ความท้าทายต่อไปสำหรับการเดินทางสู่ดาวอังคาร: ร่างกายมนุษย์

จากองค์การนาซ่า โปรแกรมดวงจันทร์สู่ดาวอังคาร สู่แผนการอันทะเยอทะยานของ Elon Musk ที่จะส่งมอบ หนึ่งล้านคนไปดาวอังคาร ภายในปี 2593 การแข่งขันจะเริ่มขึ้นเพื่อก้าวเท้ามนุษย์ไปบนดาวเคราะห์สีแดง กับ จรวดและหุ่นยนต์ที่มีความซับซ้อนมากขึ้นความท้าทายทางเทคโนโลยีที่ขัดขวางเป้าหมายนี้กำลังถูกกัดเซาะอย่างรวดเร็ว

แต่อาจมีอีกประเด็นหนึ่งที่ขัดขวางแผนการที่จะพาผู้คนออกนอกโลกและส่งพวกเขาออกไปสำรวจส่วนที่เหลือของระบบสุริยะ สิ่งแปลกประหลาดเกิดขึ้นกับร่างกายมนุษย์ในอวกาศ และเราจะต้องค้นหาวิธีแก้ไขปัญหาทางการแพทย์เหล่านี้ หากเราต้องการส่งนักบินอวกาศไปปฏิบัติภารกิจระยะยาวเหมือนหลายปีที่ภารกิจดาวอังคารอาจทำได้ จำเป็นต้อง.

Digital Trends ได้พูดคุยกับดร. Rohin Francis แพทย์โรคหัวใจแห่งมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน ซึ่งได้ทำการศึกษาด้านเวชศาสตร์อวกาศ เกี่ยวกับวิธีที่ร่างกายมนุษย์ตอบสนองต่อการอยู่อาศัยของสภาพแวดล้อมในอวกาศในระยะยาว และสิ่งที่อาจมีความหมายสำหรับภารกิจที่มีมนุษย์ดูแล ดาวอังคาร

สิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับร่างกายมนุษย์ในอวกาศ

เมื่อพูดถึงภารกิจอวกาศ มีปัจจัยหลักสองประการที่มีอิทธิพลต่อร่างกายมนุษย์: สภาวะไร้น้ำหนักและการแผ่รังสีไอออไนซ์

ตามที่กล่าวมา เรามีงานวิจัยมากมายเกี่ยวกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ต่อร่างกายจากการศึกษาหลายปีเกี่ยวกับ สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) และเรารู้ว่าการอยู่ในภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปีจะนำไปสู่การรักษาพยาบาลที่หลากหลาย ผลข้างเคียง.

การค้นพบนี้สนับสนุนโดยสิ่งที่เรียกว่าการศึกษาแบบอะนาล็อก ซึ่งมีการจำลองสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำบนโลก “การวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับสภาวะไร้น้ำหนักขนาดเล็กใช้การเปรียบเทียบแบบคล้ายคลึงกับสภาวะไร้น้ำหนัก” ฟรานซิสอธิบาย “คนเหล่านี้คือคนที่ได้รับค่าจ้างให้นอนบนเตียงเป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนในแต่ละครั้ง นี่เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการจำลองสภาวะไร้น้ำหนักบนโลก”

โปรแกรมเช่น โครงการเตียงนอนขององค์การอวกาศยุโรป ช่วยให้นักวิจัยศึกษาผลกระทบของสภาวะไร้น้ำหนักโดยให้อาสาสมัครอยู่บนเตียงโดยเอียงไปทางส่วนหัวเตียง ซึ่งสร้างผลกระทบคล้ายคลึงกันต่อสภาวะไร้น้ำหนักของเลือดและของเหลวที่ไหลไปที่ศีรษะและการสูญเสียกล้ามเนื้อ ห่างออกไป.

จะเกิดอะไรขึ้นกับวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ?

ผลกระทบที่เป็นปัญหามากที่สุดประการหนึ่งจากการสัมผัสกับสภาวะไร้น้ำหนักในระยะยาวคือการที่กล้ามเนื้อลีบ เนื่องจากกล้ามเนื้อไม่จำเป็นต้องออกแรงใดๆ เพื่อต้านแรงโน้มถ่วงและตั้งตัวตรง เมื่อเวลาผ่านไป กล้ามเนื้อทั่วร่างกายจะเหี่ยวเฉา ทำให้เกิดปัญหาใหญ่เมื่อนักบินอวกาศกลับสู่สภาพแวดล้อมแรงโน้มถ่วงของโลก นี่คือเหตุผลที่นักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติออกกำลังกายเป็นเวลาสองชั่วโมงทุกวัน เพื่อให้กล้ามเนื้อทำงานได้มากที่สุด

