En astronaut "lyfter" en annan med fingret. Foto med tillstånd av NASA Vi ser ofta bilder av astronauter som flyter runt inne i den internationella rymdstationen. Även om viktlöshet ser kul ut, det ställer stora krav på din kropp. Initialt, du känner dig illamående, yr och desorienterad. Ditt huvud och bihålor svullnar och dina ben krymper. I längden, dina muskler försvagas och dina ben blir spröda. Dessa effekter på din kropp kan göra allvarliga skador på en lång resa, som en resa till Mars.
I den här artikeln, vi tar dig med på en längre resa ombord på den internationella rymdstationen, där vi ska undersöka vad viktlöshet är, vad händer med din kropp, hur dessa förändringar uppstår och vad som kan göras för att förhindra eller vända dessa negativa effekter.
Innehåll
Tänk dig att du är klädd i din rymddräkt och ligger på rygg i rymdfärjans flygdäck. Du har legat på ryggen i stolen i flera timmar när piloterna och uppdragskontrollen har gått igenom förberedelserna inför lanseringen. I vanliga fall, när du står upprätt, tyngdkraften drar ner blodet så att det samlas i benen. Dock, för du har legat på rygg, blodet fördelas olika genom din kropp, förflyttas något mot huvudet eftersom dina fötter är förhöjda. Ditt huvud kan kännas lite täppt, ungefär som det gör på natten när du sover.
Raketmotorerna skjuter och du känner accelerationen. Du trycks tillbaka in i din sits när bussen stiger. Du känner dig tung när G-krafterna i pendelns acceleration ökar till upp till tre gånger normal tyngdkraft (vissa berg- och dalbanor kan uppnå denna accelerationsnivå). Bröstet känns komprimerat och du kan ha svårt att andas. På cirka 8 och en halv minut, du är i yttre rymden, upplever en helt annan känsla: tyngdlöshet .
Viktlöshet kallas mer korrekt mikrogravitation . Du är faktiskt inte viktlös, eftersom jordens tyngdkraft håller dig och allt i skytteln i omloppsbana. Du är faktiskt i ett tillstånd av fritt fall , ungefär som att hoppa från ett flygplan förutom att du rör dig så snabbt horisontellt (5 miles per sekund eller 8 kilometer per sekund) att, när du faller, du rör aldrig marken för att jorden böjer sig bort från dig. Det är så här:När du står på en badrumsvåg, den mäter din vikt eftersom tyngdkraften drar ner på dig och vågen. Eftersom vågen vilar på marken, den trycker på dig med samma kraft - denna lika kraft är din vikt. Dock, om du skulle hoppa från en klippa medan du stod på en badrumsvåg, både du och vågen skulle dras ner lika mycket av tyngdkraften. Du skulle inte trycka på vågen och den skulle inte trycka tillbaka mot dig. Därför, din vikt skulle vara noll.
Eftersom skytteln och alla föremål i den faller runt om i världen i samma takt, allt i skytteln som inte är säkrat flyter. Om du har långt hår, det flyter runt ditt ansikte. Om du häller ut ett glas vatten, det förutsätter en stor, sfärisk droppe som du kan dela upp i separata, mindre droppar. Mat och godis flyter försiktigt till munnen om du trycker dem åt det hållet. Medan du sitter i din sits, du har ingen känsla av att du sitter eftersom din kropp inte trycker mot sätet. Om du inte är säker på något, du flyter. Vidare, om du inte kan nå en vägg eller ett hand-/fotfäste, du kan inte röra dig från din position eftersom du inte har något att pressa emot. Av denna anledning, NASA har placerat många begränsningar, handtag och fothållare genom hela hytten i skytteln.
Astronaut Story Musgrave på jorden (vänster) och i omloppsbana (höger). Du kan se puffiness runt hans ögon och kinder orsakade av mikrogravitation. Bilder med tillstånd av NASA När du först stöter på mikrogravitation, du har följande känslor:
Ju längre du stannar i mikrogravitation, ju mer dina muskler och ben försvagas.
Dessa förnimmelser orsakas av förändringar i olika kroppssystem. Låt oss titta närmare på hur din kropp reagerar.
Det illamående och desorientering som du känner är som den sjunkande känslan i magen när din bil stöter på ett dopp i vägen eller om du upplever en droppe på en berg- och dalbana, bara du har den känslan konstant i flera dagar. Detta är känslan av rymdsjuka, eller rymdrörelsessjukdom , som orsakas av motstridig information som din hjärna tar emot från dina ögon och de vestibulära organen i ditt inre öra.
