فضانوردان با چه مشکلات جسمی روبه‌رو می‌شوند؟

ایتنا - فضانوردان پس از گذراندن شش ماه یا بیشتر در فضا، ممکن است تا دهه‌ها دچار کاهش تراکم استخوان شوند.

بشر امیدوار است که در آینده نزدیک بتواند مریخ را تسخیر کند و در همین زمینه، ناسا قصد دارد تا سال ۲۰۴۰ به مریخ برسد. پرسشی که اینک طرح می‌شود، این است که اقامت بلند‌مدت در سیاره سرخ، به‌راستی چه تاثیری بر بدن انسان خواهد گذاشت.

به لحاظ زیستی، انسان برای بقا در سیاره زمین تکامل یافته است که اتمسفر محافظ آن و نیروی گرانشی‌اش به شکلی است که تکامل و بقای انسان را ممکن کرده است و خارج از این محیط در کیهان، قادر به زنده ماندن نیست. برخی از دانشمندان اظهار داشته‌‌اند که مهاجرت ما به سایر سیارات، ممکن است مستلزم این باشد که دی‌ان‌ای انسان دستکاری شود تا مقاومت ما در برابر دشواری‌های محیطی سفرهای فضایی افزایش یابد.

در اکتشاف فضایی، بسیاری مسائل پیش می‌آید که برای سلامت انسان زیانبار است. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات پروازهای فضایی درازمدت، ریزگرانش است؛ حالت بی‌وزنی تقریبا کاملی که در آن، فضانوردان معلق می‌شوند و می‌توانند اجسام سنگین را به راحتی در هوا جابه‌جا کنند. مشکل و دغدغه دیگر، تابش کیهانی یا ذرات پرانرژی است که تقریبا با سرعت نور در فضا حرکت می‌کنند. لازم به ذکر نیست که یکی دیگر از مشکلاتی که می‌تواند پدیدار شود، زندگی در انزوای بلندمدت و در محدودیت‌های تنگ فضاپیماها است.

گزارش لایو ساینس به ۱۰ مورد از بدترین اثرات زندگی در فضا بر روی سلامت انسان پرداخته است.

تحلیل رفتن ماهیچه‌ها
بدن انسان برای رشد ماهیچه‌ها و ماهیچه‌سازی نیازمند حرکاتی است که در آن، وزن را تحمل کند. ماهیچه‌‌ها در یک محیط بی‌وزن، به ندرت در معرض تحمل وزن قرار می‌گیرند و از این رو، به سرعت ضعیف می‌شوند و زوال می‌یابند. بنابر اعلام ناسا، فضانوردان ممکن است فقط با سپری کردن پنج روز در شرایط ریزگرانش، تا ۲۰ درصد از توده عضلانی خود را از دست بدهند.

از دست دادن عضلات در فضا، عمدتا در بخش‌هایی از بدن، مانند اندام‌های تحتانی و تنه رخ می‌دهد که مسئولیت راه رفتن، و نیز نگه داشتن حالت تن را بر عهده دارند. بر اساس یک بررسی در ۲۰۲۱ که در مجله «ان‌پی‌جی میکروگراویتی» منتشر شد، این پدیده، نتیجه مستقیم این است که سلول‌های عضلانی، پروتئین‌های کمتری تولید می‌کنند، نه اینکه بافت‌های ماهیچه‌ای موجود تحلیل روند.

کاهش تراکم استخوان
اسکلت انسان نیز برای حفظ جرم و تراکم خود به تمرین‌هایی، از جمله تحمل وزن، نیاز دارد. فضانوردان پس از گذراندن شش ماه یا بیشتر در فضا، ممکن است تا دهه‌ها دچار کاهش تراکم استخوان شوند، و این امر آن‌ها را مستعد شکستگی و پوکی استخوان می‌کند.

