ВПЛИВ МІКРОГРАВІТАЦІЇ НА ТІЛО ЛЮДИНИ

ПРОСТІР: ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЗДОРОВ'Я

9,8 м/с2), складні біологічні системи людського тіла, які еволюціонували до роботи проти сили тяжіння, зазнають невдачі. Будь-яка людина, яка проводить значний час у просторі, тепер може зіткнутися з підвищеним ризиком серцевих захворювань, дегенерації м’язів та кісток, ослабленою імунною системою, зниженим харчуванням, сліпотою та багатьма іншими ефектами, включаючи психологічні ефекти [3].

інженерні

Дослідники NASA зібрали лише невелику кількість інформації про фізіологічні зміни мікрогравітації до річного перебування Скотта Келлі на МКС. Використовуючи брата-близнюка Скотта, колишнього космонавта Марка, NASA використало цю можливість як вдосконалене дослідження-близнюки для вивчення змін між братами [2]. Загалом, докази ясні. Поєднання стресу, обмеженого середовища, космічного випромінювання та мікрогравітації має серйозні ризики для здоров'я. Перед кожним польотом у космос проводиться обов'язковий медичний огляд, щоб визначити зміни в організмі після посадки. Від 10% до 43% космонавтів помирають від серцевих захворювань у віці від 50 до 70 років, тоді як середнє значення по країні становить 27% [4]. Серцеві вади включають жорсткість кровоносних судин і зменшення та зміни в самому серці [4]. Імунна система може бути порушена стійкими до наркотиків патогенами та сповільненим загоєнням ран [5]. Дослідження на мишах показали, що космічне випромінювання може пошкодити нейрони та синапси мозку та спричинити зміни в пам’яті та прийнятті рішень [6]. На Землі люди захищені від цієї форми випромінювання магнітним полем Землі. Психологічно терапевти спостерігають за астронавтами на предмет депресії та ефекту третьої чверті, змін у поведінці внаслідок тривалих турів та ув'язнення, [2].

Якщо приватні комерційні космічні компанії, такі як SpaceX та Сьєрра-Невада, хочуть звернутися до більшої кількості людей, їм слід з'ясувати, як зупинити хворобу руху, що зачіпає близько 66% усіх космонавтів у першій поїздці [7]. Крім того, якщо NASA хоче, щоб астронавти могли працювати на Марсі після посадки, вчені повинні з'ясувати, як протидіяти цим ефектам. Навіть гравітаційне прискорення Марса є слабким порівняно із земним при 0,38 г [2]. Іншим ризиком у космосі є 20-хвилинна затримка спілкування, спричинена відстанню між Марсом та Землею, через яку астронавтам доведеться вирішувати проблему самостійно; без медичного досвіду з травматизму проста травма може виявитись смертельною. Космічний корабель, який вони взяли б, також не зможе обернутися і дійде до Землі лише після завершення 520-денної місії [5]. Якщо люди коли-небудь захочуть покинути Землю, ми повинні мати можливість це робити без серйозних ризиків для здоров’я.

ВАГОПРИЧИНЕННЯ В НЕВВАГІ

Одне з найбільших занепокоєнь, яке дослідники та лікарі бачать у поверненні астронавтів, - це зміна щільності м’язів та кісток. Що стосується м’язів, астронавти можуть втратити приблизно 25% м’язів, що несуть вагу, лише за дев’ять днів [7]. Ця атрофія спричинена відмовою цих м’язів від мікрогравітації. Щодо кісток, спостерігається втрата щільності кісткової тканини від 0,5% до 1,5% на місяць [8], а довгострокові астронавти повідомляють про втрату щільності кісток у п’ятах до 5%. Спинномозкові диски можуть розширюватися, спричиняючи раптовий приріст висоти та біль у спині [9]. Постійний процес ремоделювання кісток визначається законом Вольфа, який говорить, що «кістка змінює свою зовнішню форму та внутрішню архітектуру у відповідь на механічні навантаження», спричинені гравітацією [8]. Втрата кальцію спричиняє крихкість кісток (остеопороз) і, можливо, може досягти точки неповернення, якщо астронавти надто довго залишаються у невагомому середовищі [7].

