Az élőlények evolúciója a gravitációs erő jelenlétében zajlott le, majd az élet évmilliókon át gravitációs körülmények között fejlődött.
Hosszú utat kellett megtenni, amíg a technika és az űrorvostan – mint alkalmazott tudomány – biztosítani tudta az emberek életfeltételeit és munkaképességét a világűrben mesterségesen kialakított és fenntartott, a környezettől hermetikusan elzárt körülmények között. Nem lehetett tudni, hogy az emberi szervezet hogyan lesz képes elviselni egy űrhajó gyorsulását a rakétaindítás alatt, és hogyan tud majd alkalmazkodni a súlytalanság állapotához később a Föld körüli pályán. Kérdés volt továbbá, hogy az ember a súlytalanság állapotában képes lesz-e enni, sikerül-e a vizet lenyelni és ez a gyomrába kerül-e? A legfontosabb kérdés persze az volt, hogy túlélhető-e egyáltalán az űrutazás?
A modern kor tudományos kísérleteiben az emberi élet mindennél előbbre való, ezért az embereken végzett (úgynevezett humán-) kísérleteket legtöbbször állatkísérletek előzik meg. Így történt ez az emberiség egyik legnagyobb tudományos vállalkozása, az űrutazás megtervezésekor is. Az első állatokkal végzett kísérletek kudarcba fulladtak. Egyik világűrbe juttatott állat sem élte túl az utazást. Ezek a korai kísérletek vezettek mégis oda, hogy sikerült felépíteni egy olyan rendszert, ami lehetővé tette az emlősök védelmét a súlytalanságban és a Földre való visszatérés zord körülményeivel szemben. 1957-ben hallottuk meg a szenzációs hírt: „kutya a világűrben”. Az ember űrutazását Lajka kutya illetve Ham és Enos csimpánzok sikeres repülése készítette elő. Az állatok szerepe azóta sem csökkent az űrbiológiai vizsgálatokban. Egyes problémák vizsgálatára kiválaszthatóak a legmegfelelőbb állatfajok. A békák kiválóan alkalmasak az embriológiai kísérletekre, a főemlősök (rhesus majmok vagy mókusmajmok) az emberi szervezet viselkedésének tökéletes modelljei a törzsfejlődéstani közelség miatt. A rágcsálók (egerek, patkányok) főleg fiziológiai, élettani és farmakológiai (gyógyszertani) kutatásokra alkalmasak. Az állatkísérletek igénybevehetősége és az állatok hosszú időtartamú űrutaztatása még napjainkban is korlátozott, hiszen az utaztatás költségességén túl nagy problémát jelent az élőlények életfeltételeinek biztosítása (pl. a ketrecek tisztítása és fertőtlenítése).
Majom a világűrben
Az állatkísérletekkel a kutatók választ kívántak kapni arra, hogy az élő szervezetek hogyan viselik el magát az űrrepülést és az űrben tartózkodás különböző hatásait (pl. a fel- és leszálláskor fellépő túlterhelést, a súlytalanságot, a kozmikus sugárzást, a biológiai ritmus megváltozását). A kutatókat is meglepték azok az eredmények, melyekben egy Arabella nevű keresztes pók a kezdeti dezorientáció után csaknem hibátlan pókhálókat szőtt. A közönséges muslica kifejlődése mikrogravitációban nagyjából normális maradt, de a hímnemű egyedek átlagos élettartama csökkent. Ennek oka az intenzív motoros aktivitás, mely az anyagcsere fokozódásával jár. Valószínű, hogy az öregedés folyamatának felgyorsulásához az ún. agresszív oxigén szabadgyökök károsító hatása is hozzájárul (Spacelab D-1, 1985). A fent felsorolt gondosan előkészített állatkísérletek és a műszaki színvonal intenzív fejlődése tette járhatóvá a világűrbe vezető utat az ember számára. A Debreceni Egyetemen 30 éve működik az űrkutatási munkacsoport, melynek keretei közt lehetőségünk volt 1978 és 1990 között öt alkalommal is mintát venni a Kazahsztánba visszaérkező, a súlytalanságban különböző időt eltöltő patkányok vázizmaiból. A világon elsőként végezhettük el rövid és hosszú ideig tartó súlytalanság hatásának vizsgálatát ezeken a preparátumokon a Kozmosz-Bioszputnyik kísérletekben.
1961. április 12-én a Szovjetunióban olyan űrhajót bocsátottak fel, melynek fedélzetén ember tartózkodott, Jurij Gagarin. Már az első emberes űrutazások bebizonyították, hogy az emberi szervezet a világűrben kozmikus körülmények között olyan hatásokkal találkozik, melyeket a földi kísérletek során nehéz, vagy lehetetlen tanulmányozni. Korán megállapították, hogy súlytalanság hatására az ember szervezetében mélyreható változások jönnek létre. Ennek következménye volt a korai űrrepülések során (pl. Tyitov űrhajósnál) létrejövő űr-mozgásbetegség, mely során az asztronauta munkaképességét elvesztette. A rosszullét az űrutazás egésze alatt fennállt és kérdésessé tette, hogy ember valaha képes lesz-e a világűrben fizikai munkát végezni. Kiderült később, hogy ez az űrbeli mozgásbetegség csak az űrutazás kezdeti időszakában lép fel, később mérséklődik és lefolyása hasonló a tengeri betegségéhez. A vegetatív paraszimpatikus idegrendszer fokozott aktivitása miatt émelygéssel, sápadtsággal, verejtékezéssel, gyengeséggel, gyakran hányingerrel, hányással és általános rossz közérzettel jár. Egyes űrhajósok azonban kitűnően viselik a súlytalanságot és ez a tünetegyüttes elkerülte őket. (pl. Farkas Bertalan, Szojuz-36, 1980).
