Efectul zbor spațial asupra organismului uman este setul de studii și tehnici care să permită omului consecințele negative ale combate lipsa gravitației asupra sa fiziologie în timpul sejururilor sale în spațiu. Aceasta este o axă importantă de cercetare pentru proiectele de cucerire și colonizare a spațiului , care vor necesita șederi lungi și călătorii în mediul spațial. Cercetările actuale se concentrează pe analiza efectelor imponderabilității asupra cosmonauților care au rămas în spațiu.
NASA , în documentul său „Bioastronautics Foaie de parcurs: o strategie de reducere a riscurilor pentru Explorarea Umana a Space“ definește 45 de riscuri - împărțit în 15 discipline - asociate cu sănătatea, siguranța și performanța unui echipaj în timpul unei misiuni spațiale:
Omul a plecat pentru prima dată în spațiu în 1961 și până în prezent Doar aproximativ 500 de astronauți au ajuns în spațiu. Datele sunt, prin urmare, destul de limitate în calitate și cantitate și, prin urmare, este destul de dificil pentru oamenii de știință să studieze efectele vieții în spațiu. Majoritatea datelor provin din sejururi scurte, iar unele efecte fiziologice care apar pe termen lung sunt, prin urmare, foarte puțin cunoscute.
De exemplu, o călătorie dus-întors pe Marte , cu tehnologia actuală, este estimată la cel puțin 12-18 luni doar pentru transport. Recordul actual pentru cel mai lung zbor spațial din istoria omenirii, deținut de sovieticul Valeri Vladimirovich Polyakov, este puțin peste 14 luni la rând la bordul stației spațiale Mir .
Consecințele fizice ale călătoriei spațiale sunt cauzate în principal de greutate sau de o gravitație diferită de cea a Pământului.
Astfel, de la primele zboruri spațiale, cosmonauții și astronauții s-au trezit confruntați cu boala spațială . 40% dintre astronauți sunt afectați de această boală care afectează simțul lor de direcție. Aceste probleme de ajustare îi pot împiedica temporar să-și îndeplinească misiunea.
O ședere în greutate te face să crești: în timp ce, pe Pământ, mușchii noștri luptă împotriva gravitației, o ședere în greutate duce corpul să nu mai fie supus greutății proprii, iar coloana vertebrală să se extindă: astronauții pot câștiga astfel câțiva centimetri șapte centimetri în timpul unui sejur spațial (3 inci pe site-ul NASA) și reveniți la dimensiunea normală la întoarcerea pe Pământ. La fel, mușchii fiind solicitați mai puțin sau diferit și nu mai trebuie să „țină” scheletul, structura lor se schimbă și suferă o îmbătrânire accelerată. Acesta este și cazul oaselor: pe Pământ, reînnoirea lor este asigurată de greutatea pe care o exercităm asupra lor, o greutate care dispare în greutate. Un astronaut recuperează de obicei aceste pierderi osoase atunci când se întorc pe Pământ. Cu toate acestea, unii și-au văzut oasele slăbind după o lungă ședere în spațiu.
Greutatea determină, de asemenea, decalcifierea oaselor: o parte din calciu, care este utilizat pentru reconstituirea lor, trece în sânge și este evacuată de urină. Putem pierde aproximativ 100 mg de calciu pe zi, cu o rezervă de aproximativ 1 kg .
Viață cu gravitație redusăGravitatea a modelat structura ființelor vii de pe Pământ de sute de milioane de ani. Trei grupuri de dispozitive au fost modelate în special de forțele gravitaționale în timpul evoluției: sistemul musculo-scheletic, permițând mișcarea; aparatul vestibular, permițând echilibrul; și sistemul cardiovascular , permițând circulația sângelui. În spațiu, aceste trei dispozitive sunt cele care suferă absența gravitației cel mai puternic și pentru care găsim cele mai semnificative schimbări fiziologice.
Efectele dăunătoare pentru un organism uman care trăiește în greutate pe o perioadă lungă de timp au fost demonstrate datorită șederilor lungi în stațiile orbitale Salyut , Mir și ISS ale cosmonauților precum Valeri Polyakov (14 luni la rând la bordul Mirului și 678 de zile cumulat în spațiu), Serghei Avdeiev (748 zile) sau Serghei Krikaliov (803 zile).
Boală spațială„ Boala spațială ” sau sindromul de adaptare spațială este un sindrom foarte frecvent care afectează aproape două treimi dintre astronauți în primele două zile de zbor. Acest sindrom combină transpirația, amețelile , greața și vărsăturile și limitează considerabil performanța, mai ales atunci când se efectuează anumite activități delicate, cum ar fi furtul extravehicular, stivarea sau aterizarea.
Diferite metode de prevenire, cum ar fi expunerea la conflicte senzoriale, rearanjarea stimulilor senzoriali sau aplicarea combinată de biofeedback și învățarea tehnicilor de autoreglare au fost utilizate în trecut, cu succes limitat. Mai mult, dat fiind faptul că nu există o corelație stabilită între susceptibilitatea la boala de mișcare în timpul testelor la sol și susceptibilitatea la boala spațială adevărată, se pare că aceste metode preventive nu sunt sistematic necesare.
