Űrélettudományi kutatások Magyarországon 1950-1992

V. rész

Űrélettudományi kutatások az Interkozmosz programban 1975-1991

Izomkutatások

Az izomszövet az űrben károsodik, atrophia jön létre, ami viszonylag korán, már az űrrepülés ötödik napjától kezdve kimutatható. A károsodást főleg a gravitáció hiánya következtében fellépő edzetlenség, hypodinamia, és a szűk űrhajóban az immobilisatio, valamint a hidrosztatikus nyomás hiánya miatt megváltozott vérkeringés okozza, de szerepet játszanak, a só-vízháztartás zavarai, a beidegzés változásai, a hormonális hatások, és az anyagcsere változások is.

Hosszabb idejű űrrepülés súlyosabb izomatrophiaval jár. Az elváltozások hasonlóak azokhoz, mint amilyenek a Földön jönnek létre begipszelt, immobilisalt végtagokon, zárt, szűk térben való tartózkodáskor, vagy megváltozott irányú gravitációs térben. A szokásostól eltérő irányú gravitációs tér billenőasztalon állítható elő. Változik a szervezet antigravitációs reflexmechanizmusa immerziós fürdőben, tartós vízbe merítéskor is. Az izom számos kémiai, biokémiai, fizikai, biofizikai és élettani tulajdonsága megváltozik, tömege kisebbedik, teljesítménye, összehúzódó ereje, gyorsasága, kontraktilitása felére-harmadára csökken.

A károsodások egyes izmokban képesek regenerálódni, más izmokban nem, irreversibilis elváltozások is kialakulhatnak. Edzéssel megelőzhető az izomatrophia, a tréningezett izmokban nem olyan kifejezettek az elváltozások, maradandó károsodások pedig ki sem alakulnak. A létrejövő elváltozás jelentős mértékben függ az izom tulajdonságától, típusától, továbbá attól, hogy az illető izom milyen mértékben vesz részt a szervezet gravitációs és antigravitációs tevékenységében. Kiderült ugyanis, hogy az úgynevezett antigravitációs izmok a súlytalanságban könnyebben sérülnek, mint más izmok. Ezek az izmok főleg a test tartását és mozgását biztosítják a fej-far irányú gravitációs tér ellenében.

Az atrophia és a regeneráció nem egyforma a különböző típusú izmokban. Az úgynevezett lassú típusú izom, például a musculus soleus főleg ilyen típusú rostokból tevődik össze. Tónusos összehúzódásra képes, az oxigén hiányra érzékenyebb, oxidatív anyagcseréje fejlettebb, több kapillárist és myoglobint tartalmaz, azaz jobb az oxigénellátása, kevésbé fáradékony, vörös izomnak is nevezik, jellemzően antigravitációs izom, a test tartó funkciójában vesz részt, például az álláskor működik. Atrophiája hamarabb kialakul, visszafordíthatatlan, végleges károsodások kialakulására hajlamos és nehezen, vagy egyáltalán nem readaptálódik űrrepülés, súlytalanság, immobilisatió, vagy hypodinámia után. Nagyon érdekes, hogy hosszúidejű űrrepülés hatására a lassú izom myozinjában a gyors izomra jellemző könnyű lánc mutatható ki, ezáltal a gyors izomra jellemző kontrakciós típust közelít meg, vagyis a lassú izom, mintha gyors izommá „szeretne” átalakulni.

Ezzel szemben az úgynevezett gyors rángású izom (például a musculus gastrocnemius, és a musculus extensor digitorum longus nevű izom), amelyet neveznek fehér izomnak, tetanikus izomnak is, amely főleg a futásban vesz részt, másképpen reagál. Edzéssel kontraktilitása növelhető, amely a súlytalanság kedvezőtlen élettani hatásait kivédi, illetve csökkenti. Amíg a tréning főleg a gyors izmokra hat előnyösen, addig az immobilisatió főleg a lassú izmokra hat károsan, egy bizonyos fokon túl pedig irreversibilisen. A súlytalanság állapotában fellépő hypodinamia és hypokinesia egyaránt hatással lehet a szívizomzat kontrakciójáért felelős fehérjék működésére is. Az űrutazások után jelentős szívizom károsodások mutathatók ki.

