Рафт за книги на NCBI. Услуга на Националната медицинска библиотека, Национални здравни институти.

аерокосмическо

StatPearls [Интернет]. Островът на съкровищата (Флорида): публикуване на StatPearls; 2020 януари-.

StatPearls [Интернет].

Салваторе Пелигра; Елизабет А. Кастевенс; Майкъл Дж. Матюс; Питър Ф. Едемеконг .

Автори

Принадлежности

Последна актуализация: 10 ноември 2020 г. .

Въведение

В аерокосмическата медицина акцентът е върху превенцията на болести, когато физически здрави индивиди, пилоти и астронавти, често проверявани до степен на извънредно здраве, след това се поставят във враждебна среда. [1] [2] [3]

За да се смекчат ефектите от кислород, колебания на налягането и температурата, както и други екологични съображения като микрогравитацията, всички от които оказват значително въздействие върху здравето, крайъгълните камъни на поддържането на здравето в аерокосмическата среда са навиците за хранене и упражнения.

За сравнително кратка продължителност в аеронавигационна среда, ползите от земното усърдие се отплащат особено в среда с висок G, като военни самолети, където декондиционирането и дехидратацията излагат пилота на повишен риск от загуба на съзнание (LOC). Друг пример е при продължително пътуване с въздух, като международни полети, при които отстраняването, обезводняването и обездвижването увеличават риска от дълбока венозна тромбоза (ДВТ) при пътуващ.

Поддържането на здравето и уелнес представляват много по-голямо предизвикателство в космоса.

В космоса цялата храна трябва да се носи и съхранява на кораба. Важно съображение е, че храненето и кондиционирането ще трябва да се поддържат по време на всяка мисия; изследването на Марс, например, ще отнеме около 2,5 години.

Космическите пътувания все още не са толкова често срещани, колкото търговските въздушни пътувания, където може да няма скрининг за съществуващи здравни условия и всякакви възрастови съображения ще се налагат сами. [4] [5] [6]

Проблемни въпроси

Настоящите контрамерки за запазване на поддържането на здравето в микрогравитационната среда се фокусират върху смекчаването на ефектите от изместването на течности и намаленото натоварване, открити от най-ранните експедиции в космоса. Нашето разбиране непрекъснато се увеличава през следващите десетилетия, тъй като изследванията и знанията се натрупват с технологичния напредък, който позволява на хората да прекарват постепенно повече време в космоса от кратки посещения до сегашното орбитално съоръжение, където астронавтите сега работят и живеят в космоса за периоди, които могат да продължат до една година и повече. [7] [8]

Първоначалният опит с микрогравитацията остави учените да се чудят дали е възможно да се поглъща храна и да се абсорбират хранителни вещества в микрогравитацията. През 1962 г. Джон Глен става първият американец, който се храни в космоса, като консумира ябълково пюре, опаковано в туба. Това успешно хранене установява, че наистина е възможно да се яде, преглъща и смила храна в безтегловна среда.

Тъй като усилията са значително по-малко при липса на гравитация, на астронавтите са дадени 2500 калории/ден (вместо нормалните им 3000 Cal/ден).

Теглото и размерът са основни съображения за всичко, изстреляно в космоса, така че храната, донесена за всяка мисия, беше лиофилизирана, включваща процес, при който сготвената храна бързо се замразява и след това се дехидратира с всички, освен един процент от водата. Непосредствено преди хранене храната се навлажнява с вода на борда в орбита; тъй като обаче имаше само студена вода, всички ястия се консумираха студени.

На Близнаци 3 астронавтът Джон Йънг изненада колегата си астронавт Вирджил Грисъм със сандвич с говеждо месо върху ръж, закупен в деликатес в Какао Бийч и едно от двете ястия, пренесени контрабандно на борда от предприемчивия член на екипажа, за да вземе проби по време на 5-часовата мисия ). За съжаление Грисъм не довърши сандвича, защото произвеждаше трохи; това е важно съображение с възможността за чуждо тяло на очите или аспирация при липса на гравитация. Този урок накара хлябът през следващите години да бъде заменен предимно с тортили.

Калориите са увеличени до 2800/ден и вече е налична топла вода за приготвяне на храна.

В навечерието на Коледа, 1968 г., астронавтите се наслаждавали на термостабилизирана пуйка със сос и сос от червена боровинка, която можели да ядат с лъжица. За първи път храненето не изисква рехидратация.

И все пак по-голямата част от ястията бяха лиофилизирани.

Докато премахването на условията стана очевидно при космическите пътешественици, които се връщаха от по-дълги мисии, включващи орбита, кацане и кратко изследване на Луната, ограниченията за размера на капсулата изключиха много по пътя на контрамерките.

