فیزیولوژی فضایی

اثر فشار پایین اکسیژن بر بدن:کاهش فشار اکسیژن جو علت اصلی همه ی مشکلات کمبود اکسیژن در عملکرد بدن در ارتفاعات بلند است . چون هر اندازه فشار جو کاهش یابد فشار اکسیژن اتمسفر هم متناسب با آن کاهش می یابد و همواره اندکی کمتر از 21 در صد از فشار کلی جو باقی می ماند.فشار اکسیژن در سطح دریا در حدود mmHg159 است در حالی که در 50000 پایی فقط mmHg18 می باشد. فشار اکسیژن ریوی در ارتفاعات مختلف:دی اکسید کربن و بخار آب، اکسیژن ریوی را کاهش می دهند. در ارتفاعات بالاCO2 دائما از گردش خون ریوی به داخل واحد های تنفسی ریه دفع می شود و آب از سطح تنفسی به داخل هوای دمی تبخیر می شود.دو گاز CO2و H2O اکسیژن موجود در ریه را رقیق و به این ترتیب از غلظت O2 می کاهند. فشار بخار آب در ریه تا وقتی که دمای بدن طبیعی است بدون توجه به ارتفاع ، 47mmHgباقی می ماند.فشار co2 ریه هم از مقدار 40mmHg در سطح دریا به مقدار های کمتر افت می کند ودر فردی که با ارتفاع سازش پیدا کرده و تهویه ریوی اش حدود 5 برابر افزایش یافته فشار CO2به حدود 7mmHg کاهش می یابد.ستون پنجم جدول 1 فشار O2 ریه را در ارتفاعات هنگامی که فرد هوا تنفس می کند را نشان می دهد.در سطح دریا فشار اکسیژن ریوی 104mmHg است. در ارتفاع 20000 پایی به حدود mmHg40 در فرد سازش نیافته و در مقابلmmHg53 در فرد سازش یافته ، کاهش می یابد. تاثیر تنفس اکسیژن خالص بر فشار اکسیژن ریه در ارتفاعات مختلف:وقتی یک فرد به جای هوا اکسیژن خالص تنفس می کند بیش تر فضای ریه ها که قبلا توسط نیترژن اشغال شده بود با اکسیژن پر می شود. در ارتفاع 30000 پایی ، یک هوانورد که اکسیژن خالص تنفس می کند ، می تواند فشار O2 ریوی139mmHg را به جای 18mmHg هنگامی که هوای عادی تنفس می کند، داشته باشد.(جدول1)یک هوانورد در یک هواپیمای باز که اکسیژن خالص تنفس می کند نسبت به هوانوردی که هوای عادی تنفس می کند می تواند به ارتفاعات بسیار بالاتری صعود کند مثلا وقتی هوانوردی اکسیژن خالص تنفس می کند سرخرگ های او در حدود 47000 پایی % 50 اکسیژن دارند که برابر با هوانوردی است که در 23000 پایی هوای عادی تنفس می کند. آثار مضر کمبود اکسیژن:این آثار در فرد سازش نیافته با ارتفاعات، که هوای عادی تنفس می کند در حدود 12000 پایی آغاز می شود که شامل: خواب آلودگی- بی حالی- خستگی ذهنی و عضلانی – سردرد –تهوع و برخی اوقات سرخوشی است.در ارتفاعات بالاتر از 18000 پایی تا مرحله ی پرش عضلانی یا تشنج پیشرفت کرده و در بالای 23000 پا، کما رخ می دهد که به زودی به مرگ منجر می شود.برای مثال در صورتی که هوانورد سازش نیافته با ارتفاع برای مدت 1 ساعت در ارتقاع 15000 پایی بماند قدرت ذهنی او معمولاً به حدود%50 مقدار طبیعی کاهش یافته و بعد از 18 ساعت در این ارتفاع به %20 کاهش می یابد. آثار نیروهای شتاب دهنده بر بدن در فیزیولوژی هوانوردی وفضا:به دلیل تغییرات سریع جهت و سرعت حرکت در هواپیما و سفینه ها چند نوع از نیروهای شتاب دهنده در طول پرواز بر بدن اثر می کند.در شروع پرواز شتاب خطی ساده است در پایان پرواز سرعت کم می شود و هر گاه هواپیما چرخش پیدا کند شتاب گریز از مرکز به وجود می آید.

