Küçükken çoğumuz ‘’Büyüyünce astronot olacağım’’ demişizdir. Yeryüzünden 386,2 km (240 mil) uzaklıkta neler olduğunu, bu mesafenin anlamını henüz öğrenmemişken merak etmeye başlamışızdır belki de. Kim bilir belki çizgi filmlerden, animasyonlardan, uyurken dinlediğimiz masallardan, büyüklerimizden işittiklerimizden, televizyonlarda duyduklarımızdan, okulda öğretmenlerimizin öğrettiklerinden, hayat bilgisi kitaplarımızda okuduklarımızdan esinlenerek onlarca kez düşlerimizde uzay yolculuğu yapmışızdır. Hayalinde uzay gemisi ve üstün güçleriyle Satürn’ün halkasında tur atmayan var mıdır? Yok dediğinizi duyar gibiyim. Peki astronotları uzayda neler bekler? Oradaki hayatları nasıldır? Gelin soruların cevaplarına bir göz atalım.
Tıpkı dünyadaki günlük yaşam gibi uzayda da astronotların günlük bir yaşamı var ama haliyle zaman kavramı ve işlerin yapılış şekilleri Dünya’dakinden oldukça farklı. Bu sebeple astronotlar, uzay görevlerinin hedeflerini yerine getirebilecek ve uzay istasyonu ortamına hem psikolojik hem sosyal hem de fizyolojik yönden uyum sağlayabilecek davranışsal ve fiziksel yeterliliğin yanı sıra geniş bir teknik beceri yelpazesine de sahip olmalıdır. Bu yetkinlikler özellikle uzun süreli yolculuklardayken kritik kararlar verilmesi gerektiğinde oluşan gergin ortamı ortadan kaldırabilmek için oldukça önemlidir.
Uzay istasyonu Dünya çevresinde yaklaşık 90 dakikada bir tur attığı için astronotlar günde 15 kez Güneş’in doğuşuna ve batışına şahit oluyorlar. Astronotların Dünya’ya dönünceye kadar uyku düzenlerinin bozulmaması için uyku saatleri Dünya’ya göre düzenleniyor. Dünya’da saat 21.30 (GMT) olunca astronotlar uyuyor ve sekiz saat sonra zil sesiyle uyanıyorlar. Tahmin edersiniz ki yer çekimsiz ortamda yatmak, kalkmak gibi eylemler mevcut değil. Uyurken sağa sola çarpmamak için kancalarla herhangi bir yere sabitlenmiş uyku tulumlarının içine giriyorlar. İstasyondaki her astronot ortalama olarak günde bir kilogram karbondioksit üretiyor. Uyurken üretilen karbondioksit Dünya’daki gibi sıcaklık farkından dolayı yükselemiyor ve olduğu yerde yani uyuyan kişinin yüzünün çevresinde birikiyor. Bu durumun sonucu ise oksijen yetmezliğine bağlı şiddetli baş ağrısıdır. Karbondioksit birikimini engellemek için her astronot başucunda bir vantilatör ile uyuyor. Fizyolojik aktivite sonucu üretilen karbondioksit, lityum hidroksit ve zeolit gibi maddelerle tutularak ortamdan uzaklaştırılıyor. Tanklarda depolanmış oksijen ile sirkülasyon sağlanıyor. Tanklar bittiğinde ise su elektroliz edilerek oksijen üretiliyor. Acil durumlarda potasyum perklorat ve sodyum klorattan oksijen üreten sistemler kullanılıyor. Uzay istasyonunda en önem verilen konulardan biri de suyun idareli kullanımıdır. Sabah kalkan astronot sadece birkaç damla suyla peçeteyi ıslatarak el-yüz temizliğini yapıyor. Genellikle yutulabilir diş macunu kullanıyorlar. Miksiyon ve defekasyon işlemleri sırasında vakumlu huniler kullanarak ihtiyaçlarını gideriyorlar. İstasyondaki astronotlar adeta duş kavramını hafızalarından silmiş durumda. Haftada bir kez tüm vücutlarını sabunlu bezlerle temizliyorlar. Kıyafetler ise tek kullanımlık ve haftada bir kez değiştirilebiliyor. Yemek olarak fırında ısıtılabilen kaplar veya özel bir su sebili gerektiren dondurulmuş kuru gıdalar bulunuyor. 