Ludzkie ciało kontra kosmos

Ludzkość już od dawna ma dalekosiężne plany w związku z eksploracją galaktyki – zamierzamy, między innymi, ustanowić na powierzchni Księżyca bazę i polecieć aż na Marsa statkiem załogowym. Poza tym marzy nam się w przeciągu najbliższych dwóch dekad zacząć kolonizację obu tych ciał niebieskich; a także podjąć się podróży międzygwiezdnych, które wykraczałyby poza Mleczną Drogę.

Niemniej jednak kosmos wciąż pozostaje dla nas pewnym wyzwaniem, z którym trzeba się zmierzyć i to w więcej niż jeden sposób. Ludzkość przez tysiąclecia pozostawała przywiązana do Ziemi, a co za tym idzie – ewolucja przystosowała nas do życia w określonych warunkach środowiskowych. W przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza ani grawitacji (poza tą, którą generują poszczególne planety, gwiazdy lub naturalne satelity…), a wiele ciał niebieskich wydziela radiację kosmiczną, która na dłuższą metę może być niebezpieczna dla człowieka. Nie od dziś wiadomo (tak ze źródeł popularnonaukowych, jak i z fikcji), że astronauci muszą przejść liczne testy wytrzymałościowe, aby przygotować się na to, co czeka ich w kosmosie.

Jakiś czas temu pisaliśmy o marsjańskich habitatach-odpowiednikach – bazach na Ziemi mających na celu symulować warunki misji załogowych na Marsie. Owe symulacje zaś pomagają w badaniach nad potencjalnymi problemami, które narosłyby podczas misji na Marsie, w tym – jak długotrwała izolacja i dieta złożona z samych warzyw wpłynęłyby na zdrowie uczestników. Faktem jest jednak, że agencje kosmiczne już od wielu lat monitorują wpływ warunków panujących w kosmosie na przebywających na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) ludzi.

Przeziębienie w przestrzeni kosmicznej

W dobie zagrożenia koronawirusem jesteśmy coraz bardziej świadomi tego, jak szybko rozprzestrzeniają się bakterie i wirusy. Nagłe zarażenie na stacji kosmicznej (nawet przeziębieniem) byłoby dość kłopotliwe, dlatego przed wyruszeniem na ISS, astronauci przechodzą kwarantannę. Trwa ona do 21 dni i polega na odizolowaniu od ogólnej populacji. Tuż przed wyruszeniem w kosmos astronauci poddawani są procedurze profilaktycznej mającej na celu zminimalizowanie ryzyka zakażenia wirusowego. Na samej stacji kosmicznej uczestnicy starają się utrzymać sterylne środowisko, a po jakimś czasie mają mniej więcej taką samą florę bakteryjną.

Mimo wszystko, na wszelki wypadek ISS wyposażona jest w małą aptekę, nie mówiąc już o tym, że na stacji znajduje się personel medyczny. W razie czego astronauci mogą się skonsultować z kontrolą naziemną albo w przeciągu kilku godzin wrócić na Ziemię, aby osobą chorą zajęto się w szpitalu.

Przynajmniej w kwestii wirusowej astronauci są kryci, ale przestrzeń kosmiczna może wpłynąć negatywnie na ich ciała na kilka różnych sposobów.

Ważną rolę odgrywają również warunki środowiskowe, które astronauci zastają zarówno na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, jak i w przyszłych habitatach na Marsie i Księżycu. Zamknięte przestrzenie sprzyjają rozprzestrzenianiu się mikroorganizmów oraz wzrostowi poziomu stresu. Stres może osłabiać system odpornościowy, przez co organizm będzie bardziej podatny na alergie i choroby. W kosmosie nie ma też atmosfery, którą ludzie są w stanie oddychać, dlatego w przyszłych bazach na Księżycu i Marsie musi pojawić się system sztucznej atmosfery. Szacuje się jednak, że będzie on miał negatywny wpływ układ oddechowy i oczy.

Już w fazie projektowania pojazdów i stacji kosmicznych kwatery przeznaczone do spania, jedzenia i do pracy planowane są w taki sposób, aby jednocześnie były wygodne i zapewniały jak największą produktywność. Korzystając z nowoczesnych technologii NASA monitoruje powietrze na ISS, zwracając uwagę na to, czy nie jest ono zanieczyszczone przez takie gazy jak aldehyd mrówkowy, amoniak czy tlenek węgla. Próbki krwi i moczu astronautów badane są za pomocą technologii molekularnej pod kątem poziomu stresu i potencjalnych chorób. Badana jest również flora bakteryjna i system odpornościowy uczestników.

Radiacja kosmiczna

W przestrzeni kosmicznej panuje głębokie promieniowanie galaktyczne. Dzięki ziemskiej magnetosferze ludzie są przeważnie przed nim chronieni, ale na stacji kosmicznej promieniowanie może być nawet dziesięć razy silniejsze. To zaś może zwiększyć ryzyko raka i uszkodzić ośrodkowy układ nerwowy, co może skutkować zmianami w zachowaniu, zaburzeniami funkcji poznawczych i ograniczeniu funkcji motorycznych. Ponadto promieniowanie powoduje chorobę popromienną, która objawia się nudnościami, anoreksją i przemęczeniem; oraz uszkodzenie DNA i tkanki, co z kolei może skutkować ślepotą oraz chorobami serca i układu krążenia.

