Effekt av rymdljus på människokroppen

många av de miljöförhållanden som människor upplever under rymdljus skiljer sig mycket från de där människor utvecklats; men teknik som den som erbjuds av ett rymdskepp eller rymddräkt kan skydda människor från de hårdaste förhållandena. De omedelbara behoven av andningsbar luft och dricksvatten hanteras av ett livsuppehållande system, en grupp enheter som gör det möjligt för människor att överleva i yttre rymden. Livsuppehållande system levererar luft, vatten och mat., Det måste också hålla temperaturen och trycket inom acceptabla gränser och hantera kroppens avfallsprodukter. Skydd mot skadliga yttre påverkan som strålning och mikrometeoriter är också nödvändigt.

vissa faror är svåra att mildra, såsom viktlöshet, även definierad som en mikrogravitationsmiljö. Att leva i denna typ av miljö påverkar kroppen på tre viktiga sätt: förlust av proprioception, förändringar i vätskefördelning och försämring av muskuloskeletala systemet.,

den 2 November 2017 rapporterade forskare att betydande förändringar i hjärnans position och struktur har hittats hos astronauter som har tagit resor i rymden, baserat på MR-studier. Astronauter som tog längre rymdresor var förknippade med större hjärnförändringar.

i oktober 2018 fann NASA-finansierade forskare att långa resor till yttre rymden, inklusive resor till planeten Mars, kan väsentligt skada astronauternas gastrointestinala vävnader., Studierna stöder tidigare arbete som hittade sådana resor kan avsevärt skada astronauternas hjärnor och åldras dem för tidigt.

i mars 2019 rapporterade NASA att latenta virus hos människor kan aktiveras under rymduppdrag, vilket eventuellt ökar risken för astronauter i framtida rymduppdrag.

ResearchEdit

rymdmedicin är en utvecklande medicinsk praxis som studerar hälsan hos astronauter som bor i yttre rymden., Huvudsyftet med denna akademiska strävan är att upptäcka hur bra och hur länge människor kan överleva de extrema förhållandena i rymden, och hur snabbt de kan anpassa sig till jordens miljö efter att ha återvänt från rymden. Rymdmedicin syftar också till att utveckla förebyggande och palliativa åtgärder för att lindra lidandet som orsakas av att leva i en miljö som människor inte är väl anpassade till.

Ascent och re-entryEdit

under start och re-entry space resenärer kan uppleva flera gånger normal gravitation., En utbildad person kan vanligtvis tåla ca 3g, men kan blackout vid 4 till 6g. g-kraft i vertikal riktning är svårare att tolerera än en kraft vinkelrätt mot ryggraden eftersom blodet flyter bort från hjärnan och ögonen. Först upplever personen en tillfällig synförlust och sedan vid högre G-krafter förlorar medvetandet. G-force träning och en g-kostym som begränsar kroppen för att hålla mer blod i huvudet kan mildra effekterna. De flesta rymdfarkoster är utformade för att hålla g-krafter inom bekväma gränser.,

Space environmentsEdit

miljön i rymden är dödlig utan lämpligt skydd: det största hotet i rymdens vakuum härrör från brist på syre och tryck, även om temperatur och strålning också utgör risker. Effekterna av rymdexponering kan resultera i ebullism, hypoxi, hypokapni och dekompressionssjuka. Förutom dessa finns det också cellulär mutation och förstörelse från högenergifotoner och subatomära partiklar som finns i omgivningen., Dekompression är ett allvarligt problem under astronauternas extrafordonsaktiviteter (Evas). De nuvarande EMU-utformningarna tar hänsyn till detta och andra frågor och har utvecklats över tiden. En viktig utmaning har varit de konkurrerande intressena att öka astronautens rörlighet (som reduceras med Högtrycksemus, analogt med svårigheten att deformera en uppblåst ballong i förhållande till en deflaterad) och minimera dekompressionsrisken. Utredare har övervägt att trycka på en separat huvudenhet till det vanliga 71 kPa (10.3 PSI) kabintrycket i motsats till det nuvarande hela EMU-trycket på 29.,6 kPa (4.3 psi). I en sådan konstruktion kan trycksättning av torso uppnås mekaniskt, vilket undviker rörlighetsreduktion i samband med pneumatisk trycksättning.

