우주비행이 인체에 미치는 영향

Effect of spaceflight on the human body
이 기사는 우주 비행이 인간에게 미치는 의학적 결과에 관한 것입니다. 일반적인 연구는 바이오 천문학을 참조하십시오.
미국 우주비행사 마샤 아이빈스가 우주에서 머리카락에 미치는 미세중력의 영향을 보여줍니다.

우주 비행이 인체에 미치는 영향은 복잡하고 장단기에 걸쳐 크게 해롭습니다.[1] 장기 무중력의 심각한 부작용으로는 근육 위축과 골격 악화(우주비행 골감소증)가 있습니다.[2] 다른 중요한 영향으로는 심혈관계 기능의 둔화, 적혈구 생성 감소(우주 빈혈),[3] 균형 장애, 시력 장애 및 면역 체계의 변화가 있습니다.[4] 추가적인 증상으로는 체액 재분배(무중력 상태를 경험하는 우주 비행사들의 사진에서 전형적으로 나타나는 "달 얼굴"의 외관을 유발),[5][6] 체질량 감소, 코 막힘, 수면 장애, 과도한 팽만감 등이 있습니다. 전반적으로 NASA는 RIDGE(우주 방사선, 격리 및 감금, 지구로부터의 거리, 중력장, 적대적이고 폐쇄적인 환경)[3]라는 약어로 우주 비행이 인체에 미치는 다양한 해로운 영향을 언급합니다.

지구를 떠나고 우주 추진 시스템을 개발하는 것과 관련된 공학적인 문제들은 한 세기 이상 동안 조사되어 왔고, 수백만 시간의 연구가 이를 위해 쓰여졌습니다. 최근 몇 년 동안 인간이 어떻게 우주에서 생존하고 일을 할 수 있는지에 대한 연구가 증가하고 있습니다. 이 질문은 물리 및 생물 과학의 입력을 필요로 하며 이제 인간 우주 탐험이 직면한 (자금 지원 이외의) 가장 큰 도전이 되었습니다. 이 도전을 극복하기 위한 근본적인 단계는 장기간의 우주 여행이 인체에 미치는 영향과 영향을 이해하는 것입니다.

2015년 10월, NASA 감사관실은 화성으로의 인간 임무를 포함한 우주 탐사와 관련된 건강 위험 보고서를 발표했습니다.[7][8]

2019년 4월 12일, NASA는 우주 비행사 쌍둥이 연구의 의학적 결과를 보고했는데, 한 명의 우주 비행사 쌍둥이는 국제 우주 정거장에서 1년을 우주에서 보낸 반면, 다른 한 명은 지구에서 1년을 보낸 것으로, 쌍둥이를 비교한 후 DNA와 인지의 변화를 포함한 몇 가지 오래 지속되는 변화를 보여주었습니다.[9][10]

2019년 11월, 연구원들은 11명의 건강한 우주 비행사들에 대한 6개월간의 연구를 바탕으로 국제 우주 정거장에 탑승하는 동안 우주 비행사들이 심각한 혈류와 응고 문제를 경험했다고 보고했습니다. 연구원들에 의하면, 이 결과는 화성 탐사를 포함한 장기적인 우주 비행에 영향을 미칠 수도 있다고 합니다.[11][12]

생리적 효과

우주 비행 동안 인간이 경험하는 많은 환경 조건은 인간이 진화했던 환경과 매우 다릅니다. 하지만 우주선이나 우주복이 제공하는 것과 같은 기술은 사람들을 가장 가혹한 조건으로부터 보호할 수 있습니다. 숨쉴 수 있는 공기와 마실 수 있는 물에 대한 즉각적인 요구는 인간이 우주 공간에서 생존할 수 있도록 하는 장치의 그룹인 생명 유지 시스템에 의해 해결됩니다.[13] 생명 유지 시스템은 공기, 물, 음식을 공급합니다. 또한 온도와 압력을 허용 가능한 한도 내에서 유지하고 몸의 노폐물을 처리해야 합니다. 방사선 및 미세 운석과 같은 유해한 외부 영향에 대한 차폐도 필요합니다.

무중력과 같은 일부 위험은 완화하기 어렵습니다. 이는 미시중력 환경으로도 정의됩니다. 이러한 환경에서 생활하는 것은 고유수용력 상실, 체액분포 변화, 근골격계 악화 등 세 가지 중요한 방식으로 신체에 영향을 미칩니다.

2017년 11월 2일, 과학자들은 MRI 연구를 바탕으로 우주 여행을 한 우주 비행사들에게서 뇌의 위치와 구조에 상당한 변화가 발견되었다고 보고했습니다. 우주 여행을 더 오래 한 우주 비행사들은 더 큰 뇌 변화와 관련이 있었습니다.[14][15]

2018년 10월, NASA의 지원을 받은 연구원들은 화성으로의 여행을 포함한 우주 공간으로의 긴 여행이 우주 비행사들의 위장 조직을 상당히 손상시킬 수 있다는 것을 발견했습니다. 그 연구들은 그러한 여행이 우주 비행사들의 뇌를 상당히 손상시키고 그들을 조기에 노화시킬 수 있다는 것을 발견한 초기 연구를 뒷받침합니다.[16]

2019년 3월, NASA는 우주 임무 동안 인간의 잠재적인 바이러스가 활성화되어 미래의 심우주 임무에서 우주 비행사들에게 더 많은 위험을 더할 수 있다고 보고했습니다.[17]

조사.

