Pôsobenie gravitácie je od narodenia prirodzený stav pre náš organizmus. Rozmýšľali ste však niekedy, ako sa žije ľuďom, na ktorých táto sila nepôsobí? Áno, aj takí existujú – reč je o astronautoch, ktorí strávia vo vesmíre dni, týždne, no niekedy aj mesiace.
Príkladom je posádka Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS), ktorá na viac ako deväť mesiacov uviazla vo vesmíre a po úspešnom návrate v marci tohto roka museli absolvovať 45-dňový rehabilitačný program.
Čo takýto dlhý pobyt vo vesmíre urobí s telom astronautov? Porozprávala nám o tom Slovenka pracujúca pre NASA, Michaela Musilová. Tiež v rozhovore ozrejmila, prečo ani po návrate domov nemusí byť všetko ako predtým.
Čo sa vlastne začne diať s ľudským telom, keď sa ocitne v beztiažovom stave?
Ľudské telo sa začína meniť pomerne rýchlo. Najviac sú postihnuté svaly a kosti, potom kardiovaskulárny systém – teda srdce, krv a ich fungovanie. V beztiažovom stave na telo nepôsobí gravitácia, na ktorú je zvyknuté, a preto sa musí prispôsobiť novým podmienkam.
Svaly slabnú a strácajú hmotu, pretože ich už nepoužívame tak ako na Zemi – nemusíme sa udržiavať vzpriamení ani zdolávať gravitáciu. Kosti, ktoré bežne nesú váhu tela, sa stávajú menej hustými a tým aj krehkejšími. Astronauti môžu stratiť 1 až 2 % kostnej hmoty mesačne.
Slovenka z NASA Musilová: Bude Mars čoskoro obývaný? Mestá, nové zákony a deti narodené v inej gravitácii - ROZHOVOR
Mení sa aj kardiovaskulárny systém – objem krvi v tele klesá, pretože srdce v beztiažovom stave nepracuje tak intenzívne. Po návrate na Zem sa môžu astronauti cítiť slabí alebo mať závraty, lebo ich obehový systém sa musí opäť prispôsobiť gravitácii.
Tekutiny v tele sa presúvajú smerom k hlave, čo spôsobuje napríklad napuchnutú tvár, vyšší očný tlak a problémy so zrakom. Bežná je aj tzv. vesmírna nevoľnosť – dezorientácia, nevoľnosť či zvracanie, keďže vnútorné ucho, ktoré zodpovedá za rovnováhu, je narušené.
Zmeny sa týkajú aj mentálneho zdravia – mikrogravitácia ovplyvňuje pozornosť, koordináciu aj schopnosť riešiť úlohy. A nakoniec, oslabený býva aj imunitný systém, čo súvisí aj s izoláciou a menej sterilným prostredím na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice (International Space Station, ISS).
Ktoré časti tela reagujú najcitlivejšie na pobyt vo vesmíre a prečo?
Celé telo je vystavené novým podmienkam, ale najrýchlejšie reagujú svaly, kosti a vnútorné ucho. Svaly a kosti sú okamžite ovplyvnené chýbajúcou gravitáciou – prestávajú byť zaťažované, a preto slabnú a rednú. To môže viesť aj k zvýšenému množstvu vápnika v tele, čo zvyšuje riziko tvorby obličkových kameňov.
Veľmi rýchlo reaguje aj vnútorné ucho, ktoré má na starosti rovnováhu a orientáciu. Chýbajúca gravitácia spôsobuje dezorientáciu a tzv. vesmírnu nevoľnosť. Tá môže nastať už pri parabolických letoch, kde beztiažový stav trvá len niekoľko sekúnd – a aj vtedy sa mnohým robí zle.
Citlivý je aj tráviaci systém, pretože aj ten využíva svaly, ktoré sa v mikrogravitácii správajú inak. Problémy sa môžu objaviť aj pri trávení alebo vylučovaní – aj tieto procesy sa musia adaptovať.
Ako rýchlo sa začne organizmus „meniť“ vo vesmíre? Bavíme sa o dňoch, týždňoch?
Zmeny začnú prakticky okamžite po príchode do beztiažového stavu. Najrýchlejšie sa prejavia neurologické veci – dezorientácia, tzv. vesmírna nevoľnosť, poruchy rovnováhy. Niektorým ľuďom to prejde za pár dní, iní tým trpia dlhšie.
Presun tekutín v tele – keď tekutiny stúpnu do hornej časti tela a napuchne tvár – sa začína hneď, ale výraznejšie sa to prejaví v priebehu niekoľkých dní. Zmeny zraku môžu prísť neskôr.
Strata svalovej hmoty je rýchla – astronauti môžu prísť o 10 – 20 % svalovej hmoty v priebehu pár týždňov. Hustota kostí klesá približne o 1 – 2 % mesačne. Môže to viesť k problémom pri návrate na Zem, keď sa telo musí opäť vyrovnať s gravitáciou. Svaly a kosti nemusia byť schopné hneď zvládnuť záťaž ako predtým.