Що стосується серйозності, дослідники порівнюють величину втрати кісткової маси від невагомості до місяців постільного режиму [8]. Незважаючи на те, що перебували у космосі лише дев’ять днів, космонавти, які повернулись, за той самий час набрали лише половину своїх м’язів, що несуть вагу [7]. Природне відновлення після довготривалих подорожей (> 4 місяців) у космос може зайняти десь від дев'яти місяців до трьох років [8]. Деякі дослідники припускають, чи можливо навіть, що кістки заживають у невагомості, що ще більше посилиться через відсутність можливого медичного досвіду та велику відстань. Всі ці фактори в сукупності роблять сувору реальність; коли астронавти висаджуються на Марсі, вони можуть бути не готові робити щось на зразок підготовки свого середовища проживання або, можливо, навіть прогулянок. У них немає дев’яти місяців, щоб чекати, поки м’язи відростуть або кістки відновляться. НАСА потрібно зупинити цей процес атрофії та дегенерації кісток у космосі, щоб майбутні астронавти були готові до всього, коли вони приземляться.

КОНТРАКТИВНЕ М'ЯЗОВО-КІСТКОВЕ ДЕГЕНЕРАЦІЯ

Штучна гравітація є найбільш корисним способом зупинити вплив невагомості на здоров’я. Піонер космонавтики Костянтин Ціолковський запропонував цю ідею більше століття тому. Створюючи відцентрову силу, яка тягне всі об'єкти в МКС на "дно" модулів, можливий гравітаційний грам може протидіяти всім фізіологічним ефектам. Обертаючи два модулі космічної станції, кожен з яких на 100 метрів від центру, зі швидкістю 3 об/хв може створити g сили тяжіння [10]. У 1990 р. Національна наукова рада попросила НАСА розглянути штучну гравітацію як основний спосіб протидії ризикам для здоров'я на МКС [7]. На сьогодні МКС не впровадила повномодульну відцентрову систему з монетарних причин. Роберт Сальвейдж, автор статті "Штучна гравітація вирішила б більшість космічних проблем" [10], стверджує, що частиною причини є короткочасне мислення та бюрократичні сварки.

В даний час МКС використовує поєднання дієти, наркотиків та фізичних вправ, щоб спробувати боротися із ризиками для здоров'я, спричиненими невагомістю [10]. У середній день на МКС астронавтам рекомендується проводити 40% часу не сплячими, займаючись [2]. Це включає використання бігових доріжок та велосипедних машин та підняття ваги [11]. Бігові доріжки не так сильно протидіють втраті кісткової маси, як м’язовій атрофії, і навіть тоді потрібно дотримуватися суворих вправ, щоб зберегти більшу частину м’язів. Нинішньою моделлю бігової доріжки, що використовується на МКС, є бігова доріжка COLBERT, або комбінована оперативна несуча зовнішня опорна доріжка, названа на честь відомого ведучого ток-шоу Стівена Колбера [11]. Це друга бігова доріжка, встановлена ​​на МКС для підтримки екіпажу астронавтів із шести осіб та їх потреб підтримувати форму [11].

Взявши основну медичну бігову доріжку, інженери додали плечові та поясні ремені, щоб утримати бігун на місці та утримати їх від рикошету завдяки силам дії-реакції [11]. Встановлюючи його на МКС, інженери були стурбовані вібраціями, що турбують решту модулів, і експерименти, що проводились, тому COLBERT був оснащений пружинними демпферами для зупинки цих вібрацій [11]. Незважаючи на те, що на збірку пішло понад 20 годин, і він важить на Землі 2200 фунтів, КОЛБЕРТ повинен витримати 150 000 миль бігу в умовах мікрогравітації [11]. Єдине, що турбує КОЛБЕРТА - це шум. Коли дослідникам доводилося вибирати між надійністю та рівнем шуму, вони обрали надійність і намагались звести шум до мінімуму, а не неіснуючого, сказав керівник проекту КОЛБЕРТ, Курт Відерхофт [11]. Це може відвернути увагу вчених, які навчаються на борту МКС, але врешті-решт ризики для здоров'я перевищують потреби продуктивності.

Поки НАСА тестує, досліджує і готується до прибуття 2030 року і відправлення перших астронавтів на Марс, я чекаю, щоб побачити, як вони справляються з фізіологічними та психологічними наслідками космосу та невагомістю майбутніх відвідувачів космосу.