انداره گیری نیروی شتاب دهنده(G):هنگامی که یک هوانورد به سادگی در صندلی خود نشسته نیرویی که فرد توسط آن به صندلی فشرده می شود حاصل ازکشش جاذبه و برابر با وزن او می باشد. شدت این نیرو برابر با G1+ می باشد زیرا برابر با کشش جاذبه است.اگر نیرویی که فرد توسط آن به صندلی فشرده می شود 5 برابر وزن طبیعی او در حالت معمول باشد نیرویی که بر صندلی وارد می شود G5+ است. اگر هواپیما در طول یک حلقه ی بیرونی حرکت کند به طوری که فرد توسط کمربند صندلی خود محکم نگه داشته شود نیروی G- به بدن او وارد می شود و در صورتی که نیرویی که فرد در حالت عادی توسط کمربند صندلیش به پایین کشیده می شود مساوی با وزن بدنش باشد نیروی وارده G1- است. آثار نیروهای شتاب دهنده ی گریز از مرکز بر بدن (G+):تاثیر بر سیستم گردش خون :وقتی یک هوانورد تحت G+ قرار می گیرد خون به سوی سیاهرگ های پا رفته و در صورتی که فرد ایستاده باشد این اثر بیش تر است.پس خون کمتری برای پمپاژ قلب باقی می ماند.شتاب بیش از 4تا 6 G سبب تاری دید ظرف چند ثانیه وبیهوشی کمی بعد از آن می شود و اگر این شتاب ادامه یابد فرد خواهد مرد.نیروهای شتاب دهنده ی خیلی قوی حتی برای کسری از ثانیه می توانند باعث شکستگی مهره ها شوند وحداکثر تحمل آن در حالت نشسته G 20 است.G- به طور معمول تاثیر کمتری نسبت به +G دارد اما ممکن است آثار طولانی مدت آن مخرب باشد. یک هوانورد اغلب تا 4- تا G5- را می تواند بدون خطر جدی در یک مسیر دایره ای عمودی حرکت کند اگرچه سبب پر خونی موقت سر و گاهی مشکلات روانی در نتیجه ادم مغزی (Brain Edema) می شود و برای 15 تا 20 دقیقه ادامه می یابد.گاه نیروهای G- چنان زیاد هستند (مثلا G20-) که باعث رانده شدن شدید خون به سر وپارگی رگهای کوچک سر و درون مغز می شوند. رگهای داخل جمجمه به دلایل زیر تمایل کمتری به پاره شدن دارند: 1- مایع مغزی نخاعی همزمان با رانده شدن خون به عروق مغزی به سمت سر رانده شده و فشار شدیداً افزایش یافته ی مایع مغزی نخاعی به عنوان سپر حفاظتی روی مغز عمل کرده ومانع از پارگی رگهای داخل مغزی می شود.2 - از آنجا که چشم ها توسط جمجمه محافظت نمی شوند پرخونی شدید در هنگام G- (قدرتمند) در آنها رخ داده و در نتیجه چشم ها اغلب به طور گذرا با دید قرمز کور می شوند.