Vakuumedit

människans fysiologi är anpassad till att leva i jordens atmosfär, och en viss mängd syre krävs i luften vi andas. Om kroppen inte får tillräckligt med syre, riskerar astronauten att bli medvetslös och dö av hypoxi. I rymdens vakuum fortsätter gasutbytet i lungorna som normalt men resulterar i avlägsnande av alla gaser, inklusive syre, från blodomloppet. Efter 9 till 12 sekunder når det deoxygenerade blodet hjärnan, och det resulterar i förlust av medvetande., Exponering för vakuum i upp till 30 sekunder är osannolikt att orsaka permanent fysisk skada. Djurförsök visar att snabb och fullständig återhämtning är normal för exponeringar som är kortare än 90 sekunder, medan längre helkroppsexponeringar är dödliga och återupplivning har aldrig varit framgångsrik. Det finns bara en begränsad mängd data tillgängliga från mänskliga olyckor, men det överensstämmer med djurdata. Lemmar kan utsättas för mycket längre om andningen inte försämras.,

i december 1966 deltog rymdingenjören och testämnet Jim LeBlanc från NASA i ett test för att se hur väl en trycksatt rymddräkt prototyp skulle fungera under vakuumförhållanden. För att simulera effekterna av rymden konstruerade NASA en massiv vakuumkammare från vilken all luft kunde pumpas. Vid något tillfälle under testet lossnade leblancs tryckslang från rymddräkten. Även om detta orsakade hans kostymtryck att falla från 3.8 psi (26.2 kPa) till 0.1 psi (0.,7 kPa) på mindre än 10 sekunder förblev LeBlanc medveten i ca 14 sekunder innan han förlorade medvetandet på grund av hypoxi; det mycket lägre trycket utanför kroppen orsakar snabb de-syresättning av blodet. ”När jag snubblade bakåt kunde jag känna saliven på min tunga som började bubbla strax innan jag gick medvetslös och det är det sista jag minns”, påminner om LeBlanc. Kammaren trycktes snabbt och LeBlanc fick akut syre 25 sekunder senare. Han återhämtade sig nästan omedelbart med bara en öronvärk och ingen permanent skada.,

en annan effekt från ett vakuum är ett tillstånd som kallas ebullism som resulterar från bildandet av bubblor i kroppsvätskor på grund av reducerat omgivande tryck, ångan kan svälla kroppen till dubbelt sin normala storlek och långsam cirkulation, men vävnader är elastiska och porösa nog för att förhindra bristning. Tekniskt sett anses ebullism börja på en höjd av cirka 19 kilometer (12 mi) eller tryck mindre än 6,3 kPa (47 mm Hg), känd som Armstrong-gränsen. Experiment med andra djur har avslöjat en rad symptom som också kan gälla för människor., Den minst allvarliga av dessa är frysning av kroppsliga sekret på grund av förångande kylning. Svåra symtom, såsom förlust av syre i vävnad, följt av cirkulationssvikt och slapp förlamning skulle inträffa i cirka 30 sekunder. Lungorna kollapsar också i denna process, men kommer att fortsätta att släppa ut vattenånga som leder till kylning och isbildning i luftvägarna. En grov uppskattning är att en människa kommer att ha cirka 90 sekunder att kompresseras, varefter döden kan vara oundviklig., Svullnad från ebullism kan minskas genom inneslutning i en flygdräkt som är nödvändiga för att förhindra ebullism över 19 km. Under rymdfärjan programmet astronauter bar en monterad elastisk plagg som kallas en besättning höjd skyddsdräkt (CAPS) som förhindrade ebullism vid tryck så lågt som 2 kPa (15 mm Hg).

de enda människor som är kända för att ha dött av exponering för vakuum i rymden är de tre besättningsmedlemmarna i rymdfarkosten Soyuz 11; Vladislav Volkov, Georgi Dobrovolski och Viktor Patsayev., Under förberedelserna för återinträde från omloppsbana den 30 juni 1971 öppnade en tryckutjämningsventil i rymdfarkostens nedstigningsmodul oväntat på en höjd av 168 kilometer, vilket orsakade snabb trycksänkning och efterföljande död för hela besättningen.

