สวัสดีค่ะ
เมื่อหลายอาทิตย์ก่อนคุณ Darth Prin ตั้งกระทู้เกี่ยวกับการปรับสภาพดาวอังคารให้เหมาะกับการอาศัย
Mars Terraforming: เรามาทำดาวอังคารให้มันอยู่ได้กันเถอะ (
http://pantip.com/topic/30044551 )
ซึ่งก็ถกกันว่ามันน่าจะมีการปรับสภาวะแวดล้อมให้เหมาะกับสรีรวิทยาของมนุษย์มากกว่านี้
ดิฉันจึงเขียนบทความนี้เพื่อเสนอเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในร่างกายของมนุษย์เมื่อเข้าสู่สภาวะไร้น้ำหนักค่ะ
เปิดหัวกระทู้ด้วยเพลง Across the Universe ของ Beatles ซึ่งเป็นเพลงที่นาซ่าส่งออกสู่อวกาศเมื่อวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 2012 (รายละเอียด
http://www.nasa.gov/topics/universe/features/across_universe.html )
VIDEO
สมมติว่าเราจะเก็บกระเป๋าไปดาวอังคาร
จากรูป สมมติว่าเราจะไปดาวอังคารกัน ใช้เวลา 2.4 ปี ประมาณระยะเวลาเดินทางจากโลกสู่ดาวอังคาร 6 เดือน อยู่บนดาวอังคาร 500 วัน กลับจากดาวอังคารอีก 6 เดือน เวลาสองปีกว่าในสภาวะแวดล้อมสุดโหดอาจทำให้ระบบต่างๆในร่างกายผิดปรกติ เช่น ระบบหัวใจและหลอดเลือด มีการสูญเสียมวลกระดูกและกล้ามเนื้อ ปัญหาทางจิต อันตรายจากสภาพแวดล้อมในอวกาศ ฯลฯ
(ที่มา [1])
สภาวะไร้น้ำหนัก ต่อระบบหลอดเลือดและหัวใจ
ในสภาวะไร้น้ำหนัก ของเหลวจะไหลขึ้นจากร่างกายส่วนล่างขึ้นส่วนบน เกิด
“Puffy face–bird leg” syndrome จะเห็นลักษณะหน้าบวม (Puffy face) และรอบวงของขาเล็กลง (Bird leg) จากการเคลื่อนของของเหลวทำให้ระบบหัวใจและหลอดเลือด รวมทั้งระบบประสาทอัตโนมัติทำงานมากขึ้นเพื่อกระจายของเหลวให้ทั่วร่างกาย
และหลังการลงจอดสู่พื้นโลก ของเหลวในร่างกายไหลจากร่างกายส่วนบนลงล่าง อาจเกิด Orthostatic hypotension ความดันเลือดต่ำจากการที่เลือดไปเลี้ยงสมองไม่พอ พบว่านักบินอวกาศบางคนยืนนิ่งๆนาน 10 นาทีไม่ได้ เพราะมีอาการเวียนหัว จะเป็นลม
รูปบนแสดงการเคลื่อนของอของเหลวในร่างกายขณะอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก และเมื่อมีแรงโน้มถ่วง
อาการเมาอวกาศ (Space motion sickness)
อาการเมารถ เมาเรือ บนพื้นโลกเกิดจากความไม่สัมพันธ์กันระหว่างสายตากับระบบรับรู้ทิศทางในสมอง
อาการเมาอวกาศก็เกิดขึ้นได้เช่นเดียวกัน สาเหตุเกิดจากการที่สมองรับรู้ทิศทางเพี้ยนไป (ลองจินตนาการถึงภาวะที่คุณลอยตุ๊บป่อง ไม่รู้ทิศไหนอยู่บน ล่าง ซ้าย ขวา)
อาการเมาอวกาศจะเกิดขึ้นในช่วง 1-2 วันแรกเมื่อขึ้นสู่อวกาศ มีอาการวิงเวียน มึนงง เดินไม่ตรง อาการเหมือนเมารถ เมาเรือ หรือภาวะป่วยจากการเคลื่อนไหว (motion sickness)
VIDEO
จากคลิปเป็นการทดลองเกี่ยวกับระบบรับรู้ทิศ ใครอยากสัมผัสอาการเมาโดยไร้แอลกอฮอลอาจลองตามคลิปก็ได้ค่ะ แต่ต้องหาคนพยุงหลังลุกจากเก้าอี้ และอาจต้องเตรียมถุงใส่อาเจียนไว้ด้วย
VIDEO
ภาวะกล้ามเนื้อลีบ
เมื่ออยู่บนพื้นโลกจะมีแรงดึงดูดกระทำที่กล้ามเนื้อและกระดูกตลอดเวลา แต่เมื่อออกสู่อวกาศแรงดึงดูดลดลง พบภาวะกล้ามเนื้อลีบและการสูญเสียมวลกระดูก