본문: 우주의학

우주 의학은 우주 공간에 사는 우주 비행사의 건강을 연구하는 발전하는 의료 행위입니다. 이 학문적 추구의 주요 목적은 사람들이 우주의 극한 조건에서 얼마나 잘, 얼마나 오랫동안 살아남을 수 있는지, 그리고 우주에서 돌아온 후 지구 환경에 얼마나 빨리 재적응할 수 있는지를 발견하는 것입니다. 우주의학은 또한 인간이 잘 적응하지 못하는 환경에서 생활함으로써 발생하는 고통을 완화하기 위한 예방 및 완화책을 개발하고자 합니다.

상승 및 재진입

참고 항목: 하이지 훈련

이륙 및 재진입 과정에서 우주 여행자는 정상 중력의 몇 배를 경험할 수 있습니다. 훈련을 받지 않은 사람은 보통 3g 정도 견딜 수 있지만 4~6g 정도면 정전될 수 있습니다. 수직 방향의 G-힘은 뇌와 눈에서 피가 흘러가기 때문에 척추에 수직인 힘보다 더 견디기 어렵습니다. 처음에는 일시적인 시력 상실을 경험하고 더 높은 g-force에서는 의식을 잃습니다. 지포스 트레이닝과 머리에 더 많은 피를 유지하기 위해 몸을 수축시키는 지슈트는 그 효과를 완화시킬 수 있습니다. 대부분의 우주선은 지력을 편안한 한계 내에서 유지하도록 설계되었습니다.

우주환경

우주의 환경은 적절한 보호가 없으면 치명적입니다. 우주의 진공 상태에서 가장 큰 위협은 산소와 압력의 부족에서 비롯되지만 온도와 방사선도 위험을 초래합니다. 우주 노출의 영향으로 풍만증, 저산소증, 저캡니아, 감압병이 발생할 수 있습니다. 이들 외에도 주변에 존재하는 고에너지 광자 및 아원자 입자로부터의 세포 돌연변이 및 파괴도 있습니다.[18] 감압은 우주 비행사들의 차량 외 활동(EVA)에서 심각한 문제입니다.[19] 현재 EMU(ExtraVehicle Mobility Unit) 설계는 이와 다른 문제들을 고려하고 있으며, 시간이 지남에 따라 발전해 왔습니다.[20][21] 핵심 과제는 우주 비행사의 이동성을 높이고 (고압 EMU에 의해 감소하며, 팽창된 풍선을 팽창된 풍선에 비해 변형시키는 어려움과 유사함) 감압 위험을 최소화하는 경쟁적인 관심사였습니다. 조사관들은[22] 현재의 전체 EMU 압력인 29.6 kPa(4.3 psi)와 반대로 별도의 헤드 유닛을 정상 71 kPa(10.3 psi) 객실 압력으로 가압하는 것을 고려했습니다.[21][23] 이러한 설계에서 몸통의 가압은 기계적으로 달성되어 공압 가압과 관련된 이동성 감소를 피할 수 있습니다.[22]

진공.

참고 항목: 제어되지 않는 감압
1768년 더비의 조지프 라이트가 그린 '공기 펌프 속의 새에 관한 실험'이라는 이 그림은 1660년 로버트 보일이 진공상태가 생물계에 미치는 영향을 실험하기 위해 수행한 실험을 묘사하고 있습니다.

인간의 생리는 지구 대기권 내에서 생활하는 데 적응되어 있으며, 우리가 호흡하는 공기에는 일정량의 산소가 필요합니다. 몸에 충분한 산소가 공급되지 않으면 우주비행사는 의식을 잃고 저산소증으로 사망할 위험이 있습니다. 공간의 진공 속에서 폐의 가스 교환은 계속되지만 혈액 속에서 산소를 포함한 모든 가스를 제거하는 결과를 가져옵니다. 9~12초가 지나면 탈산소화된 혈액이 뇌에 도달해 의식을 잃게 됩니다.[24] 진공에 최대 30초 동안 노출되면 영구적인 물리적 손상이 발생하지 않습니다.[25] 동물 실험에 따르면 90초 미만의 짧은 노출에서는 빠르고 완전한 회복이 정상인 반면, 더 긴 전신 노출은 치명적이며 소생술은 성공한 적이 없습니다.[26][27] 인간의 사고로부터 얻을 수 있는 데이터는 제한된 양에 불과하지만 동물 데이터와 일치합니다. 호흡이 손상되지 않으면 팔다리가 훨씬 더 오래 노출될 수 있습니다.[28]

1966년 12월, NASA의 항공우주공학자이자 시험 대상자인 짐 르블랑은 진공 조건에서 가압 우주복 원형이 얼마나 잘 작동하는지 확인하기 위한 시험에 참여하고 있었습니다. 우주의 영향을 시뮬레이션하기 위해 나사는 모든 공기를 퍼낼 수 있는 거대한 진공 챔버를 만들었습니다.[29] 시험 도중 어느 순간 르블랑의 가압 호스가 우주복에서 분리되었습니다.[30] 이로 인해 슈트 압력이 10초도 안 돼 3.8psi(26.2kPa)에서 0.1psi(0.7kPa)로 떨어졌지만 르블랑은 저산소증으로 의식을 잃기 전 약 14초 동안 의식을 유지했습니다. 몸 밖의 훨씬 낮은 압력은 혈액의 급속한 탈산소화를 일으킵니다. "뒤로 비틀거리면서 혀에 있는 침이 의식을 잃기 직전에 거품이 나기 시작하는 것을 느낄 수 있었고 그것이 마지막으로 기억나는 것입니다."라고 르블랑은 회상합니다.[31] 동료가 25초 안에 방에 들어가 르블랑에게 산소를 공급했습니다. 챔버는 일반적인 30분이 아닌 1분 만에 감압되었습니다. 르블랑은 귀가 아프고 영구적인 손상이 없는 상태로 거의 즉시 회복되었습니다.[32]

