Puffadt arcok és madárlábak az űrben
A súlytalanság és hatásai az emberi testre
A gravitáció (más néven tömegvonzás) két test kölcsönhatása. Newton ismerte fel, hogy két pontszerű test között a vonzóerő nagysága egyenesen arányos azok tömegével, és fordítottan arányos a távolságuk négyzetével. A szabadon eső testek Föld felé irányuló gyorsulása a nehézségi gyorsulás, amelyet g-vel szokás jelölni. Ennek fő okozója a Föld és a test közötti gravitációs kölcsönhatás, de mivel a Föld forgó rendszer, a nehézségi erő – a pólusok kivételével – nem azonos a gravitációs vonzóerővel.
Súlynak azt az erőt nevezzük, amellyel egy nyugalomban levő test az alátámasztását nyomja vagy a felfüggesztését húzza. Egy függőleges irányban nem gyorsuló test súlya a Földön megegyezik a rá ható nehézségi erővel.
Súlytalanságról akkor beszélünk, ha a testek a gravitációs erő hatására szabadon mozognak – ilyenkor azonos a gyorsulásuk, így nem nyomják vagy húzzák egymást. Súlytalanságot a Földön rövid ideig például ejtőtoronyban, légüres térben szabadon eső rendszerben lehet előállítani. Speciálisan kialakított, a tehetetlenségi mozgás (ferde hajítás) parabola pályaívét utánzó repülőgép belsejében is létrehozható súlytalanság, ilyen módon az űrhajósok is végeznek előkészítő gyakorlatokat. Az űrhajók, űrállomások ugyanis – minden berendezésükkel, lakójukkal együtt – a Föld gravitációs terében, tehetetlenségi pályán keringenek. Ezért ott jó közelítéssel szintén előáll a súlytalanság. Hogy mégsem teljes a súlytalanság, az a nem gravitációs eredetű külső erőknek, például a légellenállásnak vagy a napsugárzásból adódó nyomóerőnek köszönhető. Ezt az állapotot szokás mikrogravitációnak is nevezni – habár a kifejezés félrevezető és ezért nem szerencsés, hiszen valójában nem a gravitáció szűnik meg, hanem a testek súlya lesz nagyon kicsi, majdnem nulla: a földi nehézségi erő nagyjából milliomod része.
Földi létezése során minden élőlény az 1g nehézségi gyorsuláshoz alkalmazkodva fejlődik és működik. Súlytalanságban (vagy mikrogravitációs környezetben) az űrutazás időtartamától függően rövidebb vagy hosszabb távú adaptív változások történnek, azaz az emberi test megpróbál alkalmazkodni az új környezethez. A keringési, mozgásszervi és idegrendszer (mint legfontosabb szervrendszereink) egyaránt érintett az alkalmazkodásban.
A súlytalanság hatása az ember keringési rendszerére
A Nemzetközi Űrállomáson megváltozik az űrhajósok keringési rendszere, mivel a súlytalanságban a földi körülmények közt megszokottaktól eltérő ingereket és jelzéseket kap. Ezért a testük alkalmazkodni kezd az új környezethez. A súlytalanságban ilyen folyamat például a vér hidrosztatikai nyomásának – ez a vérnek az érfalra kifejtett nyomása – a csökkenése, ami különféle változásokat eredményez az űrhajós szervezetében.
Először is folyadékátrendeződés megy végbe: a súlytalanság miatt a felső testfélben (fej-nyaki régió) megnő, míg az alsó testfélben (lábak) csökken a folyadékmennyiség. A folyadékátrendeződés nemcsak az erekben áramló vért, hanem a szövetközti folyadékokat is érinti. Ez különböző tüneteket okoz az űrhajósoknál: az arcuk kipirul és felpuffad, miközben a lábuk vékonyabb lesz. Ezt a tünetegyüttest nevezik „puffy head and bird legs” („puffadt arc és madárláb”) szindrómának. A test érzékeli a felső testfélben lévő folyadékfelesleget, és ellensúlyozni próbálja, ezért intenzívebb lesz a vizeletképzés, és csökken a szomjúságérzet. A folyadékeloszlás átrendeződésének hatásai közé sorolható a fejfájás és a különböző látásproblémák is. Mivel a felső testfélben az átrendeződés miatt több folyadék lehet, a szemet ellátó erekben és szövetekben megemelkedik a nyomás, ami hatással van a szemfenék keringésére és a látóélességre is.