Hovorí sa, že astronauti vo vesmíre „strácajú svaly a kosti“. Je to pravda? Ako sa tomu dá predísť?
Áno, je to pravda. Aj keď sa tomu nedá úplne zabrániť, dá sa to výrazne obmedziť. Astronauti denne cvičia – zvyčajne okolo dvoch hodín – pomocou špeciálnych zariadení, ktoré simulujú záťaž. Bežiace pásy so záťažovými popruhmi, stacionárne bicykle a odporové stroje s elastickými pásmi pomáhajú udržiavať svaly aj kosti v kondícii.
Činky vo vesmíre nefungujú, preto sa používajú systémy, ktoré vytvárajú odpor inými spôsobmi. Okrem toho majú astronauti špeciálne upravenú stravu – bohatú na vápnik, vitamíny a iné živiny, ktoré podporujú zdravie kostí a svalov.
Výskum stále pokračuje, aby sa tieto metódy ešte viac zdokonalili – napríklad pomocou parabolických letov, kde sa simuluje mikrogravitácia na Zemi. Cieľom je pripraviť astronautov na dlhodobé misie tak, aby ich telo zvládlo návrat bez vážnych následkov.
Ako sa mení trávenie v beztiažovom stave?
Aj tráviaci systém je ovplyvnený absenciou gravitácie. Pohyb potravy cez črevá je pomalší a menej efektívny, čo môže viesť k tráviacim problémom, bolesti brucha či nepríjemnému pocitu plnosti. Presun tekutín v tele takisto ovplyvňuje činnosť tráviaceho traktu – niektoré tekutiny sa presunú tam, kde by normálne neboli a narúšajú správne fungovanie trávenia.
Mikrogravitácia tiež ovplyvňuje mikrobióm – teda spoločenstvo baktérií v črevách, ktoré pomáhajú so spracovaním potravy a vstrebávaním živín. Ich počet a rozmanitosť sa vo vesmíre mení, čo má ďalší negatívny vplyv na trávenie. Z tohto dôvodu sa výskumníci snažia prispôsobiť stravu astronautov tak, aby zohľadňovala aj tieto zmeny a minimalizovala ich negatívne účinky.
Čo sa stane so zmyslami – zrakom, rovnováhou či vnímaním priestoru?
V beztiažovom stave sa mení fungovanie viacerých zmyslov. Vnútorné ucho, ktoré zabezpečuje rovnováhu, stráca referenčný bod – teda gravitáciu – čo spôsobuje dezorientáciu, nevoľnosť a tzv. vesmírnu chorobu. Astronauti môžu mať problém rozoznať, kde je hore a kde dole, a môžu sa cítiť „stratení“ v priestore.
Zrak sa často zhoršuje – dochádza k rozmazanému videniu a poruchám vnímania hĺbky. Môže sa zmeniť aj tvar oka, pretože kvôli presunu tekutín je vyšší tlak v oblasti hlavy. To negatívne vplýva na optické nervy.
Ďalším častým problémom je znížená citlivosť čuchu a chuti – astronauti majú často zapchatý nos a jedlo im chutí „nevýrazne“. Dotyk je ovplyvnený najmä zmenami v svaloch a vnímaním priestoru. Sluch nie je priamo ovplyvnený gravitáciou, ale astronauti trpia nadmerným hlukom na palube, čo môže viesť k zníženej citlivosti na zvuky.
Dokáže sa telo po návrate na Zem celkom „vrátiť do normálu“?
Nie vždy. Krátkodobé zmeny, ako sú zmeny v objeme krvi a svalovej sile, sa môžu upraviť v priebehu niekoľkých týždňov až mesiacov. Svaly sa obnovujú pomerne rýchlo – niekedy už do mesiaca. Návrat kostnej hmoty však trvá roky. Po troj- až štvor-mesačnom pobyte vo vesmíre to môže byť dva až tri roky. Pri dlhších misiách aj viac.
Niektoré neurologické zmeny, ako napríklad dezorientácia, trvajú niekoľko dní až týždňov po návrate. Presun tekutín v tele sa musí tiež postupne upraviť – gravitácia ich opäť tlačí naspäť do dolných častí tela. Zmeny v mozgu a oku, ako aj problémy s kardiovaskulárnym systémom, môžu pretrvávať dlhšie a niekedy sa ani úplne neupravia.
Existujú zmeny, ktoré sú trvalé alebo len veľmi pomaly reverzibilné?
Áno. Zrak býva jednou z najčastejších oblastí, kde zmeny pretrvávajú aj po návrate. Niektorí astronauti majú problémy so zrakom ešte roky, u niektorých sa stav už nikdy celkom nezlepší. Tvar oka sa môže trvale zmeniť a dlhodobé vystavenie kozmickému žiareniu môže poškodiť retinu či očné nervy.