2001 yılında uzay görevine gönderilen Daniel Bursch "Yeryüzündeki taze meyve kokusunun inanılmaz güzelliğinin farkında değilmişiz" diyor. Lopez Alegria ise Kaliforniya’da en sevdiği kahve dükkanı ve The Johnson Uzay Merkezi'nin yardımları sayesinde arada sırada latte aromalı kahvesinin tadını çıkarabilmiş. Yemeklerin ulaşım masrafları yaklaşık yarım kilo başına $10.000 civarında olsa da yemek konusu A.B.D, Rusya, Kanada, Japonya veya Avrupa'daki diğer mürettebatla sohbet etmek için güzel bir fırsat oluşturuyor. Sabah ve akşam olmak üzere günde iki kez Görev Kontrol Merkezi ile bir konferans araması gerçekleştirilerek astronotların günlük görevleri belirleniyor. Mürettebattakiler gün içinde vakitlerinin çoğunu istasyonun bakımı ve onarımı için harcıyor (Örneğin, 2013 yılında soğutma borusunun kırılan vanası) ve yeryüzündeki bilim insanları ile yapılacak deneyler üzerine çalışıyor. Mürettebattaki kişilerin görevlerini ve aktivitelerini elektronik ortamda eş zamanlı olarak gösteren ‘Uzay Mekiği İçinde Kısa Vadeli Plan Görünümü’ bulunuyor. Böylece işler aksamadan yürüyor ancak bu yer çekimsiz ortamda çoğu astronotun yaptığı aktivite pencereden Dünya'yı izlemek. Çin Seddi’nin uzaydan fotoğrafını çeken ilk kişi olan Chiao, "Yüzlerce mil uzaklıktaki yağmur ormanlarını ve çölleri izliyorsunuz, hem de son derece steril bir ortamdan. En çok özlediğim şey ise doğaydı; çimlerin kokusu, ağaçlarla çevrili olmak, kuşları ve diğer hayvanları görebilmek" diyor.
Uzaydaki anormal çevre, astronotların fizyolojisinde önemli değişikliklere sebep oluyor. Bu değişikliklerin fark edilmesiyle biz hekimlerin ve hekim adaylarının dikkati de bu konu üzerine yoğunlaşıyor. Uzay uçuşu sırasında astronotların maruz kaldığı ağırsızlığa bağlı olarak gelişen fizyolojik değişiklikler birçok çalışmanın konusu olmaya devam ediyor. Değişikliklerin çoğu ağırsızlığın üç etkisi ile ilişkili görülüyor. Bunlar: Yolculuğun ilk birkaç gününde görülen hareket hastalığı, hidrostatik basınç yaratan yer çekiminin eksikliğine bağlı olarak sıvıların yer değiştirmesi ve yer çekimine karşı koyan kas kasılmasının gerekmemesine bağlı fiziksel aktivitenin azalması olarak ifade edilebilir. Uzun süre uzayda kalmanın gözlenen etkileri şöyle sıralanabilir: Kan hacminde, eritrosit sayısında, maksimum kalp debisinde, kas gücünde ve çalışma kapasitesinde azalma; kemik kütlesi ve mineral dansitesinin kaybı; immün sistem zayıflaması; psikososyal bozukluklar…
Yolculuğun ilk günlerinde astronotların %50’sinde bulantı ve kusma ile seyreden hareket hastalığı görülmektedir. Bu durum, alışılmıştan farklı olarak hareket sinyallerinin beynin denge merkezine ulaşması fakat yerçekimi ile ilgili sinyallerin olmaması ile ortaya çıkmaktadır.
Kas atrofileri de uzun süreli ağırsızlığın bir sonucudur. En çok etkilenen kaslar, yer çekimsel ortamda vücudumuzu dik tutan postür kaslarımızdır. Bir yolculuk sırasında ortalama olarak %20 kas kütlesi kaybı izlenmektedir. Biyokimyasal ve yapısal değişikliklerin yanında optimal olmayan beslenme şartları ve stres, kas kütlesi kaybının en önemli etkenleri arasındadır. Kas atrofisi, kas liflerinin sayısındaki azalma ile değil boyutundaki azalma ile bağdaştırılır. Son yıllarda yapılan araştırmalara göre ağırlıksız ortamda kas hücresindeki protein sentezinin %15, lif kesit alanlarının %20-50 azaldığı ortaya konmaktadır.