Egy 3–6 hónapig tartó űrutazás során a szív perctérfogata, a vérnyomás és a pulzus dinamikusan változik. A percenként kipumpált vér mennyisége a folyadékátrendeződésnek köszönhetően először megnő, mivel a pulzus szaporább lesz, a vérnyomás pedig kissé csökken jellemzően magas vegetatív, azaz zsigeri (szimpatikus) idegrendszeri aktivitás mellett. A szimpatikus idegrendszer a vegetatív idegrendszernek az a része, amely a testet a fizikai teljesítmény fokozására serkenti hormonok segítségével. Ilyen hormon az adrenalin és a noradrenalin. E hormonok hatására földi körülmények között az érfalak izomzata összehúzódik, az erek szűkülnek, növelve a vérnyomást. Ugyanezek a hormonok – sok egyéb hatásuk mellett – fokozzák a szívizom működését is. Az űrhajósok vérnyomáscsökkenését feltételezhetően a kis artériák tágulása (és a végül is lecsökkenő keringő vérmennyiség) eredményezi, ezáltal csökken az érellenállás és így a vérnyomás. A szimpatikus (izgalmi) érösszehúzó hatást a nyaki verőeres nyomásreflex (carotis baroreflex) kompenzálja. (A nyaki ütőérnek a sinus területén lévő érfalában feszülésérzékelő receptorok vannak, amelyek a felső testfélben észlelt folyadékáthelyeződés és lokális vértérfogat növekedésének hatására vérnyomáscsökkentő folyamatokat indítanak el. Ennek a csökkentési mechanizmusnak a része a perifériás erek tágulása és ezen erek ellenállásának a csökkenése). A hosszú űrrepülés után viszont a lecsökkenő keringő vértérfogat és a méretében is csökkent szívizomzat miatt a földi körülmények közé visszatérve ájuláshajlam jelentkezik, az űrhajósok nem képesek függőleges helyzetben megállni (ez összefügg az izomerő-csökkenéssel is, lásd később.)
A vörösvérsejtképzés az űrben eltöltött idővel csökken (a vérszegénység űrbeli formája alakul ki), illetve nő a vér alvadékonysága, vérrögképződési hajlama. Az űrorvoslás történetének első nyaki vénás trombózisa (a bal vena jugularisban kialakult vérrög) a Nemzetközi Űrállomáson történt, az esetet 2020 elején hozták nyilvánosságra. A problémát távorvoslás útján (telemedicina), a Földről asszisztálva szerencsésen kezelni tudták klinikus szakember bevonásával, véralvadásgátló kezeléssel. A repülés előtti kivizsgálások alapján az űrhajós nem rendelkezett a nyaki vénás trombózis szokásos kockázati tényezőivel, így kialakulásának hátterében feltételezhetően az űrrepülés során bekövetkezett folyadékátrendeződés állhatott. Leegyszerűsítve: a folyadéktöbblet miatt a vér pangani kezd a felső testfél ereiben, ami megnöveli a vénás erekben a vérrögök (thrombusok) képződésének kockázatát, és ennek az űrben is súlyos következményei lehetnek.