진공의 또 다른 효과는 주변 압력 감소로 인해 체액에 기포가 형성되어 발생하는 기포증이라고 불리는 상태입니다. 증기는 몸을 정상 크기의 두 배까지 부풀리고 순환을 늦출 수 있지만, 조직은 파열을 방지할 수 있을 정도로 탄성이 있고 다공성입니다.[33] 엄밀히 말하면, 폭발은 암스트롱 한계로 알려진 [34]약 19km(12mi; 62,000ft)의 고도 또는 6.3kPa(47mmHg) 미만의 압력에서 시작되는 것으로 간주됩니다.[18] 다른 동물들을 대상으로 한 실험에서 인간에게도 적용될 수 있는 일련의 증상들이 밝혀졌습니다. 이 중 가장 심각한 것은 증발 냉각으로 인한 신체 분비물의 동결입니다. 조직 내 산소가 소실되는 등 심한 증상이 나타나고, 이어 순환부전, 유연성 마비 등이 30초 정도면 발생합니다.[18] 폐도 이 과정에서 붕괴되지만, 수증기를 계속 배출하여 호흡기에 냉각 및 얼음 형성을 유도합니다.[18] 대략적인 추정은 인간이 약 90초 동안 재압축될 것이며, 그 후에는 죽음을 피할 수 없을 수도 있다는 것입니다.[33][35] 19km 이상의 폭음을 방지하기 위해 필요한 비행복에 격납하면 폭음으로 인한 부종을 줄일 수 있습니다.[28] 우주왕복선 프로그램 동안 우주비행사들은 2kPa(15mmHg)의 낮은 압력에서 폭발을 방지하는 CAPS(Crew Altitude Protection Suit)라고 불리는 신축성 있는 옷을 입었습니다.[36]

우주 공간에서 진공에 노출되어 사망한 것으로 알려진 유일한 인간은 소유즈 11호의 세 명의 승무원들, 블라디슬라프 볼코프, 게오르기 도브로볼스키, 빅토르 파타예프입니다. 1971년 6월 30일 궤도에서 재진입을 준비하는 동안, 우주선의 하강 모듈에 있는 압력 평형 밸브가 예기치 않게 168킬로미터(551,000피트) 고도에서 열려서 급격한 감압과 그에 따른 승무원 전체의 사망을 야기했습니다.[37][38]

온도

진공 상태에서는 전도나 대류에 의해 몸의 열을 제거하는 매개체가 없습니다. 열 손실은 사람의 310 K 온도에서 우주 공간의 3 K까지의 복사에 의한 것입니다. 이는 특히 옷을 입은 사람에게는 느린 과정이기 때문에 즉시 결빙될 위험이 없습니다.[39] 진공 상태에서 피부 수분이 빠르게 증발하면 특히 입 안에 서리가 내릴 수 있지만, 이는 심각한 위험이 아닙니다.

여과되지 않은 직사광선에 노출되면 국소적인 가열로 이어질 수 있지만, 이는 신체의 전도성과 혈액 순환에 의해 잘 분배될 수 있습니다. 그러나 다른 태양 복사, 특히 자외선은 심한 햇볕에 그을릴 수 있습니다.

방사능

주요 기사: 우주 광선으로 인한 건강 위협
방사선량의 비교 – MSL의 RAD에 의해 지구에서 화성까지의 이동에서 검출된 양이 포함됩니다(2011–2013).[40][41][42]

지구 대기와 자기권의 보호 없이 우주 비행사들은 높은 수준의 방사선에 노출됩니다. 높은 수준의 방사선은 면역 체계를 유지하는 데 크게 관여하는 세포인 림프구에 손상을 입힙니다. 이러한 손상은 우주 비행사들이 경험하는 면역력 저하에 기여합니다. 방사선은 또한 최근 우주 비행사들의 백내장 발병률 증가와 관련이 있습니다. 낮은 지구 궤도를 보호하는 것 외에도, 은하계 우주선은 우주 광선으로 인한 건강 위협이 10년 또는 그 이상의 노출 동안 암에 걸릴 가능성을 크게 증가시키기 때문에 인간의 우주 비행에 더 많은 도전을 제시합니다.[43][44] NASA가 지원하는 한 연구는 방사선이 우주 비행사들의 뇌에 해를 끼치고 알츠하이머 병의 발병을 가속화시킬 수 있다고 보고했습니다.[45][46][47][48] 태양 플레어 현상(비록 드물지만)은 몇 분 안에 치명적인 방사선량을 제공할 수 있습니다. 보호 차폐 및 보호 약물은 궁극적으로 위험을 허용 가능한 수준으로 낮출 수 있다고 생각됩니다.[49]

