از فضا پزشکی تا هوانوردی!

آیا در فضا هم پزشک وجود دارد؟ فضا پزشکی؟ سوالی است که ممکن است برای اکثر افراد پیش آید. در پاسخ به این سوال می گوییم: بله وجود دارد. پزشکان فضا  در سازمان های فضایی آموزش می بینند که علاوه بر حاکمیت به موضوع فضا، به بحث پزشکی هم بپردازند. لازم به ذکر است در ایران رشته ی طب هوافضا و زیرسطحی وجود دارد؛ که افراد با فراگیری آن به درمان و مدیریت بیماران در پرواز های آمبولانس هوایی و تطبیق وضعیت بیمار با شرایط فیزیولوژیکی در پرواز می پردازند.

برای مثال پروژه های تحقیقاتی درخصوص CPR در فضا در حال انجام است.

در این مقاله سعی کرده ایم مخاطبان را با این رشته و مباحثی که در هوانوردی و هم فضا پزشکی مطرح  می شوند آشنا سازیم.

تاریخچه

فضا پزشکی عملا قبل از سفر انسان به فضا، کار خود را شروع کرده است. اولین بار یوری گاگارین، در سال۱۹۶۱ به فضا سفر کرد. قبل از حوزه ی فضا پزشکی،  فعالیت ها در قالب پزشکی هوایی، صورت می گرفت. این افراد در حوزه اتمسفر فعالیت می کردند؛ به طوری که پزشکی هوایی، به عنوان مادر فضا پزشکی شناخته می شود. تاکنون نزدیک به ۸۰۰ نفر به فضا سفر کرده اند. همچنین امروزه سفرهای بیش از ۶ ماه انجام می پذیرد و در کنار آن سفر های توریستی نیز به فضا انجام می شود.

جو زمین از چه لایه هایی تشکیل یافته است؟

بالاترین بخش تشکیل دهنده ی جو زمین،  اتمسفر می باشد که تا ارتفاع ۱۰۰۰۰کیلومتر ادامه می یابد. تقسیم بندی لایه ها که شامل ۵ لایه ی اصلی تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر است وعمدتا بر اساس خصوصیات حرارتی تفسیم بندی می شوند. هر یک از لایه ها ویژگی های منحصر به فردی دارند. ضخامت لایه ها در همه جا یکسان نیست. لایه های مختلف تقریبا ترکیبات یکسانی دارند.

اتمسفر چیست؟

از قرن ۱۸ استاندارد های متفاوتی برای اتمسفر تعریف شده است. در سال ۱۹۶۴ ICAO استاندارد خود را بر اساس فشار و درجه حرارت اتمسفر در عرض جغرافیایی ۴۵ درجه شمالی تعریف کرد. همچنین U.S.Standard Atmosphere، استاندارد خود را تعریف کرد. اگرچه استاندارد ها با هم تفاوت دارند؛ اما معمولا تا ارتفاع ۶۵۰۰۰ پا میزان تفاوت ها اندک است.

ویژگی های اصلی لایه ها:

تروپوسفر: در این لایه با افزایش ارتفاع دما کاهش یافته و افت درجه  دمایی متوقف می شود.

استراتوسفر: در ابتدا تصور بر این بود؛ که دما در این لایه ثابت است. بعدا متوجه شدند که در بخش انتهایی همان ایزوترمال، دما ثابت می باشد.

مزوسفر:در این لایه افت سریع دما دیده می شود به طوری که دمای ۳- درجه در استراتوپاز(مرز بین استراتوسفر و مزوسفر) به طور ناگهانی دما به ۱۱۰- درجه می رسد.

ترموسفر: به تدریج که دور می شویم، در این لایه بر اثر فعالیت خورشیدی، افزایش دما را خواهیم داشت. برای مثال دما در طول روز بر اثر فعالیت خورشیدی به  ۱۷۰۰ درجه می رسد؛ به طوری که شبانه به دنبال کاهش فعالیت خورشیدی تا ۲۲۷ درجه کاهش می یابد.

هرچه دور تر می شویم؛ دانسیته و یا تراکم مولکولی به حدی کاهش می یابد که دیگر انتقال حرارتی مطرح نمی شود. قوانین آیرودینامیک، شکست نور و قوانین آکوستیک نیز صدق نمی کند.

