Το επάγγελμα του αστροναύτη αποτελεί ένα όνειρο για πολλά παιδιά και νέους (ίσως και κάποιους μεγαλύτερους) εκεί έξω. Παρόλα αυτά, πολλοί θα άλλαζαν γνώμη γνωρίζοντας ότι η καθημερινότητα στο διάστημα δεν είναι διόλου απλή διαδικασία. Υπό το πρίσμα της επιλογής της νέας τάξης αστροναυτών της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, που πραγματοποιήθηκε το προηγούμενο χρονικό διάστημα, θα αναλύσουμε τους παράγοντες που επηρεάζουν την παραμονή και εργασία στο διάστημα, και πιο συγκεκριμένα στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), καθώς και τις επιπτώσεις τους στην υγεία και την καθημερινότητα των αστροναυτών.
Στο πρώτο μέρος, θα επικεντρωθούμε κυρίως στους φυσικούς παράγοντες, που δεν είναι άλλοι από την απουσία βαρύτητας και την έκθεση σε υψηλότερα επίπεδα ακτινοβολίας.
Μικροβαρύτητα
Ο ISS κινείται σε τροχιά γύρω από τη Γη με τέτοια ταχύτητα ώστε η φυγόκεντρος δύναμη να αντισταθμίζει την δύναμη του βάρους του. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα περιβάλλον φαινομενικής έλλειψης βαρύτητας, όπου αντικείμενα και πλήρωμα ουσιαστικά επιπλέουν στο εσωτερικό του. Τις συνθήκες αυτές, καθώς και εκείνες στις οποίες επικρατεί ένα πεδίο βαρύτητας πολύ χαμηλότερο της Γης, τις περιγράφουμε ως μικροβαρύτητα.
Σε συνθήκες μικροβαρύτητας υπάρχει έλλειψη βαρυτικού φορτίου, υδροστατικής πίεσης και άνωσης, με αποτέλεσμα να επηρεάζεται η συμπεριφορά των υγρών ως προς τη ροή τους και τη μεταφορά της θερμότητας (καθίζηση, φαινόμενα μεταφοράς, κ.λπ.). Καθώς η μορφολογία και η λειτουργία του ανθρώπινου σώματος έχει διαμορφωθεί πλήρως μέσα στο πεδίο της γήινης βαρυτικής έλξης, το ανθρώπινο σώμα αναγκάζεται να προσαρμοστεί στις νέες συνθήκες μικροβαρύτητας προκειμένου να διατηρήσει την ομοιόστασή του. Η προσαρμογή αυτή λαμβάνει χώρα με διαφορετικούς ρυθμούς για κάθε σώμα, ενώ εξαρτάται και από τη χρονική διάρκεια παραμονής στο διάστημα.
Ένα πολύ σημαντικό φαινόμενο που παρατηρείται στους αστροναύτες είναι η ανακατανομή των σωματικών υγρών. Η μείωση της υδροστατικής πίεσης έχει ως αποτέλεσμα τα σωματικά υγρά να μετατοπίζονται από το κάτω μέρος του σώματος προς το θώρακα και το κεφάλι. Οι αστροναύτες αποκτούν πρησμένο πρόσωπο και λεπτά πόδια (chicken legs), κάτι το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε δυσλειτουργίες στην καρδιά, τα νεφρά και τα επινεφρίδια, αλλά μπορεί να οδηγήσει ακόμα και σε θάνατο, ανάλογα με το ποσοστό αύξησης της ενδοκρανιακής πίεσης.
Μία οξεία απόκριση στο περιβάλλον της μικροβαρύτητας είναι η εμφάνιση του λεγόμενου “space motion sickness”, το οποίο μπορεί να επηρεάσει έως και το 70% του πληρώματος. Λόγω απουσίας καθίζησης, οι ωτόλιθοι στο εσωτερικό του αυτιού δεν παρέχουν τις σωστές πληροφορίες για τη θέση του σώματος, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται συμπτώματα όπως ναυτία, εμετός, πονοκέφαλος και αποπροσανατολισμός. Τα συμπτώματα αυτά ξεκινούν από την εκτόξευση, κορυφώνονται 24 με 48 ώρες αργότερα και φθίνουν έως και 96 ώρες μετά.
Η σημαντικότερη επίπτωση, όμως, είναι η μυϊκή ατροφία και η απώλεια οστικής μάζας, κάτι το οποίο δεν αποτελεί πρόβλημα κατά την παραμονή στο διάστημα, αλλά κατά την επιστροφή στη Γη. Καθώς οι μύες δε χρειάζονται να “δουλεύουν” διαρκώς ενάντια στη βαρύτητα, ατροφούν. Ενδεικτικά, μετά από 2-3 μήνες, η μείωση της διατομής των μυών του ποδιού και η απώλεια δύναμης αγγίζουν το 30% και το 50% αντίστοιχα. Από τον πρώτο μήνα πτήσης παρατηρείται επίσης απώλεια της οστικής μάζας, η οποία αυξάνεται κατά περίπου 1% ανά μήνα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση των καταγμάτων, τα οποία και επουλώνονται πολύ πιο δύσκολα εξαιτίας της μικροβαρύτητας και της ακτινοβολίας. Η απώλεια οστικής μάζας συνεπάγεται απώλεια ασβεστίου, κάτι που ισοδυναμεί με αυξημένη πιθανότητα σχηματισμού νεφρικών λίθων.
