Wpływ stanu nieważkości na zdrowie człowieka

Pośrednie i bezpośrednie skutki przebywania w stanie nieważkości wywołują kaskadę reakcji, biorących początek
w trzech różnych składowych organizmu: w receptorach grawitacji, płynach ustrojowych oraz w tkankach podporowych ciała
( mięśniowej i kostnej). W rezultacie reaguje cały organizm począwszy od kości, a na mózguskończywsz. Astronauci opowiadają, że gdy chwytają się ściany kabiny statku kosmicznego i odpychają od niej ciało, czują się tak jakby oni stali w miejscu a pojazd się poruszał. Jest to spowodowane tym, że informacje pochodzące z pewnych narządów zmysłów zależą od siły przyciągania ziemskiego.

Wszachobecność grawitacji sprawia, że na codzień nie uświadamiamy sobnie jej istnienia. Mimo że ta niewidzialna siła daje znać jedynie od czasu do czasu (np. gdy wstajemy rano z łóżka, mamy lekkie zawroty głowy), nasze ciało nigdy o niej nie zapomina. Czy zdajemy sobie z tewgo sprawę czy nie nasz organizm rozwinął wiele odruchowych reakcji, których celem jest radzenie sobie z życiem w warunkach przyciągania ziemskiego. Zmysły przekazują nam dokładne informacje na temat lokalizacji środka ciężkości oraz względnego położenia poszczególnych części ciała. Zdolność ta pozwala nam integrować sygnały odbierane przez wzrok i słuch z innymi informacjami, dostarczanymi przez narządy przedsionkowe znajdujące się w uchu wewnętrznym, oraz mięśnie i stawy, a także receptory dotyku i nacisku. Wiele z tych sygnałów zależy od wielkości i kierunku działania ziemskiej siły przyciągania.

Narząd przedsionkowy reaguje na przespieszenia i zmiany położenia głowy, dzięki temu można orientować się w przestrzeni i zachować równowagę. Ponieważ każda zmiana pozycji ciała względem kierunku działania siły drawitacji powoduje zmianę położenia kamyczków błędnikowych na błonie kamyczkowej, a tym samym pobudzenie innych komórek zmysłowych, struktury te uważ się za receptory grawitacji. mechanoreceptory znajdujące się w mięśniach, ścięgnach i stawach - - reagują na masę poszczególnych części kończyn oraz innych narządów. także one rejestrują siłe przyciągania ziemskiego.

Stan nieważkości powoduje zmianę tych sygnałów. Narząd przedsionkowy przestaje rejestrować pochylenia głowy w dół. Kończyny „tracą ciężar”. w związku z czym mięśnie nie muszą już się kurczyć i rozkurczać, aby utrzymać odpowiednią postawę ciała i wykonać ruch. Receptory nacisku i dotyku znajdujące się w stopach i w stawach skokowych przestają sdygalizować przyciąganie w dół.

Te oraz inne zmiany przyczyniają się do złudzeń wzrokowo - orientacyjnych oraz uczucia odwróconej pozycji. Czyli - dezorientacja.Zmiany tych sygnałó powodują u większości uczestników lotów kosmicznych chorobę lokomocyjną która niewiele różni się od tej występującej na Ziemi (ból głowy, zaburzenia koncentracji, utrata apetytu, dolegliwości żołądka i wymioty). Kosmiczna choroba lokomocyjna nie trwa dłużej niż przez pierwsze trzy dni przebywania w stanie nieważkości. Z czasem mózg przystosowuje się do nowych sygnałów i dla niektórych uczestników „dół” jest po prostu tam gdzie stopy.

Stan nieważkości powoduje także zmiany w dystrybucji płynów ustrojowych człowieka. Po kilku minutach od momentu gdy siła grawitacji przestaje działać, nabrzniewają żyły szyjne i następuje obrzęk twarzy. W miarę gromadzenia się krwi w klatce piersiowej i głowie dochodzi do przekrwienia błon śluzowych, zatok i nosa. Trudności w oddychaniu, bardzo przypominające objawy przeziębienia na Ziemi, utrzymują się podczas całego lotu w przestrzeni kosmicznej z wyjątkiem okresu wykonywania intensywnych ćwiczeń.

