Het menselijk lichaam in de ruimte
Het goede leven op Aarde
Alle leven op Aarde is dusdanig geëvolueerd dat het zich heeft aangepast aan de omstandigheden op deze planeet. En wij leven inderdaad knusjes onder een beschermende atmosfeer, die ons afschermt van te gevaarlijke straling van de Zon. Dankzij de aanwezigheid van onze dampkring genieten we van een meestal draaglijke temperatuur onder een comfortabele luchtdruk (tenzij voor wie de hoogste toppen van de Himalaya beklimt).
Daarenboven beschikt deze planeet over een magnetisch veld dat kosmische straling en allerlei geladen deeltjes aangevoerd door de zonnewind doet afbuigen. Als dat geen luxe is…
De vijandige ruimte
Weg van onze kleine blauwe bol ligt de zaak echter helemaal anders: geen dampkring meer en dus geen zuurstof, zeer koud (de temperatuur is er gemiddeld 3 K) in een praktisch volledig vacuüm (op 500 km hoogte is de druk er 10-9 kleiner dan vergeleken met deze op zeeniveau). Gezellig is wel anders.
Vandaar dat ruimtevaartorganisaties specifieke ruimtepakken hebben laten ontwikkelen, die de drager beschermen tegen de extreme condities van temperatuur, vacuüm en ongefilterde zonnestralen.
Zonder ruimtepak in de ruimte
Onbeschermd
Maar stel, bijvoorbeeld bij een ongeval in een ruimtestation, dat een astronaut zonder enige bescherming wordt blootgesteld aan de open ruimte. Wat gebeurt er dan met zijn of haar lichaam?
Het is niet zoals in sommige films wordt voorgesteld dat je lichaam ontploft en/of onmiddellijk bevriest in een broze ijsklomp. Deze voorstelling dient uitsluitend het ‘spektakel’; het resultaat in de werkelijkheid is er echter niet minder dramatisch om.
De meest imminente gevaren zijn het ontbreken van zuurstof en het bijna absolute vacuüm. Dit ontbreken van enige uitwendige druk maakt dat je lichaamssappen aan het koken gaan (bij diepzeeduikers is het fenomeen ebullism ook bekend). Hierdoor gaat het ganse lichaam opzwellen tot zowat tweemaal het oorspronkelijke volume. Nee, ontploffen ga je niet doen, want de huid is een zo soepel orgaan dat het de inwendige lichaamsdelen blijft samenhouden.
Geen zuurstof betekent dat het bloed er ook geen meer kan opnemen, terwijl het hart blijft verder pompen. Na ongeveer 15 seconden is de voorraad zuurstof in je lichaam geconsumeerd; het zuurstofloos bloed vloeit naar de hersenen en je verliest het bewustzijn. En de dood volgt na een paar minuten. In deze korte tijdspanne heb je kans om iemand levend uit de situatie te redden. Overleven kan, blijvende letsels ten gevolge van zuurstofgebrek in de hersenen garanderen echter een alles behalve goede levenskwaliteit.
Hé, je zou toch je adem kunnen inhouden? Een slecht idee! Je longen vol lucht in een vacuüm? Ze spatten uit elkaar als een te fel opgeblazen ballon. Einde verhaal.
De extreme koude is van de minst erge gevaren. Door de afwezigheid van lucht gebeurt warmteoverdracht alleen door straling. Het warmteverlies uit je lichaam gaat hierdoor relatief traag. Anderzijds ben je blootgesteld aan temperatuurverschillen van meer dan 200°C tussen zonnekant en schaduwkant. Daarenboven veroorzaakt ongefilterd uv-straling ernstige brandwonden. En om het plaatje compleet te maken: de Zon vergast je ook op een flinke dosis x- en g-straling die kunnen leiden tot mutaties in je DNA met kanker als gevolg (als je deze toestand al zou overleven).
Zoals je ziet: zonder ruimtepak in de open ruimte is niet leuk en ten stelligste af te raden (sic). Je zwelt op, verbrandt, muteert en je longen kunnen barsten! Meegenomen is dat je één à twee minuten tijd hebt om “gered” te worden uit deze penibele situatie… Alhoewel.
Gezondheidsrisico’s in de ruimte
Overleven
Maandenlange verblijven in een ruimtestation hebben toegelaten om te onderzoeken wat de effecten zijn op het menselijk lichaam. NASA heeft hieromtrent risicoanalyses uitgevoerd en maatregelen opgesteld om schadelijke invloeden op de mens te voorkomen c.q. te beperken. Dit vooral in het kader van een mogelijke bemande reis naar Mars. Een uitstap die technisch zeer goed haalbaar is (kijk maar naar de onbemande robots die er rondrijden); het heikel punt is en blijft de mens, die naast de externe risico’s in de ruimte, onvoorspelbaar blijft in zijn reacties en gedragingen tijdens zo een jarenlang verblijf in een 'vijandige' omgeving.
