Die größten Gesundheitsrisiken für den Menschen im Raum

Mit dem The Martian rasant an die Spitze der Kassen weltweit diese Woche ist die Herausforderung auf dem Mars überleben in aller Munde. Aber während die Wissenschaft in The Martian ziemlich solide ist, gibt es ein Hindernis Mark Watney selten zu bewältigen hatte: seinen eigenen Körper.

Während seiner zwei Jahre allein auf dem roten Planeten wurde Mark Watney nie krank. Er hatte nie, seine eigenen Knochen-Schiene oder übergeben Sie einen Nierenstein, nie einen Anfall von Schlaflosigkeit oder Depressionen gelitten, nie Krebs. Aber echte Astronauten zum Mars reisen könnten all diese Unfreundlichkeiten und vieles mehr vor. Thats, warum NASA hat die Aufgabe, einer kleinen Armee von Biomediziner mit dem Studium wie den menschlichen Körper und Geist durch lange Aufenthalte im Weltraum beeinflusst sind. Gizmodo sprach mit den Experten zu lernen über die größten gesundheitlichen Risiken mit Blick auf unsere Astronauten, und was wir tun können, um sie zu mildern.

Knochen- und Muskelschwund

Wenn Ihre Knochen und Muskeln nicht, die harte Arbeit tun der Schwerkraft zu kämpfen, verschlechtern sie schnell. Verlust der Knochendichte, Muskelatrophie und kardiovaskuläre Dekonditionierung sind Themen, die wir seit den Anfängen der Raumfahrt über gekannt habe. "Die Atrophie der Muskeln im Raum beeinflussen nicht nur die Leistung der Astronauten während der Missionen, aber kann es zu schweren Muskel-Verletzungen nach Rückkehr auf die Erde führen" NASA schreibt. "Astronauten auf dem Mars landen möglicherweise anfällig für Muskelverletzung sobald sie auf den Planeten betreten."

Zum Glück gibt es eine ziemlich einfache Lösung hier: viel, viel Übung. Laut Mark Shelhamer, Chief Scientist bei menschlichen Forschungsprogramm der NASA trainieren Astronauten auf der internationalen Raumstation für etwa zwei Stunden pro Tag. "Das ist, was es braucht, um Knochen, Muskeln und Herz-Kreislauf-Funktion zu erhalten," sagte er Gizmodo. Trainingsmöglichkeiten sind begrenzt. Es gibt ein Laufband, welche Astronauten sich Schnallen auf mit Bungee-Seile und eine "erweiterte resistiven Übungsgerät" – im Grunde ein besonderes Gewicht Maschine. (Die Fähigkeit einfache Ausübung Regimen, Bodenbautechnik Verschlechterung entgegenzuwirken wurde durch Bettruhe Studium hier auf der Erde bestätigt.)

Fach in einer NASA-Bettruhe studieren darstellende resistive Bewegung in Analogie Mikrogravitation. Studien wie diese haben gezeigt, dass eine Verschreibung von Bewegung allein kann verhindern, Herz-Kreislauf dass- und Muskel Dekonditionierung. Bild-Gutschrift: NASA

Zwei Stunden, die täglich bei der weltweit kleinste Fitness-Studio klingt wie völlige Langeweile an Sie, sondern für Astronauten, klingen mag, ist es von entscheidender Bedeutung Teil der Routine. "Das sind sehr Fit, gesunde Menschen, die verwendet werden, um ins Fitnessstudio und läuft die ganze Zeit", sagte Shelhamer. Er betont, dass neben halten diese Waschbrettbauch "viele Astronauten betrachten psychologische Gegenmaßnahme ausüben."

Und im Raum, Menschen brauchen alle Hilfe, die sie können, wenn es darum geht, ihre geistige Gesundheit zu halten. Geisteskrankheit ist ein weiteres großes Risiko mit Blick auf unsere Astronauten, und es ist eine, die wir gerade erst begonnen haben zu verstehen.

