Problemy medyczne, które mogą położyć kres eksploracji kosmosu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Jeśli tak, to proponujemy zapoznać się z wyborem 20 najbardziej prawdopodobnych problemów zdrowotnych, z jakimi będą musieli się zmierzyć pionierzy ery kolonizacji ludzkiej przestrzeni kosmicznej (o ile nie rozwiążemy ich przed tym momentem).

Problemy z sercem

Zachodnie badania medyczne i obserwacje 12 astronautów wykazały, że przy przedłużonej ekspozycji na mikrograwitację serce człowieka staje się o 9,4 procent silniejsze, co z kolei może powodować różnorodne problemy z jego pracą. Problem ten może stać się szczególnie pilny podczas długich podróży kosmicznych, na przykład na Marsa.

„Serce w kosmosie działa inaczej niż w warunkach ziemskiej grawitacji, co z kolei może prowadzić do utraty masy mięśniowej” – mówi dr James Thomas z NASA.

„Wszystko to będzie miało poważne konsekwencje po powrocie na Ziemię, dlatego obecnie szukamy możliwych sposobów uniknięcia lub przynajmniej zmniejszenia utraty masy mięśniowej”.

Eksperci zauważają, że po powrocie na Ziemię serce odzyskuje swój pierwotny kształt, ale nikt nie wie, jak zachowa się jeden z najważniejszych organów naszego organizmu po długich lotach. Lekarze są już świadomi przypadków, gdy powracający astronauci doświadczali zawrotów głowy i dezorientacji. W niektórych przypadkach dochodzi do gwałtownej zmiany ciśnienia krwi (następuje gwałtowny spadek), zwłaszcza gdy osoba próbuje wstać. Ponadto niektórzy astronauci doświadczają arytmii (nieprawidłowego rytmu serca) podczas misji.

Naukowcy zwracają uwagę na potrzebę opracowania metod i zasad, które pozwolą podróżnikom w głębokim kosmosie uniknąć tego typu problemów. Jak zauważono, takie metody i zasady mogą być przydatne nie tylko dla astronautów, ale także dla zwykłych ludzi na Ziemi - tych, którzy mają problemy z sercem, a także tych, którym przepisano leżenie w łóżku.

W chwili obecnej rozpoczął się pięcioletni program badawczy, którego zadaniem będzie określenie stopnia wpływu przestrzeni kosmicznej na przyspieszenie rozwoju miażdżycy (choroby naczyń krwionośnych) u astronautów.

Pijaństwo i zaburzenia psychiczne

Chociaż anonimowe badanie przeprowadzone przez NASA wyjaśniło podejrzenia o częstym spożywaniu alkoholu przez astronautów, w 2007 roku miały miejsce dwa przypadki, w których faktycznie pijanym astronautom NASA pozwolono latać wewnątrz rosyjskiego statku kosmicznego Sojuz. W tym samym czasie ludzie mogli latać nawet po tym, jak lekarze przygotowujący tych astronautów do lotu, a także inni członkowie misji, opowiedzieli przełożonym o bardzo gorącym stanie ich kolegów.

Zgodnie z ówczesną polityką bezpieczeństwa NASA mówiła o oficjalnym zakazie spożywania alkoholu przez astronautów na 12 godzin przed lotami szkoleniowymi. Działanie tej zasady zakładano również milcząco na czas trwania lotów kosmicznych. Jednak po powyższym incydencie NASA była oburzona taką niedbalstwem astronautów, że agencja zdecydowała się na oficjalne uznanie tej zasady dotyczącej podróży kosmicznych.

Były astronauta Mike Mallane powiedział kiedyś, że astronauci pili alkohol przed lotem w celu odwodnienia organizmu (alkohol odwadnia), aby ostatecznie zmniejszyć obciążenie pęcherza i nagle nie chcą korzystać z toalety w momencie startu.