TemperatureEdit

i ett vakuum finns det inget medium för att avlägsna värme från kroppen genom ledning eller konvektion. Värmeförlust är genom strålning från 310 K-temperaturen hos en person till 3 K yttre rymden. Detta är en långsam process, särskilt hos en klädd person, så det finns ingen risk att omedelbart frysa., Snabb avdunstning kylning av huden fukt i ett vakuum kan skapa frost, särskilt i munnen, men detta är inte en betydande fara.

exponering för den intensiva strålningen av direkt, ofiltrerat solljus skulle leda till lokal uppvärmning, men det skulle sannolikt vara väl fördelat av kroppens ledningsförmåga och blodcirkulation. Annan solstrålning, särskilt ultravioletta strålar, kan dock orsaka allvarlig solbränna.,

RadiationEdit

utan skydd av jordens atmosfär och magnetosphere astronauter utsätts för höga strålningsnivåer. Höga nivåer av strålningsskador lymfocyter, celler som är starkt involverade i att upprätthålla immunsystemet; denna skada bidrar till den sänkta immuniteten som astronauter upplever., Strålning har också nyligen kopplats till en högre förekomst av grå starr i astronauter. Utanför skyddet av låg omloppsbana på jorden, galaktiska kosmiska strålar utgör ytterligare utmaningar för mänsklig rymdljus, eftersom hälsorisken från kosmiska strålar ökar risken för cancer betydligt över ett decennium eller mer av exponering. En NASA-stödd studie rapporterade att strålning kan skada astronauternas hjärna och påskynda uppkomsten av Alzheimers sjukdom. Solar flare händelser (även sällsynta) kan ge en dödlig stråldos på några minuter., Man tror att skyddande avskärmning och skyddande läkemedel i slutändan kan sänka riskerna till en acceptabel nivå.

besättning som bor på den internationella rymdstationen (ISS) är delvis skyddade från rymdmiljön av jordens magnetfält, eftersom magnetosfären avleder solvinden runt jorden och ISS. Ändå är solfläckar tillräckligt kraftfulla för att varpa och tränga in i magnetiska försvar, och det är fortfarande en fara för besättningen. Besättningen på Expedition 10 tog skydd som en försiktighetsåtgärd 2005 i en mer starkt skyddad del av stationen avsedd för detta ändamål., Men utöver det begränsade skyddet av jordens magnetosfär är interplanetära mänskliga uppdrag mycket mer sårbara. Lawrence Townsend, University of Tennessee och andra har studerat de mest kraftfulla solar flare som någonsin spelats in. Stråldoser astronauter skulle få från en flare av denna storlek kan orsaka akut strålsjuka och eventuellt till och med död.,

det finns vetenskaplig oro för att utökat rymdljus kan sakta ner kroppens förmåga att skydda sig mot sjukdomar. Strålning kan penetrera levande vävnad och orsaka både kort och långvarig skada på benmärgsstamceller som skapar blod och immunsystem., I synnerhet orsakar det ”kromosomavvikelser” i lymfocyter. Eftersom dessa celler är centrala för immunsystemet, försvagar eventuella skador immunsystemet, vilket innebär att förutom ökad sårbarhet för nya exponeringar blir virus som redan finns i kroppen—som normalt skulle undertryckas—aktiva. I rymden är T-celler (en form av lymfocyt) mindre i stånd att reproducera ordentligt, och T-cellerna som reproducerar är mindre i stånd att bekämpa infektion., Med tiden resulterar immunbrist i den snabba spridningen av infektion bland besättningsmedlemmar, särskilt i de begränsade områdena av rymdflygsystem.

den 31 maj 2013 rapporterade NASA-forskarna att ett eventuellt mänskligt uppdrag till Mars kan innebära en stor strålningsrisk baserat på den mängd energisk partikelstrålning som RAD upptäckte på Mars Science Laboratory under resan från jorden till Mars 2011-2012.,

i September 2017 rapporterade NASA strålningsnivåer på planetens yta mars tillfälligt fördubblades och var förknippade med en aurora 25 gånger ljusare än någon tidigare observerad, på grund av en massiv och oväntad Solstorm i mitten av månaden.