자기권이 지구와 ISS 주위의 태양풍을 편향시키기 때문에, 국제 우주 정거장(ISS)에 사는 승무원들은 지구의 자기장에 의해 우주 환경으로부터 부분적으로 보호됩니다. 그럼에도 불구하고, 태양 플레어는 자기 방어를 뒤틀고 관통할 만큼 충분히 강력하기 때문에 여전히 승무원들에게 위험합니다. 익스페디션 10의 승무원들은 2005년에 예방책으로 이 목적을 위해 설계된 역의 더 강력하게 차폐된 부분에 대피했습니다.[50][51] 그러나 지구 자기권의 제한된 보호를 넘어 행성 간 인간 임무는 훨씬 더 취약합니다. 테네시 대학의 로렌스 타운센드(Lawrence Townsend)와 다른 사람들은 지금까지 기록된 가장 강력한 태양 플레어를 연구했습니다. 우주 비행사들이 이 정도 크기의 화염에서 얻을 수 있는 방사선량은 급성 방사선 질환을 유발할 수 있고 심지어 사망에 이를 수도 있습니다.[52]

국제우주정거장 승무원들이 우주 환경의 고에너지 입자로 인해 발생하는 오로라 오스트랄리스를 보여주는 영상.

확장된 우주 비행이 질병으로부터 자신을 보호하는 신체의 능력을 늦출 수 있다는 과학적 우려가 있습니다.[53] 방사선은 살아있는 조직에 침투하여 혈액과 면역 체계를 만드는 골수 줄기 세포에 장단기 손상을 입힐 수 있습니다. 특히 림프구에서 '염색체 이상'을 일으킵니다. 이 세포들이 면역 체계의 중심이기 때문에, 어떠한 손상도 면역 체계를 약화시키는데, 이것은 새로운 노출에 대한 취약성이 증가할 뿐만 아니라, 일반적으로 억제될 것인, 이미 몸에 존재하는 바이러스가 활동적이 된다는 것을 의미합니다. 우주에서는 T세포(림프구의 한 형태)가 제대로 번식할 능력이 떨어지고, 번식하는 T세포는 감염과 싸우는 능력이 떨어집니다. 시간이 지남에 따라 면역 결핍은 특히 우주 비행 시스템의 제한된 영역에서 승무원 사이에서 감염의 급속한 확산을 초래합니다.

2013년 5월 31일, NASA 과학자들은 2011-2012년 지구에서 화성으로 여행하는 동안 화성 과학 연구소의 RAD에 의해 감지된 에너지 입자 방사선의 양에 근거하여 인간의 화성행[54] 가능성이 큰 방사선 위험을 수반할 수 있다고 보고했습니다.[40][41][42]

2017년 9월, NASA는 화성 표면의 방사선 수치가 일시적으로 두 배로 증가했으며, 이달 중순에 예상치 못한 거대한 태양 폭풍으로 인해 이전에 관측된 어떤 오로라보다 25배 더 밝은 오로라와 관련이 있다고 보고했습니다.[55]

무중력

무중력 상태의 ISS에 있는 우주 비행사들. 마이클 포일(Michael Foale)이 전경에서 운동하는 모습을 볼 수 있습니다.

장기간 거주할 수 있는 우주 정거장의 등장 이후, 무중력에 노출되는 것은 인간의 건강에 약간의 해로운 영향을 미치는 것으로 입증되었습니다. 인간은 지표면의 물리적 조건에 잘 적응하고 있어서 무중력에 대응하여 다양한 생리 체계가 변화하기 시작하고 경우에 따라서는 위축되기도 합니다. 이러한 변화는 일반적으로 일시적이지만 일부는 인간의 건강에 장기적인 영향을 미칩니다.

미세중력에 단기적으로 노출되면 공간적응증후군이 발생하여 전정계의 이상으로 인한 구역이 스스로 제한됩니다. 장기간 노출은 여러 가지 건강 문제를 일으키는데, 가장 중요한 것 중 하나는 뼈와 근육량의 손실입니다. 시간이 지남에 따라 이러한 조건 완화 효과는 우주 비행사의 성능을 손상시키고 부상 위험을 증가시키며 유산소 능력을 감소시키고 심혈관 시스템을 둔화시킬 수 있습니다.[56] 인체는 대부분 유체로 이루어져 있기 때문에 중력은 유체를 신체의 하반부로 강제로 집어넣는 경향이 있고, 우리 몸은 이러한 상황을 균형 있게 유지하기 위한 많은 시스템을 가지고 있습니다. 중력의 당김에서 방출되면, 이 시스템들은 계속 작동하여 유체가 상반신으로 일반적으로 재분배되는 원인이 됩니다. 이것은 우주 비행사들에게서 볼 수 있는 둥근 얼굴의 '부끄러움'의 원인이며,[49][57] 우주 비행사들의 변화된 음성 운동 제어를 관찰하는 데 기여할 수 있습니다.[58] 몸 주변에 수분을 재분배하는 것 자체가 균형 장애, 시야 왜곡, 미각과 후각의 손실을 일으킵니다.

