Hvad kan mennesket præstere i det ydre rum?

I filmen »The Right Stuff«, som handler om de første amerikanske astronauter i begyndelsen af 1960'erne, får man det indtryk, at det kræver stor fysisk og psykisk styrke at opholde sig i rummet. I virkeligheden forholder det sig modsat. At opholde sig i vægtløshed svarer lidt til at blive lagt i seng. Når man ligger ned fordeles blodet på næsten samme måde som i vægtløshed, og kroppen slapper af, som når man passivt svæver rundt. Derfor kan stort set enhver uanset fysisk styrke tåle at være vægtløs. Spørgsmålet er så, hvordan vægtløshed påvirker menneskets ydeevne, om den fysiske arbejdskapacitet bliver bedre eller dårligere, og hvordan den påvirkes af at man kommer tilbage til jorden igen.

Nutidens bemandede rumprogrammer

Siden det første menneske, Jurij Gagarin , foretog et enkelt kredsløb omkring jorden den 12. april 1961, har 451 mennesker, heraf 44 kvinder, fra 34 lande opholdt sig i rummet i kortere eller længere tid. Danmark har endnu ikke fået udvalgt en astronaut, men er i øjeblikket i gang med det til den Europæiske Rumorganisation ESA (European Space Agency). Det korteste ophold i rummet har været på fem minutter, hvor astronauterne kun foretog et 450 km såkaldt rejehop ud i Atlanterhavet fra Cape Canaveral i Florida, og det længste har været på 438 dage, som blev opnået af den russiske læge Valerij Poljakov den 22. marts 1995 på den russiske rumstation Mir.

I dag er den vigtigste faktor i den bemandede rumfart den Internationale Rumstation ISS (International Space Station), som siden 1998 har været under opbygning og forventes at være færdig om et par år. I øjeblikket er der tre astronauter om bord, nemlig en europæer, en amerikaner og en russer, som under ca. seks måneders ophold af og til får besøg i 10-14 dage af syv astronauter på den amerikanske rumfærge, som kobles til rumstationen. Deres opgave er i øjeblikket at vedligeholde og udbygge rumstationen og foretage videnskabelige eksperimenter. Danske forskere deltager for tiden med humanfysiologiske eksperimenter, hvor det undersøges, hvordan blodtrykket, hjertets udpumpning af blod og den sympatiske nerveaktivitet påvirkes af lang tids vægtløshed.

Vægtløshedens virkninger

Under ophold i rummet udsættes astronauten (amerikansk betegnelse) eller kosmonauten (russisk betegnelse) for vægtløshed. Et legeme er vægtløst, når det befinder sig i et frit fald f.eks. i kredsløb om jorden. Man kan også meget kortvarigt blive vægtløs ved at hoppe ned fra en stol. Vægtløshed har således ikke noget at gøre med, om tyngdekraften er til stede eller ej, for det er jo netop tyngdekraften, som fastholder rumkabinen med indhold i en bane om jorden. Derimod er tyngdestresset, dvs. det daglige mekaniske tryk fra jordens overflade, væk under det frie fald, og det er dette konstante tryk, som gør, at vi føler vægt, og som inducerer hydrostatiske trykgradienter i kredsløbet.

I begyndelsen af en rumfærd med vægtløshed ophobes der mere blod i hjerte og lunger, end der er i både den oprette og den liggende stilling på jorden. Derefter aftager denne ophobning noget, men dog uden at forsvinde. Intratorakale volumen- og baroreceptorer stimuleres, hvilket sandsynligvis fremmer den renale udskillelse af væske og elektrolytter, indtil en ny ligevægt opnås med formindsket ekstracellulært væskevolumen, men med stadig forøgelse af hjertets minutvolumen i forhold til den oprette stilling på jorden [1]. Da astronauterne ligeledes nedsætter væske- og fødeindtaget betragteligt bl.a. pga. af rumsyge, medvirker dette også til tabet af vand og salt [2].

Det nedsatte blodvolumen i kombination med svækkede blodtryksreflekser medfører, at astronauter og kosmonauter efter tilbagevenden til jorden har tendens til at besvime. Dette modvirkes gennem indtagelse af salttabletter og rigelig væske og ved under og efter landingen at bruge en såkaldt anti-G-dragt, som hindrer blodet i at hobe sig op i ben og bughule.

Fysisk arbejdskapacitet i rummet

Det har i årtier været kendt, at passivt sengeleje nedsætter den fysiske arbejdskapacitet. I et berømt og originalt arbejde af Saltin et al blev det i 1968 på fem unge (19-25 år) forsøgspersoner påvist, at den maksimale iltoptagelse nedsættes med 26% efter 21 dages sengeleje [3, 4]. Denne reduktion af den maksimale iltoptagelse var af samme størrelsesorden som reduktionen i hjertets minutvolumen fra 20,0 til 14,8 l × min-1 og i slagvolumen fra 104 ml til 74 ml. Det kunne derfor ud fra disse resultater tyde på, at den reducerede fysiske arbejdskapacitet under tre ugers passivt sengeleje hovedsageligt skyldes en reduceret evne til at øge slagvolumenet.

