Die Gesundheitsgefahren der Raumfahrt

Weltraum Tourismus? Warum nicht? Sieh die Welt so, wie du sie noch nie zuvor gesehen hast. Mit mindestens 700 Menschen, die sich für kommerzielle Reisen angemeldet haben, und Wissenschaftlern, die herausfinden, wie wir auf dem Mars leben können, wird das Unmögliche Wirklichkeit.
Weltraummüll stellt eine sehr reale Gefahr dar, aber Notfälle sind nicht das einzige Gesundheitsproblem.

Gibt es Gefahren? Na sicher.

Ein Forscher sagt: "Der Weltraum ist eine unversöhnliche Umgebung, die menschliche Fehler oder technisches Versagen nicht toleriert."

Fragen Sie die meisten Menschen nach den Gefahren des Weltraums und es werden Ihnen große Notfälle in den Sinn kommen: sich zu verirren, Fehlfunktionen des Fahrzeugs zu verursachen, von Meteoriten getroffen zu werden.

Astronaut Chris Hadfield, der sich auf der Internationalen Raumstation (ISS) aufhielt, sagt, dass es nicht ungewöhnlich ist, von einem Meteoriten getroffen zu werden. Es ist eine Erinnerung, sagt er in einem Video für die BBC, dass "du bist eigentlich in einer Aluminiumblase."

Und weit weg von zu Hause.

Raumfahrzeuge müssen aus Materialien bestehen, die im Weltraum unter Schwerelosigkeit operieren können, aber auch die 3G-Beschleunigung aushalten können, die zum Starten benötigt wird.

Sie brauchen Schutz vor Meteoriten, Sonnenwind und menschengemachten Trümmern aus früheren menschlichen Unternehmungen. Die ISS, die mit fast 17.000 Meilen pro Stunde unterwegs ist, ist selbst für staubgroße Körner anfällig.

Ein Einstich in den Körper eines Raumfahrzeugs würde dazu führen, dass das Vakuum draußen alles und jeden herauslutscht.

Die Aluminiumhülle jedes Moduls der ISS ist mit einer 10 Zoll dicken "Decke" bedeckt, die aus Schichten Kevlar, Keramikgewebe und anderen fortschrittlichen Materialien besteht. Kevlar ist das Material in kugelsicheren Westen.

Aber selbst wenn 100% ige Fahrzeugsicherheit garantiert werden könnte, was ist dann mit dem täglichen Druck auf den menschlichen Körper? Welchen Gefahren stehen Weltraumreisende gegenüber und wie können sie überwunden werden?

Walking on Air: Leben ohne Schwerkraft

Die Schwerkraft beeinflusst unter anderem die Durchblutung und den Bewegungsapparat. Laut Richard Setlow könnten die Auswirkungen der Mikrogravitation in einem von der European Molecular Biology Organization (EMBO) veröffentlichten Artikel verhindern, dass Astronauten und ihre Körper notwendige Funktionen im Weltraum ausführen.

Auf der Erde ist unser Herz-Kreislauf-System darauf ausgelegt, Blut von den Füßen weg zu pumpen und es an jeden Körperteil zu verteilen.

Im Weltraum, ohne Schwerkraft, um es herunter zu ziehen, ist das System weniger effektiv. Das Blut bewegt sich in Richtung Brust und Kopf, wodurch das Gesicht geschwollen und das Risiko für Bluthochdruck erhöht wird. Wenn die Sauerstoffzufuhr weniger effizient wird, kann die Organfunktion beeinträchtigt werden. Es besteht ein erhöhtes Risiko für Herzrhythmusstörungen und Atrophie.

Schnelle Fakten über die Auswirkungen der Schwerkraft

• Astronauten können bei Raumflügen von 5-11 Tagen bis zu 20% an Muskelmasse verlieren
• Die Trennung der Wirbel kann 2 Zoll zur Höhe einer Person hinzufügen
• Astronauten können 1,5% der Knochenmasse pro Monat oder 10% über 6 Monate verlieren.

Ohne gegen die Schwerkraft arbeiten zu müssen, beginnen die Muskeln zu verschwenden, besonders die Antigravitationsmuskeln: die Wadenmuskeln, die Quadrizeps und die Muskeln, die den Rücken und den Nacken stützen.

Es besteht das Risiko einer Sehnenentzündung und Fettansammlung. Der Verlust der Stärke kann auch die Fähigkeit beeinträchtigen, jede anstrengende Tätigkeit auszuführen, die erforderlich sein könnte, wenn ein Notfall bei der Rückkehr zur Erde auftritt.

Verlust der Muskelkraft und Trennung der Wirbel tragen zu einer Verlängerung der Wirbelsäule bei, was zu Rückenschmerzen führt.