Een retourtje naar Mars
NASA heeft met het oog op een bemande reis naar Mars vijf risicoparameters onderscheiden waar ruimtevaarders mee zullen te kampen hebben: ze ondergaan verschillende zwaartekrachtvelden, ze vertoeven lange tijd in een enge gesloten leefruimte, ze leven in nauw fysisch contact met medereizigers waarmee ze het moeten stellen, ze zijn blootgesteld aan kosmische straling en de Aarde steeds zien krimpen kan psychologische problemen veroorzaken.
De zwaartekracht is niet overal dezelfde
Tijdens de missie naar Mars ondergaat je drie verschillende zwaartekrachtvelden: gedurende de tocht tussen de planeten ben je gewichtloos, eens op Mars ben je onderhevig aan ongeveer één derde van de zwaartekracht op Aarde, en bij de terugkeer op Aarde is het terug aanpassen aan de aardse condities.
Verschillende zwaartekrachtvelden ondergaan is voor het menselijk lichaam niet zo onschuldig als het lijkt. Bij minder sterke zwaartekracht en in extenso bij het ontbreken ervan, hebben de vloeistoffen in je lichaam de neiging om naar je hoofd te stijgen. Zo kan je stoornissen ondervinden in je motoriek en in je zicht. In gewichtloze toestand gaat de massa van je spieren en je beenderen versneld afnemen. Ook na terugkeer op Aarde blijft een verhoogd risico op beenbreuken ten gevolge van osteoporose.
Ruimtevaarders worden vóór, gedurende en na hun ruimtereis grondig gescreend op coördinatie van hun bewegingen en vooral op fijne motoriek. Dit is belangrijk bij het uitvoeren van hun taken; denk maar aan de bediening van apparaten en toetsenborden. Tijdens de vlucht tracht men hun lichamelijke conditie op peil te houden door voldoende aangepaste voeding en door regelmatig in beweging te blijven middels fitnessapparatuur.
In een krappe afgesloten leefruimte
Zet een aantal gezonde, goed getrainde en evenwichtige mensen samen dicht op elkaar, krap behuisd en dat gedurende een paar maanden, dan heb je de ideale omgeving gecreëerd van waaruit zich met zekerheid problemen zullen ontwikkelen. Onderzoeken hebben dit uitgewezen, ook met streng geteste en geselecteerde personen, lichamelijk fit, psychologisch evenwichtig en uitermate bekwaam om in groep te functioneren.
Bij simulaties van langdurige ruimtereizen heeft NASA vastgesteld dat er symptomen optreden van vermoeidheid, futloosheid, depressie en verminderde motorische coördinatie. Dit laatste is uiteraard belangrijk voor de veiligheid van de astronauten! Daarnaast kamp je met slapeloosheid en met perioden afwisselend van stress en verveling. Een verblijf op Mars, waar een dag 38 minuten langer duurt, kan eveneens het bioritme verstoren.
Een reeks van maatregelen kunnen deze ongemakken, gedeeltelijk althans, voorkomen. Zo kan verveling door eentonigheid worden verholpen door een soepel en afwisselend takenprogramma. Een evenwichtige slaapcyclus is van groot belang, want wakkere communicatie is een evidente voorwaarde voor behoud en veiligheid. Er bestaat voor astronauten een test, die in vijf minuten een evaluatie geeft over zijn of haar graad van vermoeidheid. Dit laat toe om preventief de nodige rust- of slaappauzes in te lassen. Slaapritmestoornissen worden behandeld door een kunstmatige dag- en nachtcyclus te genereren met aangepaste verlichting. Verder diepgaand onderzoek hieromtrent is gaande met het oog op een bemande vlucht naar Mars.
In een vijandige gesloten omgeving
De kwaliteit van het ecosysteem in een ruimteschip is voor de astronaut van levensbelang. In deze beperkte leefruimte kunnen ziektekiemen gemakkelijk worden overgedragen. Micro-organismen zoals microben kunnen in de ruimte muteren en andere eigenschappen gaan vertonen. Je immuunsysteem komt onder druk te staan en je kan allergieën ontwikkelen of ziek worden. Idealiter komt de omgeving waarin je als astronaut de reis uitzit zo dicht mogelijk bij een ‘aardse’ habitat.