Den Verstand verlieren

Rasant durch den interplanetaren Raum in ein Metall kann klingt spannend, aber in Wirklichkeit sind die meisten Ihrer wachen Stunden verbrachte akribisch Reagenzgläser etikettieren oder das Abrufen von System-Logs. Das ist wirklich langweilige Sachen. Langweilig, sich wiederholende Aufgaben führt zu Apathie, Ablenkung und Flüchtigkeitsfehler. Ach, und Apropos Wiederholung, Sie besser nichts dagegen interagieren mit den gleichen drei stinkenden Menschen jede wache Stunde.

Die HI-SEAS experimentieren zielt darauf ab, die Auswirkungen der langfristigen Isolation auf individuellen Psychologie und Gruppendynamik zu verstehen. Bild-Gutschrift: Getty

"Astronauten sind hoch motivierte, ausgebildete, besondere Menschen, keine Frage", sagte Shelhamer. "Aber es ist nur die menschliche Natur, die sie durch eine Phase gehen der nicht motiviert, der Probleme mit ihrer Crew-Kameraden. Dies ist die Art von, was Sie wollen, zu erkennen, aber Sie wollen auch die Mission in einer Weise gestalten, die es ermöglicht."

Aber es ein Haken gibt: Astronauten, wie die meisten Menschen, die jeden Tag ihr Leben aufs Spiel zu setzen neigen nicht zu sehr beschweren. Festlegung, wie Zeichen der psychischen Belastung in einer Gruppe von hoch leistungsfähigen Streber zu erkennen, ist keine leichte Aufgabe.

Thats, warum NASA verbrachte die letzten Jahre Abdichten von Menschen in einer Kuppel auf dem kargen, nördlichen Hang des Vulkans Mauna Loa auf Hawaii. Psychologisch, zumindest ist die Hawaii Space Exploration Analog und Simulation (HI-SEAS) unsere Trockenübung für Leben auf dem Mars.

In der Kuppel. Bild-Gutschrift: Getty

"Im Wesentlichen, was wir tun ist, um herauszufinden,: selbst wenn die Astronauten wollen, sich gegenseitig umzubringen, wie Sie halten sie ihre Arbeit tun?" HI-SEAS Regisseur Kim Binsted erzählte Gizmodo.

Ende August versiegelt sich sechs Astronauten in einem 36 x 20 Fuß Kuppel für ein Jahr in der längsten Iteration einer dreiteiligen Reihe von lebenden Experimente zur Verfolgung von menschlichen Psychologie und Leistung in Gefangenschaft. (Zwei frühere Experimente, die HI-SEAS lief für 4 und 8 Monaten, bzw..) Für den Rest des Jahres werden diese Astronauten eingeschweißte Mahlzeiten essen und tun EVAs in Raumanzügen geologische Proben zu sammeln. Hoffentlich behalten sie ihre geistige Gesundheit.

Dabei wird "Mission Control" Einzelpersonen psychologischen Zuständen und Gruppendynamik, verfolgen mit einer Batterie von Fragebögen, kognitive Tests und Computerspiele.

"Die Crews [bisher] wirklich gut gemacht haben," sagte Binsted. "Gab es Konflikte, aber ich denke, eine große Bild-Lektion ist, dass Konflikte unvermeidlich sind. Was wir tun müssen, ist sicherzustellen, dass die Mannschaft als Ganzes belastbar, ist so dass sie können sich erholen und Aufrechterhaltung der Leistung."

Wir melden uns auf diese später im Jahr zurück in. Die aufreizend optimistisch Mark Watney lief nie draußen nackt und schreiend in eine momentane Ablauf der Vernunft. Aber es ist nicht abzusehen, was geschehen auf den eigentlichen Menschen, wenn sie die neun-Monats-Marke geknackt werden und erkennen, dass sie neunzig Tage jeweils anderen BO Atmung leiden mußt.

.... Und Ihre Augen

Vor etwa fünf Jahren begann Männer und Frauen aus Raum klagte über geringfügige Änderungen an ihre Sehschärfe. Follow-up Studien gezeigt, dass Astronauten Augäpfel sind in der Regel nach einem halben Jahr an Bord der ISS ein bisschen abgeflacht werden – genug, um die Vision Verschlechterung berücksichtigen sie berichten. Was zum Teufel hier?