W przestrzeni kosmicznej ciśnienie hydrostatyczne zanika, powodując naturalne przemieszczenie się płynów ustrojowych z dolnych do górnych części ciała. Bezpośrednie pomiary objętości nóg astronautów wykazały, że w pierwszym dniu lotu każda z nich traci około litra płynu, w przybliżeniu 1/10 zwykłej objętości. W miarę krążenia płynów ustrojowych następuje proces adaptacji organizmu polegający na dalszej redystrybucji płynów ciała między jego poszczególnymi przedziałami. Objętość osocza gwałtownie się obniża o około 20 % i utrzymuje się na niskim poziomie.

Przemieszczanie się płynów powoduje z kolei kaskadę powiązanych ze sobą mechanizmów nerkowych, hormonalnych i mechanicznych, które regulują gospodarkę wodno - elektrolitrową w organiźmie. Np. tempo filtracji nerek, stałe w normalnych warunkach, wzrasta prawie o 20 % i utrzymuje się na tym poziomie przez pierwszy tydzień pobytu w stanie nieważkości. W dodatku po powrcien na Ziemię uczestnicy lotów kosmicznych cierpią na szczególny rodzaj niedokrwistości, nawet jeśli lot trwał kilka dni.

Brak grawitacji ma także wpływ na mięśnie i kości. Niezależnie od tego, jak długo ludzie pozostają w przestrzeni kosicznej, wracają na Ziemję z ubytkiem masy kości. W związku z brakiem nacisku na kręgosłup ludzie stają się wyżsi o około 5 cm. Płuca, serce i inne narządy znajdujące się w klatce piersiowej tracą mase; w rezultacie następuje spadek napięcia mięśni międzyżebrowych i rozszerzenie klatki piersiowej. Podobnie wątroba, śledziona, nerki, żołądek oraz jelita tracą ciężar.

Tymczasem w stanie nieważkości mięśnie i kości zaczynają być wykorzystywane w inny sposób niż zazwyczaj, a także dużo rzadziej. Następstwem tego jest szybki zanik niektórych grup mięśni. Jednocześnie zmieniają się cechy i budowa tkanki mięśniowej. Powoli kurczące się włókna mięśniowe, użyteczne przy przeciwstawianiu się sile grawitacji, ustępują miejsca szybciej kurczącym się włóknom, niezbędnym do natychmiastowej reakcji. Żadna z tych zmian nie stanowi problemu dla uczestników lotów kosmicznych, dopóki wykonują oni lekką pracę. Jednak zapobieganie zanikowi mięśni potrzebnych do wykonywanias ciężkiej przcy, jaką jest spacer w kosmosie, oraz ich ochrona w celu zaqpewnienia bezpiecznego powrotu do normalnego życia na Ziemi są przedmiotem wielu obecnie przeprowadzanych eksperymentów.

Metabolizm kości także ulega znacznym przemianom. Wspólne badania rosyjsko - amerykańskie wykazały, że podczas misji kosmonauci tracą miesięcznie około 1% masy kostnej w dolnym odcinku kręgosłupa, biodrach i górnej części kości piętrowe, tracą wapń szybciej niż inne. Badania zwierząt, które odbyły loty kosmiczne, wskazują, że zahamowany zostaje również proces kościotworzenia. Utrata masy kości podczas lotów kosmicznych powoduje podwyższenie poziomu wapnia w organiźmie, co może przyczyniać się do powstania kamieni nerkowych oraz zwapnienia tkanek miękkich. Po powrocie na Ziemię utrata wapnia zatrzymuje po miesiącu. Naukowcy nie są jednak pewni, czy dochodzi do całkowitej odbudowy kości, ponieważ zbyt mało osób odbyło dłuższe loty w przestrzeni kosmicznej. Czasami utrata tkanki kostnej może okazać się nieodwracalna i w takich przypadkach byli astronauci pozostaną na zawsze bardziej podatni na złamania kości. Misja Spacelab (1996) była częściowo poświęcona tym zagadnieniom. Ekipa naukowców przeprowadziła osiem badań, których przedmiotem były zmiany w tkankach mięśniowej i kostnej. Na utratę masy mięśni i kości nie znaleziono jeszcze odpowiedniej recepty. Do tej pory próbowano stosować różne ćwiczenia fizyczne, jednak z niewielkim powodzeniem.