Daarom is het comfort en de inrichting van de verblijven in een ruimteschip zo belangrijk. De luchtkwaliteit is een eerste zorg en wordt permanent getest op mogelijke contaminatie met gevaarlijke gassen zoals koolstofmonoxide, ammonia en formaldehyde. Bloed, speeksel en urine van de bemanning worden frequent geanalyseerd om een eventuele wijziging in je immuunsysteem vroegtijdig op te sporen. Ook worden regelmatig strijkjes genomen op je lichaam, van wanden en werkvlakken om de microbiële populatie te onderzoeken.
Kosmische straling
Eens buiten de bescherming van dampkring en magnetisch veld, ben je blootgesteld aan een dosis kosmische straling die vele malen sterker is dan op Aarde. Een instrument aan boord van de Marsrover Curiosity mat gedurende de 253 dagen durende reis naar de rode planeet dat de dosis straling die een astronaut zou ontvangen op de kortste reis van de Aarde naar Mars ongeveer 660 mSv bedraagt. De sievert (symbool Sv) is de SI-eenheid voor de equivalente dosis ioniserende straling waaraan een mens in een bepaalde periode is blootgesteld en 1 Sv = 1 J/kg. In de sievert wordt het biologisch effect van de stralingssoort verrekend.
Ter vergelijking: de Belgische wetgever stelt dat beroepshalve blootgestelde personen maximaal 20 mSv per jaar mogen oplopen. Uitbaters van kerncentrales in West-Europa leggen zelfs een maximum op van 10 mSv per jaar. De normale dosis die een gemiddeld persoon op Aarde ontvangt is 0,01 mSv. Dit is wel een globaal gemiddelde; voor bergbewoners in de Andes ligt de dosis beduidend hoger.
Op een enkele reis naar Mars incasseer je in het beste geval (i.c. de kortste rit) 50 maal meer straling dan wettelijk toegestaan voor een werknemer! Daarenboven penaliseert een onderhoudswerk bijvoorbeeld buiten het ruimtetuig je al snel met 50 mSv extra.
Gezondheidsrisico’s zijn misselijkheid, braakneigingen, huidschade en een verhoogde kans op leukemie en cataract. In het kader van de missie naar Mars is onderzoek naar geschikte beschermingsmiddelen volop aan de gang. Een optie zou zijn het aanbrengen van een beschermend magnetisch schild rond het ruimteschip.
Ondertussen werden veel lessen getrokken, weliswaar door scha en schande, van ongevallen in kerncentrales. Ook wat collectieve beschermingsmiddelen betreft.
De Aarde is ver weg
De lange reis naar Mars zal je als astronaut psychologisch zwaar op de proef stellen. Langzaam zie je de vertrouwde blauwe planeet zich verwijderen tot een minuscuul klein puntje in het immense heelal. Je zou je voor minder eenzaam en verlaten voelen.
Tijdens je verblijf op de rode planeet ben je tussen 206 (perihelium) en 249 miljoen kilometer (aphelium) verwijderd van de thuisplaneet. Gevolg is de ‘uitgestelde’ communicatie waarmee je moet leven. Een oproep naar de Aarde is een klein kwartiertje onderweg. Dus een onmiddellijke respons krijg je hoogstens na een half uur. Dat kan bij urgenties frustrerend zijn.
De bemanning van een ruimtemissie moet grotendeels zelf hun plan kunnen trekken. Uitgekiende voorbereiding, duidelijke planning, aangepaste voedselvoorraden, voorzieningen voor drinkwater, medicatie, medische apparatuur, hulppakketten voor noodgevallen, kortom een hele huishouding die moet functioneren onder buitenaardse omstandigheden.
Tot slot
De interplanetaire ruimt (en in extenso de interstellaire ruimte) is een vijandige omgeving voor de mens. Zelfs met de relatieve bescherming van een ruimtepak en/of ruimteschip zijn de risico’s voor je lichaam nog legio. Vooral bij jarenlange verblijven in de ruimte heeft men op heden geen volledig plaatje van de mogelijke nefaste gevolgen voor de mens. Het zijn vandaag slechts de eerste stappen van de mens in de onmetelijke ruimte. De drang naar exploratie van het onbekende zit in onze genen.
Onderzoek naar veilige ruimtereizen is een prioriteit. Zonder twijfel zullen bij bemande vluchten adequate maatregelen ter bescherming van de mens worden ontwikkeld en toegepast. En misschien zullen wij ons ooit genetisch min of meer aanpassen aan een langdurig verblijf in de ruimte…
Enkele geraadpleegde bronnen:
https://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace
https://en.wikipedia.org/wiki/Effect_of_spaceflight_on_the_human_body
https://www.space.com/30066-what-happens-to-unprotected-body-in-outer-space.html
https://www.iflscience.com/space/what-would-happen-your-body-space-without-spacesuit/
https://www.cnet.com/news/what-happens-to-the-unprotected-human-body-in-space/
Tekst: Herman Schoups, september 2018