Knochen ist ein lebendes Gewebe, dynamisch, selbstreparierend und ständig regenerierend. Die Weltraumumgebung hemmt diesen Prozess und verursacht einen Verlust an Knochenmasse und Veränderungen der Knochenzusammensetzung.

NASA berichtet, dass Astronauten während der Raumfahrt viel mehr Kalzium im Blut haben. Gleichzeitig nimmt die Knochendichte oder Knochenmasse ab. Astronauten auf der Raumstation Mir haben Verluste von bis zu 20% gemeldet.

Bei ihrer Rückkehr zur Erde sind sie einem höheren Frakturrisiko ausgesetzt. Die Knochenmasse kann 3-4 Jahre dauern, um wieder zu gewinnen, und eine vollständige Genesung ist unwahrscheinlich.

Um diesen Angriffen auf das Herz-Kreislauf- und Muskel-Skelett-System entgegenzuwirken, müssen Astronauten 2,5 Stunden am Tag, 6 Tage die Woche trainieren.

Erst kürzlich wurde ein Team von Mäusen zur Erforschung der Faktoren geschickt, die Knochen- und Muskelabbau verursachen. Die Ergebnisse könnten Hinweise auf Krankheiten geben, die Knochen- und Muskelverlust auf der Erde beinhalten.

Letztes Jahr, Medizinische Nachrichten heute berichteten über das Testen einer neuen Knochenwachstumstherapie im Raum, eines knochenbildenden Moleküls namens NELL-1.

In Zukunft könnte die künstliche Schwerkraft helfen, Probleme aufgrund der Schwerelosigkeit zu verhindern.

Frühere Vorschläge beinhalteten ein rotierendes Raumschiff, das seine eigene Schwerkraft erzeugen würde, aber um gut zu arbeiten, müsste es einen Durchmesser von mindestens 900 Metern haben. Die Schwerkraft durch Beschleunigung zu erzeugen, würde übermäßige Mengen an Treibstoff erfordern.

Ein Vorschlag besteht darin, über einen längeren Zeitraum geringe Beschleunigungen zu erzeugen, indem ein Antriebssystem mit elektromagnetischen Feldern verwendet wird, wodurch die Notwendigkeit einer chemischen Verbrennung oder eines Brennstoffs beseitigt wird.

Strahlung und kosmische Strahlung

Astronauten sind extremer Hitze und extremer Kälte ausgesetzt, von minus 200 ° F bis plus 250 ° F. Raumanzüge schützen vor Hitze und Kälte und dem Vakuum des Weltraums.

Raumanzüge bieten eine Barriere gegen Umweltgefahren.

Raumfahrt ist auch mit extremer Strahlung verbunden.

Die Strahlung wird in Millisievert (mSv) gemessen. Auf der Erde sind 2,4 mSv normal. Über 100 mSv ist Krebs wahrscheinlich. Die Menschen auf der ISS werden mit 200 mSv und die interplanetaren Strahlungsebenen mit 600 mSv konfrontiert. Forscher spekulieren, dass die Reise zum Mars ein Krebsrisiko von 30% beinhalten könnte.

Kosmische Strahlen oder hochenergetische Kerne der ionisierenden kosmischen Strahlung (HZE) sind eine Art von Weltraumstrahlung, die anders als jede Art von Strahlung auf der Erde ist.Sie erreichen niemals die Erde, werden entweder von der Atmosphäre absorbiert oder vom Erdmagnetfeld abgelenkt.

Setlow nennt sie "Reste von kollabierenden Sternen und Supernova-Explosionen, die in den Weltraum geworfen wurden".

Es wird angenommen, dass kosmische Strahlen die weißen Blitze verursachen, die Astronauten manchmal sehen, wenn sie ihre Augen schließen.

Wissenschaftler haben auf der Erde HZE-Kerne produziert und untersuchen deren Auswirkungen auf biologisches Material.

Ein Teilchen, sagt man, hat die Kraft, sich durch menschliches Gewebe zu laden und die DNA zu zerstören, was das Risiko von Mutationen und Krebs erhöht. Kosmische Strahlung kann auch Störungen des zentralen Nervensystems verursachen.

Wie sich die Effekte mit denen der Schwerkraft kombinieren lassen, ist schwerer vorherzusagen.

Die ISS, die sich innerhalb der Ionosphäre der Erde bewegt, ist durch ihre dicken Wände ausreichend geschützt, die die Strahlung daran hindern, durchzulassen.

Raumfahrzeuge, die über die aktuellen Grenzen hinaus reisen, benötigen jedoch neue Materialien, um sie vor Strahlung zu schützen.