Seitliche Sicht auf das menschliche Auge, Hauptmuskeln und den Sehnerv. Image Credit: Patrick J. Lynch

Wissenschaftler sind immer noch versuchen, dass herauszufinden, aber NASA hat eine ziemlich gute Arbeitshypothese. Es ist der gleiche Grund, die Astronauten nach ein paar Wochen in der Schwerelosigkeit geschwollene ins Gesicht bekommen. "Wenn Sie in den Raum gehen, Schwerkraft nicht mehr Flüssigkeit in den unteren Teil Ihres Körpers zieht, und also sie sich gleichmäßiger verteilen," erklärt Shelhamer. "Wir reden, Blut, Lymphe, Liquor cerebrospinalis."

So viel ist seit längerem bekannt. Was wir bis vor kurzem wusste ist, dass Flüssigkeit Umverteilung eine Erhöhung des intrakraniellen Drucks bedeutet, des Drucks innerhalb des Schädels durch die Flüssigkeit, die rund um Ihr Gehirn. Und eine der Filialen für diese intrakranieller Flüssigkeit geschieht direkt gegen den Sehnerv drücken.

"Es ist wie das sprühen Wasser auf der Rückseite des Ballons", sagte Shelhamer. "Der Druck auf den Sehnerv funktioniert, drückt auf der Rückseite des Augapfels und ein wenig verformt. Und wenn Sie den Augapfel abflachen, ändern Sie die Brennweite im Auge und Ihre Sehschärfe."

Unter Verwendung eines Ultraschalls, testet der NASA Human Research Program, nicht-invasive Techniken, zu bewerten und Maßnahme Hirndruck, die Astronauten zu erleben. Bild-Gutschrift: NASA

Es ist nicht klar, es gibt viel, was wir dagegen tun können, ohne irgendeine Art der künstlichen Schwerkraft-Technologie zu entwickeln. Noch beunruhigender ist die Tatsache, dass wir noch nicht wissen, ob Menschen mehr kurzsichtig je länger erhalten, wir halten sie in der Schwerelosigkeit – wir haben nie gelernt, Vision Verschlechterung im Raum für mehr als sechs Monate. "Es nicht wirklich ein Mars-Problem so sehr, weil Sie einige schwere, sobald Sie auf dem Mars sind hast", sagte Shelhamer. (Martian Schwerkraft ist etwa 0,38 g.) "Es ist, was passiert, während sechs bis acht Monate dauert es, bis zum Mars und zurück, dass wir über besorgt."

Dies ist einer der Gründe, warum amerikanische Astronaut Scott Kelly und russische Kosmonaut Mikhail Kornienko sind derzeit mitten in einer ein-Jahres-Mission. Dank ihres Opfers sind wir alle gehen zu lernen, wie gequetscht menschliche Augäpfel bekommen während eines vollen Jahres der Schwerelosigkeit. Jemand bitte kaufen Sie diese Männer ein Bier wenn sie nach Hause kommen.

Fang einen Raum-Bug

Versuchen, wie wir vielleicht um jeden Bestandteil unser Raumschiff zu sterilisieren, sobald wir eine bakteriell geritten Menschenfleisch stick Eis am Stiel im Inneren verunreinigen wir alles. Jetzt sind die meisten Bakterien, die auf uns und in uns Leben gutartige, sogar hilfreich. Aber es noch die Möglichkeit gibt, dass im Raum, einer von unseren Fehlern gegen uns wenden könnten.

Die kleine Magellansche Wolke (links) trägt auffallende Ähnlichkeit zu einer Kohorte von Darmbakterien (rechts). Bild-Gutschrift: NASA

Im Laufe der Jahre eine Reihe von wissenschaftlichen Studien haben gezeigt, dass bestimmte Bakterien, einschließlich der bekannten humanpathogene Erreger Pseudomonas Aeruginosa und Staphylococcus Aureus, scheinen mehr abgehärteter und virulenter geworden nach einem kurzen Aufenthalt in Null-gee. Zur gleichen Zeit kann Schwerelosigkeit unterdrücken gewisse Immunfunktionen, verlassen die Astronauten anfälliger für Krankheiten.