Το κυριότερο αντίμετρο για τη μείωση των κινδύνων στην υγεία των αστροναυτών εξαιτίας της μικροβαρύτητας σε αποδεκτά όρια είναι η άσκηση. Πιο συγκεκριμένα, τα μέλη του πληρώματος του ISS πρέπει να έχουν έντονη σωματική δραστηριότητα, κατά μέσο όρο 2,5 ώρες την ημέρα, επτά ημέρες την εβδομάδα. Η άσκηση πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικών μηχανημάτων, όπως εργομετρικά ποδήλατα και διαδρόμους με απομόνωση κραδασμών και σταθεροποίηση, καθώς και προηγμένες συσκευές άσκησης με αντιστάσεις, που προσαρμόζονται σε διάφορους τύπους άσκησης, όπως τα «καθίσματα», οι άρσεις και οι πιέσεις πάγκου.
Οι συσκευές αυτές στοχεύουν στην κατά το δυνατόν διατήρηση της μυϊκής και της οστικής μάζας των αστροναυτών, ιδιαίτερα στην περίπτωση μακράς παραμονής τους στον ISS. Η διατροφή διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο, καθώς πρέπει να είναι πλούσια σε ασβέστιο, βιταμίνη D και κάλιο, για τη μείωση της απομετάλλωσης των οστών.
Έκθεση σε ακτινοβολία
Το περιβάλλον ακτινοβολίας στο διαστημικό χώρο είναι τελείως διαφορετικό από αυτό που βιώνουμε στην επιφάνεια της Γης. Καθώς απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια της Γης, η ιδιαίτερα αποτελεσματική θωράκιση που προσφέρει η ατμόσφαιρα έναντι στην κοσμική ακτινοβολία, μειώνεται, μέχρι περίπου το υψόμετρο των 100 χιλιομέτρων, όπου θεωρητικά (αλλά και πρακτικά) οριοθετείται η αρχή του διαστημικού περιβάλλοντος. Στην περίπτωση ειδικά του ISS που βρίσκεται σε τροχιά υψομέτρου περίπου 400 χιλιομέτρων, η “ομπρέλα” αυτή πρακτικά δεν υπάρχει, με αποτέλεσμα αυτός να βομβαρδίζεται διαρκώς από κοσμικά σωματίδια ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης.
Ως αποτέλεσμα, οι αστροναύτες εκτίθενται σε ένα περιβάλλον με πολύ υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας, υψηλότερα ακόμα και από τις επαγγελματικά εκτιθέμενες ομάδες σε ακτινοβολίες στο γήινο περιβάλλον (βιομηχανίες, ιατρικά εργαστήρια, πληρώματα αεροσκαφών). Για να αντιληφθούμε καλύτερα τα αυξημένα επίπεδα έκθεσης, μία υπερατλαντική πτήση αντιστοιχεί σε έκθεση ισοδύναμη περίπου με τρεις ακτινογραφίες θώρακος, ενώ η εξάμηνη παραμονή στο Διαστημικό σταθμό σε περίπου χίλιες φορές μεγαλύτερη έκθεση.
Τα ηλιακά ενεργητικά σωματίδια, τα σωματίδια που βρίσκονται παγιδευμένα μέσα στη μαγνητόσφαιρα της Γης, καθώς και τα γαλαξιακά κοσμικά σωματίδια, έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να αποσπάσουν ηλεκτρόνια από άτομα ή μόρια, να σπάσουν χημικούς δεσμούς και να προκαλέσουν χημικές αλλαγές στην ύλη. Εξαιτίας αυτού, η ιονίζουσα ακτινοβολία (όπως ονομάζεται) είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη για τους ζωντανούς οργανισμούς, καθώς μπορεί να προκαλέσει άμεσες και έμμεσες βλάβες στο γενετικό υλικό. Καθώς τα σωματίδια κινούνται μέσα στην ύλη (στην προκειμένη περίπτωση το ανθρώπινο σώμα), εναποθέτουν την ενέργειά τους με διαφορετικό τρόπο.
Τα φωτόνια, τα ηλεκτρόνια και τα υψηλής ενέργειας πρωτόνια αφήνουν την ενέργειά τους σχετικά αραιά, βρίσκοντας λιγότερους “στόχους”. Αντίθετα, τα χαμηλής ενέργειας πρωτόνια, τα νετρόνια, τα σωμάτια-α και τα βαρύτερα σωμάτια και ιόντα πραγματοποιούν συχνότερες συγκρούσεις με τα ηλεκτρόνια του μέσου εναποθέτοντας τελικά σημαντικότερη ποσότητα ενέργειας. Τα τελευταία, που είναι και πιο επικίνδυνα, απαντώνται πολύ συχνά στο διάστημα.