Setlow erklärt, dass Metalle, einschließlich Blei und Aluminium, schlechte Schilde im tieferen Raum bilden würden, und sie würden schwer sein. Er sieht den Einsatz von Wasser oder Kunststoffen in der Zukunft voraus. Andere Vorschläge schließen einen Plasmaschirm ein, der durch ein Magnetfeld begrenzt ist, um die Energie von ankommenden Teilchen zu reduzieren.

Mikroben und das Immunsystem

Jede Gruppe von Menschen, die eine begrenzte Unterkunft teilen, wird Bakterien produzieren und teilen. Daher befolgen Astronauten strenge Hygieneregeln, probieren routinemäßig nach Ungeziefer und folgen strengen Prozessen der Filterung und Desinfektion.

Hautausschläge sind im Weltraum üblich, und eine Reaktivierung von Herpes kann auftreten.

Im Mir-Raumschiff identifizierten Wissenschaftler 234 mikrobielle Spezies, die zu Infektionen führen könnten. Ein Bericht legt nahe, dass Pilze, Bakterien und Mikroorganismen aus der menschlichen Haut in der gesamten ISS verbreitet sind, aber es wurden keine Krankheitserreger gemeldet, die zu ernsthaften Erkrankungen führen könnten.

Darüber hinaus wurde die Raumfahrt mit der Dysregulation des Immunsystems in Verbindung gebracht, was die Notwendigkeit, potentielle Pathogene zu begrenzen, besonders wichtig macht.

NASA berichtet, dass Veränderungen im Immunsystem, einschließlich T-Zell-Verhalten, im Weltraum schneller auftreten. Dies kann die Funktionsweise des Immunsystems verändern. Beeinträchtigte T-Zell-Aktivierung und schnelle Zellproduktion wurden bei Astronauten beobachtet.

Ohne geeignete Immunreaktionen können ruhende Viren reaktivieren. Ein latenter Herpes kann auftreten, und Ausschläge sind häufig.

Hautbeeinträchtigungen sind ein häufiges Problem bei Weltraummissionen. Die Forschung hat gezeigt, dass die Haut bei manchen Astronauten um bis zu 15% dünner wird, aber auch bei Kollagen, das einen "Anti-Aging" -Effekt bieten könnte.

Brian Crucian, PhD, und NASA-Experte für biologische Studien und Immunologie, sagt:

"Das Immunsystem wird wahrscheinlich durch viele Faktoren beeinflusst, die mit der gesamten Raumfahrtumgebung zusammenhängen. Dinge wie Strahlung, Mikroben, Stress, Schwerelosigkeit, veränderte Schlafzyklen und Isolation könnten sich auf das Immunsystem der Besatzungsmitglieder auswirken. Wenn diese Situation länger anhält Weltraummissionen, könnte es das Risiko von Infektionen, Überempfindlichkeit oder Autoimmunproblemen für die Exploration von Astronauten erhöhen. "

Der Prozess im Weltraum spiegelt laut NASA den Alterungsprozess wider, der vorgeschlagen hat, Mikrogravitationsbedingungen zu verwenden, um zu untersuchen, wie Zellen altern.

Bewegungskrankheit

Alle Astronauten nehmen Medikamente gegen Reisekrankheit ein, um die unmittelbare Gefahr zu vermeiden, krank zu werden und an ihrem eigenen Erbrochenen zu ersticken. Aber Erbrechen ist nicht das einzige Problem.

Bewegungsstörungen können sensomotorische Probleme wie Orientierungsstörungen verursachen, die die Funktionsfähigkeit beeinträchtigen und das Raumfahrzeug steuern können.

Desorientierung kann das Sehvermögen, die Wahrnehmung, das Gleichgewicht und die motorische Kontrolle beeinflussen. Astronauten können auch das Bewusstsein verlieren, wo sich ihre Gliedmaßen befinden, da der Körper Bewegungen in den Gelenken nicht wahrnehmen kann. Diese Art von Bewusstsein ist als Propriozeption bekannt.

Astronauten werden daher in Fertigkeiten wie Bewegungsorientierung, Raumfähigkeit und Ganganpassungsfähigkeit geschult, um räumliche Fehler zu vermeiden, die zu Schäden oder Fehlfunktionen führen könnten.

MNT vor kurzem über Forschungsergebnisse berichtet, die darauf hindeuten, dass genetische Merkmale einige Menschen dazu bringen könnten, Sehstörungen im Weltraum zu erleben.

Verhaltens- und psychologische Gesundheit

Einen kleinen Raum mit einer begrenzten Gruppe von Leuten für mehrere Monate zu teilen, kann eine Herausforderung sein. Hinzu kommen die Belastungen und Gefahren der Raumfahrt, und die Verhaltens-, Sozial- und psychologische Gesundheit werden entscheidend.

Große Horizonte, aber Teilen kann eine Herausforderung sein.