اشتروهولد

هوبرتوس اشتروهولد، فیزیولوژیست آلمانی و از محققان برجسته ی پزشکی، در دوران جنگ جهانی دوم برای اولین بار، اصطلاح فضا پزشکی را در سال ۱۹۴۸به کار برد. وی به علت کارهایی که در این زمینه انجام داده بود به پدر طب فضا معروف است.

افرادی که در حوزه ی فضا پزشکی فعالیت می کنند؛ به دنبال قرارگیری در شرایط بی وزنی، تغییرات جوی و به طور آشکار فیزیولوژیکی را تجربه خواهند کرد. به کمک اصول و قوانین تعیین شده، سعی می کنند در برابر عوامل مخاطره آمیز حفظ شده و با شرایط جدید سازگار شوند.

عواملی که در فضا پزشکی تاثیر گذار است عبارت اند از:

●تغییرات شتابی در یک سفر فضایی، به هنگام پرتاب وقرارگیری در شرایط بی وزنی که شتاب صفر می شود و زمان بازگشت به زمین

●نحوه ی قرارگیری صندلی ها در هرسفینه، برای هر سفینه ای متفاوت است. برای مثال: در سایوز در جهت یکس نیرو به صورت بک وارد- فوروارد، وارد می شود. در شاتل، درجهت Z وارد می شود؛ که برای غلبه بر    شتاب آن در این محور، شتاب را کاسته و مدت زمان را افزایش می دهند.

 ●تغییرات جو اتمسفری: المانهایی که برای ما حائز اهمیت است؛ اول فشار که با اوج گیری، فشار کاهش می یابد و میزان اکسیژن، که با کاهش فشار، اکسیژن نیز کاهش می یابد.

●تشعشعات: در حالت کلی دو نوع تشعشع داریم؛ یونیزان و غیر یونیزان. در مبحث فضا تشعشعات یونیزان برای ما اهمیت دارند.

 مهم ترین عامل خطرناک برای فضانوردان، همین تشعشعات هستند؛ زیرا بقیه موارد مانند کاهش اکسیژن و فشار را می توان تامین کرد؛ اما در برابر تشعشعات بایستی روش های حفاظتی خاصی صورت گیرد.

●وسیله ای که با آن پرواز می کنیم، ایستگاه های فضایی چگونه هستند، در کجا قرار دارند و چگونگی تطبیق شرایط فیزیولوژیک بدن در ایستگاه های فضایی، تماما مواردی هستند که مهم می باشند.

●قوانین و به اصطلاح دیسیپلین هایی که برای هریک از موارددر فضا زشکی و هوانوردی وضع می گردد؛ از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. برای مثال قوانینی که برای حفاظت از تشعشعات یونیزان وجود دارند و مواردی از این قبیل.

در این شرایط ایستگاه فضایی بین والمللی(ISS)، نوعی آزمایشگاه دائمی در بحث فضا می باشد که بیش از ۱۵ سال در آن تردد صورت می گیرد.

برنامه ریزی برای سفر های تحقیقاتی در گستره ی مدار های فراتر از مدار زمین، توسط سازمان LEO انجام می پذیرد.

سفر های تحقیقاتی و تردد در فضا با چه وسایلی صورت می گیرد؟

تاکنون نزدیک به ۸۰۰ نفر به فضا سفر کرده اند و ماقبل همه ی آن ها سفر حیوانات نیز صورت گرفته است. تمامی این سفر ها توسط وسایل متناسب با شرایط فضا صورت گرفته است. وسایلی که در ابتدا ساده و بدون سرنشین به فضا فرستاده شدند سپس ارتقا یافته و برای انسان نیز مناسب بود.

