הסכנות שבחוסר הכבידה

בתחילת מרץ 2016 חזר לכדור הארץ האסטרונאוט סקוט קלי, ששבר את שיא השהייה הרצופה של אסטרונאוט אמריקאי בחלל – 340 ימים. מטרת המשימה שלו בתחנת החלל הבינלאומית הייתה להבין טוב יותר איך גוף האדם מגיב לסביבת החלל הקשה ומתאים את עצמו אליה, במטרה להתכונן למשימות מחקר מאוישות לירח, כנראה גם לאסטרואידים ולבסוף למאדים ולהפחית את הסיכונים הצפויים במשימות כאלה. איך מגיב הגוף לסביבת החלל, אלו בעיות נגרמות בה וכיצד אפשר להתמודד איתן?

ההשפעות הבריאותיות של שהייה בחלל

הזמר דיוויד בואי כתב בשירו Space Oddity, המתאר את חוויותיו של האסטרונאוט מייג'ור טום: "I am floating in a most peculiar way" (אני מרחף בדרך מאוד מוזרה). ואכן, ההבדל העיקרי בין החלל לבין כדור הארץ הוא הכבידה הנמוכה מאוד בחלל, שגורמת תחושה של חוסר משקל או חוסר כבידה, שנובעת מכך שהחללית או תחנת החלל שבה נמצא האסטרונאוט נמצאת בנפילה חופשית כלפי מרכז כדור הארץ. נפילה חופשית היא תנועה של גוף בהשפעת כוח הכבידה בלבד. כיוון שהמעבורת או תחנת החלל נעות סביב כדור הארץ רק בהשפעת כוח הכבידה (אין התנגדות של האוויר בחלל), ניתן לומר שהן נמצאות בנפילה חופשית. הסיבה לכך שהן אינן "נופלות" אלא נעות במסלול מעגלי היא, שכוח הכבידה מאונך לכיוון המהירות ההתחלתית שמוקנית להן, כך שהוא משנה רק את כיוון המהירות אך לא את גודלה.

אסטרונאוטים מתאמנים לתפקד בתנאי חוסר כבידה במטוס שטס במסלול פרבולי מיוחד. האימונים מסייעים להם לתפקד בחלל אך אינם יכולים למנוע את ההשפעות המזיקות של חוסר הכבידה על הבריאות. ממחקרים על אנשים ששהו תקופות ממושכות בתחנות חלל עולה שחלק מההשפעות הן זמניות ואחרות ארוכות-טווח.

חשיפה קצרה לחוסר משקל גורמת ל"תסמונת ההסתגלות לחלל" (Space adaptation syndrome) או "מחלת חלל" (Space sickness), שהיא הבעיה הנפוצה ביותר בטיסות חלל. חוסר משקל משפיע על ההתמצאות שלנו במרחב ודורש מאיתנו להתאים רבים מהתהליכים הפיזיולוגיים שלנו לתנאים החדשים – בעיקר תהליכים שמערכת שיווי המשקל שלנו ממלאת בהם תפקיד. כשההתאמה לא מלאה התוצאות הן בחילה, סחרחורת, הקאות, כאבי ראש, עייפות, תחושת חולי כללית, אשליות ראייה וחוסר התמצאות במרחב.

הראשון שדיווח על תסמינים כאלה היה הקוסמונאוט הסובייטי גרמן טיטוב, שבטיסתו בסוף 1961 היה לאדם הרביעי בחלל והשני אחרי יורי גגרין שהשלים הקפה של כדור הארץ. נתונים שנאספו מאז מראים שכ-45 אחוזים מהטסים לחלל סובלים ממחלת חלל. אולם רק לעתים רחוקות היא נמשכת יותר משלושה ימים לפני שהגוף מתרגל לסביבה החדשה.

חשיפה ארוכת-טווח לחוסר כבידה גורמת לבעיות בריאות מרובות, ביניהן פיזור מחדש של נוזלים ואיבוד מסת עצמות ומסת שריר. לאורך זמן ההשפעות הללו עלולות לפגוע בביצועים של אסטרונאוטים, להעלות את הסיכון שייפגעו, להפחית את יכולת קליטת החמצן שלהם ולהאט את פעילות הלב וכלי הדם.