ปัญหาอื่น ๆ ที่เกิดจากสภาวะไร้น้ำหนัก ได้แก่ การสูญเสียความหนาแน่นของกระดูก การประมาณผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากภารกิจดาวอังคารบอกว่านักบินอวกาศอาจสูญเสียมวลโครงกระดูกได้ถึงครึ่งหนึ่ง ฟรานซิส กล่าวแม้ว่าเขาจะชี้ให้เห็นว่าการประมาณการเหล่านี้เป็นเพียงการเก็งกำไรเท่านั้น เช่นเดียวกับการสูญเสียความสามารถของระบบหัวใจและหลอดเลือด ปัญหาไซนัส และสายตาลดลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของ ลูกตา

นี่เป็นเพียงอาการบางส่วนที่พบโดย NASA ในการศึกษาแฝดครั้งสำคัญซึ่งนักบินอวกาศสก็อตต์ เคลลีใช้เวลาหนึ่งปีในอวกาศก่อนที่จะมีสรีรวิทยาของเขา เมื่อเทียบกับน้องชายฝาแฝดของเขา มาร์ก เคลลี

“คุณได้รับการกระจายตัวของของเหลว จนทำให้ส่วนบนของร่างกายบวมและศีรษะบวม ก่อนหน้านี้เคยคิดว่าแรงกดดันในศีรษะเพิ่มขึ้น และไปกดที่ด้านหลังของลูกตา นักบินอวกาศได้รับการสังเกตว่าปริมาณเลือดลดลงและการฝ่อของเส้นประสาทตา ซึ่งอาจเนื่องมาจากความดันในกะโหลกศีรษะเพิ่มขึ้น” ฟรานซิสกล่าว อย่างไรก็ตาม ข้อมูลล่าสุดชี้ให้เห็นว่าแรงกดดันในศีรษะไม่ใช่สาเหตุของการมองเห็นลดลง อาจเป็นได้ว่ากลไกอื่นๆ ที่ยังไม่ทราบแน่ชัดทำให้เกิดปัญหาเหล่านี้

เมื่อพูดถึงการใช้เวลาอยู่ในอวกาศนานขึ้น ในแง่ของทศวรรษหรือตลอดชีวิต มีปัญหาทางการแพทย์ที่ใหญ่กว่านั้น นั่นก็คือ การสืบพันธุ์ “เราไม่แน่ใจว่ากระบวนการปฏิสนธิจะประสบความสำเร็จเพียงใดในสภาวะไร้น้ำหนัก” ฟรานซิสกล่าว ในการศึกษาพบว่าสเปิร์มของมนุษย์ว่ายน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะไร้น้ำหนักน้อยกว่าบนโลก ดังนั้น "แม้แต่สเปิร์มที่ไปถึงไข่ก็อาจจะ ได้รับผลกระทบอย่างมาก” การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับการสืบพันธุ์ของหนูในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์พบว่าพวกมันสามารถตั้งครรภ์ได้สำเร็จ แต่ในไม่ช้าพวกมันก็จะตั้งครรภ์ แท้ง

อาจเป็นไปไม่ได้ด้วยซ้ำที่มนุษย์จะอยู่ห่างจากโลก ซึ่งทำให้โอกาสในการสร้างอาณานิคมนอกโลกในระยะยาวลดลง

แล้วแรงโน้มถ่วงบนดาวอังคารล่ะ?

ปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขก็คือการวิจัยจากสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์อย่างไร สถานีอวกาศนานาชาติจะนำไปใช้กับสภาพแวดล้อมแรงโน้มถ่วงต่ำของดาวอังคาร ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงประมาณ 38% ของแรงโน้มถ่วง โลก. อาจเป็นได้ว่ามีแรงโน้มถ่วงต่ำกว่าเกณฑ์ซึ่งทำให้ร่างกายเริ่มประสบปัญหาทางการแพทย์ หรืออาจเป็นความสัมพันธ์เชิงเส้น ดังนั้น ผลกระทบต่อนักบินอวกาศบนดาวอังคารจึงน้อยกว่าผลกระทบต่อนักบินอวกาศบน ISS ไม่มีทางทราบได้แน่ชัดจนกว่าเราจะมีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสัมพันธ์นี้