روش های مختلف محافظت بدن در برابر نیروهای شتاب دهنده ی گریز از مرکز:اگر هوانورد شکم خود را تا حداکثر میزان سفت کند و به جلو خم شود تا شکمش فشرده شود، تا حدودی از جمع شدن خون در عروق بزرگ شکم جلوگیری کرده ودر نتیجه تاری دید به تاخیر می افتد.لباس های ضد G خاصی هم برای جلوگیری از تجمع خون در پایین شکم و پاها موجود است که ساده ترین آنها بدین صورت است که باد کردن کیسه های فشارنده هنگام افزایش G (که فشاری مثبت بر پاها و شکم اعمال می کنند) موجب خنثی شدن این این فشار می شوند. آثار نیروهای شتاب دهنده ی خطی بر بدن:نیروهای شتاب دهنده در سفر فضایی:بر خلاف هواپیما یک سفینه قادربه ایجاد چرخش های سریع نبوده ،بنابراین شتاب گریز از مرکز به جز مواقعی که سفینه چرخش های غیرعادی داشته باشد، اهمیت اندکی دارد. اگرچه شتاب، هنگام پرتاب و فرود می تواند فوق العاده باشد اما هر دوی این حالات انواعی از شتاب خطی هستند که یکی مثبت و دیگری منفی است.در شتاب سه مرحله ای حین پرتاب در یک سفینه، موشک مرحله ی 1 سبب شتابی به اندازهG9 و موشک مرحله 2 ، سبب شتابی به اندازهG8 می شود.در وضعیت ایستاده، بدن انسان قادر به تحمل چنین شتابی نبوده ولی در یک وضعیت نیمه خوابیده که بدن در عرض محور شتاب قرار دارد این شتاب قابل تحمل می شود از همین رو صندلی های سفینه ها نیز به حالت نیمه خوابیده ساخته می شوند. محیط مصنوعی در سفینه فضایی:هیچ جوی در فضای خارجی وجود ندارد وجو و اقلیم مصنوعی باید در یک سفینه فضایی بسته ایجاد شود.از همه مهم تر اینکه غلظت اکسیژن باید به اندازه کافی بالا و غلظت دی اکسید کربن به حدی باشد که باعث خستگی نشود.در برخی ماموریت های فضایی از یک اتمسفر کپسولی حاوی O2 خالص با فشاری حدود mmHg260 استفاده می شود ولی در شاتل های فضایی ازگازهایی با نسبتی تقریباً برابر گازهای موجود درهوای عادی استفاده می شود که نیتروژن آن 4برابر O2و فشار کلی آن mmHg760 است.وجود نیتروژن در مخلوط احتمال آتش سوزی و انفجار را به شدت کاهش داده و مانع توسعه لکه های هوایی در ریه و انسداد راههای هوایی ریوی می شود.برای سفر های فصایی که اغلب بیش از چند ماه طول می کشند به همراه بردن تمام اکسیژن مورد نیاز برای فعالیت هاعملی نبوده و به همین دلیل شیوه های بازیافت اکسیژن پیشنهاد شده است.برخی روند های بازیافتی شامل الکترولیز آب برای آزاد کردن اکسیژن هستند.برخی بر پایه روش های زیست شناختی مانند استفاده از جلبک ها برای تبدیل کردن CO2به O2 می باشد . هنوز یک دستگاه کاملا رضایت بخش برای این نوع از بازیافت ساخته نشده است.

بی وزنی در فضا:
شخصی که در یک ماهواره مداری یا سفینه بدون شتاب قرار دارد بی وزنی یا شرایط نیروی g را در حد صفر احساس خواهد کرد که گاهی میکروگراویتی یا جاذبه ی کوچک نامیده می شود.به این معنا که شخص به طرفین سفینه کشیده نشده بلکه به راحتی در درون راهروها شناور می ماند.باید دقت داشت جاذبه هم برروی سفینه و هم برروی فرد در یک جهت اعمال می شود.بنابراین هر دوی آنها توسط نیروی شتابی به یک سمت کشیده می شوند.
مشکلات فیزیولوژیک بی وزنی(جاذبه کوچک):
1-بیماری حرکتی طی چند روز اول سفر
2-جابجایی مایعات بدن به علت عدم کارایی نیروی جاذبه در تولید فشار طبیعی برای تنظیم جریان خون و مایعات بدن
3-کاهش فعالیت فیزیکی به علت عدم نیاز به انقباض عضلات که برای مقابله با جاذبه مورد نیاز است.

نزدیک به %50 فضانوردان در طول 2تا 5 روز اول مسافرت فضایی خود به بیماری حرکت که همراه با تهوع وگاهی اوقات استفراغ است ، مبتلا می شوند.
زمانی که فضانورد به مدت طولانی در فضا می مانند، اثرات زیر مشاهده می شود:
1-کاهش حجم خون
2-کاهش توده گلبولهای قرمز
3-کاهش قدرت عضلانی
4-کاهش برون ده قلبی
5-از دست دادن توده استخوانی

به همین دلیل برای فضانوردان برنامه های ورزشی در طول سفرشان، در نظر گرفته می شود.
در روز اول بازگشت به زمین فضانوردان در حین ایستادن به دلیل کاهش حجم خون و کاهش توان تنظیم فشار خون، مستعد به غش کردن بودند و هنوز هم تا حدی به این صورت است.مطالعات اخیر برروی فضانوردان طی پرواز های اخیر نشان داده که آنها ممکن است حدود 1 درصد از توده استخوانی را در هر ماه حتی با ادامه تمرینات از دست بدهند.
فضانوردانی که از پروازهای فضایی بازگشته اند تا 4الی 6 ماه مستعد شکستگی های استخوانی هستند و حتی ممکن است چندین هفته زمان نیاز باشد تا به شرایط قلبی- عروقی واستخوانی و تناسب عضلانی قبل از پرواز خود برگردند.



منبع: فیزیولوژی پزشکی گایتون/هال نوشته پروفسور هال