За астронавтите се случи щастлив напредък. Космическата станция използваше слънчеви клетки за захранване, а не горивни клетки за производство на вода, използвани до този момент, така че дехидратираните храни се използваха по-малко, за да се запази водоснабдяването. Skylab имаше пълна галера и астронавтите можеха да приготвят и да ядат ястията, които избраха. Менюто беше разширено до 72 елемента и имаше охлаждане, така че замразената храна можеше да се носи и съхранява, включително това, което ще стане любимо на астронавтите, сладолед.

Важно беше, че по-голямата структура позволява ключов компонент за поддържане на здравето в космическата среда: упражнения за смекчаване на загубата на костна маса. Астронавтите ще започнат да използват резистивни ленти, както и стационарен мотор, за да избегнат декондициониращите ефекти на микрогравитацията.

От 1981 до 2011 г. първите космически кораби за многократна употреба изпълняват общо 135 мисии. Средната мисия беше приблизително 10 дни; най-краткият беше малко над една минута (STS-51-L, когато Challenger трагично се разпадна по време на изстрелването), а най-дългият беше 17 дни (STS-80, полетен от Колумбия).

На всеки член на екипажа бяха осигурени три хранения на ден и леки закуски, като менюто се повтаряше след 7 дни. Храната се съхранява и идентифицира с цветна точка, специфична за всеки астронавт. Изискванията към диетата бяха изчислени, за да се съобразят с основните енергийни разходи (ПЧЕ): ПЧЕЛ за мъже = 66 + (13,7 х Ш) + (5 х В) - (6,8 х А) и ПЧЕ за жени = 655 + (9,6 х Ш) + ( 1,7 х Н) - (4,7 х А). W = тегло в килограми, H = височина в сантиметри и A = възраст в години.

Space Shuttle, подобно на Skylab, имаше камбуз. Тази кухня съдържаше дозатор за вода за рехидратиране на ястия и фурна за нагряване на храната до подходяща температура. Използвани са конвенционални прибори като вилици, лъжици и ножове, както и ножица за рязане на отворени торбички с хранителни контейнери.

Въпреки че имаше камбуз и хладилник, почти цялата храна беше предварително приготвена или обработена, което я направи готова за консумация след добавяне на вода или нагряване. Предлагаха се малко пресни плодове и зеленчуци, прибрани в шкафче за храна.

Теглото остава основно съображение, така че храната е ограничена до 3,8 паунда на член на екипажа на ден и включва 1 паунд опаковка за всеки астронавт всеки ден.

Въпреки че мисиите бяха сравнително кратки, подготовката оставаше приоритет отчасти поради задължението за пилотиране на космически кораб, превърнат планер в кацане, след като беше отново подложен на силите на гравитацията. Следователно беше бягана бягаща пътека и редовното упражнение се изпълняваше от екипажа.

Международна космическа станция (МКС)

Освен сън и хранене, астронавтите прекарват по-голямата част от времето си, по 2,5 часа на ден, упражнявайки се и признавайки това като приоритет за здравето номер едно.

Съображение за бъдещи космически пътувания е запазването на 1G околната среда на Земята чрез завъртане на цял космически кораб; обаче ограниченията на размера и разходите остават непосилни в този момент. Въртенето на част от космическия кораб може да е възможно, но е скъпо и представлява инженерни предизвикателства. В момента се разработва възможно решение в Изследователския център на Националната аеронавтика и космическа администрация (НАСА) „Еймс“, който включва центробежен велосипед, задвижван от човек, от двама до двама, който да се използва в космическия кораб, като по този начин се възползват едновременно от компонентите за упражнения и въртене. Комбинирането на ползата от упражненията с резултата от ефекта на генерирана сила от 1 G, като същевременно се запазва разумен отпечатък, може потенциално да смекчи ефектите от микрогравитацията в дългосрочна космическа мисия.

Понастоящем кондиционирането в космоса се осигурява от усъвършенстваното устройство за резистивни упражнения (ARED), което симулира упражнения със свободно тегло в 1 G среда, поддържайки мускулна сила и мускулна маса в астронавта, необходими за производителност, като транслация на горната част на тялото по време на екстравехикуларна активност (EVA) и безопасност при преминаване от микрогравитация към гравитация, наложена от Луната (една шеста от Земята), Марс (една трета от Земята), както и за връщане на самата Земя. Сърдечно-съдовото здраве се поддържа с бягаща пътека в допълнение към стационарен велосипед (разположен в лабораторния модул) и е ключов компонент на много експерименти, които изискват наблюдение в движение, включително измерване на аеробна годност.

Настоящата диета на Международната космическа станция (МКС) е добре балансирана, но повтаряща се и преобладава трайната храна (дехидратирана, термостабилизирана). Въпреки че енергийните нужди са намалени при микрогравитация в резултат на намалената работа, необходима за изпълнение на задача при липса на гравитация, храненето и вкусовите качества остават важни съображения и предизвикателства.