“แรงโน้มถ่วงของดาวอังคารจริง ๆ แล้วอาจแรงพอที่จะป้องกันปัญหาเหล่านี้ได้” ฟรานซิสกล่าว “ถ้าคุณมีแรงโน้มถ่วงอยู่บ้าง แม้ว่ามันจะน้อยกว่าบนโลก และคุณรวมมันเข้ากับมาตรการรับมือ เช่น การออกกำลังกาย นั่นอาจจะโอเค การเดินทางที่นั่นถือเป็นความท้าทายหลัก”

การอยู่บนพื้นผิวดาวอังคารสามารถรักษาสภาพของนักบินอวกาศได้ หรืออาจช่วยฟื้นมวลกล้ามเนื้อและโครงกระดูกบางส่วนที่สูญเสียไประหว่างการเดินทางกลับคืนมา “การประมาณการจนถึงตอนนี้ขึ้นอยู่กับนักบินอวกาศที่ประสบภาวะไร้น้ำหนักตลอดระยะเวลา เพราะเราไม่แน่ใจว่าจะคำนึงถึงหกเดือนที่พวกเขาอาจอยู่บนพื้นผิวได้อย่างไร”

ช้างในห้อง: รังสีไอออไนซ์

ด้วยประสบการณ์หลายปีเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ หน่วยงานอวกาศได้พัฒนากลยุทธ์ในการบรรเทาและแก้ไขปัญหาทางการแพทย์ส่วนใหญ่ที่เกิดจากสิ่งเหล่านี้ แต่มีปัญหาที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิงซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมนุษย์เริ่มสำรวจอวกาศที่อยู่นอกเหนือสนามแม่เหล็กป้องกันของโลก ภายนอกสถานที่ปลอดภัยนี้ ทุกสิ่งที่เคลื่อนที่ไปในอวกาศถูกโจมตีด้วยรังสีคอสมิกที่เป็นอันตราย ภารกิจที่มีมนุษย์ควบคุมเพียงภารกิจเดียวที่ออกไปนอกพื้นที่ปลอดภัยแห่งนี้คือภารกิจบนดวงจันทร์ แต่ภารกิจเหล่านั้นเกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับรังสีเป็นระยะเวลาหลายสัปดาห์ แทนที่จะเป็นเดือนหรือหลายปี

เรารู้ว่ารังสีคอสมิกสามารถทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนได้ ดังนั้นยานอวกาศที่ได้รับการออกแบบให้เดินทางออกนอกสนามแม่เหล็กโลกจึงมีเกราะป้องกันเพื่อปกป้องส่วนประกอบต่างๆ แต่รังสีชนิดเดียวกันนี้อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตต่อมนุษย์ได้ และเราเพิ่งเริ่มเข้าใจว่ารังสีเหล่านี้ส่งผลต่อร่างกายมนุษย์อย่างไร ตัวอย่างเช่นการวิจัยในหนูพบว่าการได้รับรังสีไม่สามารถส่งผลกระทบได้ เฉพาะร่างกายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสมองด้วยและอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงพฤติกรรม เช่น อัตราความวิตกกังวลที่เพิ่มขึ้น

การได้รับรังสีไม่ใช่สิ่งที่สามารถแก้ไขได้ในลักษณะเดียวกับที่กล้ามเนื้อลีบทำได้ วิธีเดียวที่จะปกป้องนักบินอวกาศจากรังสีคือการสร้างโครงสร้างทางกายภาพที่จะทำให้พวกเขาปลอดภัยจากรังสี “รังสีอาจเป็นอุปสรรคสำคัญ” ฟรานซิสกล่าว “คุณไม่สามารถทำอะไรได้จากมุมมองทางชีววิทยาเพื่อปกป้องตัวเองจากรังสี มันจะขึ้นอยู่กับการออกแบบเรือและวิศวกรรมมากกว่าชีววิทยาหรือการแพทย์”

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• ลูกเรือ Ax-1 ส่วนตัวของ NASA ได้รับเวลาพิเศษในอวกาศ
• วิดีโอสถานีอวกาศสุดเจ๋งนี้จะทำให้คุณยิ้มได้
• NASA เปิดเผยวันเปิดตัวนักบินอวกาศครั้งต่อไปของ SpaceX
• ภาพถ่ายคล้ายดาวอังคารแสดงมุมมองที่น่าทึ่งของดาวเคราะห์ของเราเอง
• เฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารของ NASA ตั้งเป้าสร้างสถิติใหม่ในเที่ยวบินถัดไป

อัพเกรดไลฟ์สไตล์ของคุณDigital Trends ช่วยให้ผู้อ่านติดตามโลกแห่งเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วด้วยข่าวสารล่าสุด รีวิวผลิตภัณฑ์สนุกๆ บทบรรณาธิการที่เจาะลึก และการแอบดูที่ไม่ซ้ำใคร