Х. Хингхофер-Салкај. Институт ИАП Грац
Вселенска физиологија Грац во вселената/септември 2008 година Х. Хингхофер-Салкај ИАП институт Грац
Аспекти на физиологијата за патување низ вселената Физиологија (оптимални функции/здравје/благосостојба) Хиерархиски нивоа (молекула . клетка . човек . биосфера) Интердисциплинарност (комуникација/дефинирање на поими) Ефект на преглед (признавање на сеопфатни односи)
Времетраење Претходни вселенски летови наспроти мисијата на Марс
Специфични проблеми 1. Ефекти на забрзување 2. Психофизиолошки ефекти 3. Сензорни системи 4. Циркулаторниот систем 5. Мускули и коски 6. Имунолошки систем 7. Функции/ориентација на мозок 8. Биологија на зрачење/дозиметрија 9. Воздух, храна, вода, варење 10. Системи за поддршка на животот
1: Оски на забрзување и тело + Gz: очното јаболко надолу + Gx: очните јаболка во + Gy: левата јаболка - Gz: јајце-топката нагоре -Gx: очното јаболко - момчето: очното јаболко
Толеранција на забрзување (x-оска) Потребен е QuickTime декомпресор TIFF (некомпресиран) за прикажување. + G x: 'Очното јаболко во устата' >>> 'Белиот аут' -G x: 'Ефектот на окото ">>>' Ефектот на црвената боја 'G x Зачувување на видот и свеста До 17 граница на толеранција е можно 28-30 оштетување на ткивото> 30-ти
Projectон Пол Стап (1910-1999) „Проект за човечко забавување (Воено воздушно поле на Армијата Мурок, сега воено-воздушна база Едвардс, Калифорнија) Од 1947 година: Обиди со ракетни санки (610 м) - први + Г x, од 1949 година - Г x 10 декември 1954 година: За 5 секунди од 0 до 1011 км/ч -G x - опаѓање за 1,4 секунди 45 -G x реверзибилно крварење на очите
Толеранција на забрзување (z-оска) + G z: ефект на „Очното јаболко надолу“ + G z бестежинска состојба 0 раце тешко, одење тешко 2 одење невозможно, ползење тешко; Ограничено индексирање на видот е скоро невозможно; „Затемнувањето“ започнува 4 3 Раката и главата може да се поместат со тешкотии; Свеста е заматена 5
Мозок, срце и забрзување
2: Психофизиолошки ефекти Стрес Чувство на егзистенцијална опасност Притисок на очекување Монотонија Депресија/напади на паника Спиење (светлина, бучава, дневни ритми, приватност.) Личен простор (Близнаци 1,3 м 3/п, ISS 200 м 3/п) Мешани мисии на половите/сексуалноста Културни разлики Интеракција со Членови на екипажот - компатибилност, лидерство, групна фузија наспроти фисија
СУБКОРТИЧКИ Таламус, хипокампус, хипоталамус, мозочно стебло мобилизирани за „борбени ситуации“ (движење, транспорт, метаболички и хормонски системи) ФРОНТАЛЕН МОЗ Врховен авторитет, „шеф“ на личноста Регулира планирање, проценка на ситуацијата, пресуда, одлуки >> инхибирани од стрес> човек центрифуга со напојување Центар за истражување Ејмс Мофет Филд, Калифорнија
Гравитација (+ Gz) ЦЕНТРАЛНИ механизми Baroreflex ЛОКАЛНИ механизми Хенриксен рефлекс Системско регулирање кардио-вагален Кардиоваскуларен систем симпатичен Васкуларен тонус Периферна регулација Крвен притисок Перфузија
Ортостатски стрес до пресинкоп Автоматско отстранување на променливата на нарушувањето преку колапс?