ДЖЕРЕЛА

  1. П. Шан. "Кісткові клітини в умовах мікрогравітації". Журнал механіки в медицині та біології. 10.2013. Доступно 25.10.2016. http://web.b.ebscohost.com/ehost/pdfviewer/pdfviewer?sid=0921a994-253c-49f8-a6b0-7f785adf12fc%40sessionmgr101&vid=4&hid=125
  2. Дж. Клюгер. "Місія удвох". Час. 29.12.2014. Доступ 24.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?vid=3&sid=18f44ffd-3ccc-44e9-9d87-b09edd17b257%40sessionmgr4006&hid=4107&bdata=JnNpdGU9ZWhvc3Qtb3d7=7
  3. Дж. Клюгер. "Чому важко пережити рік у космосі". Час. 28.09.2015. Доступ 24.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?vid=5&sid=18f44ffd-3ccc-44e9-9d87-b09edd17b257%40sessionmgr4006&hid=4107&bdata=JnNpdGU9ZWhvc3Qtb3dd=649
  4. Д. Енандес. "Дослідження досліджує ризики для здоров’я при глибоких космічних подорожах". Wall Street Journal. 29.09.2016. Доступ 24.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?vid=19&sid=18f44ffd-3ccc-44e9-9d87-b09edd17b257%40sessionmgr4006&hid=4107&bdata=JnNpdGU9ZWhvc3Qtb3d34&f=65
  5. Л. Мермель. «Запобігання та боротьба з інфекціями під час тривалих космічних подорожей». Клінічні інфекційні хвороби. 1.2013. Доступ 24.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?vid=25&sid=18f44ffd-3ccc-44e9-9d87-b09edd17b257%40sessionmgr4006&hid=4107&bdata=JnNpdGU9ZWhvc3Qtb3d4#65
  6. Р. Лі Хоц. "Тонка шкода мозку - ймовірний ризик подорожей у космос". Wall Street Journal. 5.2.2015. Доступно 25.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?vid=27&sid=18f44ffd-3ccc-44e9-9d87-b09edd17b257%40sessionmgr4006&hid=4107&bdata=JnNpdGU9ZWhvc3Qtb3db=d3&d
  7. Р. Ганнон. "Нестерпна легкість космічних подорожей". Науково-популярні. 3.1993. Доступно 25.10.2016. http://rt4rf9qn2y.search.serialssolutions.com/?genre=article&title=Popular%20Science&atitle=The%20unbearable%20lightness%20of%20space%20travel.&author=Gannon%2C%20Robert&authors=Gannon%2C%20Rosu30&e = 3 & spage = 74 & issn = 01617370
  8. С. Цварт. "Вплив космічних польотів на кісткову систему людини та потенційні харчові протидії". Міжнародний журнал SportMed. 2005. Проведено 26.10.2016. http://web.b.ebscohost.com/ehost/detail/detail?sid=aa9fdfcd-0e62-448a-ab06-29b1522c6e8d%40sessionmgr120&vid=0&hid=125&bdata=JkF1dGhUeXBlPWlwLHVrZAWandZaW
  9. М. Лонг. "Виживання в космосі". National Geographic. 1.2001. Доступ 24.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?sid=ff144166-c548-44c3-9567-2cc403067d57%40sessionmgr4007&vid=0&hid=4107&bdata=JkF1dGhUeXBlPWlwLHVpZRZZZXXX40
  10. Р. Сальвадж. "Штучне тяжіння вирішило б більшість космічних проблем". 24.04.2015. Проведено 26.10.2016. http://web.a.ebscohost.com/ehost/detail/detail?sid=2a1c0ce3-2c8d-4935-a2ef-0a1fd7fbff7b%40sessionmgr4010&vid=0&hid=4107&bdata=JkF1dGhUeXBlPWlwLHVZ1X2R2ZB1R2V2Z2
  11. С. Сіцелов. "КОЛБЕРТ готовий до серйозних вправ". 5.05.2009. Доступ 23.03.2016. http://www.nasa.gov/mission_pages/station/behindscenes/colberttreadmill.html

ПОДЯКИ

Я хотів би подякувати своїй родині за підтримку у всьому, що я роблю, та Крістін за допомогу в редагуванні цього документу.