Na razie kwestia promieniowania została rozwiązana tym, że znajdująca się na orbicie okołoziemskiej Międzynarodowa Stacja Kosmiczna znajduje się w obrębie pola magnetycznego Ziemi, co łagodzi bombardowania głębokiego promieniowania galaktycznego. Istnieją liczne procedury monitorujące ryzyko promieniowania i osłaniające przed nim, a agencje kosmiczne korzystają z badań przeprowadzonych w placówkach naziemnych, aby na podstawie wpływu jaki radiacja ma na organizmy żywe, wynajdywać coraz to nowe środki zaradcze przeciwko niej.

Szacuje się, że z powodu zagrożenia promieniowaniem planowane w przyszłości załogowe misje w bazie księżycowej trwać będą najwyżej trzy miesiące. Niemniej jednak rozwój technologiczny może to zmienić.

Grawitacja

Ciała niebieskie w Układzie Słonecznym mają różniące się między sobą przyciąganie wynikające z ich masy; z kolei na wszelkiego rodzaju obiektach wystrzelonych w kosmos panuje stan nieważkości. Długotrwałe przebywanie w obniżonej grawitacji lub w stanie nieważkości ma wpływ na koordynację ręka-oko, równowagę, sposób poruszania się, a zwłaszcza kości. Z czasem tracą one na gęstości i budujących je minerałach, co może w przyszłości skutkować osteoporozą. Brak ćwiczeń i odpowiedniej diety na stacji kosmicznej z kolei prowadzi do osłabienia mięśni i wytrzymałości oraz do przystosowania się układu sercowo-naczyniowego do warunków kosmicznych, przy jednoczesnym „odzwyczajeniu się” od warunków ziemskich. Dodatkowo krew napływająca do głowy wywiera nacisk na oczy, co z kolei skutkuje zaburzeniami widzenia.

Wpływ pól grawitacyjnych w kosmosie na ludzkie ciało jest istotny zwłaszcza jeśli chodzi o plany podboju Marsa i Księżyca. Marsjańska grawitacja stanowi jedną trzecią grawitacji ziemskiej, zaś księżycowa jest od naszej mniejsza aż sześć razy. Jeżeli chcemy niebawem wysłać w te rejony pierwsze załogowe misje, musimy rozwiązać kwestię osłabienia przyczepów ścięgien i mięśni, a także odwapnienia kości, które mogą pojawić się u astronautów przemierzających srebrny glob.

Na razie nie tylko agencje kosmiczne zajmują się analizowaniem danych związanych z wpływem grawitacji na ludzkie ciało, ale też po powrocie na Ziemię astronauci poddawani są rehabilitacji i testom zadań praktycznych i na zręczność, aby zminimalizować działanie warunków panujących w kosmosie na zdrowie pacjenta. Dzięki specjalnym obciążnikom na biodra krew z kończyn nie napływa do głowy, a przez to – nie wywiera nacisku na oczy. Dodatkowo astronauci dokonują samodzielnie okresowych ewaluacji sprawności fizycznej. Cytrynian potasu dostępny w aptece umożliwia zwalczanie zmian fizjologicznych (co zapobiega wytwarzaniu się kamieni nerkowych), a suplementy witaminy D i bisfosforany pomagają zapobiegać utracie kości.

Izolacja i oddalenie od Ziemi

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna dostarcza informacji na temat tego jakie wyzwania natury medycznej i technologicznej mogą mieć miejsce w przestrzeni kosmicznej. Dzięki wydarzeniom – usterkom, chorobom, nagłym przypadkom – które mają miejsce w życiu codziennym astronautów z ISS, agencje kosmiczne mogą określić jakie procedury należy wdrożyć, jakich umiejętności szukać wśród kandydatów na astronautów i jaki ekwipunek przygotować na przyszłe podróże na Marsa i Księżyc.

Przeprowadza się również badania pod kątem psychologicznym i osobowościowym. NASA i inne agencje kosmiczne prowadzą eksperymenty związane z izolacją i tym, jak wpływa ona na zdrowie psychiczne, zegar biologiczny i relacje międzyludzkie (o niektórych eksperymentach z izolacją już mówiliśmy, tak samo jak o roślinach w kosmosie).

Co ciekawe, na przyszłe misje na Księżyc typuje się raczej astronautów w przedziale wiekowym od trzydziestu do czterdziestu kilku lat, gdyż po pierwsze – młodsi i szczuplejsi astronauci są bardziej narażeni na wychłodzenie, co przyspiesza metabolizm i zwiększa zapotrzebowanie na tlen; a po drugie – dwudziestolatkowie mają tendencję do podejmowania ryzykownych decyzji, co podczas misji w kosmosie nie jest zbyt dobre. Potencjalni kandydaci na Księżyc muszą odznaczać się chłodną głową w sytuacji pod presją i doświadczeniem.

Niedawno zakończył się roczny eksperyment NASA z bliźniakami Scottem i Markiem Kelly’m. Porównując stan zdrowia przebywającego przez rok na ISS Scotta Kelly’ego ze stanem zdrowia jego brata Marka, który pozostał na Ziemi, naukowcy z NASA byli w stanie prześledzić zmiany, jakie w organizmie Scotta zaszły w wyniku długiego przebywania w przestrzeni kosmicznej. Wyniki eksperymentu opublikował swego czasu dziennik naukowy Science. Dane, jakie udało się zebrać na pewną okażą się pomocne w dalszych przygotowaniach do bezpiecznego podboju kosmosu.