Viktlöshetsedit

efter tillkomsten av rymdstationer som kan bebos under långa perioder, har exponering för viktlöshet visat sig ha vissa skadliga effekter på människors hälsa. Människor är väl anpassade till de fysiska förhållandena på jordens yta, och som svar på viktlöshet börjar olika fysiologiska system förändras och i vissa fall atrofi. Även om dessa förändringar vanligtvis är tillfälliga, har vissa en långsiktig inverkan på människors hälsa.,

kortvarig exponering för mikrogravitation orsakar rymdanpassningssyndrom, självbegränsande illamående orsakad av rubbning av det vestibulära systemet. Långvarig exponering orsakar flera hälsoproblem, en av de viktigaste är förlust av ben och muskelmassa. Med tiden kan dessa dekonditioneringseffekter försämra astronauternas prestanda, öka risken för skada, minska deras aeroba kapacitet och sakta ner deras kardiovaskulära system., Eftersom människokroppen består mestadels av vätskor tenderar gravitationen att tvinga dem in i den nedre halvan av kroppen, och våra kroppar har många system för att balansera denna situation. När de frigörs från tyngdkraften fortsätter dessa system att fungera, vilket orsakar en allmän omfördelning av vätskor i kroppens övre hälft. Detta är orsaken till den runda ansikten ”puffiness” som ses i astronauter. Omfördelning av vätskor runt själva kroppen orsakar balansstörningar, förvrängd syn och förlust av smak och lukt.,

ett Rymdfärjexperiment från 2006 visade att Salmonella typhimurium, en bakterie som kan orsaka matförgiftning, blev mer virulent när den odlas i rymden. Den 29 April 2013 rapporterade forskare i Rensselaer Polytechnic Institute, finansierat av NASA, att mikrober under rymdfärder på den internationella rymdstationen verkar anpassa sig till rymdmiljön på sätt som ” inte observerats på jorden ”och på sätt som”kan leda till ökad tillväxt och virulens”. Mer nyligen, i 2017, visade sig bakterier vara mer resistenta mot antibiotika och att trivas i rymdens nära viktlöshet., Mikroorganismer har observerats för att överleva vakuumet i yttre rymden.

Motion sicknessEdit

det vanligaste problemet som människor upplever under de första timmarna av viktlöshet är känt som rymdanpassningssyndrom eller SAS, vanligen kallat rymdsjuka. Det är relaterat till rörelsesjuka och uppstår när det vestibulära systemet anpassar sig till viktlöshet., Symtom på SAS inkluderar illamående och kräkningar, yrsel, huvudvärk, letargi och allmän sjukdomskänsla. Det första fallet av SAS rapporterades av kosmonauten Gherman Titov 1961. Sedan dess har ungefär 45% av alla som har flugit i rymden lidit av detta tillstånd.,

ben och muskelförsämringedit

en stor effekt av långsiktig viktlöshet innebär förlust av ben-och muskelmassa. Utan gravitationens effekter krävs inte skelettmuskulaturen längre för att upprätthålla hållning och de muskelgrupper som används för att flytta runt i en viktlös miljö skiljer sig från de som krävs vid markbunden förflyttning., I en viktlös miljö lägger astronauterna nästan ingen vikt på ryggmusklerna eller benmusklerna som används för att stå upp. Dessa muskler börjar sedan försvaga och så småningom bli mindre. Följaktligen vissa muskler atrofi snabbt, och utan regelbunden motion astronauter kan förlora upp till 20% av sin muskelmassa på bara 5 till 11 dagar. De typer av muskelfibrer som är framträdande i musklerna förändras också. Långsamma uthållighetsfibrer som används för att upprätthålla hållning ersätts av snabba, snabba fibrer som är otillräckliga för tungt arbete., Framsteg i forskning om motion, hormontillskott och medicinering kan bidra till att upprätthålla muskel-och kroppsmassa.