Aspekt psychologiczny miał również swoje miejsce wśród zagrożeń w misjach kosmicznych. Podczas misji kosmicznej Skylab 4 astronauci byli tak „zmęczeni” komunikacją z centrum kontroli lotów kosmicznych, że wyłączyli łączność radiową na prawie dzień i zignorowali wiadomości z NASA. W następstwie tego incydentu naukowcy próbują zidentyfikować i zająć się potencjalnymi negatywnymi skutkami psychologicznymi, które mogą wyniknąć z bardziej stresujących i długich misji na Marsa.

Brak snu i stosowanie tabletek nasennych

Dziesięcioletnie badania wykazały, że astronauci wyraźnie nie śpią wystarczająco długo w ostatnich tygodniach przed startem i podczas startu misji kosmicznych. Wśród badanych trzech na czterech przyznało, że stosowało leki ułatwiające zasypianie, mimo że stosowanie takich leków podczas lotu statkiem kosmicznym i pracy z innym sprzętem mogło być niebezpieczne. Najbardziej niebezpieczną sytuacją w tym przypadku może być sytuacja, w której astronauci przyjmowali w tym samym czasie to samo lekarstwo. W takim przypadku, w sytuacji awaryjnej wymagającej pilnego rozwiązania, mogliby po prostu przespać to.

Pomimo faktu, że NASA przeznaczała każdego astronautę na spanie co najmniej osiem i pół godziny dziennie, większość z nich odpoczywała tylko około sześciu godzin dziennie podczas misji. Nasilenie tego obciążenia dla organizmu potęgował fakt, że w ciągu ostatnich trzech miesięcy treningu przed lotem ludzie spali mniej niż sześć i pół godziny dziennie.

„Przyszłe misje na Księżyc, Marsa i dalej będą wymagały bardziej skutecznych środków w celu rozwiązania problemu braku snu i optymalizacji wydajności człowieka podczas lotów kosmicznych” – powiedział starszy badacz dr Charles Kzeiler.

„Środkami tymi mogą być zmiany w harmonogramie pracy, które będą realizowane z uwzględnieniem narażenia osoby na określone fale świetlne, a także zmiany w strategii behawioralnej załogi, aby wygodniej wejść w stan snu, co jest koniecznością przywrócenia zdrowia, sił i dobrego samopoczucia następnego dnia.”

Utrata słuchu

Badania wykazały, że od czasów misji promów kosmicznych niektórzy astronauci doświadczyli chwilowo znacznej i mniej znaczącej utraty słuchu. Odnotowywano je najczęściej, gdy ludzie byli narażeni na wysokie częstotliwości dźwięku. Członkowie załogi sowieckiej stacji kosmicznej Salut-7 i rosyjskiej Mira również mieli niewielki lub bardzo znaczny ubytek słuchu po powrocie na Ziemię. Ponownie, we wszystkich tych przypadkach przyczyną częściowej lub całkowitej tymczasowej utraty słuchu była ekspozycja na wysokie częstotliwości dźwięku.

Załoga Międzynarodowej Stacji Kosmicznej musi codziennie nosić zatyczki do uszu. W celu zmniejszenia hałasu na pokładzie ISS między innymi zaproponowano zastosowanie specjalnych uszczelek dźwiękochłonnych wewnątrz ścian stacji, a także instalację cichszych wentylatorów.

Jednak poza hałaśliwym tłem na utratę słuchu mogą wpływać inne czynniki: na przykład stan atmosfery wewnątrz stacji, wzrost ciśnienia śródczaszkowego i podwyższony poziom dwutlenku węgla wewnątrz stacji.

W 2015 roku NASA planuje, z pomocą załogi ISS, rozpocząć badanie możliwych sposobów uniknięcia skutków ubytku słuchu podczas rocznych misji. Naukowcy chcą zobaczyć, jak długo można uniknąć tych skutków i poznać dopuszczalne ryzyko związane z utratą słuchu. Kluczowym zadaniem eksperymentu będzie ustalenie, w jaki sposób całkowicie zminimalizować ubytek słuchu, a nie tylko podczas konkretnej misji kosmicznej.