Astronauten haben viele Medikamente einerseits natürlich. Aber die Einnahme von Antibiotika im Raum ist riskant, weil diese Medikamente nützlichen Bakterien weiter abnehmenden Kapazität das Immunsystem auslöschen können, Infektionen zu bekämpfen.

Der Begriff eine böse Infektion schlagen eine Immunantwort unterdrückt Crew auf einer Mission von langer Dauer ist beängstigend genug, dass die NASA Human Research Program zu studieren, Bugs und Krankheit im Raum nun ein anständiges Stück seiner Ressourcen widmet. Im Rahmen der ein-Jahres-Mission, Wissenschaftler untersuchen Verschiebungen in Kellys native Microbiome — die Viecher Leben auf seiner Haut und in seinem Magen-Darm-Trakt. Eine weitere Studie, die Immunome Veränderungen im Raum Untersuchung, ist die Tatsache zunutze, dass Kelly einen genetisch identischen Zwillingsbruder hat, wie verlängerte Raum reisen beeinflusst die Immunantwort auf Impfstoffe zu studieren. Im Rahmen dieser Forschung erhielt die Kelly Brüder ihre jährliche Grippeschutzimpfung zugleich letzten Monat. Die Brüder erhalten regelmäßige Blutuntersuchungen in den kommenden Monaten, und Forscher werden vergleichen, wie ihr Immunsystem reagieren.

Strahlung

Und nun kommen wir zu meinem ein großes Problem mit der Wissenschaft der The Martian. Okay, wir bekommen es: Mark Watney verfügt über eine außergewöhnlich sonniges Gemüt und Eingeweide aus Stahl. (Ernst, kann Wer Protein Plätze für zwei Jahre gerade zu essen und noch, Sie wissen, die Kartoffeln zu befruchten?) Aber nichts sparen Watney aus die unbequeme Wahrheit, dass Mars keine Ozonschicht hat. Das heißt, die Oberfläche wird von ultravioletter Strahlung überflutet – die gleichen Sachen, die wir verwenden, um Krankenhaus Reinräume zu sterilisieren. Und UV liebt es, rip, zerbrechen und DNA zu mutieren. Soweit wir das beurteilen können, sind alle Lebensformen anfällig für seine brennen.

Die Neugier Rover Strahlung Bewertung Gerät (RAD) ist das erste Gerät zur spektrale Daten auf biologisch schädlichen Formen der Strahlung auf die Oberfläche des Mars zu sammeln. Bild-Gutschrift: NASA

Mark Watney Krebs auf dem Mars wohl geben würde nicht zu viel aus Sicht der narrativen sinnvoll gewesen. Aber Strahlung ist etwas, was wir an Bord der ISS kümmern und es ist sicherlich etwas müssen wir prüfen, ob und wann wir Menschen zum Mars schicken.

Es gibt ein paar Arten von schädlicher Strahlung im Weltraum zu komprimieren. Es ist UV, die mehrere hundert Mal stärker im Orbit als es unter der Erdatmosphäre ist. Kellys Jahr im Raum ist er etwa die gleiche Menge an zusätzlichen Strahlung (0,16 Sieverts) genießen, die ein normale Zigarette Raucher im Laufe eines Jahres macht. (Zum Vergleich: 1 Sievert Strahlung ist ein 5,5 Prozent Erhöhung der Gefahr von tödlichen Krebs zugeordnet, und die tägliche Strahlendosis Hintergrund auf der Erde ist in der Größenordnung von 10 Mikro-Sievert oder 0,00001 Sieverts.)

Das ist nicht toll, aber es ist auch nicht , dass schlechte. Die Strahlung Gefahr wird noch viel schlimmer, beim Verlassen des Schutzes der Erdmagnetosphäre.

Während der Reise von der Erde zum Mars, Astronauten, andere Geschmacksrichtungen der Strahlung ausgesetzt werden: nämlich, hochenergetische Teilchen von der Sonne, die Milchstraße und darüber hinaus. Es ist diese solar energiereiche Teilchen und galaktische kosmische Strahlung, denen wir am meisten besorgt sind, weil sie biologisches Gewebe sehr schnell zu verwüsten. Wie ein Instrument an Bord der Curiosity Rover vor kurzem ergeben, auch die kürzeste Rundreise von der Erde zum Mars unsere Astronauten mit 0,66 Sievert Strahlung Dosis könnte – das Äquivalent von einem Ganzkörper-CT-Scan alle fünf oder sechs Tage.