Tratamentul cu injecții intramusculare de antihistaminic, cum ar fi prometazina, este destul de eficient în reducerea simptomelor bolii spațiale la majoritatea membrilor echipajului, dar poate duce la efecte secundare dăunătoare, cu performanțe scăzute și capacități reduse. Dispoziție și somn.
Redistribuirea fluidelor corporalePe Pământ, gravitația tinde să deplaseze în jos diferitele fluide biologice conținute în corpul nostru și, în special, sângele conținut în sistemul nostru circulator . În lipsa de greutate, absența presiunii hidrostatice determină o redistribuire a masei noastre de sânge de la partea inferioară a corpului nostru la partea superioară, în special regiunile cardio-toracice și cefalice. Senzorii acestor regiuni vor interpreta această redistribuire și acest flux sanguin ca o relativă hipervolemie și vor declanșa diverse mecanisme de reglare, mergând în direcția hipovolemiei , pentru a obține un nou echilibru.
Consecințe musculo-scheleticeÎn timp ce boala spațială provoacă efecte pe termen scurt, cum ar fi dezorientarea și supărarea digestivă ușoară, adaptarea umană la spațiu și absența gravitației în timpul sejururilor prelungite este mai problematică. În special, există o pierdere a masei musculare, apariția osteopeniei și o scădere a eficacității sistemului imunitar , printre altele.
Într-o situație de microgravitate sau imponderabilitate, sistemul musculo-scheletic nu mai este supus constrângerilor pe care gravitația le impune pe Pământ, ceea ce duce la deteriorarea sa progresivă. După un zbor spațial, există modificări ale echilibrului calciului care devin negative ca urmare a reducerii absorbției intestinale a calciului și a creșterii excreției digestive și urinare. Efectele asupra densității minerale osoase sunt foarte variabile, dar pierderea osoasă este mai mare în oasele părții inferioare a corpului, cea de obicei sub sarcină, pelvisul, vertebrele lombare și gâturile femurale. Mecanismele exacte din spatele acestor tulburări ale metabolismului osos nu sunt încă bine înțelese. Exercițiul fizic singur nu pare suficient pentru menținerea masei osoase constante și se evaluează mijloacele farmacologice: bifosfonați (cum ar fi alendronatul, risedronatul și zoledronatul), modulatorii selectivi ai receptorilor de estrogen (precum raloxifenul), agenții anabolici (cum ar fi hormonul paratiroidian și teriparatid ), vitamina D și calciu sau agenți de reglare genetici.
De asemenea, mușchii scheletici , mai puțin stresați, sunt, de asemenea, afectați, cu apariția atrofiei musculare, scăderea puterii și puterii maxime ducând la o scădere a capacităților funcționale și la o creștere a fatigabilității mușchilor membrelor, cu o deteriorare accentuată la nivelul mușchilor antigravitaționali precum mușchiul soleu . Aceste modificări pot apărea rapid, de la 1 la 3 săptămâni de zbor. La om, fibrele de tip II par a fi mai afectate de atrofie, iar mușchii extensori sunt primii afectați. Aceste modificări cantitative se datorează modificărilor calitative structurale cu reducerea sintezei proteinelor contractile și în special a proteinelor actinice. Pentru a limita deteriorarea mușchilor, s-ar părea că cea mai eficientă metodă este exercițiile fizice de rezistență de înaltă intensitate, efectuate pentru perioade scurte de timp, dar în mod repetat pe parcursul zilei.
Probleme de vederePierderea vederii de aproape a fost observată după șederi prelungite în spațiu. Una dintre explicații este că nervul optic poate fi afectat de presiunea intracraniană ridicată.
AlimentePentru a asigura o dietă adecvată , esențială în timpul misiunilor spațiale pe termen lung, specialiștii trebuie mai întâi să studieze modificările nutriționale rezultate din zborurile spațiale și să determine nevoile nutriționale pentru fiecare nutrient, știind că aceste nevoi sunt foarte specifice, influențate de numeroasele modificări fiziologice observat în timpul sejururilor în spațiu. Acum este evident că starea nutrițională este modificată în timpul și după zborurile spațiale de lungă durată.
La majoritatea astronauților, constatăm că rațiile oferite și adaptate la cheltuielile de energie nu sunt adesea consumate complet, ceea ce duce la pierderea în greutate frecventă, în funcție de durata șederii, dar de o importanță variabilă în funcție de individ.
Se găsește frecvent o anorexie , o revizuire a literaturii care estimează deficitul caloric poate ajunge la 1330 kcal per astronaut pentru 70 kg pe zi, în ciuda prezenței unei abundențe de alimente, care poate fi dăunătoare în ceea ce privește rezistența și performanța. Factorii de mediu care pot influența apetitul, aportul de alimente și funcția gastro-intestinală în timpul zborului spațial sunt microgravitatea, expunerea la radiațiile spațiale și modificările ciclurilor de lumină naturală.