Врвни сили Губење на коските во μg Развој на остеопороза кај коските што носат тежина 10 пати побрзо отколку во постменопаузата
Контрамерки: Оптоварување на мускулите на коските (неблагодарна работа.) Вибрирачка плоча (на пр. 20 мин/ден 0,3 Г на 30 Hz) Фактори на исхрана (калциум, фосфат ? магнезиум?) Лекови (бифосфонати: етидронат, алендронат .) Вештачка гравитација Хелмут Хингофер-Сазалкај 2006 година
Мускули/гравитација/бестежинска состојба
Видови на мускулни влакна: прилагодување кон бестежинска состојба тип I (бавно стегање - именувано по тип I-MHC - тешки ланци на миозин): развој на јачина бавно, слаб замор; висок аеробен капацитет, многу митохондрии, изобилен миоглобин. На пр. 35% во м. Трицепс, 90% во м. Солеус простор: Губењето на мускулите е поголемо отколку што се очекуваше од студиите за одмор во кревет (диета? Хормони? Оксидативен стрес? Психолошки стрес?). Мускули послаби, но побрзи контракции Тип II (брзо-грчеви): Рапиден развој на јачина, висока јачина на замор. - брз, отпорен на замор - брз замор (исклучително зависен од гликолиза) Во случај на имобилизација/неактивност: Типот I најпогоден; >> Тип II
Контрамерки: Мускул 1. Оптоварување на мускулите („тренинг“) Аеробно активирање (ергометар на велосипед) недоволно; вежба за субмаксимален отпор поефикасна 2) костум за пингвин 3) лекови на пр. Тестостерон, IGF . 4) LBNP 5) десетици 6) вештачка гравитација HPC големи структури Хелмут Хингхофер-Салкај 2006 2008 година
6: имунолошки систем, микробиолошка бактерија, габи, паразити кожа: приближно 2 м 2 мукозни мембрани: 400 м 2 вселенски пат: динамика на микроби во затворен систем
Проблем со хигиена вселенско одело на ВВ тоалет „вселенска храна“ „вселенски спорт“ Хелмут Хингофер-Салкај 2007 2008 година
7: Функција на мозокот и ориентација Болест на вселената Контрола на движењето и погледот Внимание, капацитет за решавање на проблеми, логично размислување Мускулна слабост/замор Чувствителноста на длабочината не може да ги компензира пораките од внатрешното уво Зголемување на важноста на виденото Забрзано движење на доброволно движење (променето планирање на движење?) Способноста за концентрација го намалува летот (недели) и по летот највисоки можни перформанси на мозокот (на пр. за време на мисиите на Марс!)
Примарна преориентација со сузбивање на информациите од индикациите утврдени со гравитација - повторна калибрација Пресметка на сензомоторните обрасци Повторно толкување на проприоцептивните стимули Поголем акцент на визуелните информации Учење на модифицирани моторни стратегии Хелмут Хингофер-Салкај 2006
Прилагодување назад до 1G до 0G Проблеми при одење во права линија Проблеми при одење по кривина Халуцинации (само-движење/движење на животната средина) Нистагмус Гадење, повраќање Хелмут Хингофер-Салкај 2006
8: Зрачна биологија и дозиметрија Луис Харолд Греј, Лондон 1905-1965 Ролф Сиверт, Стокхолм 1896-1966 Апсорбирана доза на енергија апсорбирана од 1 кг озрачена материја 1 Ги = 1 Ј/кг (предизвикува 5,10 3 ДНК штета по клетка) Доза еквивалентно множење на Апсорбирана доза (сива) со биолошки фактор на квалитет За β и γ зрачење факторот за квалитет е 1 (1 Gy = 1 Sv) за протони 5, за брзи неутрони 10 за α зрачење 20 (1 Gy = 20 Sv) Ниво на море: 0,3 ms/a Хелмут Хингофер-Салкај 2006 година
Типична изложеност на дозата Активност/престој Вид на зрачење Доза 1 мешано ниво на море Температура до 30 компири, домати. треба темни периоди Фиттрон произведува до 2000 l O 2 на ден