Benmetabolismen förändras också. Normalt läggs ben i riktning mot mekanisk stress. Men i en mikrogravitationsmiljö finns det mycket liten mekanisk stress. Detta resulterar i en förlust av benvävnad cirka 1,5% per månad, särskilt från de nedre ryggkotorna, höften och lårbenet., På grund av mikrogravitation och minskad belastning på benen är det en snabb ökning av benförlusten, från 3% kortikal benförlust per decennium till ca 1% varje månad kroppen utsätts för mikrogravitation, för en annars frisk vuxen. Den snabba förändringen i bentätheten är dramatisk, vilket gör benen svaga och resulterar i symptom som liknar osteoporos. På jorden är benen ständigt skjulas och regenereras genom ett välbalanserat system som innebär signalering av osteoblaster och osteoklaster., Dessa system är kopplade, så att när ben bryts ner, tar nybildade lager sin plats-inte heller bör ske utan den andra, hos en frisk vuxen. I rymden är det emellertid en ökning av osteoklastaktiviteten på grund av mikrogravitet. Detta är ett problem eftersom osteoklaster bryter ner benen i mineraler som reabsorberas av kroppen. Osteoblaster är inte i följd aktiva med osteoklasterna, vilket gör att benet ständigt minskar utan återhämtning., Denna ökning av osteoklaster aktivitet har setts särskilt i bäckenregionen eftersom detta är den region som bär den största belastningen med gravitation närvarande. En studie visade att hos friska möss ökade osteoklasternas utseende med 197%, åtföljd av en nedreglering av osteoblaster och tillväxtfaktorer som är kända för att hjälpa till med bildandet av nytt ben, efter bara sexton dagars exponering för mikrogravity. Förhöjda blodkalciumnivåer från det förlorade benet resulterar i farlig förkalkning av mjuka vävnader och potentiell njurstenbildning., Det är fortfarande okänt om benet återhämtar sig helt. Till skillnad från personer med osteoporos återfår astronauterna så småningom sin bentäthet. Efter en 3-4 månaders resa i rymden tar det ungefär 2-3 år att återfå förlorad bentäthet. Nya tekniker utvecklas för att hjälpa astronauterna att återhämta sig snabbare. Forskning om kost, motion och medicinering kan ha potential att hjälpa processen att växa nytt ben.,

för att förhindra några av dessa negativa fysiologiska effekter är ISS utrustad med två löpband (inklusive COLBERT) och aRED (advanced Resistive Exercise Device), som möjliggör olika styrketräning övningar som lägger muskler men gör ingenting för bentäthet, och en stationär cykel; varje astronaut tillbringar minst två timmar per dag utövar på utrustningen. Astronauter använder bungee sladdar för att binda sig till löpbandet., Astronauter som utsätts för långa perioder av viktlöshet bära byxor med elastiska band fästa mellan linning och manschetter för att komprimera benbenen och minska osteopeni.

för närvarande använder NASA avancerade beräkningsverktyg för att förstå hur man bäst motverkar ben-och muskelatrofi som astronauter upplever i mikrogravitetsmiljöer under längre tidsperioder. Det mänskliga forskningsprogrammets motåtgärder för människors hälsa kartlade det digitala Astronautprojektet för att undersöka riktade frågor om övningsmotverkande regimer., NASA fokuserar på att integrera en modell av advanced Resistive Exercise Device (ARED) som för närvarande finns ombord på den internationella rymdstationen med OpenSim-muskuloskeletala modeller av människor som tränar med enheten. Målet med detta arbete är att använda omvänd dynamik för att uppskatta gemensamma vridmoment och muskelkrafter som härrör från att använda ARED, och därmed mer exakt förskriva träningsregimer för astronauterna., Dessa gemensamma vridmoment och muskelkrafter kan användas i samband med mer grundläggande beräkningssimuleringar av benremodellering och muskelanpassning för att mer fullständigt modellera slutverkningarna av sådana motåtgärder och bestämma om en föreslagen övningsregim skulle vara tillräcklig för att upprätthålla astronautens muskuloskeletala hälsa.