Man har i talrige senere sengelejestudier bekræftet dette fund, nemlig at den maksimale iltoptagelse og dermed den fysiske arbejdskapacitet gradvist aftager med tiden, og at den korrelerer med reduktionen af plasmavolumen [4]. Det ekstracellulære væskevolumen og dermed plasmavolumenet aftager i de første dage under et sengeleje, fordi den liggende stilling inducerer en diurese og natriurese som følge af et øget centralt blodvolumen, hvilket stimulerer de kardiopulmonale volumenreceptorer og de arterielle baroreceptorer [4].

Spørgsmålet er så, om resultaterne af sengelejestudierne kan overføres til rummet? Hvis man undersøger astronauternes maksimale iltoptagelse under dynamisk muskelarbejde inden for et døgn efter landing oven på en 9-14 dages rummission, ses der et fald i maksimal iltoptagelse på 22%, hvilket matcher et tilsvarende fald i hjertets maksimale minutvolumen på 24% [5]. Gentages målingerne i dagene efter landingen, ses en tilbagevenden til normalværdierne inden for ca. en uge. I andre tilsvarende undersøgelser af astronauter lige efter landing har man bekræftet disse resultater, således at der ikke er megen tvivl om, at ophold i vægtløshed nedsætter den maksimale iltoptagelse og den fysiske arbejdskapacitet, og at dette primært er forårsaget af en reduktion i hjertets minutvolumen som følge af en tilsvarende reduktion af blodvolumenet.

Hvad sker der med den fysiske arbejdskapacitet under selve rumflyvningen? Som tidligere beskrevet vil blodet forskydes op mod hjerte og lunger i vægtløshed, hvilket kunne tænkes at modvirke effekten af det reducerede blodvolumen på ydeevnen under dynamisk muskelaktivitet. Imidlertid kunne man også forestille sig det modsatte, nemlig at forskydningen af blod og væske væk fra benene vil nedsætte evnen til gennemblødning af muskulaturen.

Det har vist sig, at den maksimale iltoptagelse og muskulære ydeevne opretholdes under en rumflyvning, hvis der foretages jævnlig træning på ergometercykel eller løbebånd. De første undersøgelser af iltoptagelsen blev gennemført på den første amerikanske rumstation Skylab i 1973-1974 på den tredje og sidste mission, hvor tre astronauter opholdt sig i rummet i 84 dage. Det blev hurtigt klart, at den maksimale iltoptagelse var bibeholdt i vægtløshed under hele missionen, og at der endda var en tendens til, at den mekaniske nyttevirkning var øget [ 6]. Ved tilbagekomsten til jorden sås det samme som efter langvarigt sengeleje, nemlig at den maksimale iltoptagelse var lavere end før missionen og akkompagneret af et fald i hjertets minutvolumen.

Det kan således konkluderes, at den fysiske ydeevne, når det gælder dynamisk muskelaktivitet, kan bibeholdes under lang tids ophold i vægtløshed på trods af et fald i blodvolumen, fordi blodet fordeles ligeligt i kroppen og lettere løber til hjertet [7]. Ved tilbagekomsten til jorden er den dynamiske ydeevne derimod lavere end før flyvningen, fordi tyngdestresset i kombination med det lavere blodvolumen nedsætter det venøse tilbageløb og dermed hjertets slag- og minutvolumen.

Spørgsmålet er derefter, om ikke også en svækkelse af hjertemusklen bidrager til den svækkede fysiske arbejdsevne?

Svaret på dette spørgsmål er: »måske«. Perhonen et al fandt, at kun ti dages ophold i vægtløshed reducerede venstre ventrikels muskelmasse med 12%, hvilket er overraskende meget [8]. Disse resultater er imidlertid senere blevet betvivlet, og det er derfor nødvendigt med yderligere undersøgelser [9]. Spaak et al undersøgte effekten på hjerte og kredsløb af helt op til 120 dages sengeleje med hovedet 6° nedad (en model til efterligning af vægtløshedens fysiologiske virkninger) i hvile og under moderat dynamisk muskelarbejde (50 W). De fandt, at der over 113 dage udvikledes et fald i hjertets slag- og minutvolumen, som ud over det hurtige fald i blodvolumenet kunne skyldes en langsommere svækkelse af hjertets muskulatur [10]. Det er imidlertid uafklaret, hvor meget hjertemusklen svækkes i vægtløshed, og i hvor høj grad det vil kunne kompromittere den fysiske arbejdsevne.

Status og fremtid

Daglig træning kan opretholde en nogenlunde normal arbejdskapacitet under vægtløshed i op til et halvt år. Imidlertid er der mange uafklarede spørgsmål, som f.eks. hvilke mekanismer der ligger til grund for astronauternes tab af blodvolumen, hvor meget hjertets muskulatur svækkes, og hvordan de mest effektive fysiske træningsprogrammer bør udformes.

Korrespondance: Peter Norsk , Medicinsk Fysiologisk Institut, Københavns Universitet, Blegdamsvej 3B, DK-2200 København N. E-mail: pnorsk@mfi.ku.dk

Interessekonflikter: Ingen angivet