H. Hinghofer-Szalkay. IAP Graz Intézet

Graz űrfiziológiája az űrben/2008. szeptember H. Hinghofer-Szalkay IAP Intézet, Graz

Az űrutazás fiziológiájának aspektusai Fiziológia (optimális funkciók/egészség/jólét) Hierarchikus szintek (molekula . sejt . emberi . bioszféra) Interdiszciplinaritás (kommunikáció/fogalmak meghatározása) Áttekintő hatás (átfogó kapcsolatok felismerése)

Időtartam Korábbi űrrepülések és a Mars-misszió

Specifikus problémák 1. A gyorsulás hatásai 2. Pszichofiziológiai hatások 3. Érzékszervek 4. Keringési rendszer 5. Izmok és csontok 6. Immunrendszer 7. Az agy funkciói/orientációja 8. Sugárbiológia/dozimetria 9. Levegő, étel, víz, emésztés 10. Életfenntartó rendszerek

1: Gyorsulás és testtengelyek + Gz: szemgolyó lefelé + Gx: szemgolyó + Gy: bal szemgolyó -Gz: szemgolyó felfelé -Gx: szemgolyó ki -Gy: szemgolyó jobb

Gyorsítási tűrés (x tengely) A megjelenítéshez a TIFF (tömörítetlen) QuickTime dekompresszor szükséges. + G x: 'Szemgolyó-be' >>> 'Szem-gömb' -G x: 'Szem-golyó-ki' >>> 'Piros-ki' hatás G x Látás és tudat megőrzése 17 toleranciahatárig 28-30 szövetkárosodás lehetséges> 30

John Paul Stapp (1910-1999) 'Emberi lassítási projekt (Muroc Army Air Field, now Edwards Air Force Base, California) 1947-től: Rakétaszán kísérletek (610 m) - első + G x, 1949-től -G x december 10-ig 1954: 5 másodperc alatt 0-1011 km/h -G x - lassulás 1,4 másodperc alatt 45 -G x reverzibilis szemvérzés

Gyorsulási tűrés (z tengely) + G z: 'Szemgolyó lefelé' hatás + G z súlytalanság 0 kéz nehéz, járás nehéz 2 járás lehetetlen, nehéz mászni; A látás korlátozta a kúszást szinte lehetetlen; Kezdődik a „kitakarás” 4 3 Kéz és fej nehezen mozgatható; A tudat elhomályosul 5

Agy, szív és gyorsulás

2: Pszichofiziológiai hatások Stressz Az egzisztenciális veszély érzése A várakozás nyomása Monotónia Depresszió/pánikrohamok Alvás (fény, zaj, napi ritmusok, magánélet.) Személyes tér (Ikrek 1,3 m 3/p, ISS 200 m 3/p) Vegyes nemi küldetések/szexualitás Kulturális különbségek A legénység tagjai - kompatibilitás, vezetés, csoportfúzió és hasadás

SZUBKORTIKAI Thalamus, hippocampus, hipotalamusz, agytörzs "harci helyzetekre" mozgatva (mozgás, szállítás, anyagcsere- és hormonrendszerek) ELSŐ agy Legfelsőbb hatóság, a személyiség "főnöke" Szabályozza a tervezés, a helyzet értékelése, az ítélet, a döntések >> stressz által gátolt> emberi motoros centrifuga Ames Kutatóközpont Moffett Field, Kalifornia

Gravitáció (+ Gz) CENTRÁLIS mechanizmusok Baroreflex LOCAL mechanizmusok Henriksen reflex Szisztémás szabályozás kardio-vagális Kardiovaszkuláris rendszer szimpatikus Vaszkuláris tónus Perifériás szabályozás Vérnyomás perfúzió

Ortosztatikus stressz a preszinkópig, a zavar automatikus eltávolítása összeomlás révén?