نکته جالب‌توجه این است که اثرات ریزگرانش بر روی استخوان‌های خاص، ممکن است به محل آن‌ها در بدن بستگی داشته باشد. بر اساس یک فراتحلیل که ۲۰۲۰ در مجله «ان‌پی‌جی میکروگراویتی» منتشر شد، استخوان‌های اندام‌های تحتانی و ستون فقرات ممکن است هر ماه تا یک درصد از جرم خود را از دست بدهند، در حالیکه تراکم استخوان‌های جمجمه می‌تواند افزایش یابد. به گفته نویسندگان این فراتحلیل، در فضا هیچ نیرویی وجود ندارد که بدن و مایعات داخلی آن را به سمت پایین بکشد، و این به‌نوبه‌خود ممکن است بر توزیع عواملی که تشکیل بافت استخوان را کنترل می‌کنند، تاثیر بگذارد.

بر اساس مقاله‌ای مروری که ۱۹۹۵ در مجله «آکتا آسترونائوتیکا» منتشر شد، تحلیل رفتن سریع بافت استخوانی در فضا، می‌تواند سیل مواد معدنی را در خون آزاد کند و خطر هایپرکلسمی (سطح بیش از حد کلسیم) را افزایش دهد که این نیز به‌نوبه‌خود ممکن است سبب ایجاد سنگ‌کلیه شود.

بی‌تردید، چشم‌ از جمله ظریف‌ترین و پیچیده‌ترین اندام‌های بدن انسان است. از این رو، جای تعجب نیست که اقامت در فضا، اثر مخربی بر چشم و بینایی ما داشته باشد. بر فرض، اعصابی که از پشت چشم امتداد می‌یابند، ممکن است در شرایط ریزگرانش تغییر کنند و پس از بازگشت به شرایط گرانش زمین، تاب بردارند.

بینایی انسان نیز از عوامل مختلفی، از جمله گرانش زمین، تاثیر می‌گیرد. بر اساس یک بررسی در ۲۰۰۹ که در «سالنامه آکادمی علوم نیویورک» منتشر شد، نیروهای گرانشی به نگه داشتن کره چشم در جایگاه درست خود کمک می‌کنند و به کره چشم امکان می‌دهند در حدقه بچرخند. بر اساس مطالعه‌ دیگری که ۲۰۰۶ در مجله «هیومن فیزیولوژی» منتشر شد، این حرکات چشم ممکن است در شرایط ریزگرانش مختل شوند. پژوهشگران، شرایط جسمانی فضانوردانی را که در ماموریت‌های بلندمدت در ایستگاه فضایی بین‌المللی شرکت کرده بودند، پیش و پس از پرواز، بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که اقامت‌ در دوره‌های طولانی در شرایط ریزگرانش، به تغییرات چشمگیری در دقت و سرعت چرخش چشم منجر می‌شود که ممکن است توانایی فضانوردان را برای ردیابی بصری اشیا مختل کند.

قرار گرفتن دراز‌مدت در معرض ریزگرانش، همچنین ممکن است به یک بیماری فرسایشی تخریبی به نام سندرم عصبی چشمی مرتبط با پرواز فضایی (اس‌ای‌ان‌اس) منجر شود که از جمله علائم آن، می‌توان به صاف شدن کره چشم، آسیب‌‌های بافتی سفید روی داخلی‌ترین لایه چشم به نام «نقاط پشم پنبه‌ای»، و آسیب به سایر بافت‌های چشم اشاره کرد.

کمردرد
فضانوردان اغلب پس از بازگشت به زمین پس از پروازهای فضایی بلندمدت، از کمردرد شکایت دارند. عامل این درد، ریزگرانش و تاثیر جدی آن بر ستون فقرات انسان است.

گرانش زمین، ستون فقرات را فشرده و در شکل معمولی، و کمی خمیده نگه می‌دارد. در شرایط ریزگرانش، ستون فقرات، کشیده و تا حدودی صاف می‌شود. به گفته ناسا، در واقع، فضانوردان در شرایط بی‌وزنی ممکن است تا سه اینچ (۷.۶ سانتیمتر) قد بکشند.