درحالت کلی دو دسته ی مهم Spacecraft وجود دارد که عبارت اند از:

۱-کپسول ها: اولین وسیله ی اختراع شده برای سفر حیوانات، انسان ها و سایر وسایل به فضا می باشد که امروزه نیز قابل استفاده است. این وسیله از انتها به راکتی متصل می شود که به هنگام لانچ، حرکت را با چتر انجام می دهد. کپسول ها نیازی به باند، برای فرود نداشته و می توانند روی زمین یا آب فرود آیند. از معایب کپسول ها این است؛ در محل مشخص قابلیت فرود ندارند. انواع کپسول ها:

۲-Spacecraft ها: مانند هواپیما که تابع قوانین آیرودینامیکی بوده، جهت و مسیر آن ها قابل کنترل می باشد.

معایبی که دارند این است به علت وجود بال، به هر یک، نیرو و شتابی وارد می شود. سانحه ای که در شاتل کلمبیا رخ داد؛ ناشی از آن بود که یکی از بال های آن آسیب دیده بود و متوجه آسیب آن نشده و منجر به آتش سوزی شده و تلفات انسانی را به همراه داشت.

فضانوردان حرفه ای ۲ سال قبل از پرواز آموزش می بینند که چگونه در شرایط بی وزنی توانایی های لازم را داشته باشند.

چه اتفاقاتی به هنگام رفتن به شرایط بی وزنی رخ می دهد؟

فضا پزشکی و بی وزنی

●برابری فوری در فشار سطح مایعات بدن

●وضعیت قرارگیری بدن در  بی وزنی متفاوت است.

●برای انجام کارها باید نیروی کمتری اعمال کنیم.

در هوانوردی و فضا پزشکی به هنگام قرار گیری در ارتفاعات مختلف بسته به فشار، تغییراتی در فیزیولوژی انسان ایجاد می شود. دانستن این تغییرات برای هوانوردان بسیار ضروری است. برای مثال خلبان یا هوانورد، باید زمان استفاده از اکسیژن جانبی را در ارتفاع مربوط به آن را تشخیص دهد.

سازگاری های فیزیولوژی بدن در شرایط بی وزنی: به دو دسته ی اولیه و ثانویه تقسیم بندی می شوند.

بی وزنی بر سیستم عصبی، شکل ظاهری بدن، شیفت مایعات وبر برداشته شدن فشار وارد بر سیستم اسکلتی تاثیر می گذارد؛ که بدن بعد از مدتی سازگاری های جدیدی را پیدا می کند.

برای مثال در فاز اولیه دو تظاهر اصلی در سیستم عصبی داریم:

●سندروم سازگاری با فضاSAS

●اختلال در کنترل حرکت

این وضعیت عصبی، ناشی از عدم تطابق بین دریافتی ها و پاسخ هایی است که بدن می دهد و می تواند چند دقیقه تا چند ساعت ادامه یابد.

با توجه به وضعیت بدنی افراد و تجربه ی سفر های فضایی ممکن است موارد زیر را تجربه کنند:

●تهوع

●استفراغ

●خستگی

●خواب آلودگی

●کاهش اشتها

●سر درد

در شرایط عادی بدن ما، با گرانش زمین تعامل پیدا کرده است. به هنگام قرارگیری در وضعیت قائم، شیب هیدروستاتیک ناشی از برآیند بردار ها و گرانش است که ما می توانیم بایستیم. این حالت ها به هنگام نشستن دراز کشیدن و بقیه شرایط نیز صدق می کند.

حیات سلول هم در هوانوردی وهم در فضا پزشکی وابسته به اکسیژن می باشد. سیستم عصبی مرکزی و قلب، نسبت به کمبود اکسیژن بسیار حساس هستند.

هایپوکسی ها در هوانوردی

انواع هایپوکسی:

هایپوکسی هایپوکسیا: کمبود اکسیژن به علت کاهش فشار اکسیژن خون. شایع ترین علت آن، قرارگیری در محیط کم فشار می باشد. هنگامی که فشار اجزای تشکیل دهنده ی هوا که ۲۱ درصد آن اکسیژن می باشد؛ کاهش باید به طبع فشار اکسیژن خون نیز کاهش می یابد.

عوامل دیگری که باعث هایپوکسی هایپوکسیا می شوند عبارت اند از:

●کاهش میزان ونتیلیشن یا تهویه – فلج عضلات تنفسی بر اثر بیماری

●درشرایطی میزان فشار اکسیژن و تهویه مناسب است؛ اما اختلال در محل تبادلات گازی داریم یعنی: سلول نمی تواند اکسیژن را دریافت کند. مثال: ادم ریه، نکروز ریه

●مشکلات قلبی مانند شانت راست به چپ- نوزاد تازه متولد شده ای که حفرات قلبی یا ارتباطات بین عروقی جنینی بسته نشده است.