Както на Земята, зрението, структурата и видът на вкусната храна е важен компонент както на физическото, така и на психологическото здраве на астронавтите, които ще поемат обезсърчителната задача на дългосрочна мисия (например отиване до Марс, което е цел за НАСА, както и за търговския бизнес).

Отглеждането на храна в космоса все още е в зародиш, като първата успешна реколта е дадена в края на 2015 г. и е ограничена до няколко зеленчука. Тъй като калориите и калориите се следят отблизо и теглото е първокласно, предварително опакованата хранителна храна с удължен срок на годност ще остане стандарт за обозримо бъдеще, допълнена от пресни продукти, степента, до която се обсъжда активно.

Консервите, традиционният руски метод на хранене, приет в началото на космическата им програма и относително непроменен, носят допълнителен риск от нараняване/инфекция от опаковката, както и тежест.

Клинично значение

Както на Земята, диетата и физическите упражнения са от ключово значение за поддържането на здравето и благосъстоянието в космическата среда; въпреки че ограниченията за размера и теглото, както и ограниченията, породени от микрогравитационната среда, представляват значителни предизвикателства за преодоляване.

Многобройните стресови фактори в космоса се изострят поради продължителността на мисията. Очаква се изследователска мисия до Марс да отнеме порядъка на 2,5 години. Крайната изолация и строгата обстановка биха се засилили от преработена, предварително опакована храна и монотонно меню. Процесът на консервиране, отстраняване на водата и намаляване на ограниченията за температура/време води до получаване на храна, която е по-слаба за небцето и окото. Освен това тя концентрира, наред с други неща, солта, така че храната, консумирана от космическите екипажи, е изложена на риск да бъде по-малко здравословна от диетата с пресни продукти, която в момента е идеална, макар и невъзможна.

Логистиката на носенето и запазването на всяко хранене, за да отговори на нуждите на целия екипаж (четири до шест или повече) за продължителността на дълбоко космическа мисия, и позволяваща непредвидени проблеми, е обезсърчително. Използването на ограничения за теглото на совалката за храна от 3,8 паунда на член на екипажа на ден, което позволява шест астронавти и 2,5 години, означава, че ракетата, извеждаща изследователите на Марс, ще трябва да позволи допълнителни 20 805 фунта при излитане! Предварителното позициониране на ястията в точките на Лагранж, както и на повърхността на планетата, е съображение; обаче времето и радиацията могат да влошат качеството на храните и хранителните вещества. Важно е, че загубата или унищожаването на предварително позиционираните доставки би било катастрофално.

Вместо да влошава психологическото въздействие на очакваното съществуване на Спартан, времето за хранене трябва да се възприема като възможност за осигуряване на хранене, като същевременно се насърчава среда за почивка, отклонение, подмладяване, другарство и социално взаимодействие.

Разработват се парникови аналози за осигуряване на пресни зеленчуци за консумация на астронавти, системата Veggie от страна на САЩ и системата Lada от руската страна на МКС. В допълнение към храненето и атмосферното рециклиране, ползите от градинарството в космоса отговарят и на други важни човешки нужди, като положителното психологическо въздействие от увеличаването на иначе строгата, стерилна среда, както и положителното емоционално въздействие от грижите и съжителството с живите организми. Нещо повече, изкуственото създаване на селскостопански сезони на засаждане, растеж и реколта също би било ефективен метод за отбелязване на течението на мисиите в дълбокия космос. [9]

Следователно биорегенеративните системи за производство на храни ще имат значителен положителен ефект върху дългосрочните мисии за проучване.

Значителен ефект от микрогравитацията е последващото изместване на течността, което води до назална конгестия, която неблагоприятно влияе на вкуса. В резултат визуалният компонент на храненето е от все по-голямо значение и космическите пътешественици ще оценят по-добре пикантните храни в диетата си.

Докато диетата и физическите упражнения са крайъгълните камъни за поддържане на здравето и благосъстоянието във враждебната космическа среда, важно съображение е вредното въздействие на радиацията. След като напуснат защитната атмосфера и магнитосферата на Земята, астронавтите са подложени на слънчева и космическа радиация, така че инженерният контрол за осигуряване на екраниране е от първостепенно значение. Слънчевата радиация включва ултравиолетови лъчи, рентгенови лъчи, протони и електрони. Космическата радиация излъчва от всяка посока в дълбокия космос и се състои от високоенергийни протони и атомни ядра, които са далеч по-енергични и следователно по-вредни от слънчевата радиация. Поради настоящите опасения за излагането на радиация през целия живот и произтичащият рак, астронавтите, избрани за дълго време, мисията в дълбокия космос вероятно ще бъдат по-стари.

И накрая, инженерният контрол е от жизненоважно значение за защитата на храните от неблагоприятните ефекти на радиацията, така че при консумация след продължително съхранение, независимо дали е на борда на кораба или предварително поставено, съдържанието на хранителни вещества ще се запази и качеството ще се запази.