Hva er de viktigste medisinske utfordringene ved bemannet romfart?

Bemannet romfart innebærer at mennesker oppholder seg i et ekstremt miljø hvor blant annet vedvarende mikrogravitasjon, høy akkumulativ strålebelastning, eksponering for lavt trykk samt isolasjon eller lang avstand fra jorden kan påvirke kroppen på mange ulike måter.

Mikrogravitasjon

De medisinske effektene av kortvarig opphold i vektløshet håndteres vanligvis bra, men ved flere måneders vektløshet oppstår mer bekymringsverdige konsekvenser. Man kan finne anatomiske eller fysiologiske forandringer i nesten alle organsystemer etter langvarige romferder. Dette inkluderer blant annet muskelatrofi og bentap, endret immunsystem samt forandringer i hjertet og blodkar. De mest bekymringsverdige forandringene ser man imidlertid i hjernen og øyne samt i den stagnerte drenasjen av venøst blod fra hjernen. Noen av disse forandringene inngår i SANS (Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome), en tilstand som er karakterisert av en rekke strukturelle forandringer i øyne (inkludert avflating av øyeeplet, hevelse i synsnervene og endringer på netthinnen). Forandringene i hjernen kan inkludere sammenpresset hypofyse, utvidelse av hjernens væskehulrom (hydrocephalus) samt en økt og mer pulserende strøm av hjernevæske. Det ses også økte rom rundt hjernens blodkar, noe som kan indikere endring i hjernens evne til å fjerne avfallsstoffer. En annen utfordring i rommet er redusert effektivitet i blodstrøm ut av hjernen. På jorden hjelper tyngdekraften blodet med å strømme tilbake til hjertet gjennom blodårer i halsen. I mikrogravitasjon kan denne drenasjen bli redusert, og blodstrømmen i noen årer kan til og med reverseres. Dette er en alvorlig bekymring fordi det øker risikoen for blodpropp i halskarene og hjernen, noe som igjen kan føre til hjerneslag.

Stråling

I verdensrommet er menneskekroppen utsatt for nivåer av stråling som langt overstiger det vi møter på jorden. Vår planets atmosfære og magnetfelt fungerer som et skjold mot farlige partikler fra solen og universet, men utenfor denne beskyttelsen blir astronauter eksponert for betydelig høyere doser. På Den internasjonale romstasjonen (ISS), som opererer innenfor jordens magnetosfære, mottar astronauter mellom 60 og 160 millisievert (mSv) over et seks måneders oppdrag—opptil 50 ganger mer enn den gjennomsnittlige årlige dosen på jorden. For fremtidige oppdrag til Mars forventes akkumulert eksponering å overskride 1 000 mSv over tre år.

Effekten av stråling på menneskekroppen deles inn i akutte og kroniske kategorier. Akutte effekter oppstår ved høye doser over kort tid og inkluderer symptomer som kvalme, tretthet og nevrologiske svekkelser. Takket være nøye overvåking og protokoller for å unngå solstormer, er risikoen for akutt strålesyke i rommet minimal. Langvarig eksponering for lavere doser utgjør en større utfordring. Kroniske effekter inkluderer økt risiko for kreft, kognitiv svekkelse, nedsatt fertilitet, hjerte- og karsykdommer og tidlig aldring. Disse effektene kan få alvorlige konsekvenser, særlig ved oppdrag som varer i flere år.