A táplálkozás vizsgálata

Az űrkutatás hajnalán azt feltételezték, hogy a mesterséges táplálkozás előnyös, a tudományos ismeretek alapján előállított ideális összetételű, tubusos táplálék megoldja az űrhajósok ellátását. Hamarosan kiderült azonban, hogy ha elvész a táplálék élvezeti értéke, akkor ez kedvezőtlen hatásokkal jár. Ezért a földihez hasonló, tartósított táplálékot, és a teherűrhajókkal feljuttatott minél több friss élelmiszert kell az űrhajósok asztalára tenni. A hosszabb ideig tartó űrutazások tapasztalatai azt mutatták, hogy a súlytalanság sokrétű, kedvezőtlen hatást fej ki a tápcsatornára. Kiderült az is, hogy az űrhajózás kedvezőtlen élettani hatásai megváltoztatják a gyomor-bélrendszer nyálkahártyáját, enzimműködését, és motilitását. Akkoriban állatkísérletekben tanulmányozták a hypokinesia hatását, és megállapították, hogy miként rontja a gyomor nyálkahártya barrier funkcióját és a bél motilitását.

A vesztibuláris kutatások

Az űrhajósok több, mint a felében, az első héten a tengeri betegséghez hasonló, úgynevezett űr-mozgásbetegség fejlődik ki. A rossz közérzet, teltségérzés, étvágytalanság, émelygés, hányinger, hányás, izzadás, szédülés, szívdobogásérzés, és a térbeli tájékozódás zavara az űrhajósok munkaképességét lényegesen csökkenti, emiatt egyeseknél átmenetileg munkaképtelenség is kifejlődhet. Az űrkinetózis oka a vesztibuláris apparátus működésében beálló funkciózavarban keresendő. Az űrhajós helyzetérzékelő és gyorsulásérzékelő receptorai más érzetet közvetítenek a központok felé, mint amilyeneket az űrhajós lát. A szenzomotoros konfliktus rosszullétet és a térérzékelés zavarát okozza. A működészavarhoz a súlytalanságban áthelyeződő vérmennyiség és a megváltozó vérkeringés is hozzájárul.

Magyarországon ezekkel a kutatásokkal három intézet foglalkozott: a Magyar Honvédség Központi Katonai Kórházának vesztibuláris kutatócsoportja, a ROVKI, és a SOTE I. sz. Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézete.

A hypoxia kutatások jelentősége

A hypoxia az űrrepülés különböző szakaszainak velejárója, hatással van többek között az idegrendszer működésében alapvető szerepet játszó ingerület átvitelre is. Az űrrepülésben számos jelenség, kórfolyamat során alakul ki a hypoxia, amely súlyos központi idegrendszeri károsodásokat okoz az excitátoros aminosavak felszabadulásán, egyéb közvetítő anyagok felszabadításának megváltoztatásán, az idegsejteken belüli kalcium koncentrációjának túlzott emelkedésén keresztül. Megállapítható, hogy a hypoxia nagymértékű glutamát felszabadulást és ezen keresztül más idegsejtek kóros ingerlékenységét, illetőleg a sejten belüli kalciumszint toxikus emelkedését okozza, károsítva így az idegrendszert. Ezért nagy jelentősége van a hypoxia elleni védekezésben az excitatoros neurotranszmitter antagonisták, és a kalcium emelkedését gátló vegyületek alkalmazásának. Ezeket a kutatásokat a MTA Kísérleti Orvostudományi Kutató Intézet végezte. Az OTKI I.sz. Belklinika a hypoxia hatását vizsgálta különböző élettani folyamatokra. ROVKI-ban pedig transzkután oximetriás vizsgálatok folytak hypobarikus hypoxiában és változó irányú gravitációs térben billenőasztalon, illetőleg fizikális terhelés körülményei között.

Kozmikus repülések stressz tényezőinek vizsgálata

Már az űrrepülések kezdetén ismeretessé vált, hogy melyek azok a stressz tényezők, amelyek kedvezőtlenül befolyásolják az űrhajósok munkaképességét. A SOTE Kórélettani Intézet Környezetvédelmi Munkacsoportja, a SOTE II. sz. Belklinika Kísérleti Laboratóriuma a vibráció szervezetre gyakorolt hatását tanulmányozta. A ROVKI az endokrin rendszer változásait vizsgálta fizikai terhelés alatt. SOTE Gyógyszertani Intézete a ROVKI-val együttműködésben a neurokémiai transmissio és annak gyógyszeres befolyásolhatóságát tanulmányozta az űrutazásra jellemző fizikai körülmények szimulálása mellett. A SZOTE a ROVKI-val együttműködésben az akusztikus stressz hatását tanulmányozta kísérleti állatokon.

