การกักขังด้วยแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์: อวกาศมีผลต่อสุขภาพอย่างไรและต้องเตรียมอะไรบ้าง

การฝึกนักบินอวกาศ

นักบินอวกาศคนแรกในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาได้รับคัดเลือกจากนักบินทหารและ

นักบินทดสอบ แต่ความต้องการด้านอวกาศสำหรับผู้เชี่ยวชาญหลายคนเพิ่มขึ้น และในไม่ช้า แพทย์ วิศวกร นักวิทยาศาสตร์ และตัวแทนของวิชาชีพอื่น ๆ ก็บินไปในอวกาศ

ในอดีตมีการปลดประจำการสามครั้งในรัสเซียสำหรับการฝึกนักบินอวกาศเหล่านี้คือหน่วยของ RGNII TsPK, RSC Energia และ SSC IBMP ณ วันที่ 31 พฤษภาคม 2551 มีนักบินอวกาศประจำการ 33 คนและนักบินอวกาศ 7 คนในรัสเซีย

ณ วันที่ 31 สิงหาคม 2551 ทีม NASA ประกอบด้วยนักบินอวกาศ 90 คนนอกจากนี้ 28 คนได้รับการระบุว่าเป็นผู้จัดการนักบินอวกาศ

ตามกฎของสหพันธ์การบินระหว่างประเทศ“อวกาศ” ถือเป็นการบินที่ระดับความสูง 100 กม. ขึ้นไป ตามการจัดประเภทของกองทัพอากาศสหรัฐฯ เที่ยวบิน "อวกาศ" ถือเป็นเที่ยวบินที่มีระดับความสูงเกิน 80 กม. 467 ม. (50 ไมล์)

ในรัสเซีย "ช่องว่าง" เรียกว่าวงโคจรเที่ยวบินนั่นคือยานอวกาศต้องทำการปฏิวัติรอบโลกอย่างน้อยหนึ่งครั้ง ดังนั้นแหล่งข้อมูลต่างๆจึงให้จำนวนนักบินอวกาศที่แตกต่างกัน นอกจากนี้กองทัพอากาศสหรัฐยังมอบตรา "ปีกนักบิน" ให้กับนักบินที่ปีนขึ้นไปได้ไกลกว่า 50 ไมล์

นอกจากรัสเซียและสหรัฐอเมริกาแล้วหน่วยงานและกลุ่มของพวกเขานักบินอวกาศก่อตั้งขึ้นในประเทศอื่น ๆ ของโลก ดังนั้นตามนิตยสาร Novosti Kosmonavtiki มีนักบินอวกาศ 8 คนในคณะนักบินอวกาศ ESA คณะนักบินอวกาศแห่งชาติขององค์การอวกาศแคนาดา CSA ประกอบด้วยนักบินอวกาศสี่คนเมื่อต้นเดือนมิถุนายน 2551 ทีมนักบินอวกาศของ Japan Aerospace Exploration Agency JAXA รวม 8 คนด้วย

อิทธิพลของพื้นที่ในวินาทีแรกของการค้นพบ

ตั้งแต่วินาทีแรกของการไร้น้ำหนักกระบวนการที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์เริ่มเกิดขึ้นในร่างกาย

อาการเมารถแสดงออกมาในรูปแบบของจักรวาล(อะนาล็อกของอาการเมาเรือ), ปฏิสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงของระบบประสาทสัมผัสและความขัดแย้งทางประสาทสัมผัสในร่างกายพัฒนาขึ้น, การทำงานของอุปกรณ์ขนถ่ายและการประสานงานของการเคลื่อนไหวหยุดชะงัก, แคลเซียมเริ่มถูกชะล้างออกจากกระดูก, ความหนาแน่นของแร่ธาตุของส่วนต่างๆ ของโครงกระดูกลดลงแร่ธาตุจะถูกแจกจ่ายใหม่และกระดูกของขาจะสูญเสียน้อยกว่ากระดูกสันหลังส่วนเอวกระดูกเชิงกรานและโคนขา คอกระดูกต้นขามีความเสี่ยงต่อการแตกหักมากที่สุด