פיזור מחדש של נוזלים

נוזלי הגוף, שהם כ-60 אחוזים ממשקלו, נוטים להצטבר בחלקו התחתון בהשפעת כוח הכבידה, ובמהלך האבולוציה התפתחו מערכות שמאזנות את זרימת הדם ללב ולמוח כשאנו עומדים. המערכות הללו ממשיכות לעבוד גם בהיעדר כבידה, ולכן גורמות לנוזלים להצטבר בחלק העליון. זו הסיבה לפנים הנפוחות של אסטרונאוטים. הצטברות הנוזלים בעין גם מטשטשת את ראייתם למשך כמה ימים, עד שהמוח לומד לפצות על כך ולתקן את התמונה.

השינוי בפיזור הנוזלים מתבטא גם בבעיות בשיווי המשקל, וכן באובדן חוש הטעם והריח. וחשוב מכך, הוא מניע שרשרת של השפעות מערכתיות שמטרתן להתאים את הגוף לסביבה החדשה, אך יש להן השלכות מסוכנות בחזרה לכדור הארץ. אחת מהן היא "אי סבילות לעמידה", שמתבטאת בחוסר יכולת לעמוד בלי עזרה במשך יותר מעשר דקות ברציפות בלי להתעלף.

התופעה נובעת באופן חלקי משינויים בוויסות לחץ הדם על ידי המערכת האוטונומית ואובדן של כ-20 אחוזים מנפח נוזל הדם, מכיוון שבתנאי חוסר כבידה אין צורך בפעילות המערכות ששומרות על לחץ הדם ונוזלי הגוף מתפזרים בצורה אחידה יותר בגוף כולו. ההשפעה הזאת מחמירה ככל שהשהות בחלל מתארכת, אך בתוך כמה שבועות מהנחיתה כולם חוזרים למצב נורמלי.

גם הלב מתנוון בהדרגה כתוצאה מכך שיש לו פחות דם לשאוב. שריר לב חלש יותר גורם לירידה בלחץ הדם ועלול להקשות על הזרמת החמצן למוח.

אימון גופני סדיר נגד התנגדות חיוני לשמירה על מסת השריר ומסת העצם בתנאי חוסר כבידה | צילום: נאס"א

ניוון שרירים ודלדול עצם

אחת ההשפעות העיקריות לטווח ארוך שיש לחוסר משקל היא אובדן של מסת שרירים ומסת עצם. בהיעדר כבידה לא מופעל משקל על שרירי הגב או על שרירי הרגליים הדרושים לעמידה, והם מתחילים להיחלש ולקטון. חלקם מתנוונים במהירות וללא תרגול סדיר האסטרונאוטים עלולים לאבד עד 20 אחוז ממסת השריר שלהם בתוך 11-5 ימים.

רקמת העצם מאבדת מסה בשיעור של כאחוז וחצי בחודש בסביבה חסרת כבידה, מכיוון שאין עליה לחץ מכני, בהשוואה לכשלושה אחוזים בעשור אצל אדם בריא בסביבה רגילה. אובדן המסה פוגע בעיקר בחוליות הנמוכות של עמוד השדרה, במפרק הירך ובעצם הירך. בשל השינוי המהיר בצפיפות העצם עלולה להפוך שבירה ולהפגין תסמינים דומים לאלה של דלדול עצם (אוסטאופורוזיס).

גם תהליכי ההרס והבנייה של העצמות משתנים בחלל. על פני כדור הארץ עצמות נהרסות ומתחדשות באופן קבוע באמצעות מערכת מאוזנת היטב של תאים הורסי עצם ותאים בוני עצם. בכל פעם שחלק מרקמת העצם נהרס, שכבות חדשות תופסות את מקומה ושני התהליכים מצומדים זה לזה. בחלל, לעומת זאת, רואים עלייה בפעילות התאים ההורסים את העצם בעקבות חוסר הכבידה, והעצמות מפורקות למינרלים שנספגים בגוף.

מחקרים שנעשו על עכברים הראו כי אחרי 16 ימים בחוסר כבידה חלה עלייה במספר התאים הורסי העצם וירידה במספר התאים בוני העצם, וכן ירידה בריכוז גורמי הגדילה הידועים ביכולתם לסייע ליצירת עצם חדשה. עליה ברמות הסידן בדם מהעצם המפורקת גרמה להסתיידות מסוכנת של רקמות רכות והגדילה את הפוטנציאל להיווצרות אבנים בכליות.