A pszichológiai kutatások jelentősége

Az űrrepülés nagyon sokféle pszichológiai nehézséggel jár együtt. Az izoláció és bezártság hatására stressz szituáció lép fel, ami többek között az unalom, depresszió, ingerlékenység, fokozott aggodalmaskodás, alvászavar, kimerültség, fáradékonyság, és motiváció csökkenés kiváltásán keresztül csökkenti az űrhajósok munkaképességét. A kutatások arra irányultak, hogy miként lehet a kedvezőtlen hatásokat kivédeni, és hogyan lehet a kis csoportban dolgozó emberek pszichológiai integritását és munkaképességét megőrizni.

1976-ban a Szaljut-5 űrállomás fedélzetén B. Volinov és V. Zsolobov teljesített szolgálatot, amikor váratlanul lekapcsolódott a világítás, majd leálltak a fedélzeti rendszerek is, és az űrhajósok életveszélybe kerültek. Hiába sikerült azonban az űrállomást megjavítani, a stressz nem múlt el nyomtalanul. V. Zsolobovnál gyógyszerre sem szűnő, befolyásolhatatlan, erős fejfájás kezdődött. Megtagadta a futószőnyeg edzéseket, inkább csak relaxált állapotban úszkált a fedélzeten. „Eljött az idő, amikor úgy éreztem, hogy mi már nem élünk, erre nagyon jól emlékszem, ez nem félelem volt, hanem egy abszolút közömbösség, csak arra gondoltam, hogyan hagyhattam ott az enyéimet a földön?” – mondta később. A fedélzeten egyre rosszabb lett a helyzet, és a gyors állapotromlás miatt a 60 naposra tervezett űrutazást a 42. napon azonnal meg kellett szakítani. V. Zsolobov olyan rossz állapotban volt, hogy a szkafanderét sem tudta felvenni. Az érzelmi reakciók és a motiváció teljes hiánya volt nála megfigyelhető, amihez teljes cselekvő-képtelenség társult, beleértve a kommunikációs képtelenséget is. A visszatéréskor B. Volinov öltöztette fel, és kötözte be az ülésbe a mély stuporozus állapotban lévő űrhajóst.

Az űrrepülés veszélyekkel jár, ami félelmet szül. A félelem keletkezését, tüneteit, természetét, leküzdésének módszereit pontosabban meg kellett ismerni. Az interperszonális interakciókat, a csoportok életét és tevékenységét földi szimulációs kísérletekben vizsgálták. Keresték a megoldásokat azokra az esetekre is, amikor a legénység tagjai közötti viszony megromlása miatt az expedíció veszélybe került. Gyakran adódott konfliktus helyzet a legénység és a földi parancsnokság között. Igény merült fel annak tanulmányozására, hogy a legénység mikor fogadja el, és milyen esetekben utasítja vissza, a földi parancsnokság fölérendeltségét. Nem volt ismeretes, hogy milyen hosszú ideig tartható fenn az űrhajó alárendeltségi viszonya földi parancsnoksággal kapcsolatban. Kutatták, hogy fenntartható-e a legénység tagjai között a hosszúidejű izoláció során is a kijelölt parancs és ellenőrzési struktúra. Kérdés volt, hogy zárt kiscsoportos rendszerben, a kijelölt parancsnok mikor vált alkalmatlanná feladata ellátására? Kezdetben még nem volt ismeretes, hogy mi történik az eltérő helyzetmegítélésekből adódó konfliktusok esetén. Számos speciális probléma vetődött fel a hosszúidejű űrrepüléseken a hatalom, a hatóság, a tekintély és a különféle engedélyezési hatóságok eltérő véleményalkotása szemszögéből is.

Magyarországon pszichológiai kutatásokkal három intézet foglalkozott: a Magyar Honvédség Központi Katonai Kórházának mentálhigiénés kutatócsoportja, a ROVKI, és a MTA Pszichológiai Intézete. A hosszúidejű űrrepülések feltételeihez és feladataihoz alkalmazkodó ember pszichológiai megbízhatóságát biztosító eljárásokat tanulmányozták, és vizsgálták a psychés teljesítőképesség változását gyógyszerek, fizikai terhelés, és hypoxia hatására. Ezenkívül foglalkoztak az űrrepülések feltételei között a feladatát végző ember szellemi munkavégző képességére vonatkozó előrejelzésekkel, valamint meghatározták a reális repülések hatására a psychés teljesítőképesség változásait. A vigilancia szint változásokat kísérő autonóm agyi elektromos változások polygraphiás elemzését is elvégezték.