เมื่ออยู่ในอวกาศนาน 2 สัปดาห์ มวลของกล้ามเนื้อจะหายไปราว 20% ถ้านานกว่านั้น 3-6 เดือน มวลของกล้ามเนื้อจะหายไปราว 30% นอกจากนี้ยังพบว่าจะเสียใยกล้ามเนื้อชนิด Type 2 fibres ซึ่งสำคัญต่อการทรงตัว มากกว่า Type 1 fibres ทำให้กล้ามเนื้อล้าได้ง่ายขึ้น
เมื่อกลับสู่พื้นโลก อาจพบอาการปวดกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อตึงบริเวณน่อง ต้นขา มีอาการพังผืดใต้ฝ่าเท้าอักเสบ (Plantar fasciitis)
ต้องใช้เวลาอีกประมาณ 4 เดือน กว่ามวล และความแข็งแรงของกล้ามเนื้อจะกลับมาเป็นปรกติ
การออกกำลังกายจะช่วยปรับตัวทั้งระบบหัวใจและหลอดเลือด และระบบกล้ามเนื้อ กระดูก (ที่มา [1])
การเสียมวลกระดูก
การสูญเสียมวลกระดูก เกิดจากแรงกระทำต่อกระดูกตอนที่อยู่ในพื้นโลกหายไป การขาดแสงอาทิตย์ก็จะทำให้ขาดการสังเคราะห์วิตามินดีที่สำคัญต่อการดูดซึมแคลเซียม นอกจากนี้สภาวะที่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงก็เพิ่มการขับถ่ายแคลเซี่ยมจากภาวะร่างกายเป็นกรด (acidosis) ด้วย
ในช่วงวันแรกๆของสภาวะไร้น้ำหนักจะพบการขับแคลเซี่ยมออกทางปัสสาวะและอุจจาระมากขึ้นถึง 60-70% และในกระดูกส่วนที่รับน้ำหนัก เช่น กระดูกเชิงกราน กระดูกต้นขา มวลกระดูกจะลดลง 1-2% ต่อเดือน การเสียมวลกระดูกนี้ยังคงมีอยู่หลังจากที่กลับสู่พื้นโลก
การเสียมวลกระดูกอาจทำให้กระดูกไม่แข็งแรง เกิดภาวะกระดูกพรุน (Osteoporosis) ด้วยเหตุนี้นักบินอวกาศส่วนมากจะถูกห้ามไม่ให้โดยสารเครื่องบินที่บินโดยมีแรง G สูงภายในช่วง 3 ปีหลังออกอวกาศ เพราะแรง G ที่สูงขึ้นอาจทำลายกระดูกที่เปราะกว่าปรกติอยู่แล้วของนักบิน
ปัญหาอีกอย่างที่พบคือการขับแคลเซี่ยมออกทางปัสสาวะที่มากกว่าปรกติอาจทำให้เกิดนิ่วในไต (Kidney stones) ได้ค่ะ
กระดูกปรกติ และกระดูกพรุน (ที่มา [1])
ปัญหาทางจิต
ลองจินตนาการหากคุณต้องอยู่ในกล่องแคบๆ เจอแต่ลุกน้องหน้าเดิมๆ นานเป็นเดือน เป็นปี กังวลเกี่ยวกับภารกิจตลอดเวลา ครอบครัวก็อยู่ห่างออกไปหลายปีแสง มีเสียงประหลาดในหู อุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป มีแสงตลอดหรือมืดตลอดเวลา นอนไม่เป็นเวลาเพราะไม่รู้ว่าตอนไหนกลางวัน หรือกลางคืน ฯลฯ สภาวะแวดล้อมดังกล่าวอาจทำให้คนเรามีอาการผิดปรกติทางจิตได้
อาการพวกนี้อาจพอป้องกันหรือทุเลาลงได้หากจัดสภาวะแวดล้อมให้เหมาะสม เช่น จัดสภาวะแวดล้อมและตารางเวลาให้เหมาะกับการนอนหลับ ให้นักบินติดต่อกับครอบครัวบ้างในระหว่างภารกิจ หรือมีสิ่งแก้เบื่อ เช่น ดีวีดี หนังสือ
ระบบภูมิคุ้มกัน
ระบบภูมิคุ้มกันของนักบินอวกาศจะลดประสิทธิภาพลง โดยพบว่าครึ่งหนึ่งของนักบินอวกาศที่ไปกับยานอพอลโลติดเชื้อแบคทีเรีย หรือไวรัส
สาเหตุอาจมาจากความเครียดเรื้อรัง stress hormone หลั่งมากขึ้น ส่วนสาเหตุอื่น ยังไม่ทราบกลไกที่แนชัดว่า รังสีในอวกาศ หรือสภาวะไร้น้ำหนักจะไปมีผลต่อประสิทธิภาพของระบบภูมิคุ้มกันได้อย่างไรค่ะ