Kamienie w nerkach

Jedna na dziesięć osób na Ziemi prędzej czy później ma problem z kamieniem nerkowym. Jednak pytanie to staje się znacznie ostrzejsze, jeśli chodzi o astronautów, ponieważ w kosmosie kości ciała zaczynają tracić przydatne substancje nawet szybciej niż na Ziemi. Wewnątrz organizmu wydzielane są sole (fosforan wapnia), które przenikają do krwiobiegu i gromadzą się w nerkach. Sole te można zagęszczać i przybierać postać kamieni. Jednocześnie wielkość tych kamieni może wahać się od mikroskopijnych do dość poważnych - do wielkości orzecha włoskiego. Problem polega na tym, że te kamienie mogą blokować naczynia krwionośne i inne przepływy, które zasilają narząd lub usuwają nadmiar substancji z nerek.

Dla astronautów ryzyko rozwoju kamieni nerkowych jest bardziej niebezpieczne, ponieważ w warunkach mikrograwitacji ilość krwi w organizmie może się zmniejszyć. Ponadto wielu astronautów nie wypija 2 litrów płynów dziennie, co z kolei może zapewnić całkowite nawodnienie ich organizmu i zapobiec stagnacji kamieni w nerkach, usuwając ich cząsteczki wraz z moczem.

Należy zauważyć, że co najmniej 14 amerykańskich astronautów rozwinęło problem z kamieniami nerkowymi niemal natychmiast po zakończeniu swoich misji kosmicznych. W 1982 roku zarejestrowano przypadek ostrego bólu członka załogi na sowieckiej stacji Salut-7. Astronauta przez dwa dni cierpiał z powodu silnego bólu, podczas gdy jego towarzysz nie miał innego wyjścia, jak bezradnie przyglądać się cierpieniom kolegi. Początkowo wszyscy myśleli o ostrym zapaleniu wyrostka robaczkowego, ale po chwili wraz z moczem kosmonauty pojawił się mały kamień nerkowy.

Naukowcy od bardzo dawna opracowują specjalny ultrasonograf wielkości komputera stacjonarnego, który potrafi wykrywać kamienie nerkowe i usuwać je za pomocą impulsów fal dźwiękowych. Wygląda na to, że na pokładzie statku obok Marsa coś takiego na pewno mogłoby się przydać…

Choroba płuc

Pomimo tego, że nie wiemy jeszcze z całą pewnością, jakie negatywne skutki zdrowotne może powodować pył z innych planet czy asteroid, naukowcy wciąż zdają sobie sprawę z bardzo nieprzyjemnych konsekwencji, które mogą się objawić w wyniku narażenia na pył księżycowy.

Najpoważniejsze skutki wdychania pyłu mogą dotyczyć płuc. Jednak niezwykle ostre drobinki księżycowego pyłu mogą spowodować poważne uszkodzenia nie tylko płuc, ale także serca, powodując jednocześnie całą masę różnych dolegliwości, począwszy od ostrego zapalenia narządów, a skończywszy na nowotworach. Na przykład azbest może powodować podobne skutki.

Ostre cząsteczki kurzu mogą szkodzić nie tylko narządom wewnętrznym, ale także powodować stany zapalne i otarcia skóry. Do ochrony konieczne jest użycie specjalnych wielowarstwowych materiałów podobnych do kevlaru. Pył księżycowy może łatwo uszkodzić rogówki oczu, co z kolei może być najpoważniejszą katastrofą dla ludzi w kosmosie.

Naukowcy z przykrością zauważają, że nie są w stanie wymodelować gleby księżycowej i przeprowadzić pełnego zestawu testów niezbędnych do określenia wpływu pyłu księżycowego na organizm. Jedną z trudności w rozwiązaniu tego problemu jest to, że na Ziemi cząstki pyłu nie znajdują się w próżni i nie są stale narażone na promieniowanie. Tylko dodatkowe badania pyłu bezpośrednio na samej powierzchni Księżyca, a nie w laboratorium, mogą dostarczyć naukowcom niezbędnych danych do opracowania skutecznych metod ochrony przed tymi drobnymi toksycznymi zabójcami.