Η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να δημιουργήσει δραστικές μορφές οξυγόνου, τις γνωστές μας ελεύθερες ρίζες (Reactive Oxygen Species - ROS), οι οποίες προκαλούν οξείδωση πρωτεϊνών και λιπιδίων. Μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε απώλεια κάποιας αζωτούχας βάσης ή βλάβη σε κάποιο σάκχαρο από το γενετικό υλικό, αλλά και να προκαλέσουν θραύση σε μία από τις έλικες του DNA (Single Strand Break - SSB). Παρόλα αυτά, η σημαντικότερη βλάβη που προκαλεί η ακτινοβολία στη δομή του γενετικού υλικού, είναι η θραύση του ίδιου του DNA, με σπασίματα της διπλής αλυσίδας (Double Strand Breaks - DSB), η οποία μπορεί να οδηγήσει ακόμα και σε άμεσο κυτταρικό θάνατο.
Βέβαια, όλοι οι οργανισμοί έχουν εξελιχθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να επισκευάζουν τις περισσότερες βλάβες που προκαλούνται στο DNA από εξωγενείς παράγοντες, όπως η ακτινοβολία. Αν οι βλάβες αυτές επιδιορθωθούν με λάθος τρόπο και καταφέρουν να επιβιώσουν, μπορούν να οδηγήσουν σε γενετική επιβάρυνση.
Πάντως, δεν είναι όλα τα κύτταρα το ίδιο ευαίσθητα στην ακτινοβολία. Τα αργά διαιρούμενα κύτταρα, όπως αυτά του νευρικού συστήματος, είναι λιγότερο ευαίσθητα, ενώ τα κύτταρα του μυελού των οστών, τα κύτταρα του δέρματος και τα επιθηλιακά κύτταρα της γαστρεντερικής οδού, που έχουν υψηλό ποσοστό πολλαπλασιασμού, επηρεάζονται περισσότερο. Οποιεσδήποτε αλλοιώσεις λοιπόν στα σωματικά κύτταρα, μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξη και τη ζωή του ατόμου. Αν όμως οι αλλοιώσεις αυτές συμβούν στα γεννητικά κύτταρα (γαμέτες), τότε αυτές θα κληρονομηθούν και στις επόμενες γενιές.
Η εκτίμηση της έκθεσης των αστροναυτών στην κοσμική ακτινοβολία είναι μία δύσκολη υπόθεση, εξαιτίας του ιδιαίτερα πολύπλοκου διαστημικού περιβάλλοντος, της ετερογένειας της ακτινοβολίας, της ραδιοευαισθησίας (ευαισθησίας στην ακτινοβολία) κάθε ατόμου και του τρόπου έκθεσης. Γενικά, τα σποραδικά υψηλής έντασης γεγονότα ηλιακών σωματιδίων ευθύνονται κυρίως, αλλά όχι μόνο, για τις άμεσες επιδράσεις, όπως είναι η νόσος του κεντρικού νευρικού συστήματος και το Σύνδρομο Οξείας Ακτινοβόλησης (Acute Radiation Syndrome), με συμπτώματα όπως ναυτία, εμετό, διάρροια, κόπωση, εγκαύματα και απώλεια του τριχωτού της κεφαλής. Αντίστοιχα, η γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία συνδέεται κυρίως με τις μακροχρόνιες επιδράσεις, όπως η εμφάνιση καταρράκτη, οι μεταλλάξεις και οι κληρονομικές διαταραχές.
Είναι μόνο αυτοί;
Με τη χρονική διάρκεια των διαστημικών αποστολών ολοένα να επιμηκύνεται, είναι απαραίτητη η έρευνα για πιο αποτελεσματική αντιμετώπιση των επιπτώσεων της μικροβαρύτητας και της έκθεσης σε υψηλά επίπεδα κοσμικής ακτινοβολίας για μεγάλες χρονικές περιόδους στο ανθρώπινο σώμα. Η ανάπτυξη υλικών θωράκισης, νέες φαρμακευτικές φόρμουλες, ακόμα και η κατασκευή ενός περιστρεφόμενου διαστημικού σταθμού, θα μπορούσαν να είναι μερικές μόνο από τις ιδέες για το μετριασμό του αντίκτυπου των παραπάνω φυσικών παραμέτρων.
Παρόλα αυτά, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τη ζωή και εργασία στο διάστημα. Οι παράγοντες αυτοί σχετίζονται κυρίως με τις συνθήκες του περιβάλλοντος διαβίωσης του πληρώματος, τις κοινωνικές σχέσεις που αναπτύσσονται ανάμεσα στα μέλη, τις διαταραχές του κιρκαδικού ρυθμού και πολλά ακόμη, τα οποία θα συζητηθούν στο δεύτερο άρθρο της σειράς αυτής.
* Η Αναστασία Τεζάρη είναι Φυσικός, Διδάκτωρ Ιατρικής Φυσικής ΕΚΠΑ
Πηγές
- Blaber, H. Marcal, B.P. Burns. Bioastronautics: The Influence of Microgravity on Astronaut Health. Astrobiology 10(5), 2010
- J.C. Chancellor, G.B.I. Scott, J.P. Sutton. Space Radiation: The Number One Risk to Astronaut Health beyond Low Earth Orbit. Life 4(3), 2014