Dina ögon kan se vilken väg som är upp och ner inuti skytteln. Dock, eftersom ditt vestibulära system förlitar sig på den nedåtgående tyngdkraften för att berätta vilken väg som är upp kontra nedåt och i vilken riktning du rör dig, det fungerar inte i mikrogravitation. Så dina ögon kan berätta för din hjärna att du är upp och ner, men din hjärna får ingen tolkningsbar input från dina vestibulära organ. Din förvirrade hjärna ger illamående och desorientering, vilket i sin tur kan leda till kräkningar och aptitlöshet. Lyckligtvis, efter ett par dagar, din hjärna anpassar sig till situationen genom att enbart förlita sig på de visuella ingångarna, och du börjar må bättre. NASA har utfärdat läkemedelsplåster för att hjälpa astronauter att hantera illamående tills deras kroppar anpassar sig.
I mikrogravitation, ditt ansikte kommer att kännas fullt och dina bihålor kommer att känna sig överbelastade, vilket kan bidra till både huvudvärk och rymdsvårds sjukdom. Du känner på samma sätt på jorden när du böjer dig eller står upp och ner, eftersom blod rusar till ditt huvud.
På jorden, tyngdkraften drar på ditt blod, orsakar betydande volymer att samlas i benens vener. När du stöter på mikrogravitation, blodet flyttas från dina ben in i bröstet och huvudet. Ditt ansikte tenderar att bli svullet och dina bihålor svullnar, enligt nedanstående. Vätskeskiftet krymper också storleken på dina ben.
När blodet flyttas till bröstet, ditt hjärta ökar i storlek och pumpar mer blod för varje slag. Dina njurar svarar på detta ökade blodflöde genom att producera mer urin, ungefär som de gör efter att du har druckit ett stort glas vatten. Också, ökningen av blod och vätska minskar utsöndringen av antidiuretiskt hormon (ADH) från hypofysen, vilket gör dig mindre törstig. Därför, du dricker inte så mycket vatten som du kan på jorden. Övergripande, dessa två faktorer kombinerar för att befria bröstet och huvudet från överskott av vätska, och om några dagar, din kropps vätskenivåer är mindre än vad de var på jorden. Även om du fortfarande har något svullet huvud och täppta bihålor, det är inte lika illa efter de första dagarna. När du återvänder till jorden, tyngdkraften drar tillbaka dessa vätskor till benen och bort från huvudet, vilket får dig att känna dig svag när du reser dig. Men du kommer också att börja dricka mer, och dina vätskenivåer återgår till det normala om ett par dagar.
När dina njurar eliminerar överflödig vätska, de minskar också utsöndringen av erytropoietin, ett hormon som stimulerar produktionen av röda blodkroppar av benmärgsceller. Minskningen i produktionen av röda blodkroppar matchar minskningen av plasmavolymen så att hematokrit (procentandel av blodvolymen upptagen av röda blodkroppar) är densamma som på jorden. När du återvänder till jorden, dina erytropoietinnivåer kommer att öka, likaså dina röda blodkroppar.
När du är i mikrogravitation, din kropp intar en "foster" hållning - du hukar något, med dina armar och ben halvböjda framför dig. I denna position, du använder inte många av dina muskler, särskilt de muskler som hjälper dig att stå och behålla hållning ( muskler mot tyngdkraft ). När din vistelse ombord på den internationella rymdstationen förlängs, dina muskler förändras. Massan av dina muskler minskar, vilket bidrar till "fågelben" -utseendet. Muskelfibertyperna ändras från långsamma ryckningar till snabba ryckningar. Din kropp behöver inte längre långsamma ryckfibrer, som de som används i stående. Istället, fler snabba fibrer behövs när du skjuter dig snabbt bort från rymdstationens ytor. Ju längre du stannar på stationen, desto mindre muskelmassa kommer du att ha. Denna förlust av muskelmassa gör dig svagare, presentera problem för rymdflyg med lång varaktighet och när de återvänder hem till jordens gravitation.