●Ventilation perfusion mismatch: ممکن است میزان تهویه و جریان خون، با یکدیگر متناسب نباشند. مانند حالتی که در برونشیت ریه رخ می دهد.

آنمیک(هایپمیک) هایپوکسیا: در این وضعیت اختلال در انتقال اکسیژن رخ می دهد.

●در صورتی که حتی تعداد گلبول های قرمز ثابت باشد؛ میزان ساخت هموگلوبین کم می شود و یا ساخته نمی شود.

●ساخته شدن هموگلوبین به شکل غیرطبیعی (آنمی سلول داسی شکل)

●تعداد هموگلوبین ثابت اما غلظت آن کاهش می یابد.(آنمیا هایپوکرومیک)

●شرایطی که شکل هموگلوبین طبیعی بوده و فشار نیز مناسب است؛ اما ظرفیت باندینگ آن کاهش یافته است. مانند مسمومیت با گاز مونوکسیدکربن

● ترکیب شیمیایی هموگلوبین تغییریابد. مانند تبدیل هموگلوبین به مت هموگلوبین

ایسکمیک هایپوکسیا:خون رسانی دچار اختلال شده است.(مشکلات عروقی)

●سکته مغزی

●ایسکمی بافتی مانند سندروم رینو که نوک انگشتان سرد می شود. این سندروم، بیشتر در خانم ها رایج است.

●انسداد شریان های اصلی در اثر تروما

●مشکلات و نارسایی های قلبی که عروق محیطی گشاد می شوند و عروق مرکزی تنگ شده و خون در اندام ها بیشتر باقی می ماند.

●در رفلکس وازوواگال که تغییراتی در سیستم سمپاتیک و پاراسمپاتیک

تمامی این موارد باعث اختلال در جریان خون می شوند.

هیستوتوکسیک هایپوکسیا:بافت توانایی برداشت اکسیژن را ندارد.

●مسمومیت با سیانور و قرص برنج

●کمبود ویتامین ها که باعث بیماری می شوند. مانند بیماری بری بری

عواملی که باعث هایپوکسیا می شوند:

●ورزش

●دمای محیط

●تغییرات هورمونی

●بیماری همراه

●مصرف الکل

●مصرف برخی داروها

عواملی که باعث هایپوکسیا در پرواز می شوند:

●صعود به ارتفاع

●خرابی تجیزات تنفسی شخص

●برداشت فشار

برای بررسی عوامل تاثیرگذار شتاب بر فیزیولوژی بدن، درک مفاهیم زیر ضروری است.

در مباحث هوانوردی شتابی به نام Gمطرح است که: G=ng, F=ma, W=mg

شتاب گرانش زمین ۹/۸۹ متر بر مجذور ثانیه می باشد و n ضریبی برای G در نظر گرفته می شود. برای مثال ۳G سه برابر شتاب جاذهی زمین می باشد. اگر فردی ۸۰ کیلوگرم جرم داشته باشد و با شتاب ۴G به سمت بالا حرکت کند نیروی لازم برای این جابه جایی ۳۲۰ نیوتون می باشد.

دسته بندی نیروهای شتابی براساس جهت:

●تغییرسرعت بدون تغییرجهت که به آن شتاب خطی می گویند. Catapult landing

●تغییر جهت بدون تغییر سرعت که به آن شتاب شعاعی گویند. در این حالت نیروی جانب از مرکز آن را‌می چرخاند. بخشی از حرکت Loop ای که هواپیما انجام می دهد.

●تغییر سرعت به همراه تغییر جهت که شتاب زاویه ای ایجاد می کند. در فضاپیما و هواپیما این مورد به وفور مشاهده  می شود.