ستون فقرات انسان انعطاف‌پذیر است و از این رو، بعید است که ماموریت‌های فضایی کوتاه سبب بروز آسیب‌های دائمی شوند. با این حال، اقامت بلند‌مدت در محیط ریزگرانش، ممکن است ماهیچه‌هایی را که مهره‌ها را نگه می‌دارند، ضعیف کند. افزون بر این، بر اساس یک بررسی که ۲۰۲۳ در مجله «فرانتریز این فیزیولوژی» منتشر شد، شرایط بی‌وزنی ممکن است به فرسایش و تخریب دیسک‌های بین‌مهره‌ای فضانوردان، یا در واقع بالشتک‌های ضربه‌گیر بین مهره‌ها، منجر، شود.

به نظر می‌رسد که فرسایش دیسک بین‌مهره‌ای در فضا، در نتیجه از دست دادن آب باشد. در شرایط طبیعی گرانش، ستون فقرات در حالتی فشرده قرار دارد که سبب می‌شود دیسک‌ها در طول روز، آب دفع کنند. در طول مدت خواب در موقعیتی افقی، بار گرانشی از بین می‌رود و دیسک‌ها ممکن است دوباره آب بگیرند یا «ری‌هیدراته» شوند. این تغییر و تبدیل، به دیسک امکان می‌دهد که سطوح بهینه هیدراتاسیون را حفظ کند و در نتیجه، ساختار و عملکرد خود را نگاه دارد. نویسندگان این مقاله نوشتند که در شرایط ریزگرانش، این نوسان روزانه از بین می‌رود.

پرتوهای کیهانی، شرایط ریزگرانش و تنش‌‌های فیزیکی و روانی در سفرهای فضایی، ممکن است سیستم ایمنی فضانوردان را تضعیف کند و در نتیجه، آن‌ها را برای ابتلا به عفونت‌ها و بیماری‌های وابسته به تمام ساختار بدن، مستعد کند.

بر اساس یک بررسی که ۲۰۲۱ در مجله «ان‌پی‌جی میکروگراویتی» منتشر شد، قرار گرفتن درازمدت در معرض ریزگرانش، می‌تواند تعداد و عملکرد ماکروفاژها را کاهش دهد. «ماکروفاژ» به نوعی از گلبول‌های سفید خون گفته می‌شود که میکروب‌های مخرب را از بین می‌برد و عملکرد سایر سلول‌های سیستم ایمنی را تنظیم می‌کند. نویسندگان این مقاله همچنین توضیح دادند که بی‌وزنی، تاثیر عمیقی بر متابولیسم ماکروفاژها، رشد و تولیدمثل، و نیز شیوه‌های ارتباط بین ماکروفاژها و بقیه سیستم ایمنی بدن دارد.

افزون بر این، شواهد روزافزون نشان می‌دهند که اقامت بلندمدت در شرایط بی‌وزنی، ممکن است سبب شود که گونه‌های مختلف میکروب‌ها در بدن، باعث ایجاد بیماری‌های شدیدتری شوند، یا در برابر درمان مقاومت کنند. اگرچه، بر اساس مطالعه‌ای در ۲۰۲۱ که در مجله «لایف» منتشر شد، این بررسی‌ها در آزمایشگاه و در ظروف آزمایشگاهی انجام شده‌اند.

افزایش خطر لختگی خون
قلب انسان، درست مانند هر ماهیچه دیگری، برای قوی و کارآمد ماندن، به کشش مداوم گرانش زمین متکی است. گرانش، خون موجود در بدن را به سمت زمین، یعنی به پایین، می‌کشد و قلب را مجبور می‌کند که به اندازه کافی منقبض شود تا خون را به سمت بالا در بدن به حرکت درآورد. این نیرو در شرایط ریزگرانش وجود ندارد و ممکن است در طول زمان، به کوچک‌تر شدن قلب فضانوردان منجر شود.