Fluid redistributionEdit

i rymden förlorar astronauterna vätskevolymen—inklusive upp till 22% av blodvolymen., Eftersom det har mindre blod att pumpa, kommer hjärtat att atrofi. Ett försvagat hjärta resulterar i lågt blodtryck och kan producera ett problem med ”ortostatisk tolerans”, eller kroppens förmåga att skicka tillräckligt med syre till hjärnan utan astronautens svimning eller bli yr. ”Under effekterna av jordens gravitation dras blod och andra kroppsvätskor mot underkroppen. När gravitationen tas bort eller reduceras under utforskning av rymden tenderar blodet att samlas i överkroppen istället, vilket resulterar i ansiktsödem och andra ovälkomna biverkningar., Vid återkomst till jorden börjar blodet att slå samman i nedre extremiteterna igen, vilket resulterar i ortostatisk hypotension.”

störning av sensesEdit

VisionEdit

2013 publicerade NASA en studie som fann förändringar i ögonen och synen hos apor med rymdljus längre än 6 månader. Noterade förändringar inkluderade en flattning av ögongloben och förändringar i näthinnan. Rymdresenärens ögonsyn kan bli suddig efter för mycket tid i rymden. En annan effekt är känd som kosmiska ray visuella fenomen.

…, NASA undersökning av 300 manliga och kvinnliga astronauter, cirka 23 procent av kort flygning och 49 procent av långflyg astronauter sade att de hade upplevt problem med både nära och avstånd vision under sina uppdrag. Återigen, för vissa människor visionsproblem kvarstod i flera år efteråt.

— NASA

eftersom damm inte kan lösa sig i tyngdlöshet kan små bitar av död hud eller metall komma i ögat, vilket orsakar irritation och ökar risken för infektion.,

långa rymdljus kan också ändra en rymdresenärens ögonrörelser (särskilt den vestibulo-okulära reflexen).

intrakraniell tryckredigera

eftersom viktlöshet Ökar mängden vätska i kroppens övre del upplever astronauter ökat intrakraniellt tryck. Detta verkar öka trycket på ögonbollarnas ryggar, vilket påverkar deras form och krossar den optiska nerven något., Denna effekt noterades i 2012 i en studie med hjälp av MR-skanningar av astronauter som hade återvänt till jorden efter minst en månad i rymden. Sådana synproblem kan vara ett stort problem för framtida djuprymdsflyguppdrag, inklusive ett besättning uppdrag till planeten Mars.

om faktiskt förhöjt intrakraniellt tryck är orsaken, kan artificiell gravitation presentera en lösning, som det skulle för många människors hälsorisker i rymden. Sådana artificiella gravitationssystem har dock ännu inte bevisats., Mer, även med sofistikerad artificiell gravitation, kan ett tillstånd av relativ mikrogravitet förbli, vars risker förblir okända.

TasteEdit

en effekt av viktlöshet på människor är att vissa astronauter rapporterar en förändring i deras smaksinne när de är i rymden., Vissa astronauter tycker att deras mat är intetsägande, andra tycker att deras favoritmat inte längre smakar lika bra (en som åtnjöt kaffe ogillade smaken så mycket på ett uppdrag att han slutade dricka det efter att ha återvänt till jorden); vissa astronauter tycker om att äta vissa livsmedel som de normalt inte skulle äta, och vissa upplever ingen förändring alls. Flera tester har inte identifierat orsaken, och flera teorier har föreslagits, inklusive matförstöring och psykologiska förändringar som tristess. Astronauter väljer ofta starksmakande mat för att bekämpa smakförlusten.,

ytterligare fysiologiska effektsedit

inom en månad sträcker sig det mänskliga skelettet helt i viktlöshet, vilket gör att höjden ökar med en tum. Efter två månader smälter calluses på botten av fötterna och faller av från brist på användning och lämnar mjuk ny hud. Toppar av fötter blir däremot råa och smärtsamt känsliga, eftersom de gnuggar mot räcken är fötterna kopplade till för stabilitet. Tårar kan inte skjulas medan de gråter, eftersom de håller ihop i en boll., I mikrogravitation luktar snabbt genomtränger miljön, och NASA fann i ett test att lukten av grädde sherry utlöste gagreflexen. Olika andra fysiska obehag som rygg och buksmärta är vanliga på grund av omställningen till tyngdkraften, där i rymden fanns ingen gravitation och dessa muskler kunde fritt sträcka sig. Dessa kan vara en del av asthenization syndrom rapporterats av kosmonauter som bor i rymden under en längre tid, men betraktas som anekdotiska av astronauter. Trötthet, listlöshet och psykosomatiska bekymmer är också en del av syndromet., Uppgifterna är ofullständiga; dock, syndromet verkar existera som en manifestation av de interna och externa stress besättningar i rymden måste möta.