2006년 우주왕복선 실험에서 식중독을 일으킬 수 있는 세균인 살모넬라 티피무륨이 우주에서 배양되면 독성이 더 강해진다는 사실이 밝혀졌습니다.[59] 2013년 4월 29일, NASA의 자금 지원을 받는 렌셀라 폴리테크닉 연구소의 과학자들은 국제 우주 정거장에서 우주 비행을 하는 동안 미생물들이 "지구에서 관찰되지 않는" 방식과 "성장과 독성의 증가로 이어질 수 있는" 방식으로 우주 환경에 적응하는 것처럼 보인다고 보고했습니다.[60] 2017년, 박테리아는 항생제에 더 내성이 있고 우주의 거의 무중력 상태에서 번성하는 것으로 밝혀졌습니다.[61] 미생물은 우주 공간의 진공 상태에서 살아남는 것으로 관찰되었습니다.[62][63]

멀미

본문: 공간적응증후군
브루스 맥캔들리스 2호 우주복과 유인기동대와 함께 궤도를 자유롭게 떠다니는 모습.

무중력 상태의 초기 시간 동안 인간이 경험하는 가장 일반적인 문제는 우주 적응 증후군 또는 SAS로 알려져 있으며, 일반적으로 우주 질병이라고 합니다. 멀미와 관련이 있으며, 전정계가 무중력에 적응하면서 발생합니다.[64] SAS의 증상은 메스꺼움과 구토, 현기증, 두통, 무기력, 전반적인 불쾌감을 포함합니다.[2] SAS의 첫 번째 사례는 1961년 우주 비행사 게르만 티토프에 의해 보고되었습니다. 그 이후로 우주를 비행한 모든 사람의 약 45%가 이 질환을 앓고 있습니다.

뼈와 근육의 악화

본문: 우주비행 골감소증
국제우주정거장에서 우주비행사 프랭크 드 윈은 COLBERT에 번지코드로 부착되어 있습니다.

장기적인 무중력의 주요 효과는 뼈와 근육량의 손실을 포함합니다. 중력의 영향이 없다면, 골격근은 더 이상 자세를 유지하는 데 필요하지 않고 무중력 환경에서 이동하는 데 사용되는 근육군은 육상 이동에 필요한 근육군과 다릅니다.[citation needed] 무중력 환경에서, 우주 비행사들은 일어설 때 사용되는 등 근육이나 다리 근육에 거의 무게를 두지 않습니다. 그리고 나서 그 근육들은 약해지기 시작하고 결국 작아집니다. 그 결과, 어떤 근육들은 급격하게 위축되고, 규칙적인 운동을 하지 않으면 우주 비행사들은 단지 5일에서 11일 사이에 그들의 근육량의 최대 20%를 잃을 수 있습니다.[65] 근육에서 두드러지는 근섬유의 종류도 바뀝니다. 자세를 유지하는 데 사용되는 느린 트위치 내구성 섬유는 어떤 무거운 노동에도 부족한 빠른 트위치 급속 수축 섬유로 대체됩니다. 운동, 호르몬 보충제 및 약물에 대한 연구의 발전은 근육과 체질량을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

뼈 대사도 변합니다. 일반적으로 뼈는 기계적인 스트레스를 받는 방향으로 눕혀져 있습니다. 하지만 극미중력 환경에서는 기계적인 스트레스가 거의 없습니다. 이로 인해 특히 하부 척추, 고관절 및 대퇴골에서 월 약 1.5%의 뼈 조직이 손실됩니다.[66] 미세중력과 뼈에 가해지는 하중 감소로 인해, 건강한 성인의 경우, 피질골 손실이 10년당 3%에서 매달 약 1%로 급격히 증가하고 있습니다.[67] 골밀도의 급격한 변화는 뼈를 허약하게 만들고 골다공증과 유사한 증상을 초래합니다. 지구상에서 뼈는 끊임없이 배출되고 재생되고 있으며, 이는 조골세포와 파골세포의 신호전달을 포함하는 균형 잡힌 시스템을 통해 재생되고 있습니다.[68] 이 시스템들은 결합되어 있어서 뼈가 분해될 때마다 새로 형성된 층들이 그 자리를 대신합니다. 다른 층 없이는 건강한 성인에게서 발생해서는 안 됩니다. 하지만 우주에서는 미세중력으로 인해 파골세포 활동이 증가하고 있습니다. 이것은 파골세포가 뼈를 분해하여 신체에 재흡수되는 미네랄로 만들기 때문에 문제가 됩니다.[citation needed] 파골세포는 파골세포와 연속적으로 활성화되지 않아 회복되지 않고 뼈가 지속적으로 감소합니다.[69] 골아세포 활동의 이러한 증가는 특히 골반 부위에서 관찰되었는데, 이는 골반 부위가 중력이 존재하는 가장 큰 하중을 받는 부위이기 때문입니다. 한 연구에 따르면 건강한 쥐에서 조골세포 출현은 197% 증가했으며, 미세 중력에 노출된 지 16일 만에 조골세포와 새로운 뼈 형성을 돕는 것으로 알려진 성장 인자의 하향 조절이 동반되었습니다. 잃어버린 뼈에서 높아진 혈중 칼슘 수치는 연조직의 위험한 석회화와 잠재적인 신장 결석 형성을 초래합니다.[66] 뼈가 완전히 회복되는지 여부는 아직 알 수 없습니다. 골다공증이 있는 사람들과 달리, 우주 비행사들은 결국 골밀도를 회복합니다.[citation needed] 3-4개월의 우주 여행 후, 잃어버린 골밀도를 회복하는 데 약 2-3년이 걸립니다.[citation needed] 우주 비행사들이 더 빨리 회복할 수 있도록 돕기 위한 새로운 기술들이 개발되고 있습니다. 식단, 운동 및 약물에 대한 연구는 새로운 뼈를 성장시키는 과정을 도울 수 있는 잠재력을 가지고 있을 수 있습니다.