Okrem zraku sú ohrozené aj kosti – najmä ich schopnosť regenerácie a návrat do pôvodnej hustoty. Rovnako je možné, že vystavenie žiareniu zvyšuje riziko rakoviny. Viaceré zmeny na mozgu, ako zmeny objemu tekutín, môžu pretrvávať dlhodobo a v niektorých prípadoch byť trvalé.
Je možné, že niektoré účinky pobytu vo vesmíre ešte vôbec nepoznáme?
Určite áno. Výskum je obmedzený množstvom dát, financiami a dĺžkou pobytu astronautov vo vesmíre. Mnohé účinky sa môžu objaviť až po dlhšom čase a v súčasnosti ich nevieme priamo spojiť s pobytom vo vesmíre.
Veľa výskumov sa ešte len začína – napríklad vplyv vesmíru na ženský organizmus, hormonálne cykly, schopnosť rozmnožovania, zmeny na koži, rýchlosť hojenia rán, psychické zdravie, spánok a starnutie. Niektoré hypotézy hovoria aj o zvýšenej pravdepodobnosti výskytu rakoviny. Kľúčové bude dlhodobé sledovanie astronautov po návrate, ako aj rozšírenie štúdií na rôzne demografické skupiny.
Aký vplyv má mikrogravitácia na psychiku? Je to len fyzická výzva alebo aj mentálna?
Je to oboje. Mikrogravitácia spôsobuje priame fyzické ťažkosti, ktoré sa následne prenášajú na psychiku – napríklad dezorientácia, nevoľnosť, problémy so spánkom. V beztiažovom stave niektorí astronauti krátkodobo pociťujú príjemný pocit voľnosti, ale ten rýchlo vystrieda stres zo zložitých podmienok.
Dlhodobé odlúčenie, stiesnený priestor, rutina, pracovné vypätie a obmedzený kontakt s blízkymi môžu viesť k pocitom izolácie, frustrácii či úzkosti. Astronauti musia fungovať v malých tímoch, čo môže spôsobovať medziľudské napätie.
Štúdie ukazujú, že vo vesmíre sa objavujú negatívne emócie častejšie než pozitívne. Dochádza aj k ťažkostiam v rozpoznávaní a vyjadrovaní vlastných emócií. Psychická pohoda astronautov je preto prioritou a neustále sa pracuje na zlepšení podmienok pre ich duševné zdravie.
Ako sa astronauti vyrovnávajú s tým, že sú dlhodobo bez prirodzeného pohybu, dotyku, vôní či slnečného svetla?
Pohyb kompenzujú špecializovaným cvičením. Dotyk nie je výrazný problém, keďže astronauti denne manipulujú s rôznymi predmetmi, aj keď vnímanie sa môže mierne zmeniť v dôsledku oslabenia svalov.
Čuch býva utlmený – často majú zapchatý nos a prostredie stanice má špecifický zápach. Preto sa jedlo silno korení a pripravuje s výraznejšími chuťami a textúrami. Pomáha aj možnosť priniesť si osobné veci, ktoré spríjemňujú prostredie, či pestovanie rastlín.
Voľný čas trávia pozeraním filmov, čítaním, hudbou alebo komunikáciou s rodinou. Majú prístup k psychologickej podpore a viac sa dbá na duševnú hygienu. Svetelný rytmus je riadený umelým osvetlením, čo môže narušiť spánok a biorytmus, hoci výhľad na Zem a východy slnka z ISS poskytujú aspoň vizuálnu útechu.
Ak by sme mali žiť na Mesiaci alebo na Marse, bude sa musieť ľudské telo prispôsobiť?
Áno. Na Mesiaci je asi šestinová gravitácia v porovnaní so Zemou, čo môže spôsobiť podobné účinky ako na ISS. Najväčším rizikom je však zvýšené kozmické žiarenie, na ktoré ešte nemáme úplne vhodnú ochranu v podobe skafandrov či obydlí.
Misie na Mars budú ešte náročnejšie – trvať môžu až tri roky. Počas cesty panuje beztiažový stav, na planéte zas tretinová gravitácia. Telo sa bude musieť opakovane prispôsobovať, čo znamená extrémnu záťaž. Nie je jasné, ako to zvládne fyzicky aj psychicky.
Krátkodobé misie nám umožnia získať prvé dáta. Až potom budeme môcť plánovať trvalejšie pobyty a zisťovať, či a ako sa dá ľudské telo adaptovať na život mimo Zeme.
Michaela Musilová patrí medzi najznámejšie slovenské vedkyne v oblasti vesmírneho výskumu. Vyštudovala na University College London a na Caltechu, pôsobila ako riaditeľka simulovaných marťanských a mesačných misií HI-SEAS na Havaji a dlhodobo spolupracuje s NASA, odkedy pre NASA pracovala ako 21 ročná. V rámci svojho výskumu sa venuje najmä extrémofilným organizmom, životu vo vesmíre a psychofyzickým vplyvom pobytu v extrémnych podmienkach.