Csúcserők Csontvesztés µg-ban Osteoporosis kialakulása a súlyt viselő csontokon 10-szer gyorsabb, mint posztmenopauzában

Ellenintézkedések: Csont izomterhelés (futópad.) Rezgőlemez (pl. 20 perc/d 0,3 G 30 Hz-en) Táplálkozási tényezők (kalcium, foszfát ? magnézium?) Gyógyszerek (bifoszfonátok: etidronát, alendronát .) Mesterséges gravitáció Helmut Hinghofer-Szalkay 2006

Izmok/gravitáció/súlytalanság

Izomrost típusok: alkalmazkodás az I. típusú súlytalansághoz (lassú rángás - az I-MHC típusról elnevezett - miozin nehéz láncok): az erőfejlődés lassú, alacsony fáradtság; magas aerob kapacitás, sok mitokondrium, bőséges mioglobin. Pl. 35% m. Tricepsznél, 90% m. Soleus Space-ben: Az izomveszteség nagyobb, mint az ágynyugalmi vizsgálatoknál várható (diéta? Hormonok? Oxidatív stressz? Pszichológiai stressz?). Az izmok gyengébbek, de gyorsabbak az összehúzódások II. Típus (gyors rángás): Gyors erőfejlődés, nagy fáradtság - gyors, fáradtságálló - gyorsan fáradható (rendkívül függ a glikolízistől) Immobilizáció/inaktivitás esetén: az I. típus a leginkább érintett; >> II. Típus

Ellenintézkedések: Izom 1. Izomterhelés („edzés”) Az aerob aktiválás (kerékpár-ergométer) elégtelen; szubmaximális rezisztencia gyakorlat hatékonyabb 2) pingvin öltöny 3) gyógyszeres kezelés pl. Tesztoszteron, IGF . 4) LBNP 5) TENS 6) Mesterséges gravitáció HPC Nagy szerkezetek Helmut Hinghofer-Szalkay 2006 2008

6: Immunrendszer, mikrobiológia, baktériumok, gombák, paraziták Bőr: kb. 2 m 2 nyálkahártya: 400 m 2 Tér: mikrobiális dinamika zárt rendszerben

Higiéniai szkafander fedélzeti WC „ételek” „űrsport” Helmut Hinghofer-Szalkay 2007 2008

7: Az agy működése és tájékozódása Térbetegség Mozgás és tekintetkontroll Figyelem, problémamegoldó képesség, logikai gondolkodási képességek Izomgyengeség/fáradtság A mélység érzékenysége nem képes kompenzálni a belső fülből érkező üzeneteket A látottak növekvő jelentősége A célzott önkéntes mozgások lelassultak (megváltozott a mozgástervezés?) a lehető legmagasabb agyteljesítmény (például a Mars-küldetések során!)

Elsődleges irányváltás a gravitáció által meghatározott nyomokból származó információk elnyomásával - újrakalibrálás A szenzomotoros minták újraszámítása a proprioceptív ingerek újraértelmezése A vizuális információ nagyobb hangsúlya a módosított motoros stratégiák elsajátítása Helmut Hinghofer-Szalkay 2006

Visszaigazolás 1G-től 0G-ig Problémák egyenes vonalban történő járáskor Problémák az ív körüli járáskor Hallucinációk (önmozgás/a környezet mozgása) Nystagmus Hányinger, hányás

8: Sugárbiológia és dozimetria Louis Harold Gray, London 1905-1965 Rolf Sievert, Stockholm 1896-1966 1 kg besugárzott anyag által elnyelt energiaadag 1Gy = 1 J/kg (sejtenként 5,10 3 DNS-károsodást okoz) Dózis ekvivalens szorzata Abszorbeált dózis (szürke) biológiai minőségi tényezővel A β és γ sugárzáshoz a minőségi tényező 1 (1 Gy = 1 Sv) az 5 protonnál, a gyors neutronoknál 10 a α sugárzásnál 20 (1 Gy = 20 Sv) Tengerszint: 0,3 ms/a Helmut Hinghofer-Szalkay 2006

Tipikus dózis-expozíció Aktivitás/tartózkodás Sugárzás típusa 1. adag vegyes tengerszintű Hőmérséklet 30 burgonya, paradicsom. sötét időszakokra van szükség A Phytotron napi 2000 l O 2 -ot termel

Bioszféra 2 tesztmodul 1985-1993 6,1x 6,1 m, 360-480 m 3 Levegő: SBR = talajreaktor Víz: hulladékfeldolgozás 60 l/nap 1988. szept. Egyszemélyes lezárások 3 hétig Szivárgási sebesség 2 %/Hó 24 órás CO 2 -ingadozás 1000 ppm-ig

BPC: Biomassza-termelő kamra Kennedy Űrközpont, Florida 7,5 x 3,5 m 64 tálca (betét) - tálcánként összesen 16-20 m 2 16 l/perc víz/tápoldat 96 nátriumlámpa, 400 W