이러한 생리학적 부작용을 방지하기 위해 ISS에는 두 개의 트레드밀(COLBERT 포함)과 aRED(첨단 저항 운동 장치)가 장착되어 있어 근육을 추가하지만 골밀도에는 아무런 도움이 되지 않는 다양한 역도 운동이 가능합니다.[70] 그리고 고정된 자전거; 각각의 우주비행사들은 하루에 최소한 두 시간을 그 장비에서 운동하는데 보냅니다.[71][72] 우주비행사들은 러닝머신에 몸을 묶기 위해 번지코드를 사용합니다.[73][74] 무중력 상태가 장기간 지속되는 우주비행사들은 다리뼈를 압박하고 골감소증을 줄이기 위해 허리밴드와 커프스 사이에 탄성밴드가 부착된 바지를 입습니다.[5]

현재 NASA는 첨단 계산 도구를 사용하여 장기간 미세 중력 환경에서 우주 비행사가 경험하는 뼈와 근육 위축에 가장 잘 대응하는 방법을 이해하고 있습니다.[75] Human Research Program의 Human Health Countermeasures Element는 훈련 대책 체제에 대한 목표 질문을 조사하기 위해 디지털 우주 비행사 프로젝트에 전세를 주었습니다.[76][77] NASA는 현재 국제 우주 정거장에 탑재되어 있는 첨단 저항 운동 장치(ARED)의 모델과 이 장치로 운동하는 인간의 오픈심[78] 근골격 모델을 통합하는 데 주력하고 있습니다. 이 작업의 목표는 역동역학을 사용하여 ARED를 사용하여 관절 토크와 근육 힘을 추정하고 따라서 우주 비행사를 위한 운동 요법을 더 정확하게 규정하는 것입니다. 이러한 관절 토크 및 근육 힘은 그러한 대책의 효과를 보다 완벽하게 모델링하고 제안된 운동 체제가 우주 비행사 근골격계 건강을 유지하기에 충분한지 여부를 결정하기 위해 뼈 리모델링 및 근육 적응에 대한 보다 근본적인 계산 시뮬레이션과 함께 사용될 수 있습니다.

유체재분배

미세중력이 신체 주변의 유체 분포에 미치는 영향(매우 과장됨).
제미니와 아폴로 정장의 Beckman Physical and Cardiovascular Monitoring System은 혈액 흐름을 하지로 자극하기 위해 커프를 부풀리고 감압합니다.
우주비행사 클레이튼 앤더슨은 우주왕복선 디스커버리호에서 물거품이 그의 앞에 떠 있는 것을 관찰하고 있습니다. 물의 응집력은 지구보다 미세중력에서 더 큰 역할을 합니다.

우주에서, 우주비행사들은 혈액량의 최대 22%를 포함하여 체액량을 줄입니다. 펌프질할 혈액이 적기 때문에 심장이 위축됩니다. 심장이 약해지면 저혈압이 발생하고 "정동적인 내성", 즉 우주비행사가 기절하거나 어지러워지지 않고 뇌에 충분한 산소를 보낼 수 있는 신체의 능력에 문제가 생길 수 있습니다. "지구 중력의 영향으로 혈액과 다른 체액이 하체 쪽으로 당겨집니다. 우주 탐사 중 중력을 빼앗기거나 줄이면 오히려 상체에 혈액이 고이는 경향이 있어 얼굴 부종 등 반갑지 않은 부작용이 나타납니다. 지구로 돌아오면 혈액이 다시 하지에 고이기 시작하여 기립성 저혈압이 발생합니다."[79]

감각의 교란

비전.

2013년 NASA는 6개월 이상 우주 비행을 한 원숭이들의 눈과 시력에 변화가 있다는 연구를 발표했습니다.[80] 눈에 띄는 변화에는 안구의 평탄화와 망막의 변화가 포함되었습니다.[80] 우주 여행자의 시력은 우주에서 너무 많은 시간이 지나면 흐려질 수 있습니다.[81][82] 또 다른 효과는 우주선 시각 현상으로 알려져 있습니다.

[a] NASA는 300명의 남녀 우주비행사, 약 23%의 단거리 비행사, 49%의 장거리 비행 우주비행사들을 대상으로 조사한 결과 임무 수행 중 근거리 시력과 원거리 시력 모두에 문제를 경험했다고 답했습니다. 다시 말하지만, 어떤 사람들에게는 시력 문제가 그 후에도 몇 년 동안 지속되었습니다.

— NASA[80]

무중력 상태에서는 먼지가 가라앉지 못하기 때문에 작은 각질이나 금속 조각이 눈에 들어가 자극을 주고 감염 위험을 높일 수 있습니다.[83]

긴 우주 비행은 또한 우주 여행자의 눈 움직임(특히 전정안반사)을 변화시킬 수 있습니다.[84]

두개내압
주요 기사: 두개내압으로 인한 시각장애

무중력 상태는 신체의 상부에 있는 유체의 양을 증가시키기 때문에, 우주 비행사들은 두 개의 압력을 증가시킵니다.[85] 이것은 안구의 등에 압력을 증가시켜 안구의 모양에 영향을 미치고 시신경을 약간 짓누르는 것으로 보입니다.[1][86][87][88][89][90] 이 효과는 2012년 우주에서 적어도 한 달을 보낸 후 지구로 돌아온 우주 비행사들의 MRI 스캔을 이용한 연구에서 발견되었습니다.[91] 이러한 시력 문제는 화성으로의 승무원 임무를 포함한 미래의 심우주 비행 임무의 주요 관심사가 될 수 있습니다.[54][86][87][88][89][92]

실제로 상승된 두개내 압력이 원인이라면, 인공 중력은 우주에서 많은 인간의 건강 위험과 마찬가지로 하나의 해결책을 제시할 수 있습니다. 그러나 이러한 인공 중력 시스템은 아직 입증되지 않았습니다. 더욱이, 정교한 인공 중력이 있더라도, 상대적인 미세 중력의 상태는 남아있을 수 있고, 그 위험은 알려지지 않았습니다.