På jorden, dina ben stödjer vikten av din kropp. Storleken och massan på dina ben balanseras av hur snabbt vissa benceller ( osteoblaster ) lägga ner nya minerallager och andra celler ( osteoklaster ) tugga upp de mineralskikten. I mikrogravitation, dina ben behöver inte stödja din kropp, så alla dina ben, särskilt de viktbärande benen i dina höfter, lår och nedre delen av ryggen, används mycket mindre än de är på jorden. I dessa ben, hastigheten med vilken dina osteoblaster sätter in nya benlager minskar (ingen vet exakt varför, även om man tror att förändringar i kraft och stress på något sätt är inblandade), medan hastigheten med vilken osteoklaster tuggar upp ben förblir densamma. Resultatet är att storleken och massan av dessa ben fortsätter att minska så länge du förblir i mikrogravitation, med cirka 1 procent per månad. Dessa förändringar i benmassa gör dina ben svaga och mer benägna att gå sönder när du återvänder till jordens gravitation. Det är inte känt hur mycket av benförlusten som kan återvinnas vid återkomst till jorden, även om det förmodligen inte är 100 procent. Dessa förändringar i ben kan begränsa rymdflygens varaktighet. Mer forskning behövs på detta område.
Förutom svaga ben, ditt blods kalciumkoncentration ökar något när dina ben tuggas upp av osteoklaster. Dina njurar måste bli av med överskott av kalcium, vilket gör dem mottagliga för att bilda smärtsamma njurstenar.
Vad kan göras för att hjälpa dig hantera mikrogravitationsmiljön? När det gäller icke-levande saker, varje föremål i skytteln eller rymdstationen måste förvaras i skåp, fastspänd eller fäst på väggen med kardborreband.
Till exempel, när du äter en måltid i mikrogravitation, du måste hållas vid skytteln med fotfäste, och din matbricka är fäst vid dig med en rem. Din mat tenderar att vara i kladdiga eller klibbiga former, som ris eller jordnötssmör, så att den inte flyter iväg. Om du är på en arbetsstation, du använder remmar och fotfästen för att hålla tillbaka dig själv. Bärbar utrustning, som en bärbar dator, är fastspänd på dig (som visas ovan), ett utrustningsställ eller rymdfarkostens vägg.
När det gäller alla dessa förändringar som sker i din kropp under din vistelse ombord på den internationella rymdstationen, vad kan du göra för att förbli frisk, särskilt när du återvänder till jorden? Kom ihåg att vi främst måste hantera tre förändringar:
En motåtgärd för att hantera vätskeförlust är en enhet som kallas lägre kropps undertryck (LBNP) , som applicerar en dammsugarliknande sugning under midjan för att hålla vätska nere i benen. Den här enheten kan vara ansluten till en träningsapparat, som ett löpband. Du kan spendera 30 minuter per dag i LBNP för att hålla ditt cirkulationssystem i nära jord-skick.
Test av LBNP -enhet Foto med tillstånd av NASA Också, precis innan du återvände till jorden, du kan dricka stora mängder vatten eller elektrolytlösningar för att ersätta de vätskor du har tappat. Detta kan hindra dig från att svimma när du reser dig och kliver ut ur skytteln.
NASA och Russian Space Agency har funnit att det bästa sättet att minimera förlust av muskler och benmassa i rymden är att träna ofta. Detta tränar dina muskler, förhindrar att de försämras och belastar dina ben för att ge en känsla som liknar vikt. Du tränar så mycket som två timmar varje dag på olika maskiner (löpband, roddmaskin, cykel). Du måste vara fasthållen under din träning, vanligtvis med spänningsproducerande remmar, som sträckband, som håller dig vid maskinen.
Mycket mer forskning behöver göras för att utveckla motåtgärder mot kroppens förändringar i mikrogravitation. Denna forskning måste bedrivas både på marken och i yttre rymden - ombord på den internationella rymdstationen - med hjälp av både människor och djur. Resultaten av sådan forskning kommer att bidra till att förbättra astronauternas hälsa och bana väg för långsiktig utforskning av rymden, som en resa till Mars.
Hur man simulerar mikrogravitation på jordenHär är några människor- och djurmodeller för att simulera och studera mikrogravitation på jorden:
Vestibulära organ Foto med tillstånd av NASA Orientering och rörelse avkänns med hjälp av vestibulärt system , som är belägen i den övre delen av innerörat.
Så här känner det vestibulära systemet orientering med avseende på gravitationen :Det har otolitiska organ som innehåller kristaller av kalciumkarbonat (krita). Kristallerna är fästa vid hårliknande sensoriska nervceller i olika riktningar (x-, y- och z-axlar).
Så här känner det vestibulära systemet rörelse :Det finns tre halvcirkelformade kanaler för att känna rörelse, specifikt acceleration . De är orienterade i rät vinkel mot varandra, och var och en är i en av de tre riktningarna (x-, y- eller z-axeln). De innehåller vätska som kallas endolymf och hårliknande sensoriska nervceller .