اما کوچک شدن قلب، تنها تاثیر احتمالی ماموریت‌های فضایی بلندمدت بر دستگاه قلبی عروقی انسان نیست. شواهدی که نشان می‌دهند که ریزگرانش ممکن است خطر لخته شدن خون را نیز افزایش دهد، مدام بیشتر می‌شوند.

مطالعات نشان می‌دهند که دلیل این خطر، می‌تواند این باشد که ریزگرانش، با کاهش جریان خون در کل بدن و افزایش حضور فاکتورهای لخته شدن خون مرتبط است. افزون بر این، بر اساس یک بررسی که ۲۰۲۱ در مجله «اکسپریمنتال فیزیولوژی» منتشر شد، محیط بی‌وزن ممکن است سبب اختلال در عملکرد بافت‌های جداره رگ‌های خونی شود که به لحاظ نظری، به خطر لخته شدن خون در طول پرواز فضایی می‌انجامد.

بر اساس پژوهش ناسا بر روی دوقلوی فضانورد، ماموریت‌های فضایی بلندمدت ممکن است سطح کلی التهاب را در بدن افزایش دهند و چنین التهابی، با مشکلاتی مانند بیماری قلبی و مقاومت به انسولین مرتبط است. اسکات و مارک کلی، برادران دوقلوی همسان و فضانوردند. زمانی که اسکات به یک ماموریت فضایی یک ساله فرستاده شد، مارک بر روی زمین ماند و دانشمندان از این فرصت منحصربه‌فرد استفاده کردند تا نحوه واکنش بدن آن‌ها را به محیط‌های بسیار متفاوت، یا یکدیگرمقایسه کنند.

پژوهشگران در کنار بسیاری از آزمایش‌ها، سطوح سیتوکین‌های این دو برادر را مقایسه کردند. سیتوکین‌ها به پروتئین‌هایی در خون‌ گفته می‌شود که نقش مهمی در واکنش‌‌های التهابی به محرک‌های پاتولوژی ایفا می‌کنند.

دانشمندان دریافتند که بدن اسکات در شرایط ریزگرانش، بیشتر از بدن مارک روی زمین، مستعد التهاب است. افزون بر این، تقریبا شش ماه پس از بازگشت اسکات از فضا به خانه، یک نوع سیتوکین در خون او همچنان بالا ماند. تیم پژوهشی که این تحقیق را انجام می‌داد، نشانه‌هایی نیز از آترواسکلروز (تصلب شرائین به دلیل تجمع پلاک) در اسکات دید که در مارک ظاهر نشد، و یادآور شد که این سخت ‌شدن دیواره شریان‌ها، ممکن است با التهاب مشاهده‌شده مرتبط باشد.

آسیب به دی‌ان‌ای
بر اساس یک بررسی که ۲۰۱۷ در مجله «ان‌پی‌جی میکروگراویتی» منتشر شد، خطر فزاینده آسیب به دی‌ان‌ای نیز فضانوردان را تهدید می‌کند. این خطر عمدتا به دلیل قرار گرفتن آن‌ها در معرض پروتوهای کیهانی و ریزگرانش ایجاد می‌شود. ذرات باردار پرتوهای کیهانی ممکن است مستقیم یا غیرمستقیم، از طریق تولید رادیکال‌های آزاد (نوعی مولکول ناپایدار)، به رشته‌های دی‌ان‌ای آسیب برسانند. بر اساس این مقاله، ریزگرانش می‌تواند فرایندهای طبیعی ترمیم دی‌ان‌ای را مختل کند و خطر جهش‌های ژنتیکی را بیشتر افزایش دهد.

شرایط منحصر‌به‌فرد در پرواز فضایی، از جمله تماس مداوم با مواد شیمیایی سمی (مثلا ذرات گردوغباری که سطح اجرام آسمانی یا اجزای خاصی از فضاپیما را می‌پوشانند) و کمبود هوای تازه نیز ممکن است این اثر ویرانگر را تشدید کند. به گفته دانشمندان، ماموریت‌های فضایی بلندمدت ممکن است به تجمع جهش‌های ژنتیکی، افزایش خطر ابتلا به سرطان، فیبروز کیستیک، کم‌خونی سلول داسی‌شکل و سایر اثرات نامطلوب بر سلامت منجر شود.