การเปลี่ยนแปลงการเผาผลาญ (ไนโตรเจนเชิงลบความสมดุลและความชุกของกระบวนการแคแทบอลิซึม การเปลี่ยนแปลงในการหลั่งฮอร์โมนจำนวนหนึ่ง การใช้กลูโคสช้าลงอย่างต่อเนื่องภายใต้ปริมาณน้ำตาลเมื่อระยะเวลาการบินเพิ่มขึ้น) และความสมดุลของเกลือและน้ำ (ปริมาตรพลาสมาและของเหลวระหว่างเซลล์ลดลง)

หลังจากสร้างยอดคงเหลือติดลบของซีรีส์แล้วไอออนในเลือดปรากฏในรูปแบบของเม็ดเลือดแดงทางพยาธิวิทยา ในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ไม่เพียง แต่หลอดเลือดแดงเท่านั้น แต่ยังลดลงของหลอดเลือดดำซึ่งเต็มไปด้วยการพัฒนาของเส้นเลือดขอดที่ขาส่วนล่างในช่วงแรกหลังการบิน

ผลกระทบทางสรีรวิทยา

ตั้งแต่วันที่ 2 พฤศจิกายน 2017 นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานว่าพบการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในตำแหน่งและโครงสร้างของสมองในนักบินอวกาศที่บินไปในอวกาศจากการศึกษา MRI นักบินอวกาศที่เดินทางในอวกาศนานขึ้นมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญมากขึ้นในสมอง

ในเดือนตุลาคม 2018 นักวิจัยได้รับทุนจากNASA พบว่าการเดินทางไกลสู่อวกาศรวมถึงการเดินทางไปยังดาวอังคารสามารถทำลายเนื้อเยื่อระบบทางเดินอาหารของนักบินอวกาศได้อย่างมีนัยสำคัญ การวิจัยยืนยันผลงานก่อนหน้านี้ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเดินทางดังกล่าวสามารถทำลายสมองของนักบินอวกาศได้อย่างมีนัยสำคัญและทำให้พวกเขาแก่ก่อนวัยอันควร

ในเดือนมีนาคม 2019 NASA รายงานว่าไวรัสแฝงในมนุษย์สามารถเปิดใช้งานได้ในระหว่างภารกิจอวกาศซึ่งอาจเพิ่มความเสี่ยงให้กับนักบินอวกาศในภารกิจอวกาศในอนาคต

• วิจัย

เวชศาสตร์อวกาศเป็นการพัฒนาการปฏิบัติทางการแพทย์ศึกษาสุขภาพของนักบินอวกาศที่อาศัยอยู่ในอวกาศ เป้าหมายหลักของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นี้คือการค้นหาว่ามนุษย์สามารถอยู่รอดในสภาวะสุดขั้วในอวกาศได้ดีเพียงใดและนานแค่ไหน และสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมของโลกได้เร็วเพียงใดหลังจากกลับมาจากอวกาศ

ยาอวกาศยังพยายามพัฒนามาตรการป้องกันและประคับประคองเพื่อบรรเทาความทุกข์ทรมานที่เกิดจากการใช้ชีวิตในสภาพแวดล้อมที่มนุษย์ปรับตัวไม่ดี

• เพิ่มขึ้นและกลับสู่บรรยากาศ

ระหว่างเครื่องขึ้นและเข้าพื้นที่นักเดินทางอาจประสบกับแรงโน้มถ่วงมากกว่าปกติหลายเท่า คนที่ไม่ได้รับการฝึกมักจะสามารถทนได้ประมาณ 3 กรัม แต่สามารถลดลงได้ 4 ถึง 6 กรัม

โอเวอร์โหลดในทิศทางแนวตั้งจะถูกถ่ายโอนยากกว่าแรงตั้งฉากกับกระดูกสันหลังเพราะเลือดไหลออกจากสมองและดวงตา ขั้นแรกบุคคลประสบกับการสูญเสียการมองเห็นชั่วคราวจากนั้นเมื่อรับน้ำหนักมากเกินไปเขาจะหมดสติ