Birkaç ay süren uzay uçuşlarında astronotların üzerindeki çalışmalar, egzersizlere devam etmelerine rağmen her ay kemik ağırlıklarının %1’inden fazlasını kaybettiklerini göstermiştir. Uzun süreli mikrograviteye maruz kalmanın beraberinde getirdiği bu olumsuz değişiklik, Johson Space Center’daki uzmanların Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi’nde bir “Kemik Zirvesi” düzenlemelerine önayak olmuştur. Bu zirvede 120-180 gün arası süre ile uzayda kalmış, bu sürede zorunlu günlük egzersizleri yapmış 35 astronottan elde edilen tıbbi veriler incelenmiştir. İncelemeler sonucunda astronotların iliak kemiklerindeki alansal minerallerin ve kemik dansitelerinin %10’unu kaybettikleri ortaya konmuştur. Yolculuk sırasında kemik kaybının bir diğer önemli sebebi de düşük ışık seviyesinin beraberinde getirdiği D vitamini eksikliğidir. Aynı zamanda kemik oluşumunda osteosit kaynaklı negatif bir regülatör olan osteoklastların aktivitesinin arttığı ve kemiklerdeki yıkıma cevap olarak kemik büyümesi ve oluşumunu düzenleyen IGF-1 (İnsülin benzeri büyüme hormonu) miktarının da arttığı görülmüştür. Yapılan araştırmalarda kemik rezorpsiyonunun daha çok lumbal vertebra, femur boynu, kalkaneus ve tibia gibi vücut ağırlığını taşıyan kemiklerde görüldüğü anlaşılmıştır. Kemik rezorpsiyonunun beraberinde getirdiği kan kalsiyum düzeyinin yükselmesi aynı zamanda renal taş oluşumu riskini de artırmaktadır.
Son yıllarda yapılan çalışmalar, astronotlarda servikal ve lumbal disk herniasyonu riskinde artış olduğunu göstermiştir. Lumbal disk herniasyonlarının muhtemel sebebi yüksüz durumdaki disklerin hiperhidrasyona bağlı genişlemesidir. Gözlenen bu patolojiyi ortadan kaldırmanın en iyi yolu yolculuk sırasında vertebra fleksiyonu içeren egzersizleri arttırmaktır.
Ele alınması gereken bir diğer önemli konu ise kardiyovasküler değişikliklerdir. Akışkanların vertikal yönde yukarıya doğru hareket etmesi baroreseptörlerin düşen kan hacmini algılamasını engeller ve kan basıncının artmasını sağlayan renin-anjiyotensin-aldosteron sistemi aktifleşemez. Artmış atrial natriüretik peptit artışı da su ve sodyum itrahına neden olur. Bu sebeple uçuşun ilk 24 saatine plazma hacminde %17’lik bir azalma görülür. Bu durum geçici olarak hematokrit seviyesini arttırır. Hematokrit artışı eritropoetin sekresyonunu azaltarak eritrosit sayısının azalmasına yol açar. Plazma hacminin azalması hipovolemiyi beraberinde getirir. Bazı araştırmacılar hipovolemiden kaynaklanan atım hacminin azalmasının, kardiak atrofiye neden olduğunu ve bunun da olumsuz sonuçlar doğurduğunu ileriye sürmektedir.
1960 yılında Apollo astronotlarının yeryüzüne dönmesiyle ilk immün disregülasyonlar incelenmiştir. Gözlemlere göre bakteriyel ve viral enfeksiyonlara yatkınlık oluştuğu ve latent durumda olan herpes virüslerin enfeksiyon yapma eğiliminin arttığı ortaya konmuştur. Bu değişimlerin yanı sıra dolaşımdaki lökositlerin dağılımının değiştiği; doğal öldürücü hücrelerin aktivitesinde, granülosit fonksiyonlarında, T hücre aktivasyonunda ve antikor seviyelerinde azalma olduğu gözlenmiştir. Bozulmaya neden olan faktörlerin fizyolojik stres ve sirkadiyen ritimdeki bozukluklar olabileceği düşünülmektedir.
Uzay yolculuğu süresi arttıkça Dünya’nın koruyucu manyetosferinin ötesine geçildiğinden sağlık risklerinin bir hayli artması son derece dikkat çekmektedir. Astronotlar galaktik kozmik ışınlar, güneş parçacık olayları ve sıkışmış radyasyon da dahil olmak üzere çok sayıda iyonize radyasyon kaynağına maruz kalıyor. Son epidemiyolojik çalışmalar, iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmanın sonucunda ortaya çıkan kardiyovasküler hastalık risklerini de ortaya koymuştur. Bu riskler temelde X ışınları ve gama ışınları maruziyetlerinden türemektedir. Maruziyet sonucu artmış genetik değişiklikler ve oksidatif stres seviyesinde kalıcı yükselmelere yol açan redoks reaksiyonlarındaki bozulmalar, hücresel fizyoloji üzerine patolojiler ortaya çıkarmaktadır. Demir veya daha büyük atom ağırlığına sahip parçacıkların iyonlaşma sırasında açığa çıkardığı enerjiler DNA molekülünde hücresel onarımı geciktirecek şekilde etki ederek kompleks doku hasarlarına, artmış katarakt riskine ve malignitelere yol açmaktadır.