دستگاه گوارش انسان خانه تریلیون‌ها میکروب است که ممکن است بر عملکرد گوارشی، واکنش‌‌های ایمنی، متابولیسم و سیگنال‌های عصبی و سایر عملکردهای بدن تاثیر بگذارند. بر اساس یک مطالعه که ۲۰۲۱ در مجله «لایف» منتشر شد، میکروبیوم روده مدام در واکنش به عوامل بیرونی، مانند رژیم غذایی و سطح اضطراب و بی‌قراری روانی فرد، تغییر می‌کند، و پرواز فضایی نیز ممکن است بر سلامت روده تاثیر بگذارد.

بر اساس این مطالعه، فضانوردان در مقایسه با افراد روی زمین، تعداد کمتری میکروب‌ روده دارند و اغلب، میزبان تعداد بیشتری از گونه‌های باکتریایی‌اند (مانند فکالی باکتریوم و پاراسوترلا) که موجب التهاب روده می‌شوند. هنگامی که اسکات در پژوهش دوقلوهای ناسا شرکت کرد، تغییرات عمیقی در میکروبیوم روده او در طول پرواز فضایی مشاهده شد، اما روده او در زمین به حالت عادی بازگشت.

افزون بر این، یک مطالعه بر روی موش‌ها در ۲۰۲۳ که در ژورنال «سل ریپورتز» منتشر شد، نشان داد که تغییرات ناشی از پرواز فضایی در میکروبیوم روده، ممکن است در ریزگرانش، سرعت تحلیل رفتن استخوان را افزایش دهد. با این حال، به منظور درک چگونگی آن و اینکه آیا این سازوکار در انسان نیز به همین شکل است یا نه، تحقیقات بیشتری لازم است.

تغییر در ساختار و فعالیت مغز
ماموریت‌های بلندمدت ممکن است به‌اصطلاح «سیم‌کشی» مغز فضانوردان را تغییر دهد و عامل این اثر نیز به احتمال زیاد، شرایط ریزگرانش است.

بی‌وزنی سبب می‌شود که مایع مغزی-نخاعی جابه‌جا شود. مایع مغزی‌-نخاعی، مایع شفافی است که سیستم عصبی را احاطه کرده است و از این بخش محافظت، و مواد مغذی را برای آن تامین می‌کند. محیط بی‌وزنی به‌نوبه‌خود ممکن است شکل و وزن ماده سفید و خاکستری مغز را تغییر دهد. تغییرات در ساختار و فعالیت مغز فضانوردان ممکن است چندین ماه پس از بازگشت آنان به زمین، همچنان وجود داشته باشد. در عین حال، دانشمندان دقیقا مطمئن نیستند که این تغییرات به چه میزان برای سلامت انسان مضر است.

افزون بر این، بر اساس مطالعه‌ای در ۲۰۲۳ که در مجله «کامینیوکیشنزبایولوژی» منتشر شد، ماموریت‌های فضایی دوربرد ممکن است نحوه ارتباط بخش‌های مختلف مغز را با یکدیگر تغییر دهند.

پژوهشگران اسکن‌های مغزی ۱۳ فضانورد را پیش از پرواز فضایی، اندکی پس از بازگشت به زمین، و سپس دوباره هشت ماه پس از آن جمع‌آوری کردند و دریافتند که این تغییرات ارتباطی، ممکن است تا مدت‌ها پس از بازگشت به زمین در فضانوردان باقی بماند. برخی از تغییرات ارتباطی را می توان در نواحی حرکتی مغز مشاهده کرد که کنترل حرکت انسان را بر عهده دارند و احتمالا به منظور سازگار کردن مغز با شرایط بی‌وزنی در سفرهای فضایی، تغییر می‌کنند.