นอกจากภูมิคุ้มกันที่ลดลงแล้ว ผลการทดลองเพาะเชื้อแบคทีเรียในภาวะไร้น้ำหนักยังพบว่ามีการเปลี่ยนไปสู่ภาวะก่อโรค (pathogenicity) มากขึ้นด้วย
ตารางสรุปการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาแปรตามระยะเวลา (ที่มา [2])
อนึ่ง เนื้อหาในกระทู้นี้จะเกี่ยวกับสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าโลกนะคะ ส่วนสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าโลกจะแตกต่างไปจากนี้
หากใครสนใจลองอ่านดู
http://www.wired.com/wired/archive/11.03/7g.html
งานวิจัยในด้านนี้ยังต้องพัฒนาอีกมาก หากใครสนใจก็มีการเรียนการสอนในระดับปริญญาโทและเอกในหลายประเทศ ใครสนใจลองเข้าไปดูที่ลิงค์นี้
http://spacelist.org/agencies.shtml มีข้อมูลด้านอื่นด้วยค่ะ
( NASA เองก็มีหลักสูตรอยู่นะ
http://science.nasa.gov/researchers/sara/student-programs/ )
ขอบคุณที่เข้ามาชมค่ะ
ที่มา http://www.4frontierscorp.com/dev/assets/00%20-%20MAAE%204906%20-%20Biomechanics%20Final%20Project.pdf http://www.nsbri.org/HumanPhysSpace/ http://www.nasa.gov/exploration/humanresearch/areas_study/physiology/index.html VIDEO
{ Microgravity and Physiology } ... เก็บกระเป๋าไปดาวอังคาร ...
เมื่อหลายอาทิตย์ก่อนคุณ Darth Prin ตั้งกระทู้เกี่ยวกับการปรับสภาพดาวอังคารให้เหมาะกับการอาศัย
Mars Terraforming: เรามาทำดาวอังคารให้มันอยู่ได้กันเถอะ ( http://pantip.com/topic/30044551 )
ซึ่งก็ถกกันว่ามันน่าจะมีการปรับสภาวะแวดล้อมให้เหมาะกับสรีรวิทยาของมนุษย์มากกว่านี้
ดิฉันจึงเขียนบทความนี้เพื่อเสนอเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในร่างกายของมนุษย์เมื่อเข้าสู่สภาวะไร้น้ำหนักค่ะ
เปิดหัวกระทู้ด้วยเพลง Across the Universe ของ Beatles ซึ่งเป็นเพลงที่นาซ่าส่งออกสู่อวกาศเมื่อวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 2012 (รายละเอียด http://www.nasa.gov/topics/universe/features/across_universe.html )
สมมติว่าเราจะเก็บกระเป๋าไปดาวอังคาร
จากรูป สมมติว่าเราจะไปดาวอังคารกัน ใช้เวลา 2.4 ปี ประมาณระยะเวลาเดินทางจากโลกสู่ดาวอังคาร 6 เดือน อยู่บนดาวอังคาร 500 วัน กลับจากดาวอังคารอีก 6 เดือน เวลาสองปีกว่าในสภาวะแวดล้อมสุดโหดอาจทำให้ระบบต่างๆในร่างกายผิดปรกติ เช่น ระบบหัวใจและหลอดเลือด มีการสูญเสียมวลกระดูกและกล้ามเนื้อ ปัญหาทางจิต อันตรายจากสภาพแวดล้อมในอวกาศ ฯลฯ
(ที่มา [1])
สภาวะไร้น้ำหนัก ต่อระบบหลอดเลือดและหัวใจ
ในสภาวะไร้น้ำหนัก ของเหลวจะไหลขึ้นจากร่างกายส่วนล่างขึ้นส่วนบน เกิด “Puffy face–bird leg” syndrome จะเห็นลักษณะหน้าบวม (Puffy face) และรอบวงของขาเล็กลง (Bird leg) จากการเคลื่อนของของเหลวทำให้ระบบหัวใจและหลอดเลือด รวมทั้งระบบประสาทอัตโนมัติทำงานมากขึ้นเพื่อกระจายของเหลวให้ทั่วร่างกาย