맛

무중력 상태가 인간에게 미치는 한 가지 효과는 우주에 있을 때 일부 우주 비행사들이 미각의 변화를 보고한다는 것입니다.[94] 어떤 우주 비행사들은 그들의 음식이 싱겁다는 것을 발견하고, 다른 우주 비행사들은 그들이 가장 좋아하는 음식이 더 이상 맛이 없다는 것을 발견합니다. (어떤 우주 비행사는 커피를 너무 좋아해서 지구로 돌아온 후에 커피를 마시는 것을 그만두었습니다.); 어떤 우주 비행사들은 그들이 평소에 먹지 않던 특정한 음식을 먹는 것을 즐기고, 어떤 우주 비행사들은 전혀 변하지 않는 경험을 합니다. 여러 검사에서 원인이 밝혀지지 않았고,[95] 음식물 저하, 권태감 등 심리적 변화 등 여러 이론이 제시됐습니다. 우주 비행사들은 종종 맛의 손실과 싸우기 위해 맛이 강한 음식을 선택합니다.

추가적인 생리적 효과

한 달 안에 인간의 골격은 무중력 상태로 완전히 확장되어 높이가 1인치 증가합니다.[57] 두 달이 지나면 발바닥 굳은살이 털갈이를 하고 사용하지 않아 떨어져 부드러운 새 피부를 남깁니다. 대조적으로, 발등은 난간에 문지르면서 날 것이고 고통스럽게 민감해집니다. 발등은 안정성을 위해 연결되어 있습니다.[96] 눈물을 흘리면서 눈물을 흘릴 수 없는 것은 공 안에 붙어 있기 때문입니다.[97] 극미중력에서는 악취가 환경에 빠르게 스며들고, NASA는 실험에서 크림 셰리 냄새가 개그 반사를 유발한다는 사실을 발견했습니다.[95] 우주 공간에서는 중력이 없고 이 근육들이 자유롭게 늘어날 수 있는 중력으로의 재조정 때문에 허리와 복통과 같은 다양한 신체적 불편함이 일반적입니다.[98] 이것들은 장기간에 걸쳐 우주에 사는 우주 비행사들에 의해 보고된 천식 증후군의 일부일 수도 있지만, 우주 비행사들에 의해 일화로 간주됩니다.[99] 피로감, 무관심, 정신병적 걱정도 증후군의 한 부분입니다. 이 데이터는 결정적이지 않지만, 이 증후군은 우주에 있는 승무원들이 직면해야 할 내부 및 외부 스트레스의 징후로 존재하는 것으로 보입니다.[100]

심리적 효과

참고 항목: 우주비행의 심리·사회학적 영향
미르에 대한 연구와 같은 러시아 우주 비행사에 대한 연구는 우주가 인체에 미치는 장기적인 영향에 대한 데이터를 제공합니다.

조사.

우주에서 사는 것의 심리적 영향은 명확하게 분석되지 않았지만 북극 연구소와 잠수함과 같은 지구에 대한 유사성이 존재합니다. 승무원들에게 가해지는 엄청난 스트레스와 신체가 다른 환경 변화에 적응하는 것은 불안, 불면증, 우울증을 초래할 수 있습니다.[101]

스트레스

심리사회적 스트레스 요인이 최적의 승무원 사기와 성과에 가장 중요한 장애 요인 중 하나라는 상당한 증거가 있습니다.[102] 두 번이나 소련의 영웅이었던 우주비행사 발레리 류민(Valery Ryumin)은 오(O)의 "하이멘의 핸드북"에서 이 구절을 인용합니다. Henry는 Salyut 6 미션에 대한 자서전에서 "만약 당신이 과실치사의 기술을 선동하고 싶다면, 두 명의 남자를 18 x 20피트 크기의 오두막에 한 달 동안 가둬라. 인간의 본성은 그것을 견디지 못할 것입니다."[103]

처음에는 승무원 임무가 시작되었을 때 연구되었지만, 우주 비행사들이 러시아 우주 정거장 미르에서 우주 비행사들과 합류하면서 우주 여행으로 인한 심리적 스트레스에 대한 NASA의 관심이 다시 불붙었습니다. 초기 미국 임무에서 일반적인 스트레스 원인으로는 대중의 감시를 받는 동안 높은 성과를 유지하는 것과 동료 및 가족과의 격리가 포함되었습니다. 국제우주정거장에서 후자는 NASA 우주비행사 다니엘 타니의 어머니가 교통사고로 사망했을 때, 그리고 마이클 핀케가 그의 둘째 아이의 출생을 놓치게 되었을 때와 같이 여전히 종종 스트레스의 원인이 됩니다.[100]

수면.

주요 기사: 우주에서 잠을 잡니다.

