Dowiedz się, czy stan nieważkości przeszkadza w codziennym życiu i jak rozwiązywane są problemy z nim związane, przyglądając się życiu astronautów.
Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak astronauci żyją w kosmosie – jak jedzą, śpią, ćwiczą lub chodzą do toalety?
Czy zerowa grawitacja przeszkadza im w codziennym życiu?
Dbanie o formę
Rowery treningowe są wykorzystywane do badań naukowych, na przykład do przeprowadzania eksperymentów dotyczących zużycia tlenu, ale są również używane do ćwiczeń.
Kiedy jesteś w kosmosie przez sześć miesięcy i nie ćwiczysz, nie możesz chodzić. Kiedy astronauci lądują, są wyjmowani i umieszczani w rozkładanym fotelu – pomimo faktu, że trenowali przez dwie godziny każdego dnia. Sześć miesięcy w zerowej grawitacji to jak sześć miesięcy w łóżku.
Czym jest grawitacja i ewolucja jej badań?
Higiena osobista
Oprócz wpływu na ludzkie ciało, zerowa grawitacja powoduje inne komplikacje dla podróżników kosmicznych. Ponieważ wszystko w kosmosie leci w górę, astronauci muszą używać kąpieli do ciała i szamponów, które nie spłukują się i zostały pierwotnie opracowane dla pacjentów szpitali, którzy nie mogą brać prysznica.
Tymczasem toaleta na stacji kosmicznej jest znacznie bardziej skomplikowana niż na Ziemi. Podczas gdy każdy członek załogi ma małą rurkę próżniową używaną do zbierania moczu, ciała stałe to zupełnie inna sprawa.
Astronauci muszą ustawić się w toalecie kosmicznej za pomocą podnóżków i drążka na uda, zanim zapną pasy bezpieczeństwa. Toaleta działa jak odkurzacz z wentylatorami, które zasysają powietrze i odpady do toalety, której zawartość jest następnie spalana po ponownym wejściu w atmosferę ziemską.
Jedzenie i sen
Astronauci na pokładzie ISS widzą 16 wschodów i zachodów słońca każdego dnia, ponieważ stacja kosmiczna krąży wokół Ziemi co 90 minut, i śpią średnio od pięciu do sześciu godzin dziennie. Śpią w śpiworach przymocowanych do ściany i używają zatyczek do uszu, aby zablokować hałas stale działających systemów podtrzymywania życia, a także dźwięki otoczenia stacji kosmicznej.
W części kuchennej ISS na podłodze znajdują się linki, które można przymocować do stóp astronautów, którzy wolą jeść na siedząco, ale często jedzą podczas pływania.
Rzepy są używane do mocowania różnych pojemników na żywność do stołu i zapobiegania ich odlatywaniu. Większość żywności kosmicznej jest liofilizowana, mrożona, stabilizowana termicznie lub gotowa do spożycia. Ponieważ stan nieważkości upośledza zmysł smaku i węchu, wielu astronautów zgłasza, że pragną ostrzejszych i bardziej cierpkich potraw niż te, które smakowałyby im na Ziemi.
Wpływ nieważkości na ludzkie ciało
Długotrwałe przebywanie w stanie nieważkości jest niebezpieczne dla naszego zdrowia. Bez przyciągania grawitacyjnego nasze ciała nie mogą prawidłowo funkcjonować.
Negatywny wpływ na kości
W stanie nieważkości ludzkie ciało ma tendencję do rozluźniania się, ponieważ nie walczy już z grawitacją. Brak przyciągania grawitacyjnego łagodzi naprężenia mechaniczne, których w przeciwnym razie doświadczyłby nasz układ kostny. Chociaż dokładna przyczyna nie jest znana, naukowcy uważają, że zmniejszony nacisk na kości może być odpowiedzialny za postępującą utratę masy kostnej, stan najczęściej obserwowany u pacjentów przykutych do łóżka z powodu długotrwałej choroby lub starości.
Brak obciążenia kości zmniejsza tworzenie się komórek kościotwórczych zwanych osteoblastami. Mniejsza liczba komórek kościotwórczych prowadzi do utraty kości. Podczas przebywania w przestrzeni kosmicznej ciężar, jaki muszą utrzymać kości, jest zredukowany do zera.
Rosyjski statek kosmiczny rozbija się o Księżyc, kończąc nadzieje na lądowanie na Księżycu
Podczas jakichkolwiek ruchów kości nie są poddawane takiemu samemu obciążeniu, jak na ziemi. Prowadzi to do rozpadu wapnia, który normalnie jest przechowywany w kościach, i jego uwolnienia do krwiobiegu. Podwyższony poziom wapnia we krwi prowadzi do zwiększonej częstości występowania kamieni nerkowych. Wysoki poziom wapnia we krwi odzwierciedla również wysoki poziom utraty masy kostnej, co osłabia kości i zwiększa ryzyko złamań.