และหลังการลงจอดสู่พื้นโลก ของเหลวในร่างกายไหลจากร่างกายส่วนบนลงล่าง อาจเกิด Orthostatic hypotension ความดันเลือดต่ำจากการที่เลือดไปเลี้ยงสมองไม่พอ พบว่านักบินอวกาศบางคนยืนนิ่งๆนาน 10 นาทีไม่ได้ เพราะมีอาการเวียนหัว จะเป็นลม
รูปบนแสดงการเคลื่อนของอของเหลวในร่างกายขณะอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก และเมื่อมีแรงโน้มถ่วง
รูปล่างแสดงภาวะ Puffy face (ที่มา [4])
อาการเมาอวกาศ (Space motion sickness)
อาการเมารถ เมาเรือ บนพื้นโลกเกิดจากความไม่สัมพันธ์กันระหว่างสายตากับระบบรับรู้ทิศทางในสมอง
อาการเมาอวกาศก็เกิดขึ้นได้เช่นเดียวกัน สาเหตุเกิดจากการที่สมองรับรู้ทิศทางเพี้ยนไป (ลองจินตนาการถึงภาวะที่คุณลอยตุ๊บป่อง ไม่รู้ทิศไหนอยู่บน ล่าง ซ้าย ขวา)
อาการเมาอวกาศจะเกิดขึ้นในช่วง 1-2 วันแรกเมื่อขึ้นสู่อวกาศ มีอาการวิงเวียน มึนงง เดินไม่ตรง อาการเหมือนเมารถ เมาเรือ หรือภาวะป่วยจากการเคลื่อนไหว (motion sickness)
จากคลิปเป็นการทดลองเกี่ยวกับระบบรับรู้ทิศ ใครอยากสัมผัสอาการเมาโดยไร้แอลกอฮอลอาจลองตามคลิปก็ได้ค่ะ แต่ต้องหาคนพยุงหลังลุกจากเก้าอี้ และอาจต้องเตรียมถุงใส่อาเจียนไว้ด้วย
ภาวะกล้ามเนื้อลีบ
เมื่ออยู่บนพื้นโลกจะมีแรงดึงดูดกระทำที่กล้ามเนื้อและกระดูกตลอดเวลา แต่เมื่อออกสู่อวกาศแรงดึงดูดลดลง พบภาวะกล้ามเนื้อลีบและการสูญเสียมวลกระดูก
เมื่ออยู่ในอวกาศนาน 2 สัปดาห์ มวลของกล้ามเนื้อจะหายไปราว 20% ถ้านานกว่านั้น 3-6 เดือน มวลของกล้ามเนื้อจะหายไปราว 30% นอกจากนี้ยังพบว่าจะเสียใยกล้ามเนื้อชนิด Type 2 fibres ซึ่งสำคัญต่อการทรงตัว มากกว่า Type 1 fibres ทำให้กล้ามเนื้อล้าได้ง่ายขึ้น
เมื่อกลับสู่พื้นโลก อาจพบอาการปวดกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อตึงบริเวณน่อง ต้นขา มีอาการพังผืดใต้ฝ่าเท้าอักเสบ (Plantar fasciitis)
ต้องใช้เวลาอีกประมาณ 4 เดือน กว่ามวล และความแข็งแรงของกล้ามเนื้อจะกลับมาเป็นปรกติ
การออกกำลังกายจะช่วยปรับตัวทั้งระบบหัวใจและหลอดเลือด และระบบกล้ามเนื้อ กระดูก (ที่มา [1])
การเสียมวลกระดูก
การสูญเสียมวลกระดูก เกิดจากแรงกระทำต่อกระดูกตอนที่อยู่ในพื้นโลกหายไป การขาดแสงอาทิตย์ก็จะทำให้ขาดการสังเคราะห์วิตามินดีที่สำคัญต่อการดูดซึมแคลเซียม นอกจากนี้สภาวะที่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงก็เพิ่มการขับถ่ายแคลเซี่ยมจากภาวะร่างกายเป็นกรด (acidosis) ด้วย
ในช่วงวันแรกๆของสภาวะไร้น้ำหนักจะพบการขับแคลเซี่ยมออกทางปัสสาวะและอุจจาระมากขึ้นถึง 60-70% และในกระดูกส่วนที่รับน้ำหนัก เช่น กระดูกเชิงกราน กระดูกต้นขา มวลกระดูกจะลดลง 1-2% ต่อเดือน การเสียมวลกระดูกนี้ยังคงมีอยู่หลังจากที่กลับสู่พื้นโลก
การเสียมวลกระดูกอาจทำให้กระดูกไม่แข็งแรง เกิดภาวะกระดูกพรุน (Osteoporosis) ด้วยเหตุนี้นักบินอวกาศส่วนมากจะถูกห้ามไม่ให้โดยสารเครื่องบินที่บินโดยมีแรง G สูงภายในช่วง 3 ปีหลังออกอวกาศ เพราะแรง G ที่สูงขึ้นอาจทำลายกระดูกที่เปราะกว่าปรกติอยู่แล้วของนักบิน