אצל אסטרונאוטים נראתה עלייה בפעילות התאים הורסי העצם, בייחוד באזור האגן, שנושא במרבית העומס בתנאי כבידה רגילים. עם זאת, בשונה מחולי אוסטאופורוזיס, אסטרונאוטים ששהו בחלל שלושה-ארבעה חודשים בדרך כלל מחזירים לעצמם את צפיפות העצם התקינה בתוך שנתיים-שלוש בכדור הארץ.

דרכי התמודדות עם השפעות חוסר הכבידה

הדרך הטובה ביותר למנוע את ההשפעות של מצב חוסר כבידה היא ליצור כבידה מלאכותית. נכון להיום, מדענים הצליחו ליצור כבידה כזו רק בתנאי מעבדה, אך זה נעשה באמצעות שדות מגנטיים חזקים מעל הרמה המותרת מבחינה בטיחותית, דבר שכמובן אינו מעשי בטיסות חלל. עם זאת, במדע בדיוני יש שימוש בכבידה מלאכותית. למשל בסרט "להציל את מרק וואטני", בחללית למאדים יש מבנה טבעתי מסתובב שבהיקפו יש כבידה בשיעור של 40 אחוזים מזו שעל פני כדור הארץ, בדומה לכבידה שעל כוכב הלכת האדום.

תרופות שמשמשות לטיפול במחלת ים, שנגרמת אף היא מדפוס תנועה שהגוף אינו מורגל בו, יכולות לסייע גם לטיפול במחלת חלל, אולם משתמשים בהן רק לעתים רחוקות כיוון שנוטים להעדיף את ההסתגלות הטבעית במהלך היום-יומיים הראשונים בחלל על פני הנמנום ותופעות לוואי אחרות שמשרות התרופות.

עם זאת, כשהאסטרונאוטים לובשים חליפת חלל מצמידים לעורם מדבקות נגד בחילה, בכיוון שהקאה בתוך החליפה עלולה להיות קטלנית. חליפות חלל נלבשות על פי רוב בעת השיגור והנחיתה, וכמובן בכל פעילות מחוץ לחללית (הליכת חלל). כדי לאפשר לצוות להסתגל לתנאים בחלל, בדרך כלל לא מתכננים פעילויות מחוץ לחללית או לתחנת החלל בימים הראשונים של המשימה. כך נמנעת הסכנה של הקאה בתוך החליפה והמדבקות הן בדרך כלל רק גיבוי.

כדי למנוע כמה מההשפעות השליליות של חוסר כבידה על השרירים, ובמיוחד על שריר הלב, תחנת החלל הבינלאומית מצוידת במכשירי ספורט שמאפשרים לבצע פעילות גופנית נגד התנגדות, שמצמצמת את השפעות חוסר הכבידה. כל אסטרונאוט נדרש לקיים לפחות שעתיים של פעילות גופנית ביממה, שכוללת ריצה על הליכון (הם נקשרים אליו בגומיות כדי לא לרחף), רכיבה על אופני כושר והרמת משקולות, נגד קפיצים כמובן. אסטרונאוטים במשימות ממושכות במיוחד לובשים מכנסיים מיוחדים שמפעילים לחץ על עצמות הרגליים ומפחיתים את הירידה בצפיפות העצם.

סוכנות החלל האמריקאית נאס"א משתמשת בכלים חישוביים מתקדמים כדי להבין מהי הדרך הטובה ביותר לבלום את ניוון השרירים והעצמות של האסטרונאוטים בשהות ממושכת בסביבה חסרת כבידה. בעיקר נעשה שימוש בהדמיות חישוביות שמעריכות את ההשפעות של תרגול גופני על כוחות פיתול (מומנטים) של מפרקי עצמות, כדי להמליץ על משטרי תרגול מיטביים לאסטרונאוטים.

יש לקוות שהמידע שנאסף על סקוט קלי במהלך שהותו הממושכת בחלל ישפוך אור נוסף על ההשפעות של חוסר כבידה על הבריאות, ויוכל למנוע רבות מהבעיות שאסטרונאוטים נתקלים בהן בשובם לכדור הארץ. הייחוד במשימה שלו הוא משך הזמן הארוך שלה, שמאפשר בדיקה של ההשפעות לטווח ארוך יותר מזה שנחשפו אליו אסטרונאוטים במשימות קודמות.

נעים להיזכר: דייויד בואי, Space Oddity