A súlytalanság állapota megzavarja a test vérkeringését. Míg a földi körülmények mellett a vér „súlya” a test alsó felében érzékelhető, a keringés oda összpontosul, addig a világűrben a test összes részében igyekszik egyenlően eloszlani és emiatt 1,5 literrel több vér jut a fej felé. Ennek a következményei, hogy a fejnyaki vénák kitágulnak és a régióhoz tartozó szövetek megduzzadnak. A következményesen megnövekvő vérnyomás intenzívebb kiválasztásra ösztönzi a vesét, fokozódik a kalcium-kiválasztás – amit a szervezet a csontok és az izmok leépítéséből fedez –, megindul a vesekőképződés. Az érrendszer egy hónap alatt képes alkalmazkodni a kozmikus körülményekhez. A súlytalanság állapotához alkalmazkodnia kell a keringésnek is. Az adaptációban mind a szívfrekvencia, mind a szívtérfogat részt vesz. Kezdetben a verőtérfogat 20%-os csökkenése figyelhető meg, majd az érték fokozatosan emelkedik és helyreáll. A vörösvértestek száma és a folyadékvesztés miatt a keringő vértérfogat is csökken. Ez az ún. kozmikus anaemia jelensége. Testedzéssel az alsó testfélre gyakorolt szívóhatás segítségével a fenti változások repülés közben is javíthatók. A keringési rendszer előbb ismertetett adaptációs folyamatai a földet érés után egy hét alatt visszarendeződnek.
A hosszan tartó űrutazások legfőbb problémáját és legnagyobb akadályát azonban nem a fenti hatások jelentik, hanem a már az első héten jelentkező izomsorvadás és csontritkulás. A vázizom-rendszer feladata, hogy gravitáció ellenében megtartsa a testet. Mivel súlytalanságban ez a feladat megszűnik, az ún. harántcsíkolt izmokból álló vázizom-rendszer atrófiája (sorvadása) figyelhető meg. A fáradékonyság, az izomtömeg és a feszítőerő szignifikáns csökkenése főleg az antigravitációs izmokra jellemző. A súlytalanság miatt az alsó végtagok izompumpája fokozatosan csökken és ez földet érés után hirtelen vérnyomáseséshez, ájuláshoz vezethet. A felső végtagok működése űrrepülés során kisebb változásokon megy keresztül az alsó végtagokhoz képest.
Élet a világűrben
Meg kell említeni, hogy az űrben a súly alól felszabaduló gerincoszlop 3-7 cm-t is megnyúlhat, a csigolyák közötti porckorongok megduzzadnak. Ez a jelenség az űrhajósok nagy részénél hátfájdalmat okoz.
A súlytalanság legnagyobb problémája a csontritkulás (osteoporosis) és a fokozott kalciumürítés. A kalcium-anyagcsere negatív egyensúlya a nehézségi erő hiánya miatt következik be. A nagy súlyt hordozó csontok (sarok, sípcsont) tömörsége, akár 20%-kal is csökkenhet. A kutatók megállapították, hogy a földi readaptáció megközelítőleg ugyanannyi ideig tart, mint ameddig maga az űrrepülés tartott, vagyis az összes szervrendszer közül a leghosszabb.
Munkacsoportunk évtizedek óta tanulmányozza az izomrendszer viselkedését földi körülmények között szimulált antigravitációban. A cikk korábbi részében már utaltam arra, hogy 1-2 hétig tartó súlytalanság sajátos élettani változásokat idéz elő az alsó végtag harántcsíkolt izmaiban és az antigravitációs izmokban. Ezek a hatások a csontritkulás mellett jelentős gátját képezik a hosszú távú űrutazásoknak. A témáról részletesen a cikk folytatásában írok.
Az eddigieket összefoglalva elmondhatjuk, hogy az űrrepülés egy különleges lehetőség arra, hogy tanulmányozzuk és megismerjük az alapvető mechanizmusokat, amelyek súlytalanságban alakulnak ki. A kutatók egyrészt felhasználják az űrrepülés különleges környezetét és vizsgálják az alapvető életfolyamatokat, azok adaptációját, majd földi körülmények közötti readaptációját, emellett figyelemmel kísérik a súlytalanság hatását különböző (idegi, mozgásszervi, endokrin, daganatos) rendszerbetegségekre. Az űrkutatók napjainkban is azon dolgoznak, hogy az űrtudományos eredmények váljanak hasznosíthatóakká a mindennapi életben és járuljanak hozzá az egészség megőrzéséhez a Földön.
Dr. Rapcsák Marianna Kapcsolódó cikkek:
az orvostudományok kandidátusa, Debreceni Egyetem
A súlytalanság izomkárosító hatása
Hogyan működik a napelem? Milyen problémákkal kell szembenézni a használata során? A Műegyetem villamosmérnöki hallgatói testközelből ismerkedhettek meg vele. A BME HVT Űrkutató Csoport szakmai beszámolója a mérésről.