การฝึกกำลังเกินพิกัดและ G-suit นั่นเองบีบรัดตัวเพื่อกักเลือดไว้ที่ศีรษะมากขึ้นอาจบรรเทาผลกระทบได้ ยานอวกาศส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้กองกำลัง G อยู่ในขอบเขตที่สะดวกสบาย

• สภาพแวดล้อมของอวกาศ

สภาพแวดล้อมในอวกาศนั้นอันตรายถึงชีวิตหากไม่มีการป้องกันที่เพียงพอ: ภัยคุกคามที่ใหญ่ที่สุดในสุญญากาศของอวกาศมาจากการขาดออกซิเจนและความดัน แม้ว่าอุณหภูมิและรังสีก็ก่อให้เกิดอันตรายเช่นกัน ผลที่ตามมาของการสัมผัสในอวกาศสามารถนำไปสู่โรคอีบูลิซึม ภาวะขาดออกซิเจน ภาวะขาดออกซิเจนในเลือดต่ำ และอาการป่วยจากการบีบอัด

นอกจากนี้ ยังมีการกลายพันธุ์และการทำลายของเซลล์เนื่องจากโฟตอนพลังงานสูงและอนุภาคย่อยของอะตอมที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อม

การบีบอัดเป็นปัญหาร้ายแรงในระหว่างกิจกรรมนอกยานพาหนะ (spacewalks) ของนักบินอวกาศ การออกแบบ EMU ในปัจจุบันคำนึงถึงเรื่องนี้และปัญหาอื่นๆ และพัฒนาอยู่ตลอดเวลา

ผลประโยชน์ในการแข่งขันเป็นประเด็นสำคัญเพิ่มความคล่องตัวของนักบินอวกาศ (ซึ่งลดลงโดย EMU แรงดันสูง ซึ่งคล้ายกับความยากในการเปลี่ยนรูปบอลลูนที่พองลมเมื่อเทียบกับบอลลูนที่แฟบ) และลดความเสี่ยงในการบีบอัดให้เหลือน้อยที่สุด

• เครื่องดูดฝุ่น

อาการรุนแรง เช่น การสูญเสียออกซิเจนในเนื้อเยื่อ ตามมาด้วยระบบไหลเวียนโลหิตล้มเหลว และอัมพาตที่อ่อนแอ จะปรากฏขึ้นในเวลาประมาณ 30 วินาที

ปอดก็พังในกระบวนการนี้เช่นกัน แต่ยังคงปล่อยไอน้ำซึ่งนำไปสู่ความเย็นและการก่อตัวของน้ำแข็งในทางเดินหายใจ คาดว่าคนจะมีเวลาประมาณ 90 วินาทีในการบีบอัดซ้ำหลังจากนั้นความตายอาจเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ในสุญญากาศไม่มีตัวกลางในการขจัดความร้อนออกจากร่างกายผ่านการพาหรือการพาความร้อน การสูญเสียความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากการแผ่รังสีจากอุณหภูมิของมนุษย์ 310,000 ถึงอุณหภูมิ 3,000 ในอวกาศ

นี่เป็นกระบวนการที่ช้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการสวมเสื้อผ้ามนุษย์ดังนั้นจึงไม่มีอันตรายจากการแช่แข็งในทันที การระบายความร้อนด้วยการระเหยอย่างรวดเร็วของความชื้นที่ผิวหนังในสุญญากาศอาจทำให้เกิดไอซิ่งโดยเฉพาะในปาก แต่นี่ไม่ใช่อันตรายร้ายแรง

• การแผ่รังสี

โดยไม่มีการปกป้องชั้นบรรยากาศและสนามแม่เหล็กของโลกนักบินอวกาศได้รับรังสีในระดับสูง ความเสียหายจากรังสีในระดับสูงต่อเซลล์เม็ดเลือดขาว เซลล์ที่เกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในการรักษาระบบภูมิคุ้มกัน ความเสียหายนี้ส่งผลให้ภูมิคุ้มกันของนักบินอวกาศลดลง