A súlytalanság hatása az egyensúly- és az idegrendszerre
Az idegrendszer bonyolult szervrendszer, képes a különböző szervek működését összehangolni, így jönnek létre az összetett mozgások, mint a szemek koordinált mozgása, a járás vagy a finom, apró kézmozdulatok. Ezekben, valamint a térbeli tájékozódóképesség fenntartásában fontos szerepe van a belső fülünkben található egyensúlyszervnek. Ha ezt a rendszert kibillentjük a normális működéséből, mert például körhintára ülünk, gyorsuló mozgást végzünk, vagy súlytalanság körülményei közé kerülünk, különböző tünetek jelentkeznek. Ezért az űrutazás első napjaiban egyensúly- és koordinációs zavar alakul ki az űrhajósoknál, melyet űrbeli mozgásbetegségnek (space motion sickness, SMS) neveznek. Ez az állapot a legtöbbször szédüléssel, hányingerrel, hányással jár, de szerencsére ezek a tünetek 3-4 nap után rendeződnek. (A hétköznapokban is találkozhatunk ezzel a betegséggel: ez a klasszikus tengeribetegség, amit szintén az egyensúlyszervünk megzavart működése okoz.) Érdekes, hogy nem mindenkinél alakulnak ki a tünetek, illetve egyénenként eltérő a súlyosságuk. Egyelőre nem lehet biztonsággal előre megjósolni, hogy kinél fognak jelentkezni ilyen tünetek, de vannak gyógyszerek, amelyekkel kezelni lehet őket (pl. fülre helyezett szkopolamintapasz formájában). A magyar űrhajós, Farkas Bertalan azon szerencsések közé tartozott, akiknél nem alakult ki az űrbeli mozgásbetegség, a Szaljut–6 űrállomáson töltött első perctől képes volt aktívan dolgozni. Mivel az űrhajósnak testérzékelési és testhelyzet-megítélési zavarai lesznek a „lebegéstől”, a mozgáskoordinációja is romlani fog.
A súlytalanság hatása a mozgási szervrendszerre
Mozgási szervrendszerünk aktív része az izomzat, passzív része pedig a csontvázrendszer. A súlytalanságban a test csak lebeg, ezért a csontok és az izmok nincsenek terhelve, ami az inaktivitás miatt lassú leépülésüket, izomsorvadást, illetve csontritkulást okoz. Ezért láthatjuk, hogy a Földre visszaérkező űrhajósok sokszor képtelenek a lábukra állni, hiszen az izomzatuk elszokott a mozgástól, és emiatt lecsökkent az izomtömegük: az 1g nehézségi gyorsulás mellett a saját testsúlyukat sem képesek megtartani, és csonttörésre is hajlamosabbak az űrrepülés után. A leépülés következtében mozgásszervi betegségek alakulhatnak ki náluk, ezért az űrhajósoknak szigorú edzéstervet kell tartaniuk: naponta 2-3 órát kell edzeniük az űrállomáson speciális ellenállású edző- és futógépeken, hogy ellensúlyozzák az izomveszteséget.
A súlytalanság miatt a csontokra nehezedő terhelés is csökken. Ez a csontok ásványianyag-tartalmának és a csontmátrixnak a csökkenését idézi elő, így az űrhajósok testében fokozatosan csontvesztés alakul ki. Súlytalanságban a férfiak csonttömege havonta 1%-kal csökken, a nők, illetve az idősebb űrhajósok esetében ez elérheti az 1,5%-os értéket is.
Az űrhajósok az űrben magasabbak lesznek. A Földön tapasztalt testsúly a gerinccsigolyák közötti porckorongok összenyomódását okozza, és ha ez megszűnik, akkor a csigolyák (a porckorongok fokozott víztartalma miatt) eltávolodnak egymástól. Ezért az űrhajósok testmagassága 3%-kal (akár 5 cm-rel) is megnőhet, de a Földre visszatérve természetesen visszanyerik eredeti magasságukat.
Az űrrepülés folyadékvesztéshez is vezet, mivel a súlytalanságban csökken a szomjúságérzet, miközben a normális folyadékvesztés – párologtatás, vizeletürítés – továbbra is működik (az izzadás kevésbé, hiszen a súlytalanságban nem tud „elcsorogni”). Ez az abszolút folyadékcsökkenés a testet a megmaradt folyadék visszatartására serkenti, ezért csökken a vizeletképződés. Ha az alacsony vizeletképződéshez hozzávesszük, hogy a csontokból kalciumionok szabadulnak fel, akkor érthetővé válik, hogy miért nő meg a vesekőképződés kockázata is az űrben: a vizeletben a kalciumionok koncentrációja megnő, és túltelített oldat jön létre, amelyben könnyebben válnak ki kristályok. A kicsapódás a levált hámsejteken, gyulladásos fehérjéken vagy akár magukon a kristályrészecskéken valósul meg. Erre a kis kristályképződményre a következő réteg már könnyebben csapódik ki, így a vesekő egyre nagyobbra tud nőni.
Képek forrása: NASA