درحالت کلی سه محور داریم: X,Y,Z

در مباحث هوانوردی میزان تحمل افراد به هنگام قرارگیری در جی های مختلف متفاوت است؛ زیرا جهت نیروهایی که وارد می شود هر یک به طور آشکار، تغییراتی را در فیزیولوژی بدن ایجاد می کند. همچنین بعد از مدتی مقاومت افراد نسبت به جی وارد شده کاهش می یابد.

همچنین بر حسب مدت زمانی که شتاب وارد می شود تقسیم بندی داریم:

●شتاب کوتاه مدت:حدود ۰/۵-۰/۲ ثانیه که به صورت نقطه ای وارد می شود.

●شتاب مدت متوسط:حدود ۲-۰/۵ ثانیه به هنگام Take off‌پرنده

●شتاب طولانی مدت: بیشتر از دو ثانیه که در جنگنده ها و فضاپیما ها رخ می دهد.

چه عواملی در شتاب بر فیزیولوژی بدن تاثیر می گذارد؟

میزان دامنه تغییرات شتاب:

-در پرواز های سبک حدود ۲ الی ۵ جی به بدن وارد می شود.

-در پرواز های عملیاتی تا۱۱-۱۲ جی بر بدن وارد می شود.

جهت نیروهای شتابی در محور های X,Z:

در حالت کلی در جهت های +، میزان تحمل پذبری بدن بالاتر می باشد؛ زیرا اندام های حیاتی انسان در قسمت بالا قرارگرفته و حرکت به سمت بالا، باعث وارد شدن نیرو به سمت پایین می شود؛ اما در صورت حرکت به سمت در محور پایین و نیرو به سمت بالا، جریان خون شیفت پیدا می کند. X بیشترین فشار روی بافت های استخوانی و عضلانی وارد می شود.

پیک شتاب: میزان مقاومت ساختارهای بدن در برابر جی

Gz+ شایع ترین شتابی است که بر بدن وارد می شود. وقتی در معرض این جی قرار می گیریم؛ یعنی حرکت رو به بالا و نیرو به سمت پایین است؛ بنابراین مایعاتی که در سیستم عروقی جریان دارند، به سمت پایین کشیده می شوند. به دلیل شیفت و نیرویی که وارد می شود، هرچه به سمت اندام تحتانی می رویم، احساس سنگینی می کنیم. احساس سنگینی اندام ها سبب می شود، حرکت سخت تر باشد.

-درصورتی که جی ۷+ وارد شود، حرکت دست ها به سمت بالا مختل می شود.

-فشار به هنگام وارد شدن شتاب جی ۳+ به حدی است که فرد نشسته نمی تواند بلند شود.

-در جی ۲+ حرکت لپ ها و صورت اتفاق می افتد. همچنین پلک ها نیز نمی توانند از هم جدا شوند.

-اگر فردی کلاه نداشته باشد؛ در جی ۸+ نمی تواند سر خود را بالا بیاورد و در صورت داشتن کلاه، در جی ۴+ تا جی ۶+ نمی تواند سر خود را بالا بیاورد.

این موارد برای خلبان بسیار مهم است؛ چرا که خلبان بایستی پوزیشن صحیح را به هنگام وارد کردن جی به خود بگیرد؛ زیرا بعد از اعمال جی حرکت سخت تر و شاید ناممکن شود.

اگر پیوسته در معرض جی باشیم چه تاثیراتی بر اندام های ما می گذارد؟

قرارگیری در معرض جی به طور مداوم، میزان تحمل را نسبت به جی وارد شده، کاهش می دهد. برای مثال در صورت وارد شدن جی ۴+ به گردن، در ابتدا شاید اتفاقی رخ ندهد؛ اما باگذشت زمان میزان تحمل گردن کاهش می یابد.

اما اتفاقاتی که بر سیستم های مختلف بدن رخ می دهد:

سیستم قلبی عروقی:هرچه Gz+ بیشتری وارد شود، آنگاه فشار ستون مایعات نسبت به پایین بیشتر می شود. تجمع خون در سیستم وریدی اندام های تحتانی افزایش می یابد. برون ده قلبی نیز کاهش می یابد. همچنین امکان نارسایی قلب نیز وجود دارد.

آریتمی های قلبی: این آریتمی ها می توانند کشنده باشند و ممکن است اختلالات ریتم دهلیزی و بطنی سبب شود و یا سیستم جریان الکتریکی هدایت قلب نیز مختل شود.