Тест модул за биосфера 2 1985-1993 година 6,1х 6,1 м, 360-480 м 3 Воздух: СБР = реактор на почвно корито Вода: преработка на отпад 60 л/ден септември 1988 година Затворање на едно лице до 3 недели траење Стапка на протекување 2 %/Месец 24-часовни флуктуации на CO 2 до 1000 ppm
БПЦ: Комора за производство на биомаса, вселенски центар Кенеди, Флорида 7,5 х 3,5 м 64 плех (инсерти) - вкупно 16-20 м 2 16 л/мин вода/хранлив раствор на послужавник 96 натриумски ламби од по 400 W
MELiSSA (Микро-еколошки систем за поддршка на животот алтернатива) Растенија за јадење CREW органски отпад (фекалии, тоалетна хартија, остатоци од растенија) ДЕЛ 4 Високи растенија (4а) цијанобактерии (4б) ДЕЛ 1 * ЛИКВИФИКАЦИЈА Бактерии ДЕЛ 2 Анаеробни фотосинтетички бактерии CO 2 O 2 NH 4 * 1: хидролиза, втечнување 2: понатамошна ферментација: H 2, ацетат, формат (3: метаногенеза: спречена со pH 6,5)
Сонот за недопрен свет Оракл, Аризона: Експеримент со луѓе Затворен еколошки циклус 12 000 м 2 подна површина 190 000 м 3 волумен Целосна изолација на материјалот од околината 3000 растителни видови, 600 животински видови 6600 прозорци, 40 км челична рамка
Хелмут Хингхофер-Салкај 2006 година
1-та мисија 1991-1993 (24 месеци) Табор Мекалум Сали Силверстоун Марк Ван Тило Марк Нелсон Janeејн Поинтер Линда Ли Абигејл Алинг Рој Валфорд Фотографија 1 пред мисијата
Фотографија 2: По една година во биосферата KG -14 (f)/- 21% (m) BMI 23> 19 kg/m 2 DBP 77> 58 mm Hg Gluc. 92> 68 mg/dl холестерол 190> 130 mg/dl
CRL = калориско ограничување за долговечноста Стаорците кои се на диета со намалени калории/квалитетно живеат подолго од контролите што се хранат ad libitum (Мекеј, Кроул, Мејнард. Ј Нутр 1935; 10: 63-79) Префрлување од репродуктивна во метаболна стратегија која го одржува животот? Внес на калории 75, 45, 35% ad libitum >> животниот век е продолжен за 19, 47, 54% (Вајндруч и сор. 1986) Колку порано/подолго, толку е посилен ефектот. Близина на нервоза на анорексија. Висококвалитетната, редовна исхрана е неопходна за CRL-ефектот
Биосфера 2: внес на калории по четвртини
Диета: јаглехидрати, протеини, масти Астронаути: содржина на јаглени хидрати + 5% од апсорбираната енергија >> ниво на инсулин + >> конкуренција за апсорпција на аминокиселини >> слободен триптофан + >> можен ефект врз нивото на серотонин (хипоталамус) >> вселенска анорексија? Намалени симптоми на стрес?
Изгледи за вооружување: Создавање на услови на животната средина, во согласност со животот, во животни на вонземски небесни тела Хелмут Хингхофер-Салкај 2007 2008 година
Граници на живеење Параметар Граници Коментари Растенија Вкупен притисок> 10 mbar H 2 O + O 2 + N 2 + CO 2 Јаглерод диоксид> 0,15 mbar Долната граница на фотосинтезата; нема јасен горната граница на азот> 1-10 mbar азотен фиксација кислород> 1 mbar растително-дишечки луѓе нормална мешавина на воздух> 500 mbar 300 mbar тампон ефект кислород> 130 mbar 2 H 2 O + CH 4 + топлина, на катализатор на Ni или Co, 300-400 C BOSCH CO 2 + 2 H 2 -> C + H 2 O + топлина, на катализатор на Fe, 530-730 C
Што може да се промени на Марс? Распределба на гасовити супстанции Температура и притисок на површината Состав и транспарентност на атмосферата Албедо Врнежи и влага во почвата Цел: Зголемување на температурата за 60 C За 1 бар, ќе бидат потребни 4 * 10 15 тони гас. po 2 2,5 mbar (доволен за растенија) азот ? (потребни се неколку mbar) На 3 бари pco 2 +8 C ќе се постигне (Јужен пол? Реголит?) CFC: CF 3 Br, C 2 F 6, CF 3 Cl, CF 2 Cl 2 . Елементи присутни на Марс