Układ przedsionkowy
Wszystkie organizmy na Ziemi mają systemy sensoryczne, które pomagają im reagować na bodźce wewnętrzne i zewnętrzne. Oprócz pięciu podstawowych zmysłów (węchu, dotyku, wzroku, smaku i słuchu), które posiadają ludzie, istnieje jeszcze jeden potężny zmysł zwany zmysłem przedsionkowym, który pozwala naszym ciałom wyczuwać ruch i wykorzystywać go do utrzymania równowagi.
Chodzenie po linie, piruety w balecie lub skręcanie podczas nurkowania – wszystko to demonstruje nasz układ przedsionkowy, który aktywnie monitoruje pozycję naszych rąk i nóg i pozwala nam wykonywać te sztuczki bez utraty równowagi. Wymaga to precyzyjnej integracji systemów sensorycznych naszego ciała, w tym wzrokowego, przedsionkowego, somatosensorycznego (receptory ciśnienia i rozciągania skóry) i słuchowego.
Wszystkie te zmysły nieustannie zbierają i interpretują dane z całego ciała. Jednak utrata grawitacji negatywnie wpływa na postrzeganie przestrzenne. Zawroty głowy lub trudności z chodzeniem, których doświadczamy po obróceniu się w kółko, są wyraźnym przykładem tego, co dzieje się, gdy tracimy to uczucie, nawet na kilka minut.
Układ przedsionkowy, który znajduje się w uszach, składa się z narządów układu słuchowego i kanałów półkolistych. Dzięki narządom przewodu słuchowego możemy wyczuć kierunek i prędkość przyspieszenia liniowego (prędkość zmienia się bez zmiany kierunku), podczas gdy kanały półkoliste pozwalają nam wyczuć kierunek i prędkość przyspieszenia kątowego (prędkość zmienia się wraz ze zmianą kierunku).
Układ przedsionkowy w ludzkim uchu został zaprojektowany do pracy z ziemską grawitacją i dostarcza informacji sensorycznych na temat ruchu, równowagi i orientacji przestrzennej. Jeśli pozbędziemy się grawitacji, nie będziemy już w stanie zrozumieć, gdzie jest ziemia, a gdzie sufit!
Ciśnienie krwi
Grawitacja sprawia, że krew w naszych ciałach utrzymuje optymalny poziom ciśnienia krwi. Kiedy stoimy, ciśnienie krwi w naszych nogach osiąga 200 mmHg (milimetrów słupa rtęci). Jednak w mózgu ciśnienie wynosi tylko 60-80 mmHg. Po wyeliminowaniu grawitacji ciśnienie krwi w całym ciele spada do 100 mmHg.
Nasza twarz puchnie od płynu, a nogi stają się cieńsze, ponieważ płyn wycieka. Wyższe ciśnienie krwi w głowie powoduje niepokój, że w organizmie znajduje się zbyt dużo krwi. Wysokie ciśnienie krwi może powodować krwawienie w naczyniach krwionośnych. Nerwy wzrokowe mogą puchnąć, co może upośledzać widzenie.
Wysokie ciśnienie krwi może prowadzić do udaru, który może uszkodzić część mózgu przetwarzającą obrazy. Tak więc grawitacja działa jako ważna siła pomagająca utrzymać właściwe ciśnienie we właściwych miejscach w naszym ciele.
Wpływ na komórki ciała
Żywa komórka wymienia składniki odżywcze i odpady ze swoim wodnym środowiskiem poprzez proces dyfuzji, który jest skuteczny tylko na pewną odległość. Ograniczenie to wpływa na rozmiar komórki.
Dlatego też pobieranie składników odżywczych jest znacznie bardziej wydajne w mniejszych komórkach. Biolodzy komórkowi Marina Ferik i Clifford Brangwynn z Princeton University wykazali, że aby zoptymalizować pobieranie składników odżywczych w komórkach, grawitacja musi odgrywać znaczącą rolę w określaniu wielkości komórek.
Ich artykuł, opublikowany w numerze Nature Cell Biology z października 2013 roku, wyraźnie pokazuje, że komórki eukariotyczne mają niewielką średnicę (mniejszą niż 10 mikronów) ze względu na siły grawitacyjne. Kiedy komórka rośnie powyżej tego rozmiaru, podlega siłom grawitacyjnym, które wymagają szkieletu lub wsparcia w jądrze komórkowym, aby ustabilizować wewnętrzne elementy.
Badanie potwierdza, że większe komórki mają dodatkową sieć aktynową (która służy jako dodatkowe wsparcie), kluczowy składnik, który nie jest obecny we wszystkich innych mniejszych komórkach.
Najwyraźniej grawitacja odgrywała istotną rolę w ewolucji życia na Ziemi przez miliardy lat. Badania takie jak te uznają znaczenie grawitacji i jej fenomenalny wpływ na życie na Ziemi. Jednak ludzkość jest teraz gotowa do zbadania wszechświata poza naszą planetą, a kluczowym pytaniem w tym ambitnym przedsięwzięciu jest to, czy nieważkość będzie kolidować z codziennym życiem.