اولین پاسخی که سیستم قلبی و عروقی در اثر افزایش جی می دهد:

۱- افزایش ضربان قلب

۲-انقباض(اسپاسم) عروقی

سیستم بینایی:چشم به اکسیژن و خون رسانی بسیار حساس می باشد. در اثر کاهش میزان خونرسانی، اولین تظاهرات در سیستم قلبی و عروقی، در چشم نمایان می شود.

مراحلی که در اثر کمبود خونرسانی در سیستم بینایی رخ می دهد:

۱-Greyout : در این حالت شخص احساس می کند به طور مخروطی دیدش را از دست می دهد.

۲- Reduction contrast sensitivity: حالتی که شخض تضاد را نمی تواند تشخیص دهد. برای مثال عدم توانایی در تفکیک رنگ ها و حتی در مراحل بعدی شکل ها را نیز نمی تواند تمییز دهد.

۳- Tunnel vision : دیدش را نسبت به محیط از دست می دهد.

۴- Blackout: در این حالت فرد بینایی خود را از دست می دهد.

جریان خونی مغزی: به هنگام تحمل جی های مختلف تغییراتی در عملکرد طبیعی جریان خونی مغزی رخ می دهد.برای مثال:

-۳.۵ Gz+آستانه ای که بدن بدون هیچ ریکشنی به عملکرد طبیعی خود ادامه می دهد.

-۴.۵ Gz+ در این حالت جریان فشار خون به قدری کم است که تقریبا فشار خون مغزی به صفر می رسد.

در صورت افزایش جی دو حالت رخ می دهد:

● A-LOC: در این حالت فرد دچار فراموشی گیجی کاهش حدت شنوایی فلجی و بی حسی اندام ها می شود.

● G-LOC:  در صورت افزایش جی از محدوده ۵/۴تا ۳/۶  فرد سطح هوشیاری خود را از دست می دهد.

نکاتی در این باره وجود دارد:

-خلبانی که دچار G-LOK می شود نباید در همان روز پرواز کند.

-به گفته های خلبان هم نمی توان صد در صد اطمینان کرد؛ زیرا یکی از مشخصه های A-LOK,G-LOK فراموشی است برای همین ممکن است؛ خلبان فراموش کند که وارد هر یک از مراحل شده است.

تظاهرات پوستی: حالتی شبیه سرخک ایجاد می شود که پتشی نیز می گویند.(پتشی: خونریزی های زیرپوستی)

 -در شتاب های x≥ ۶ جی ادم اندام ها و پارگی عروق رخ می دهد.

-در مطالعه ای گزارش شده است که Blackout از ۲/۷+تا ۷/۸+ جی هم رخ می دهد زیرا ظرفیت افراد بسته به ژنتیک  شکل بدن و…. بایکدیگر متفاوت می باشد.

چه فاکتورهایی به میزان تحمل ما نسبت به جی بستگی دارد؟

●دمای محیط: در هوای گرم تحمل ما نسبت به شتاب کاهش می یابد.

●سطح قند خون: در اثر هایپوگلیسمی(افت قند خون) تولرانس ما کاهش می یابد.

● الکل: میزان تولرانس را نسبت به شتاب کاهش می دهد.(به علت vasodilation)

●هایپوکسیا و هایپرونتیلیشن: تولرانس در این موارد کاهش می یابد.

●اتساع معده: به هنگام نفخ بر اساس قوانین گاز ها اتساعی صورت می گیرد که تولرانس را تا حدودی افزایش می دهد البته خلبانان نباید در پرواز نفخ معده و یا شک داشته باشند.

●عفونت های همراه: باعث کاهش میزان تحمل ما نسبت به شتاب می شود.

●جرم و فرم بدن در تولرانس نقشی ندارند.

برخی از مباحث در بحث فضا پزشکی و هم در هوانوردی مشترک است. پروژه های تحقیقاتی در خصوص کشت باکتری در فضا و به طور کلی مواردی که از سیستم زندگی انسان حمایت می کند در حال انجام است. با رعایت نکات پزشکی امیدواریم این علم نوپا پیشرفت کند.