ปัญหาอีกอย่างที่พบคือการขับแคลเซี่ยมออกทางปัสสาวะที่มากกว่าปรกติอาจทำให้เกิดนิ่วในไต (Kidney stones) ได้ค่ะ
กระดูกปรกติ และกระดูกพรุน (ที่มา [1])
ปัญหาทางจิต
ลองจินตนาการหากคุณต้องอยู่ในกล่องแคบๆ เจอแต่ลุกน้องหน้าเดิมๆ นานเป็นเดือน เป็นปี กังวลเกี่ยวกับภารกิจตลอดเวลา ครอบครัวก็อยู่ห่างออกไปหลายปีแสง มีเสียงประหลาดในหู อุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป มีแสงตลอดหรือมืดตลอดเวลา นอนไม่เป็นเวลาเพราะไม่รู้ว่าตอนไหนกลางวัน หรือกลางคืน ฯลฯ สภาวะแวดล้อมดังกล่าวอาจทำให้คนเรามีอาการผิดปรกติทางจิตได้
อาการพวกนี้อาจพอป้องกันหรือทุเลาลงได้หากจัดสภาวะแวดล้อมให้เหมาะสม เช่น จัดสภาวะแวดล้อมและตารางเวลาให้เหมาะกับการนอนหลับ ให้นักบินติดต่อกับครอบครัวบ้างในระหว่างภารกิจ หรือมีสิ่งแก้เบื่อ เช่น ดีวีดี หนังสือ
ระบบภูมิคุ้มกัน
ระบบภูมิคุ้มกันของนักบินอวกาศจะลดประสิทธิภาพลง โดยพบว่าครึ่งหนึ่งของนักบินอวกาศที่ไปกับยานอพอลโลติดเชื้อแบคทีเรีย หรือไวรัส
สาเหตุอาจมาจากความเครียดเรื้อรัง stress hormone หลั่งมากขึ้น ส่วนสาเหตุอื่น ยังไม่ทราบกลไกที่แนชัดว่า รังสีในอวกาศ หรือสภาวะไร้น้ำหนักจะไปมีผลต่อประสิทธิภาพของระบบภูมิคุ้มกันได้อย่างไรค่ะ
นอกจากภูมิคุ้มกันที่ลดลงแล้ว ผลการทดลองเพาะเชื้อแบคทีเรียในภาวะไร้น้ำหนักยังพบว่ามีการเปลี่ยนไปสู่ภาวะก่อโรค (pathogenicity) มากขึ้นด้วย
ตารางสรุปการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาแปรตามระยะเวลา (ที่มา [2])
อนึ่ง เนื้อหาในกระทู้นี้จะเกี่ยวกับสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าโลกนะคะ ส่วนสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าโลกจะแตกต่างไปจากนี้
หากใครสนใจลองอ่านดู http://www.wired.com/wired/archive/11.03/7g.html
งานวิจัยในด้านนี้ยังต้องพัฒนาอีกมาก หากใครสนใจก็มีการเรียนการสอนในระดับปริญญาโทและเอกในหลายประเทศ ใครสนใจลองเข้าไปดูที่ลิงค์นี้ http://spacelist.org/agencies.shtml มีข้อมูลด้านอื่นด้วยค่ะ
( NASA เองก็มีหลักสูตรอยู่นะ http://science.nasa.gov/researchers/sara/student-programs/ )
ขอบคุณที่เข้ามาชมค่ะ
ที่มา
[1] Grant Bonin. Physiological Issues in Human Spaceflight: Review and Proposed Countermeasures. http://www.4frontierscorp.com/dev/assets/00%20-%20MAAE%204906%20-%20Biomechanics%20Final%20Project.pdf
[2] Williams D, Kuipers A, Mukai C, Thirsk R. Acclimation during space flight: effects on human physiology. CMAJ. 2009 Jun 23;180(13):1317-23
[3] Vernikos J, Schneider VS. Space, gravity and the physiology of aging: parallel or convergent disciplines? A mini-review. Gerontology. 2010;56(2):157-66
[4] http://www.nsbri.org/HumanPhysSpace/
[5] http://www.nasa.gov/exploration/humanresearch/areas_study/physiology/index.html