MELiSSA (mikro-ökológiai életfenntartó rendszer alternatívája) ehető növények CREW szerves hulladékok (ürülék, toalettpapír, növényi maradványok) 4. rekesz magasabb rendű növények (4a) cianobaktériumok (4b) 1. rekesz * LIKVIKÁCIÓ Anaerob termofil baktériumok NO 3 ásványi anyagok Ehető ásványi anyagok Növényi zsírok Baktériumok 2. RÉSZ Anaerob fotoszintetikus baktériumok CO 2 O 2 NH 4 * 1: hidrolízis, cseppfolyósítás 2: további erjedés: H 2, acetát, formiát (3: metanogenezis: pH 6,5 megakadályozza)

Az ép világ álma Oracle, Arizona: Az emberi kísérlet Zárt ökológiai ciklus 12 000 m 2 alapterület 190 000 m 3 térfogat Teljes anyagszigetelés a környezettől 3000 növényfaj, 600 állatfaj 6600 ablak, 40 km acélkeret

Helmut Hinghofer-Szalkay 2006

1. küldetés 1991-1993 (24 hónap) Tabor McCallum Sally Silverstone Mark Van Thillo Mark Nelson Jane Poynter Linda Leigh Abigail Alling Roy Walford 1. kép a misszió előtt

2. fotó: Egy év elteltével a bioszférában KG -14 (f)/- 21% (m) BMI 23> 19 kg/m 2 DBP 77> 58 mm Hg Gluc. 92> 68 mg/dl koleszterin 190> 130 mg/dl

CRL = kalóriakorlátozás a hosszú élettartam mellett A csökkentett kalóriatartalmú/jó minőségű étrenden élő patkányok hosszabb ideig élnek, mint az ad libitum táplált kontrollok (McCay, Crowell, Maynard. J Nutr 1935; 10: 63-79) Váltás a reproduktívról az életet fenntartó anyagcsere stratégiára? A kalóriabevitel 75, 45, 35% ad libitum >> az élettartam 19, 47, 54% -kal meghosszabbodott (Weindruch et al. 1986) Minél korábban/hosszabb, annál erősebb a hatás.Az anorexia nervosa közelsége. A kiváló minőségű, rendszeres táplálkozás elengedhetetlen a CRL hatásához

2. bioszféra: kalóriabevitel negyedenként

Fogyókúra: szénhidrátok, fehérje, zsírok Asztronauták: szénhidráttartalom + az elnyelt energia 5% -a >> inzulinszint + >> verseny az aminosavak felszívódásáért >> szabad triptofán + >> lehetséges hatás a szerotonin szintre (hipotalamusz) >> űr anorexia? Csökkent stressz tünetek?

Kilátás terraformálás: Földszerű, életkompatibilis környezeti feltételek megteremtése földönkívüli égitesteken Helmut Hinghofer-Szalkay 2007 2008

A lakhatékonyság határai Paraméter Korlátok Megjegyzések Növények Összes nyomás> 10 mbar H 2 O + O 2 + N 2 + CO 2 Szén-dioxid> 0,15 mbar A fotoszintézis alsó határa; Nincs tiszta felső határ Nitrogén> 1-10 mbar Nitrogén rögzítése Oxigén> 1 mbar Növényi légzés Emberek Normál légkeverék> 500 mbar 300 mbar Pufferhatás Oxigén> 130 mbar 2 H 2 O + CH 4 + hő, Ni vagy ko-katalizátoron, 300-400 C BOSCH CO 2 + 2 H 2 -> C + H 2 O + hő, Fe katalizátoron, 530-730 C

Mit lehetne változtatni a Marson? A gáznemű anyagok eloszlása ​​Felületi hőmérséklet és nyomás A légkör összetétele és átlátszósága Albedo Csapadék és talajnedvesség Cél: Növelje a hőmérsékletet 60 C-tal 1 bar 4 * 10 esetén 15 tonna gázra lenne szükség Marsi talaj erősen oxidálódva 2 bar nyomáson. po 2 2,5 mbar (növények számára elegendő) nitrogén ? (néhány mbar szükséges) 3 bar hőmérsékleten 2 +8 ° C-on érhető el (déli sark? Regolith?) CFC: CF 3 Br, C 2 F 6, CF 3 Cl, CF 2 Cl 2 . A Marson található elemek

---