Awaria układu odpornościowego

Nasz układ odpornościowy zmienia się i reaguje na każdą, nawet najmniejszą zmianę w naszym ciele. Brak snu, niewystarczające spożycie składników odżywczych, a nawet normalny stres mogą osłabiać nasz układ odpornościowy. Ale to jest na Ziemi. Zmiana w układzie odpornościowym w kosmosie może w końcu przerodzić się w przeziębienie lub nieść potencjalne niebezpieczeństwo rozwoju znacznie poważniejszych chorób.

W kosmosie rozkład komórek odpornościowych w organizmie niewiele się zmienia. Znacznie większe zagrożenie dla zdrowia mogą spowodować zmiany w funkcjonowaniu tych komórek. Kiedy funkcjonowanie komórki spada, wirusy już stłumione w ludzkim ciele mogą zostać ponownie przebudzone. I zrobić to praktycznie potajemnie, bez objawów choroby. Kiedy komórki odpornościowe stają się bardziej aktywne, układ odpornościowy nadmiernie reaguje na bodźce, powodując reakcje alergiczne i inne skutki uboczne, takie jak wysypki skórne.

„Rzeczy takie jak promieniowanie, zarazki, stres, mikrograwitacja, zaburzenia snu, a nawet izolacja mogą wpływać na sposób działania układu odpornościowego członków załogi” – mówi immunolog NASA Brian Krushin.

„Długoterminowe misje kosmiczne zwiększą ryzyko infekcji, nadwrażliwości i problemów autoimmunologicznych u astronautów”.

Aby rozwiązać problemy z układem odpornościowym, NASA planuje wykorzystać nowe metody ochrony przed promieniowaniem, nowe podejście do zrównoważonego żywienia i medycyny.

Zagrożenia radiacyjne

Obecny bardzo nietypowy i bardzo długotrwały brak aktywności słonecznej może przyczynić się do niebezpiecznych zmian poziomu promieniowania w kosmosie. Nic takiego się nie wydarzyło od prawie 100 lat.

„Chociaż takie zdarzenia niekoniecznie są czynnikiem zatrzymującym długie misje na Księżyc, asteroidy, a nawet na Marsa, samo promieniowanie kosmiczne galaktyczne jest czynnikiem, który może ograniczyć planowany czas tych misji”, mówi Nathan Schwadron z Institute. eksploracja oceaniczna i kosmiczna.

Konsekwencje tego rodzaju narażenia mogą być bardzo różne, począwszy od choroby popromiennej, a skończywszy na rozwoju raka lub uszkodzenia narządów wewnętrznych. Ponadto niebezpieczne poziomy promieniowania tła zmniejszają skuteczność ochrony antyradiacyjnej statku kosmicznego o około 20 procent.

Tylko podczas jednej misji na Marsa astronauta może zostać wystawiony na 2/3 bezpiecznej dawki promieniowania, na jaką człowiek może być narażony w najgorszym przypadku przez całe życie. To promieniowanie może powodować zmiany w DNA i zwiększać ryzyko raka.

„Jeśli chodzi o dawkę skumulowaną, jest to to samo, co wykonanie pełnego tomografii komputerowej ciała co 5-6 dni” – mówi naukowiec Carey Zeitlin.

Problemy poznawcze

Symulując stan przebywania w kosmosie, naukowcy odkryli, że ekspozycja na wysoce naładowane cząstki, nawet w małych dawkach, sprawia, że szczury laboratoryjne znacznie wolniej reagują na otoczenie, przez co gryzonie stają się bardziej drażliwe. Obserwacje szczurów wykazały również zmianę składu białka w ich mózgach.

Jednak naukowcy szybko zauważają, że nie wszystkie szczury wykazały takie same efekty. Jeśli ta zasada jest prawdziwa dla astronautów, to według naukowców mogliby zidentyfikować marker biologiczny, który wskazuje i przewiduje wczesne przejawy tych efektów u astronautów. Być może ten znacznik pozwoliłby nawet znaleźć sposób na zmniejszenie negatywnych skutków narażenia na promieniowanie.

