninė sistema. Silpnėja imuninių ląstelių T limfocitų veikla. Organizmas pasidaro imlesnis bakterijoms, virusams, grybeliams.
Ir galiausiai - radiacija. Nuo jos Žemėje mus apsaugo Žemės magnetinis laukas. Žinoma, nedidelį kiekį radiacijos gauname rentgeno aparatu atliekant medicinines procedūras, skrendant lėktuvu iš vieno žemyno į kitą ar tiesiog per inertines dujas ore. Tačiau kosminio laivo įgula, pakilusi į Žemės orbitą, įvairių radioaktyvių dalelių gauna dešimt kartų daugiau. Pakilusi dar aukščiau, per saulės audras - ir šimtą kartų daugiau. Todėl svarbi kosminio laivo konstrukcija, apsauginiai skydai. Padidėjusi radiacija kelia pavojų susirgti vėžiu ar įvykti specifiniams pakitimams smegenyse (pvz.: Alzheimerio liga).
Jei visgi nepabūgtumėte visų pavojų sveikatai, galite pradėti taupyti pinigus. Jau kelis dešimtmečius mokslininkai ieško būdų, kaip sustabdyti astronautų kaulų tankio mažėjimą. Mokslininkai nustatė, kad po 4-6 mėnesių skrydžio kaulų tankis buvo mažiau sumažėjęs tiems astronautams, kurie valgė daugiau žuvies.
Kaulų struktūra: sveikas kaulas (kairėje) ir osteoporozės paveiktas kaulas (dešinėje)
Kaulų Tankio Mažėjimas Kosmose: Tyrimai
Tyrimo metu paaiškėjo, kad astronautai praranda nuo 1 iki 2 procentų savo kaulų tankio vos per vieną mėnesį, praleistą kosmose. Tokie procesai astronautų organizme vyksta dėl kosmose esančios nesvarumo būklės, kuomet nebelieka krūvio kojoms, įprasto normaliomis sąlygomis vaikštant ar tiesiog stovint Žemėje.
Paaiškėjo, kad misijos TKS metu astronautai neteko tokio kaulių tankio kiekio, kokio normaliomis sąlygomis Žemėje būtų netekę tik per keletą dešimtmečių, naujienų agentūrai AFP teigė Kalgario universiteto mokslininkas ir vienas iš studijos autorių Stevenas Boydas. Mokslininkai pastebėjo, kad devynių astronautų šlauniklaulis net ir po metų, praleistų Žemėje, nebuvo pilnai atsistatęs - vis dar trūko tokio kaulų tankio kiekio, kokį Žemėje būtų praradęs per dešimtmetį. Tai reiškia, kad kaulų atsistatymas vyksta itin lėtai.
„Kuo daugiau laiko praleisi kosmose, tuo daugiau kaulų tankio prarasi“, - S. Boydas teigė AFP, kuriuos cituoja sciencealert.com. Anot mokslininko, tai kelia didžiulį susirūpinimą dėl ateityje planuojamų misijų į Marsą, mat jų metu astronautai kosmose turėtų praleisti ne vienerius metus. Net jei dvi valandas per parą astronautas užsiima sportine veika, likusias 22 valandas jis yra tarsi prikaustytas prie lovos. „Astronautams, nuskridusiems į Marsą, padėti koją ant stabilaus paviršiaus bus sudėtinga - būsena bus neįgali“, - tikino mokslininkė G. Gauquelin-Koch.
S. Boydas pateikė vaizdingą pavyzdį: įsivaizduokite, kad jūsų kaulų struktūrą yra tarsi Eifelio bokštas. Kosmose kaulai paveikiami taip, tarsi pradingtų dalis bokštą jungiančių sijų ir strypų, laikančių visą konstrukciją. „Kai astronautai grįžta į Žemę, pradingusios „sijos“ neatauga - storėja tik tos, kurios liko“, - paaiškino mokslininkas.
Mokslininkai pažymi, kad, pavyzdžiui, daugiau jėgos reikalaujantys pratimai kojoms yra naudingesni atstatant kojų kaulų tankį, negu įprastas bėgimas ar važiavimas dviračiu.
Anot Kanados astronauto Roberto Thirsko, praleidusio daugiausiai laiko kosmose, reabilituotis ir atstatyti kaulų bei raumenų būklę po kosminių skrydžių užtrukdavo labai ilgai.
ESA astronautas Frank de Winne treniruojasi su aRED įrenginiu
Kaulų problemos nesvarumo būsenoje
Žmogaus skeleto kauluose yra sukaupta beveik 99% viso organizme esančio kalcio. Tačiau kauliniame audinyje vyksta nuolatinė kalcio apykaita ir jo atsargas reikia kasdien papildyti. Taip nutinka, kai sutrinka natūralus kalcio pasisavinimas žmogaus organizme ir tuomet, kai stokojama dviejų geram kalcio pasisavinimui reikalingų vitaminų: vitamino D3 ir vitamino K2.