Günümüzdeki çalışmalarla Mars’a yolculuk gibi daha uzun süreli uzay uçuşları sırasında ortaya çıkabilecek fizyolojik ve psikososyal durumların önüne geçilmesi amaçlanıyor. Ayrıca Mars’a kısa sürede ulaşabilmek, uzayda yapay yerçekimi oluşturmak ve radyasyona maruz kalmayı azaltmak üzerine de çalışmalar halen sürdürülüyor.
Anlayacağınız üzere, aklımızda yer eden uzay kavramı ne gişe rekorları kıran filmlerdeki (Star Trek, Prometheus, Star Wars, Wall-E) gibi ne de küçükken hayal ettiğimiz gibidir. Bizim bildiğimiz kavram yalnızca buzdağının görünen yüzü. Peki ya görünmeyen yüzü yalnızca bu yazıda okuduklarınızdan mı ibaret? Tabi ki hayır! Çünkü bilginin sınırı yoktur. Halihazırda okumakta olduğunuz yazıyı kaleme almaktaki amacım karanlığa bir mum yakarak sizin merakınızı hareketlendirmekti. Yaktığım mumla çıkışı bulup Güneş’i görmek sizin elinizde. Değişen, gelişen ve Uzay’ın her geçen gün biraz daha hayatımıza girdiği bu soluk mavi noktamızda merak ve bilimle kalın. Hoşça kalın.
KAYNAKÇA
1.Sarkar, P. et al. Proteomic analysis of mice hippocampus in simulated microgravity environment. J. Proteome Res. 2006; 5, 548–553.
2.Nagaraja, M. P. & Risin, D. The current state of bone loss research: data from spaceflight and microgravity simulators. J. Cell Biochem. 2013; 114, 1001–1008.
3.LeBlanc A, Shackelford L, Schneider V. Future human bone research in space. Bone. 1998; 22(5):113S–6S.
4.Adams GR, Caiozzo VJ, Baldwin KM. Skeletal muscle unweighting: spaceflight and ground-based models. J Appl Physiol. 2003; 95:2185–201.
5.Cavanagh PR, Licata AA, Rice AJ. Exercise and pharmacological countermeasures for bone loss during long-duration space flight. Gravit Space Biol Bull. 2005; 18(2):39–58.
6.LeBlanc AD, Spector ER, Evans HJ, Sibonga JD. Skeletal responses to spaceflight and the bed rest analog: a review. Musculoskelet Neuronal Interact. 2007; 7(1):33–47.
7.Zwart SR, Smith SM. Impact of space flight on the human skeletal system and potential nutritional countermeasures. Int SportMed J. 2005; 4:199–214.
8.Boerma M. et al. . Space radiation and cardiovascular disease risk. World J Cardiol 2015;7, 882–888, 10.4330/wjc.v7.i12.882.
9.Pietsch J. et al. . The effects of weightlessness on the human organism and mammalian cells. Curr Mol Med 2011;11, 350–364.
10.Ball J., Evans C. & eds. Safe passage: Astronaut care for exploration missions. (National Academies Press, 2001).
11.Zeitlin C. et al. . Measurements of energetic particle radiation in transit to Mars on the Mars Science Laboratory. 2013; 340, 1080–1084, 10.1126/science.1235989.
12.Cucinotta F. A., Nikjoo H. & Goodhead D. T. The effects of delta rays on the number of particle-track traversals per cell in laboratory and space exposures. Radiat Res 1998; 150, 115–119.
13.Stephens D. L., Townsend L. W. & Hoff J. L. Interplanetary crew dose estimates for worst case solar particle events based on historical data for the Carrington flare of 1859. Acta Astronaut 2005; 56, 969–974.
14.Cucinotta F. A. & Durante M. Cancer risk from exposure to galactic cosmic rays: implications for space exploration by human beings. Lancet Oncol 2006;7, 431–435, 10.1016/S1470-2045(06)70695-7.
15.Belli M., Sapora O. & Tabocchini M. A. Molecular targets in cellular response to ionizing radiation and implications in space radiation protection. Radiat Res 2002;43, 13–19.
16.Nelson G. Space radiation and human exposures, a primer. Radiat Res 2016;185, 349–358.
Dr. Nagehan ÖZER
Danışman
Prof. Dr. Ahmet AYAR