비행 갑판의 명암 주기가 매우 가변적이고 우주선의 낮 시간에 조도가 좋지 않아 우주에서 경험하는 수면의 양과 질이 좋지 않습니다. 은퇴하기 전에 창밖을 내다보는 습관도 뇌에 잘못된 메시지를 전달해 수면 패턴이 좋지 않을 수 있습니다. 이러한 일주기 리듬의 교란은 승무원들의 신경 행동 반응에 지대한 영향을 미치고 그들이 이미 경험하는 심리적 스트레스를 악화시킵니다. ISS에서는 우주 비행체가 들어오거나 떠나는 일정과 같은 임무 요구로 인해 수면이 정기적으로 방해를 받습니다. 대기가 열사이펀을 할 수 없기 때문에 스테이션의 사운드 레벨이 높을 수밖에 없습니다. 자유낙하(0g) 환경에서 정체될 수 있는 대기를 처리할 수 있도록 항상 팬이 필요합니다. 우주왕복선 우주비행사의 50%가 수면제를 복용했지만 여전히 지상에서보다 매일 밤 우주에서 2시간씩 덜 잤습니다. NASA는 향상된 수면이 피로를 줄이고 주간 생산성을 증가시킴에 따라 더 나은 수면을 위한 열쇠를 제공할 수 있는 두 분야를 연구하고 있습니다. 이 현상을 방지하기 위한 다양한 방법들이 끊임없이 논의되고 있습니다.[104]

우주여행 기간

가장 긴 우주 비행에 대한 연구에 따르면 처음 3주는 극단적인 환경 변화에 적응하려는 요구 때문에 주의력에 악영향을 미치는 중요한 기간을 나타낸다고 합니다.[105] Skylab의 세 명의 승무원이 각각 1, 2, 3개월 동안 우주에 머물렀지만, Salyut 6, Salyut 7, ISS의 장기 승무원은 약 5-6개월 동안 남아 있는 반면, MIR 탐사는 종종 더 오래 지속됩니다. ISS 근무 환경은 다른 언어를 사용하는 매우 다른 문화권의 사람들과 비좁은 환경에서 생활하고 일함으로써 발생하는 추가적인 스트레스를 포함합니다. 1세대 우주정거장에는 단일 언어를 사용하는 승무원이 있었던 반면, 2세대와 3세대 우주정거장에는 다양한 언어를 사용하는 많은 문화권의 승무원이 있었습니다. ISS는 방문객들이 이전의 스테이션과 우주선처럼 자동적으로 '호스트' 또는 '게스트' 범주로 분류되지 않기 때문에, 같은 방식으로 고립감에 시달리지 않을 수 있기 때문에 독특합니다.

향후 사용

우주 식민화 노력은 우주가 인체에 미치는 영향을 고려해야 합니다.

인간의 경험의 총합은 우주에서 58년의 태양년을 축적하고 인간의 신체가 어떻게 적응하는지 훨씬 더 잘 이해하는 결과를 낳았습니다. 미래에 우주의 산업화와 내행성과 외행성의 탐사는 인간이 우주에서 점점 더 오랜 기간을 견뎌야 할 것입니다. 현재 데이터의 대부분은 짧은 기간의 임무에서 나왔기 때문에 우주에서 사는 것의 장기적인 생리학적 영향 중 일부는 여전히 알려지지 않았습니다. 현재 기술로 화성을[54] 왕복하려면 운송에만 최소 18개월이 걸릴 것으로 추정됩니다. 인간의 신체가 우주에서 그러한 기간에 어떻게 반응하는지 아는 것은 그러한 여행을 준비하는 데 중요한 부분입니다. 기내 의료 시설은 승무원이 장기간에 걸쳐 건강을 유지할 수 있도록 다양한 진단 및 의료 기구를 포함할 뿐만 아니라 모든 유형의 외상이나 응급 상황에 대처하기에 적합해야 합니다. 이것들은 외상뿐만 아니라 우주에서 인체의 적응적인 반응에 대처하기 위해 우주선에 탑승할 수 있는 유일한 시설이기 때문입니다.

현재로서는 엄격하게 실험된 인간만이 우주의 조건을 경험했습니다. 언젠가 해외 식민지가 시작된다면 많은 유형의 사람들이 이러한 위험에 노출될 것이고, 아주 어린 사람들에게 미치는 영향은 전혀 알려져 있지 않습니다. 1998년 10월 29일, 최초의 수성 7호 중 한 명인 존 글렌이 77세의 나이로 우주로 돌아왔습니다. 9일간 계속된 그의 우주 비행은 나사에 우주 비행이 노인들에게 미치는 영향에 대한 중요한 정보를 제공했습니다. 지금까지 조사되지 않은 영양 요구 사항 및 물리적 환경과 같은 요인이 중요해질 것입니다. 전반적으로 우주 생활의 다양한 영향에 대한 데이터가 거의 없으며, 이는 장기간의 우주 거주 기간 동안의 위험을 완화하기 위한 시도를 어렵게 만듭니다. ISS와 같은 테스트베드는 현재 이러한 위험 중 일부를 연구하는 데 사용되고 있습니다.

우주의 환경은 아직 많이 알려지지 않았으며, 아직 알려지지 않은 위험이 있을 것입니다. 한편, 인공 중력과 더 복잡한 생물 재생 생명 유지 시스템과 같은 미래 기술은 언젠가 일부 위험을 완화할 수 있을 것입니다.

참고 항목

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