Această scădere a aportului de energie este asociată cu un aport insuficient de vitamine și minerale . Astfel, nivelul vitaminei D scade după 4 până la 6 luni, chiar și în prezența suplimentării. Această modificare este însoțită de o creștere a markerilor urinari de resorbție osoasă. Există, de asemenea, o scădere a nivelului de fosfor urinar și magneziu , scăderea acestuia din urmă poate duce la o creștere a litiazei renale de oxalat de calciu. Rata de vitamina K , de asemenea , esențiale pentru metabolismul osos, poate fi redus, iar cele de acid folic si vitamina E . Stresul oxidativ semnificativ , datorat radiațiilor și perioadelor de expunere la hiperoxie, poate provoca leziuni oxidative organismului. Există, de asemenea, o scădere a hemoglobinei, a hemotocritului, a MCV și a globulelor roșii, care ar putea fi cauzată de o tulburare a metabolismului fierului legată de microgravitate. Suplimentele nutritive pot fi utilizate pentru a limita aceste efecte, dar sunt necesare mai multe cercetări. Aprovizionarea cu macronutrienți poate fi asigurată în mod satisfăcător la bordul vaselor, dar o cantitate adecvată de micronutrienți rămâne o problemă de rezolvat.
Consecințele radiațiilorRata de expunere a unui astronaut la radiațiile naturale și cosmice este de 100 până la 1.000 de ori mai mare decât pe Pământ. Astronauții sunt considerați muncitori expuși la radiații, la fel ca muncitorii unei centrale nucleare . Potrivit lui Nicolas Foray, cercetător la centrul de cercetare al cancerului din Lyon, „principalul risc indus de radiații” constă în efectul radiațiilor asupra cristalinului ochiului, care promovează cataracta . Riscul crescut de cancer poate fi măsurat din 250 de zile de călătorie spațială, lucru rar, și este încă dificil de estimat tocmai pentru că „cohorta de astronauți care au trăit în spațiu este prea mică” , potrivit lui Nicolas Foray. Radiațiile pot deteriora, de asemenea, sistemul nervos central, ceea ce poate duce la afectarea funcțiilor cognitive, funcții motorii reduse și tulburări de comportament.
Siguranța echipajului și buna desfășurare a misiunii ar putea fi serios amenințate în caz de eșec psihologic uman, cum ar fi erori în îndeplinirea sarcinilor importante, probleme de comunicare și dinamica grupului în cadrul echipajului, stres psihologic critic după o ședere într spațiu limitat sau tulburări cronice de somn. Cazurile echipajelor care au avut probleme de cooperare și de lucru împreună sau cu controlere la sol sunt numeroase, indiferent dacă sunt în programele spațiale americane sau rusești. Problemele de relație și comunicarea slabă au dus deja la situații potențial periculoase, cum ar fi acei membri ai echipajului care refuză să vorbească între ei sau să comunice cu solul atunci când efectuează operațiuni critice.
Factorii de risc sunt dezadaptarea psihologică, probleme cu somnul și ritmul circadian, probleme cu interfața om / sistem, afecțiuni neuropsihiatrice, cum ar fi sindromul anxiodepresiv.
Acest eșec al performanței umane se poate datora unei neadaptări psihologice față de stresul inerent zborului spațial. Cauzele acestui stres sunt riscurile potențiale asociate cu misiunea și viața într-un mediu limitat și izolat. Acest stres poate fi crescut prin monotonie și plictiseală, în special la nivel alimentar; prin probleme de autonomie și dependență de ceilalți; prin promiscuitate; prin separarea de familie și prieteni; după durata zborului; prin incompatibilități și tensiuni interumane; prin defecțiuni mecanice ale navei; printr-o comunicare slabă; prin tulburări de somn sau izolare socială.
Întreruperea ciclurilor circadiene și degradarea acută și cronică a calității și cantității somnului este un risc bine cunoscut de zbor spațial care duce la oboseală, performanță redusă și stres crescut. Toate studiile privind somnul în spațiu constată că durata medie a somnului este redusă la 6 ore pe zi sau chiar mai puțin atunci când se efectuează intervenții majore sau în caz de urgență. Calitatea somnului pentru astronauții din spațiu este, de asemenea, afectată. Cele mai frecvente medicamente administrate sunt hipnotice. Aceste probleme pot scădea grav performanța cognitivă a echipajului, prezentând riscuri pentru siguranța și succesul misiunii lor.
Soluțiile care trebuie luate în considerare pentru a limita acest risc sunt stabilirea unor criterii riguroase de selecție pentru echipaj înainte de misiune; odată în zbor, monitorizarea discretă a nivelurilor de stres, strategiile de ajustare și de gestionare, performanță și somn, cu un protocol precis pentru diagnosticul și tratamentul bolilor psihologice și comportamentale care pot apărea; asigura un somn de calitate; stabiliți o distribuție precisă și planificarea sarcinilor de lucru.