Taigi labai svarbu, kad kartu su kalciu žmogaus organizmas gautų pakankamą kiekį vitamino D3. Vitaminas K2 - svarbus formuojantis kauliniam audiniui, jis būtinas, kad kalcis galėtų patekti į kaulinį audinį ir čia likti.
Kaulų masė didėja iki 30 metų, po 30 metų kaulinis audinys pamažu nyksta. Osteoporozė dar vadinama tyliąja liga, nes dažniausiai diagnozuojama tik tada kai įvyksta kaulų lūžis. Osteoporoze dažniau serga išsivysčiusių šalių gyventojai, lyginant su besivystančių šalių.
Astronautams vystosi osteoporozė, dėl nesvarumo sukelto kūno svorio sumažėjimo.
Kaip kosmoso tyrinėjimai veikia astronautų kaulus
Astronautai kosmose nė dienos neapsieina be krevečių ir krienų - tai patvirtina jų mitybos tyrimas. Atlikusi dalį tarptautinio masto tyrimų ji mėgino nustatyti apetito sutrikimo kosmose priežastis. Jos teigimu, gausiai prieskoniais pagardinti patiekalai ten yra populiarūs todėl, kad nesvarumo būklėje dingsta apetitas.
Nenoras valgyti ir judėjimo stoka skatina kaulų retėjimą, raumenų atrofiją ir kitas problemas. Sutrikusi mityba, judėjimo stoka turi neigiamų padarinių - tokiu būdu nugarkaulio ir šlaunikaulio tankis kosmose sumažėja iki 1,2 procento. Labiausiai nukenčia žemėje svorį laikantys kaulai, nes nesvarumo būsenoje jie tampa nebereikalingi. Todėl ilgose kelionėse ši blogybė būtų didžiulė.
Žvakės liepsnos forma mikrogravitacijos sąlygomis
Prevencinės priemonės
Pagrindinė apsisaugojimo priemonė nuo kaulų retėjimo, tai aktyvus gyvenimo būdas. Stengtis kuo daugiau judėti, vaikščioti, važiuoti dviračiu it k.t. Sveikai maitintis, nevengti pieno produktų. Vartoti vit. D3 praturtintus produktus (riebi žuvis, žuvų taukai, liesas pienas, natūralūs jogurtai, jautienos, menkių kepenys ir k.t.).
Liga, pavadinta „Ilgas buvimas nesvarumo aplinkoje”, turi didelį poveikį žmogaus anatomijai, ypač raumenų ir kaulų sistemai, taip pat kraujotakos ir vestibuliarinėms sistemoms. Nesvarumo aplinkoje raumenys ir kaulai patiria mažesnį apkrovimą, o tai lemia raumenų atrofiją ir kaulų mineralų tankio sumažėjimą.
Medicininiai sprendimai gali apimti fizinę terapiją, kuri padeda atkurti raumenų jėgą ir pusiausvyrą. Taip pat gali būti skiriami vaistai, kurie padeda reguliuoti kraujo spaudimą ir kitus simptomus. Nemedicininiai sprendimai apima reguliarų fizinį aktyvumą, specialiai pritaikytas treniruotes, skirtas raumenų ir kaulų stiprinimui, bei tinkamą mitybą, užtikrinančią reikiamą mineralų ir vitaminų kiekį organizme.
Jau kelis dešimtmečius mokslininkai ieško būdų, kaip sustabdyti astronautų kaulų tankio mažėjimą. Mokslininkai nustatė, kad po 4-6 mėnesių skrydžio kaulų tankis buvo mažiau sumažėjęs tiems astronautams, kurie valgė daugiau žuvies.
Viena iš priemonių kaulų retėjimui sustabdyti - visavertis kaloringas maistas. Kita priemonė - nesvarumo būklėje įmanomas sportas. Tai ir bėgimas specialiu takeliu, dviračio mynimas, pratimai su espanderiu ar kitais jėgos įtaisais.
Dirbtinė gravitacija
Kolorado universiteto Boulderyje mokslininkų komanda stengiasi šias technologijas paversti tikrove. Aerokosmonautikos inžinieriaus Torino Clarko vadovaujami tyrėjai kuria naujus būdus, kaip besisukančias sistemas, kurios tilptų būsimose kosmoso stotyse ar netgi Mėnulio bazėse. Astronautai šiuose kambariuose galėtų gauti savo kasdienes gravitacijos dozes. Būtų kaip spa gydyklos nesvarumo poveikiui gydyti.
Clarkas dirbtinę gravitaciją išbando savo kailiu kambaryje, nelabai didesniame už įprastą biuro kabinetą. Inžinierius atsigula ant ligoninės vežtuvą primenančios metalinės platformos, mašinos, kurią inžinierius vadina trumpo spindulio centrifuga, dalies.