Poważniejszym problemem jest choroba Alzheimera.

„Ekspozycja na poziom promieniowania równoważny temu, jakiego doświadczają ludzie podczas lotu na Marsa, może przyczynić się do rozwoju problemów poznawczych i przyspieszyć zmiany w funkcjonowaniu mózgu, które są najczęściej kojarzone z chorobą Alzheimera” – mówi neurolog Kerry O'Banion.

„Im dłużej przebywasz w kosmosie, tym większe ryzyko zachorowania”.

Jednym z pocieszających faktów jest to, że naukowcom udało się już zbadać jeden z najbardziej niefortunnych scenariuszy narażenia na promieniowanie. Jednorazowo wystawili myszy laboratoryjne na poziom promieniowania, który byłby charakterystyczny dla całej misji na Marsa. Z kolei osoby lecące na Marsa będą narażone na promieniowanie w odmierzonej dawce przez trzy lata lotu. Naukowcy uważają, że organizm człowieka potrafi przystosować się do tak małych dawek.

Ponadto zauważa się, że tworzywa sztuczne i lekkie materiały mogą zapewnić ludziom skuteczniejszą ochronę przed promieniowaniem niż obecnie stosowane aluminium.

Utrata wzroku

Niektórzy astronauci mają poważne problemy ze wzrokiem po przebywaniu w kosmosie. Im dłużej trwa misja kosmiczna, tym większa szansa na tak tragiczne konsekwencje.

Spośród co najmniej 300 amerykańskich astronautów, którzy przeszli badania medyczne od 1989 r., 29 proc. osób przebywających w kosmosie podczas dwutygodniowych misji kosmicznych i 60 proc. osób, które przez kilka miesięcy pracowały na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, miało problemy ze wzrokiem. …

Lekarze z University of Texas wykonali skany mózgów 27 astronautów, którzy byli w kosmosie od ponad miesiąca. U 25% z nich zaobserwowano zmniejszenie objętości osi przednio-tylnej jednej lub dwóch gałek ocznych. Ta zmiana prowadzi do dalekowzroczności. Ponownie zauważono, że im dłużej dana osoba znajduje się w kosmosie, tym bardziej prawdopodobna jest ta zmiana.

Naukowcy uważają, że ten negatywny efekt można wytłumaczyć podnoszeniem się płynu do głowy w warunkach migracji. W tym przypadku płyn mózgowo-rdzeniowy zaczyna gromadzić się w czaszce i wzrasta ciśnienie śródczaszkowe. Ciecz nie może przeniknąć przez kość, dlatego zaczyna wywierać nacisk na wnętrze oczu. Naukowcy nie są jeszcze pewni, czy efekt ten zmniejszy się u astronautów przybywających w kosmos na ponad sześć miesięcy. Jest jednak całkiem oczywiste, że trzeba będzie się dowiedzieć przed wysłaniem ludzi na Marsa.

Jeśli problem jest spowodowany wyłącznie ciśnieniem wewnątrzczaszkowym, to jednym z możliwych rozwiązań byłoby stworzenie warunków sztucznej grawitacji, codziennie przez osiem godzin, podczas gdy astronauci śpią. Jednak jest za wcześnie, aby powiedzieć, czy ta metoda pomoże, czy nie.

„Ten problem wymaga rozwiązania, ponieważ w przeciwnym razie może okazać się głównym powodem niemożności długich podróży kosmicznych” – mówi naukowiec Mark Shelhamer.

Zerowa grawitacja zabija mózg

Długie przebywanie w kosmosie w stanie zerowej grawitacji może spowodować poważne zmiany w mózgu - odkryli syberyjscy naukowcy, badając stan myszy na orbicie.

Wyniki umożliwią stworzenie systemów zapobiegania i korygowania negatywnego wpływu nieważkości na organizm astronautów. „Najciekawsze z uzyskanych danych dotyczy układu dopaminowego. Widzieliśmy, że ekspresja jego kluczowych genów spada po miesiącu na orbicie. Sugeruje to, że układ dopaminowy mózgu, który normalnie odpowiada za precyzyjną koordynację działań, i ogólnie - do kontroli ruchów, degraduje.