การแผ่รังสียังถูกเชื่อมโยงกับสิ่งอื่นๆ อีกด้วยอุบัติการณ์ของต้อกระจกในนักบินอวกาศสูง นอกเหนือจากการปกป้องวงโคจรโลกต่ำแล้ว รังสีคอสมิกของกาแลคซียังก่อให้เกิดความท้าทายเพิ่มเติมในการบินอวกาศของมนุษย์ เนื่องจากภัยคุกคามด้านสุขภาพจากรังสีคอสมิกเพิ่มโอกาสเป็นมะเร็งอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการสัมผัสเป็นเวลาหนึ่งทศวรรษหรือมากกว่านั้น

รายงานการศึกษาที่ได้รับการสนับสนุนจาก NASAรังสีดังกล่าวอาจเป็นอันตรายต่อสมองของนักบินอวกาศและเร่งการเกิดอัลไซเมอร์ การระบาด (แม้ว่าจะหายาก) สามารถสร้างปริมาณรังสีที่ร้ายแรงได้ภายในไม่กี่นาที เชื่อกันว่าเกราะป้องกันและยาป้องกันสามารถลดความเสี่ยงให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ในที่สุด

เสี่ยงต่อมนุษยชาติ

ด้วยพื้นที่และความอยู่รอดของมนุษยชาติ ทำให้เกิดความเสี่ยงต่อมนุษยชาติ เหตุการณ์ร้ายแรงในอนาคตอาจนำไปสู่การสูญพันธุ์ของมนุษย์ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความเสี่ยงต่อการดำรงอยู่

ประวัติอันยาวนานของมนุษยชาติเกี่ยวกับในส่วนที่เกี่ยวข้องกับความอยู่รอดจากภัยพิบัติทางธรรมชาติ แสดงให้เห็นว่า เมื่อวัดกันมานานหลายศตวรรษ ความเสี่ยงที่มีอยู่ที่เกิดจากอันตรายดังกล่าวมีค่อนข้างน้อย

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยต้องเผชิญกับอุปสรรคในการศึกษาการสูญพันธุ์ของมนุษย์ เนื่องจากมนุษยชาติไม่เคยลดลงเลยตลอดประวัติศาสตร์

แม้ว่านี่จะไม่ได้หมายความว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นในอนาคตที่มีสถานการณ์จำลองตามธรรมชาติเช่นผลกระทบของอุกกาบาตและภูเขาไฟขนาดใหญ่ และปรากฏการณ์ลูกผสมระหว่างมนุษย์กับธรรมชาติเช่นภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เป็นภัยพิบัติหรือแม้แต่สงครามนิวเคลียร์ระดับโลก

• อาการเมารถ

ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดที่ผู้คนประสบในช่วงชั่วโมงแรกของภาวะไร้น้ำหนักเรียกว่ากลุ่มอาการการปรับตัวในอวกาศ หรือ SAS หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าอาการป่วยจากอวกาศ

อาการนี้สัมพันธ์กับอาการเมารถและเกิดขึ้นเมื่อระบบขนถ่ายปรับตัวเข้ากับภาวะไร้น้ำหนัก อาการของ SAS ได้แก่ คลื่นไส้อาเจียน เวียนศีรษะ ปวดศีรษะ เซื่องซึม และอาการไม่สบายทั่วไป

กรณีแรกได้รับการรายงานไปยัง SAS โดยนักบินอวกาศเยอรมัน Titov ในปีพ. ศ. 2504 ตั้งแต่นั้นมาประมาณ 45% ของผู้คนทั้งหมดที่บินไปในอวกาศได้รับความทุกข์ทรมานจากโรคนี้

• การเสื่อมสภาพของกระดูกและกล้ามเนื้อ

การไร้น้ำหนักในระยะยาวรวมถึงการสูญเสียกระดูกและมวลกล้ามเนื้อ. หากไม่มีผลกระทบของแรงโน้มถ่วง กล้ามเนื้อโครงร่างก็ไม่จำเป็นต้องรักษาท่าทางอีกต่อไป และกลุ่มกล้ามเนื้อที่ใช้ในการเคลื่อนที่ด้วยแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์จะแตกต่างจากกลุ่มกล้ามเนื้อที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวบนบก

ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง นักบินอวกาศแทบจะไม่ได้ใช้กล้ามเนื้อหลังหรือกล้ามเนื้อขาที่ใช้ในการยืน กล้ามเนื้อเหล่านี้จะเริ่มอ่อนแรงและเล็กลงในที่สุด

ส่งผลให้กล้ามเนื้อบางส่วนเร็วขึ้นฝ่อ และหากไม่มีการออกกำลังกายเป็นประจำ นักบินอวกาศสามารถสูญเสียมวลกล้ามเนื้อได้มากถึง 20% ในเวลาเพียง 5-11 วัน ประเภทของเส้นใยกล้ามเนื้อที่ยื่นเข้าไปในกล้ามเนื้อก็เปลี่ยนไปเช่นกัน

เส้นใยกระตุกช้าของความอดทนที่ใช้ในการรักษาท่าทางจะถูกแทนที่ด้วยเส้นใยกระตุกเร็วกระตุกเร็วซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการทำงานหนักทุกประเภท

• การแจกจ่ายของเหลว

ในอวกาศ นักบินอวกาศสูญเสียปริมาตรของเหลวรวมถึงปริมาณเลือดของคุณมากถึง 22% เพราะมีเลือดสูบฉีดน้อยหัวใจลีบ หัวใจที่อ่อนแอจะนำไปสู่ความดันโลหิตต่ำและอาจทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับ "ความทนทานต่อสภาวะมีท่าทาง" หรือความสามารถของร่างกายในการส่งออกซิเจนไปยังสมองเพียงพอโดยที่นักบินอวกาศไม่เป็นลมหรือรู้สึกวิงเวียนศีรษะ

• สายตา

ในปี พ.ศ. 2556 องค์การนาซาได้เผยแพร่ผลการศึกษาว่าซึ่งในระหว่างนั้นก็มีการค้นพบการเปลี่ยนแปลงทางสายตาและการมองเห็นของลิงที่บินไปในอวกาศนานกว่า 6 เดือน การเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดเจน ได้แก่ การที่ลูกตาแบนและการเปลี่ยนแปลงของเรตินา

วิสัยทัศน์ของนักเดินทางในอวกาศอาจพร่ามัวหลังจากอยู่ในอวกาศนานเกินไป ผลกระทบอีกอย่างหนึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์ภาพของรังสีคอสมิก

• ความดันในกะโหลกศีรษะ

เมื่อความไร้น้ำหนักเพิ่มปริมาณของเหลวในร่างกายส่วนบนประสบการณ์ของนักบินอวกาศเพิ่มความดันในกะโหลกศีรษะ สิ่งนี้ดูเหมือนจะเพิ่มแรงกดที่ด้านหลังของลูกตาส่งผลต่อรูปร่างและกดทับเส้นประสาทตาเล็กน้อย

ผลกระทบนี้พบเห็นได้ในการศึกษาปี 2012 โดยใช้การสแกน MRI ของนักบินอวกาศที่กลับมายังโลกหลังจากอยู่ในอวกาศอย่างน้อยหนึ่งเดือน

ปัญหาการมองเห็นดังกล่าวอาจก่อให้เกิดความกังวลหลักสำหรับภารกิจอวกาศในอนาคตรวมถึงภารกิจของทีมงานไปยังดาวอังคาร

อ่านเพิ่มเติม

นักฟิสิกส์ได้สร้างอะนาล็อกของหลุมดำและยืนยันทฤษฎีของ Hawking นำไปสู่ที่ไหน?

Mars Express ช่วยค้นหาว่าน้ำหายไปจากดาวเคราะห์แดงที่ไหนและอย่างไร

ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ลึกลับที่สุด Ball Lightning มาจากไหนและอันตรายอย่างไร?