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.
Nesvarumo poveikis žmogaus organizmui
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.
ESA astronautas Frank de Winne treniruojasi su aRED įrenginiu
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
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.
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
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.
Neseniai atliktuose tyrimuose jie su kolegomis tyrė, ar pykinimas išties yra dirbtinės gravitacijos kaina. Kitaip tariant, ar galėtų astronautai savo kūnus ištreniruoti ir toleruoti sukimąsi kaip žiurkėnai rate? Komanda pakvietė grupę savanorių ir išbandė juos per 10 centrifugos sesijų.
Besibaigiant 10 sesijai, visi tyrimo subjektai sukosi patogiai, nejusdami jokių iliuzijų, vidutiniu ~17 rpm greičiu. Tai - daug greičiau nei pavyko kam nors anksčiau pasiekti. Rezultatus grupė paskelbė birželį Journal of Vestibular Research.
Clarkas sako, kad šis tyrimas - rimtas argumentas, kad dirbtinė gravitacija gali būti naudojama kosminėse kelionėse. Tebevykdomame tyrime tyrėjai padidino treniruočių sesijų skaičių iki 50 ir paaiškėjo, kad ilgiau pasitreniravę, žmonės gali suktis netgi dar greičiau.
Pateikta informacija apibendrina pagrindinius aspektus, susijusius su nesvarumo poveikiu kaulams ir raumenims, bei galimus sprendimus, siekiant sumažinti neigiamą poveikį astronautams ir kitiems asmenims, patiriantiems ilgalaikį nesvarumą.