W dłuższej perspektywie taka zmiana może prowadzić do rozwoju stanu podobnego do choroby Parkinsona. Bo jeśli twoja ekspresja enzymu, który syntetyzuje dopaminę, spada, to spada również poziom samego neuroprzekaźnika, a ostatecznie rozwija się deficyt motoryczny” – cytuje słowa badacza z Laboratorium Neurogenomiki Zachowania w Federal Research Centrum Instytut Cytologii i Genetyki SB RAS, Anton Tsybko, oficjalna publikacja SB RAS "Nauka na Syberii" Zobacz także Start załogowego pojazdu transportowego Sojuz TMA-17M.

Ponadto naukowiec zauważył zmiany w innej niezwykle ważnej strukturze mózgu - podwzgórzu. Tutaj znaleziono oznaki apoptozy (zaprogramowanego komórkowego „samobójstwa”), które najprawdopodobniej jest wywołane przez mikrograwitację. Zostało to już potwierdzone: zarówno na orbicie, jak i na Ziemi - w eksperymentach symulujących stan nieważkości - wzrasta apoptoza neuronów. „To obarczone jest ogólnym pogorszeniem metabolizmu i nie tylko. Biorąc pod uwagę, że w stanie zerowej grawitacji organizm jest już atakowany, każda zmiana jego funkcjonowania na gorsze może mieć dość poważne konsekwencje” – wyjaśnił Tsybko.

Naukowcy zauważyli, że na szczęście zmiany te nie są śmiertelne, a aktywność fizyczna całkowicie zapobiega ich wystąpieniu. U zwierząt aktywność fizyczna zostaje przywrócona w ciągu tygodnia. Mózg zaczyna ponownie gromadzić stracony czas, poziom serotoniny, dopaminy dość szybko wraca do normy. W ciągu miesiąca nie ma czasu na neurodegenerację.

Wystrzelenie myszy w kosmos na dłuższy czas nadal wydaje się problematyczne. Wychowanie fizyczne ratunkiem dla kosmonautów Badania przeprowadzono na myszach laboratoryjnych, które odbyły 30-dniową podróż kosmiczną na biosatelitach Bion-M1. Naukowcy zauważają, że anatomia i fizjologia myszy są pod wieloma względami podobne do ludzi, nasze genomy pokrywają się w 99%, więc myszy liniowe są najbardziej odpowiednimi obiektami do badania mechanizmów adaptacji do nieważkości. Jest jednak istotna różnica: astronauci, w przeciwieństwie do myszy, potrafią świadomie zmuszać się do ruchu, ćwiczą ponad cztery godziny dziennie, co oznacza, że stymulują ośrodki motoryczne w mózgu i minimalizują ryzyko uszkodzenia dopaminy system.

Jeśli jednak przebywasz na orbicie przynajmniej dwa tygodnie i nie wykonujesz żadnych specjalnych ćwiczeń fizycznych, to po powrocie na Ziemię stan okazuje się bardzo trudny i wymagana jest długa rehabilitacja. „Bion” to seria radzieckich i rosyjskich statków kosmicznych opracowanych przez TsSKB-Progress i przeznaczonych do badań biologicznych. Przez 11 lotów przeprowadzono na nich eksperymenty na 212 szczurach, 12 małpach i wielu innych zwierzętach. Satelita Bion-M1 został wystrzelony 19 kwietnia 2013 roku i powrócił na Ziemię miesiąc później.

Oprócz myszy na pokładzie znajdowały się myszoskoczki mongolskie, jaszczurki gekony, ryby, ślimaki słodkowodne i winogronowe, larwy chrząszcza stolarskiego, mikroorganizmy, glony, porosty i niektóre rośliny wyższe. Do tej pory eksperyment Bion-M1 został zakończony. Bion-M2 ma zostać uruchomiony w najbliższych latach.