Das Leben im Weltraum wird wahrscheinlich die zirkadianen Rhythmen und Schlafmuster stören.

Das Human Factors and Performance Team des National Space Biomedical Research Institute (NSBRI) arbeitet mit Astronauten im Hell-Dunkel-, Wach-Schlaf- und Work-Rest-Gleichgewicht, um maximale Leistung sicherzustellen und Fehler zu minimieren.

Das NSBRI-Team für neurobehaviorale und psychosoziale Faktoren zielt auch darauf ab, die psychische Gesundheit zu schützen und Krisen vorzubeugen, bevor sie eintreten.

Das Team bietet spezifische Schulungen in Kommunikationsfähigkeiten, Problemlösung und Entwicklung von Strategien und Interventionen. Zum Beispiel werden pharmakologische Therapien angeboten, um Menschen beim Schlafen zu helfen.

MNT zuvor über das Problem berichtet, genug Schlaf während der Reise oder im Weltraum zu bekommen.

Im Auswahlprozess werden diese Probleme frühzeitig angegangen, indem Maßnahmen zur Gewährleistung der Kompatibilität unter den Mitreisenden getroffen werden.

Ernährung

Angesichts des Stresses, in der Weltraumumgebung zu leben, hat eine gesunde Ernährung oberste Priorität.

Die NASA beschreibt die Nahrung, die die Besatzung auf einem Space Shuttle konsumiert:

"Die Arten von Nahrungsmitteln, die Astronauten essen, sind keine mysteriösen Mixturen, sondern Lebensmittel, die hier auf der Erde zubereitet werden, viele, die im Supermarkt erhältlich sind."

Astronauten auf der ISS essen drei Mahlzeiten am Tag: Frühstück, Mittag- und Abendessen, und die Nahrungsmittel sind denen auf der Erde ähnlich: Hühnchen, Meeresfrüchte, Brownies und so weiter, während Getränke Tee, Kaffee und Limonade einschließen.

Einige bleiben in ihren natürlichen Formen, wie Obst und Nüsse, während andere rehydriert werden.

Ernährungswissenschaftler arbeiten daran, dass die Ernährung der Astronauten eine ausgewogene Versorgung mit Vitaminen und Mineralstoffen ermöglicht und dass die individuellen Kalorienanforderungen erfüllt werden - zum Beispiel 1.900 Kalorien pro Tag für eine kleine Frau, 3.200 Kalorien pro Tag für einen großen Mann.

Im Jahr 2015 erntete die ISS-Crew ihre erste Ernte von selbstgezogenen frischen Lebensmitteln, eine Ernte von rotem, romainartigem Salat, der als "übermütig" bekannt ist.

Es ist zu hoffen, dass dies die erste einer Vielzahl von Pflanzen sein wird, zuerst auf der ISS und schließlich auf dem Mars.

Sorge für die Gesundheit der Astronauten: die ISS und darüber hinaus

Was passiert, wenn ein Astronaut auf einer Raumstation oder in der Ferne krank wird? Die Crew muss wissen, wie sie für sich und sich selbst sorgen können, wenn etwas schief geht. Auch eine Operation kann nicht ausgeschlossen werden.

Das Smart Medical Systems and Technology Team des NSBRI arbeitet an intelligenten, integrierten medizinischen Systemen, um eine qualitativ hochwertige Gesundheitsversorgung während der Raumfahrt und Exploration zu gewährleisten.

Diese speziell angepassten Versionen von mHealth werden Gesundheitsdaten sammeln und dazu beitragen, die medizinischen Bedürfnisse im Weltraum zu erfüllen und zur Diagnose, Überwachung und Behandlung beizutragen. MNT berichteten kürzlich über mHealth-Anwendungen hier auf der Erde.

Die Systeme müssen klein, stromsparend, nicht invasiv, vielseitig und hochautomatisiert sein.

Die Lösungen reichen von Geräten, die Just-in-Time-Schulungen für Mitarbeiter anbieten, bis zu einem "Lab-on-a-Chip", das rote und weiße Blutkörperchen im Flug misst, bis hin zu einem therapeutischen Ultraschallgerät, das eine Vielzahl von Bedingungen behandeln kann als unkontrollierte innere Blutung und Nierenstein-induzierte Obstruktion.

Weltraumreisen sind gefährlich, und es gibt vieles, was wir noch nicht wissen.

Aber der unaufhaltsame Fortschritt von Technologie und Know-how hat bereits vieles, was vor 70 Jahren undenkbar war, in greifbare Nähe gerückt.

Während die menschliche Neugier und die unersättliche Suche nach neuen und mehr Ressourcen unseren Horizont immer weiter vorantreiben, werden sich sowohl die Gefahren als auch die Lösungen, die sie irgendwie überwinden lassen, weiterentwickeln.