Lavt trykk

Statistisk er den største risikoen for død assosiert med oppskytning eller landing, og den eneste gangen astronauter har omkommet i verdensrommet skjedde i 1971, da 3 kosmonauter ble utsatt for akutt dekompresjon (trykkfall) grunnet ventilsvikt i Soyuz 11 på litt over 100 km høyde. De fleste romfartøy har i dag gode rutiner for å hindre dekompresjon, og trykket på innsiden av både romstasjonen og andre romfartøy ligger normalt på rundt 1 atmosfærisk trykk (tilsvarende trykket ved havflaten).  Under spesifikke oppgaver som romvandringer (Extravehicular Activities, EVAs), må imidlertid astronautene operere i betydelig lavere trykk for å muliggjøre bevegelse i romdrakten og for å opprettholde sikkerhet i vakuumet. Romdrakter brukt under EVA er designet for å opprettholde et indre trykk på rundt 0,3 atmosfærer—tilsvarende trykket på toppen av Mount Everest. Dette lave trykket er nødvendig for å unngå at draktene blir stive som oppblåste ballonger, noe som ville gjort det umulig å bevege seg effektivt. Selv om draktene er fylt med ren oksygen for å kompensere for det reduserte trykket, introduserer dette en rekke spesifikke medisinske utfordringer. En av de største risikoene ved trykkendringer under EVA er trykkfallsyke, der nitrogen som er oppløst i blod og vev danner bobler når trykket reduseres raskt. Disse boblene kan blokkere blodstrømmen, forårsake smerte i leddene, nevrologiske symptomer som svimmelhet og i alvorlige tilfeller skade vitale organer. I ekstreme tilfeller, som ved kritisk svikt i romdrakten eller en alvorlig lekkasje, kan astronauter eksponeres for rommets vakuum. Denne situasjonen fører til umiddelbare og alvorlige konsekvenser, som ebullisme—en tilstand der kroppsvæsker, inkludert væske i lungene og spytt, begynner å koke ved kroppstemperatur på grunn av det ekstremt lave trykket. Dette kan forårsake hevelse i vevet og skade på indre organer. Hypoksi, eller mangel på oksygen, er en annen umiddelbar fare, der bevissthetstap oppstår i løpet av 10–15 sekunder, etterfulgt av irreversibel hjerneskade og død dersom tilstanden ikke korrigeres raskt.

Isolasjon og avstand fra jorden

Isolasjon over lang tid samt økende avstand fra jorden medfører en rekke medisinske utfordringer. Å leve og arbeide i et begrenset rom i et lite team over måneder eller år utsetter astronauter for ekstrem sosial og psykologisk stress, slik at profesjonelle astronautopptak inkluderer i dag et stort fokus på personlige og sosiale egenskaper for å minimere risikoen for konflikter blant mannskapet. Lang avstand fra jorden betyr også redusert tilgang til mat, vann, medikamenter eller andre ressurser som er viktig for å sikre medisinsk beredskap og god helse. Fremtidige romoppdrag utenfor lav jordbane stiller store krav til bærekraftige løsninger for mat- og vannforsyning. På Den internasjonale romstasjonen (ISS) resirkuleres allerede urin til drikkevann gjennom avanserte gjenvinningssystemer. Dette teknologiske gjennombruddet reduserer avhengigheten av forsyninger fra jorden, men for fremtidige oppdrag til Mars kreves ytterligere forbedringer i effektivitet, holdbarhet og skalerbarhet. Vann, som er en begrenset ressurs, må resirkuleres nær fullstendig for å sikre at astronautene har nok til både drikke, matlaging og hygiene.

Når det gjelder matforsyning, er dyrking av planter om bord en av de mest lovende løsningene.

En av de største utfordringene ved fremtidige bemannede romferder, særlig til destinasjoner utenfor lav jordbane (LEO), er å håndtere medisinske nødsituasjoner. Etter hvert som mannskapet beveger seg lengre bort fra jorden, øker kompleksiteten i logistikk og medisinsk beredskap. På ISS kan astronauter returnere til jorden i løpet av noen få timer ved en nødsituasjon, hvilket ikke er mulig under bemannet ferd til månen eller Mars. På ISS kan astronauter også få sanntidsveiledning fra jordbaserte leger, men ved Mars-oppdrag gjør forsinkelser i kommunikasjonstiden på opptil 25 minutter i hver retning dette umulig.