Dezorientacja, redystrybucja płynów ustrojowych oraz utrata masy mięśni i kości nie są jedynymi następstwami przebywania w stanie nieważkości. Wpływa on pośrednio i bezpośrednio na inne układy organizmu. Jednym z nim są płuca. Nawet gdy nie ma grawitacji, w różnych częściach płuc poziom przepływy krwi i powietrza jest odmienny. Podczas lotu kosmicznego nie tylko brak grawitacji wpływa negatywnie na organizm uczestników. Zaburzony zostaje układ odpornościowy oraz liczne układy odpowiedzialne za czas i jakość snu. Wyglądanie przez okno statku kosmicznego tuż przed snem, może spowodować ekspozycję na zbyt dużą ilość światła, a tym samym nieprawidłową reakcję fizjologiczną prowadzącą do zaburzeń snu.

Podróże poza naszą planetę narażają na silne promieniowanie w przestrzeni kosmicznej. Człowiek, który spędza rok na nisko położonej orbicie ziemskiej o umiarkowanym nachyleniu otrzymuje dawkę promieniowania w przybliżeniu dziesięciokrotnie większą niż przeciętnie na Ziemi. Podczas rocznego pobytu na Księżycu byłaby ona siedmiokrotnie większa , a podróż na Marsa jeszcze bardziej niebezpieczna. Oczywiście ryzyko napromieniowania i w następstwie choroby nowotworowej zagraża ludziom odbywającym długie loty. Zjawisko napromieniowania w kosmosie jest trudne do zbadania, ponieważodtworzenie na Ziemi radioaktywnej atmosfery przestrzeni kosmicznej, charakteryzującej się niezbyt intensywnym, ale ciągłym przepływem promieni kosmicznych o dużej energii, jest prawie niemożliwe. Nawet gdyby było inaczej, to zdaniem większości naukowców odpowiednie ekrany przeciwpromienne oraz profilaktyczne stosowanie leków ograniczają to ryzyko do dopuszczalnego poziomu.

W przypadku długich lotów kosmicznych podróżujący muszą również znosić ograniczenia, których przyczyną jest niewielka przestrzeń, niemożność ucieczki oraz odizolowanie od zwykłego życia na Ziemi, a także przebywanie w małej grupie wciąż tych samych osób, pochodzących często z różnych kręgów kulturowych. Stawianie cczoła tym trudnościom może spowodować niepokój, bezsenność, depresję, napięcie wśród załogi oraz problemy interpersonalne, które wpływają na astronautów w tym samym stopniu, co stan nieważkości, a może nawet bardziej.

Jeśli efekty wywołane przebywaniem w stanie nieważkości są całkowicie odwracalne, jakiś czas po zakończeniu lotu wszystko powinno powrócić do normy. Uczestnicy podróży kosmicznych często odczuwają powrót grawitacji podczas wytracania wysokości i zaraz po lądowaniu. Po opuszczeniu statku można mieć przeróżne złudzenia np. podczas ruchó głowy ma się wrażenie że porusza się wszystko dookoła.

Większość układów organizmu powraca do normalnego stanu w ciągu kilku tygodni od wylądowania na Ziemi. Wyjątek stanowi układ mięśniowo - szkieletowy, dla którego potrzeba więcej czasu na jego odbudowanie.