Berechnete Strahlung Dosis Entsprechungen in Millisievert. Image Credit: NASA/JPL

Bestimmte Materialien wie Aluminium und Polyethylen Kunststoff, Strahlung verlangsamen oder blockieren können, aber Shelhamer warnt davor, dass uns Abschirmung nach hinten losgehen könnte. Eine hochenergetische kosmische Strahlung verlangsamen könnte es sich leisten mehr Gelegenheit, mit anderen Teilchen zusammenstoßen und gefährliche sekundäre Partikel erzeugen. "Ein Teilchen galaktischen Strahlung besser schnell sein könnte wenn es langsam ist, hat es die Möglichkeit, mehr Schaden anrichten...," sagte er. "Es ist eine sehr schwierige Situation, und wir haben keinen guten Griff auf das Ausmaß des Risikos und was wir dagegen tun können."

Wenn eine Sache klar ist, ist es unsere Fähigkeit, sicher Menschen auf dem Mars – nicht weniger halten sie am Leben auf der Oberfläche Strahlung durchsetzt – hängt sehr stark von ob wir dieses Problem lösen können.

Die größte Gefahr für den Menschen im Raum

Image Credit: NASA, der ACS-Science-Team und der ESA

An dieser Stelle können Sie sich fragen ob ein Urlaub in Europa Wert alle der Krebsbehandlungen und psychiatrische Beratung Sie nach Rückkehr auf die Erde ertragen müssen. Aber wir haben nicht sogar das größte Gesundheitsrisiko von allen bekommen. Das ist natürlich diejenige, die wir nicht kommen sehen.

Wir sind gerade erst zu verstehen, wie die menschliche Biologie reagiert auf Raumfahrt, und da wir senden Astronauten weiter entfernt auf längere Missionen, werden wir sicher Probleme, wir haben nicht erwartet.

"Wie das Hauptamt, deren Aufgabe es ist, diese ganze Sache, die Sache zu überwachen, die mich am meisten beunruhigt eine Gefahr, der wir noch nicht gedacht haben ist", sagte Shelhamer. "Was ist das größte Risiko? Es ist die Strahlung, die eine Mutation in einem Erreger verursacht, wenn Ihr Immunsystem beeinträchtigt, und die Medikamente an Bord nicht funktioniert, weil Ihr Stoffwechsel verlagert hat. "Es ist das Zusammenspiel der Faktoren, die niemand betrachtet."

Am Ende ist was die NASA zu tun, um seine menschliche unerschrockenen Forscher gegen den kosmischen unbekannten schützen? Vielleicht ist das wichtigste, was, das man tun kann, fördern Ausfallsicherheit. Wir können nicht alles, was unsere Astronauten vorbereiten, aber wir können – und sollten – trainieren sie, um die findige Menschen lebendig zu sein.

Das ist mehr als alles andere, wahrscheinlich, warum der Raumfahrt eine massive Zerstampfung auf Mark Watney jetzt hat.

Referenzen

Auswirkungen der verlängerten Raumfahrt auf menschlichen skelettartigen Muskel. NASA, 2015.

Bagley JR Et Al. Schwerelosigkeit-induzierte Faser Art Verschiebung im menschlichen skelettartigen Muskel. Schwerkraft und Weltraumbiologie. 2012; 26 1: 34-40.

Gifford, S. berechnet Risiko: Wie Strahlung Regeln bemannten Mars Exploration. Astrobiology Magazine, 2014.

Mader TH Et Al. optischen Disc-Ödem, Globus Abflachung choroidale Falten und hyperop Verschiebungen im Astronauten nach langer Dauer Raumfahrt beobachtet. Augenheilkunde. 2011; 118 (10): 2058-69.

Folgen Sie des Autors @themadstone

Obere Bild über NASA