Sugárbiológiai kutatások

A világűrben – a súlytalanság mellett – az űrhajósokat érő másik jelentős élettani hatást a különféle sugárzások, illetve a környező világ erőterei (pl. mágneses, elektromos, gravitációs, stb.) és azok gyors változásai hozzák létre. Sugárvédelem nélkül nem lehetséges az űrhajósok hosszúidejű tartózkodása a Van Allen-övezeteken kívül. Ezért fontos annak vizsgálata, hogy az űrhajó vagy űrállomás fedélzetén milyen sugár terhelések érik az űrhajósok szervezetét. A fedélzeti dozimetriai vizsgálatokban magyar kutatók jelentős sikereket értek el, a magyar dozimétert szovjet és amerikai űreszközök fedélzetén egyaránt használták. A termolumineszcencia elvén alapuló sugármérő eszköz nélkülözhetetlen része lett az űrvállalkozásoknak.

Magyarországon sugárbiológiai űrkutatásokban több intézet is részt vett. Az űrrepülés során fellépő sugársérülésekkel szembeni védelem kidolgozásával az Országos Johan Béla Közegészségügyi Intézet Mikrobiológiai Kutatócsoportja foglalkozott. Elsőként bizonyították az ipriflavon sugárvédő hatását, és kidolgozták a vegyület optimális alkalmazását. A MTA Központi Fizikai Kutató Intézet (KFKI) Atomenergia Kutatóintézet Sugárvédelmi főosztályának Dozimetriai Csoportja dozimetriai és spektrometriai vizsgálatokat végzett bioszputnyikokon és orbitális űrállomásokon. Az Országos Frederic Joliot-Curie Sugárbiológiai és Sugáregészségügyi Kutató Intézet (OSSKI) a hosszúidejű kozmikus űrrepüléseknél a biztonságos sugárzási normák meghatározásának klinikai kísérletes és metodikai módszereit dolgozta ki. A MTA Mikrobiológiai Kutatócsoportja, az OSSKI-val együttműködve új védelmi és terápiás módszereket dolgozott ki a sugársérülések kiküszöbölésére az űrrepülés során.

Felhasznált irodalom

1. Calvin M. et al.: (1975): Foundations of Space Biology and Medicine. NASA, Washington, D.C.

2. Benko Gy. szerk.: Magyar űrkutatás 1981-1985. Budapest. 1986. pp.: 135-280.

3. Beöthy M., Gombosi T. szerk.: A magyar űrkutatás 10 éve. MTA Interkozmosz Tanács tudományos ülésszakának előadásai. Budapest. 1981. pp.:155-260.

4. Both E. et al.: (1993): Magyar űrkutatás 1992. Magyar Űrkutatási Iroda, Nexus, Budapest. 5-16.

5. Both E. et al.: (1996): 50 éves a magyar űrkutatás. Magyar Űrkutatási Iroda, Nexus, Budapest.

6. Elek L.: (2014): Tudomány születik 1957-1980. Magyar Asztronautiokai Társaság, Budapest. Elek L.: (2016): Táguló határok. Magyar Asztronautikai Társaság,. Budapest. pp.: 151-168.

7. Гюрджиан А. А.: (1972): Медико-биологические проблемы космических полётов. Наука, Москва.

8. Катковский Б. С.: (1972): Физиология в космосе. Перевод с англиского. Медицина, Москва.

9. Kelemen J.: (2008): Egyesületünk 50 éves története. Magyar Asztronautikai Társaság, Budapest.

10. Kocsis P. et al.: (2011): Iratok a közös magyar-szovjet űrrepülésről 1979-1980. Magyar Országos Levéltár.

11. Отчёт о деятельности Рабочей группи "Космическоая биология и медицина". Интеркосмос. XIII. Совещание руководителей национальных органов. Протокол. Балатонкенеше 27 октября - 1 ноября 1980 г.

12. Remes P.: (1989-1990): Repülő- és űrorvosi speciális kollégium. Szent-Györgyi Albert Orvostudományi Egyetem tanrendje. SZOTE, Szeged. 156-157.

13. Remes P. et al.: (2013): A magyar repülő- és űrorvostan története. Zrínyi kiadó, Budapest.

14. Remes P.: (1993): A Magyar Hadtudományi Társaság Légvédelmi- és Repülő Szakosztály, Repülő- és Űrorvosi Szekció referáló ülései. Magyar Repülőorvosok Lapja. I., 1., 38-39.

15. Remes P.: A magyar űrrepülés története. Internet: drremes.hu.

16. Remes P.: (1976-1991): MTA Interkozmosz Tanács Orvos-biológiai Szakbizottság munkatervei, beszámolói és költségvetése. In: Dr. Remes P. et al.: (2013): A magyar repülő- és űrorvostan története. Zrínyi kiadó, Budapest. 181-184, 215-221, 230-236.