1. No category

oktober/hälsa
Foto Nasa
NASA-astronauten Mike Fossum i tyngdlöst tillstånd
på den internationella rymdstationen i juni 2011.
Artikeln ingår i en serie med anledning av att 2011 är Kemins år, utlyst
av FN. Tidigare artiklar i serien finns
på www.kemivarldenbiotech.se och
på www.kemi2011.se
Rymdfysiologi
– lite kemi på vägen till Mars
(Av Ulf Ellervik, professor i bioorganisk kemi, Lunds universitet)
Vad har hälsa med kemi att göra? Allt naturligtvis. Här tar vår temaförfattare
under Kemins år ett rymdperspektiv på frågan vad vi behöver för att leva gott.
D
et var inte stormar, det var inte
pirater och det var inte ens krig
som skördade flest sjömäns liv
under de stora upptäcktsresornas tidevarv. Det var istället brist på en enkel
molekyl, askorbinsyra, som ledde till den synnerligen obehagliga sjukdomen skörbjugg och
en för tidig död för mer än 2 miljoner sjömän
under fyra århundraden. C-vitamin, vilket är
askorbinsyra och dess oxiderade form dehydroaskorbinsyra, har en mängd funktioner i
kroppen.
En av de viktigaste är som elektrondonator
för en handfull enzymer som behövs för att
32
hydroxylera kollagen. Kollagen, i sin tur, är
ett protein som bygger upp senor, ben och
hud. Kollagenet består av en trippelhelix,
men för att helixen ska kunna bildas krävs
hydroxylering.
Farlig sjukdom. Till skillnad från många djur
saknar människan ett enzym som behövs för
att kroppen ska syntetisera C-vitamin från
glukos. När kroppens förråd på C-vitamin tar
slut, vilket brukar ta en eller ett par månader,
minskar hydroxyleringen och kollagenet blir
instabilt. Det märks först genom att tandköttet
börjar blöda och efter en tid lossnar tänderna.
På segelfartygens tid dog ca 2 miljoner
sjömän av brist på C-vitamin.
kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift. Nr 10. Oktober 2011
Fo
to
Ungefär samtidigt brukar också fläckar,
som så småningom övergår till blödande sår,
uppkomma på låren. I extrema fall försvinner all energi och efter ett par månader dör
man. Det var inte ovanligt att mer än hälften
av sjömännen på en långvarig expedition dog
av skörbjugg.
För att undvika denna farliga bristsjukdom
måste vi äta mat som innehåller askorbinsyra, exempelvis citrusfrukter eller rått kött
från förslagsvis get eller säl, två djur som
producerar ganska stora mängder C-vitamin.
Efter att brittiska flottan infört dagliga ransoner av lime minskade skörbjuggen kraftigt men det var först 1932 som sambandet
mellan askorbinsyra och skörbjugg förklarades vetenskapligt.
Knappt åttio år senare, den 29:e september
2010 fattade USAs kongress ett beslut om att
satsa all kraft på att få en bemannad expedition till Mars någon gång strax efter 2030. En
resa tur och retur till Mars tar flera år i anspråk så steget är inte långt från forna dagars
upptäcktsresande till morgondagens Marsexpeditioner. Låt oss se vilka fysiologiska faror som väntar våra framtida Marsresenärer.
Foto Nasa
Utan gravitation. Den största skillnaden,
jämfört med jorden, är givetvis bristen på
gravitation och utan tyngdkraft beter sig en
rad vardagsfenomen på ett allt annat än vardagligt vis. En av de vanligaste frågorna den
amerikanska rymdflygstyrelsen NASA får
från allmänheten är vad som händer med
ett stearinljus i rymden.
Är det något NASA är oroade för under
rymdfärder är det just bränder och därför
väntade man länge innan man till slut vågade
tända ett ljus inne i rymdfärjan. Resultatet var
fascinerande. På jorden är en ljuslåga droppformad eftersom de varma förbränningsga-
serna är lättare är den omgivande luften
och de stiger därmed uppåt på samma
vis som en varmluftsballong lättar. Så
är det inte i rymden.
Utan gravitation finns inget upp
eller ned och lågan blir klotformad.
Det gör också att de varma förbränningsgaserna inte försvinner tillräckligt snabbt från ljuset vilket i sin
tur hindrar frisk luft att sugas in till
lågan. Astronauterna kunde därför se
att ljuset blev svagare och svagare och
efter ungefär 45 sekunder dog lågan ut.
På samma vis är det lätt hänt att föremål och faktiskt också människor blir överhettade om inte ventilationen fungerar i
rymden. Ett annat oväntat problem är att
sova i tyngdlöshet. Eftersom vi ligger relativt stilla i sömnen finns en risk att koldioxiden i utandningsluften inte försvinner
tillräckligt snabbt, vilket kan ge huvudvärk.
Rörelsesjuka. För att vi ska veta vad som är
upp och ner har vi i innerörat hårstrån som
är täckta av ett gelélager innehållande mikroskopiska kalciumkarbonatkristaller, så kallade otoliter. Om vi lägger oss ner så kommer
gelén att förskjutas i förhållande till håren,
något som uppfattas av känsliga nervceller.
Om informationen från ögat inte stämmer
överens med signalerna från otoliterna finns
en risk att vi blir rörelsesjuka.
Sjösjuka uppkommer till exempel då ögat
tror att båten är stilla medan balanssinnet säger något helt annat – de flesta djur, inklusive
fiskar kan faktiskt bli sjösjuka. I tyngdlöshet
kommer våra sinnesorgan att ge motstridig
information och när du ser din astronautkollega hänga upp och ner från taket samtidigt
som dina otoliter studsar omkring som pingpongbollar är det svårt att inte bli rymdsjuk.
Rörelsesjuka kan dock medicineras bort och oftast används skopolamin som dämpar den del av hjärnan
som utlöser illamående och kräkning.
00:00:01 Lift-off
00:00:07 We’re on our way, Frank!
...............
143:57:26 Gemini VII, this is surgeon.
Have you had any dandruff
problem up there, Frank.
143:57:32 No.
143:57:34 Say again.
143:57:36 N O, No, negative.
Gemini VII, Voice communications, 1965
Na
sa
Hubblemikroskopets skarpaste bild av mars
någonsin (10/3 1997) när den röda planeten
passerar närmast jorden (ca 100 miljoner
km). 1 pixel motsvarar 22 km.
Ytspänning. När gravitationen upphör kommer en rad andra krafter, som i vanliga fall
inte märks så mycket, att dominera och nästa
i turordning är ytspänning. Praktiskt sett betyder ytspänning att en vätska försöker minimera den yta den har mot luften.
På jorden begränsas det givetvis av fasta ytor
och en vattendroppe kommer att vara ganska
tillplattad där den ligger på en nyvaxad bilhuv.
I rymden finns inga sådana begränsningar
och vätskor blir till klotformiga droppar.
Nu får vår astronaut problem. Det går till
exempel inte att dricka vatten ur en vanlig
kopp – fast därmed inte sagt att man inte
kan försöka. För att testa olika procedurer i
tyngdlöshet används speciella flygplan som
flyger i paraboliska banor. På väg ner i en
sådan bana kan man uppleva tyngdlöshet i
omkring en halv minut.
De stackars vattendrickande försöksdeltagarna beskrev det som att vattnet först bildade
en amöbaliknande bubbla som omslöt hela
ansiktet och, när de försökte dricka, fyllde vätskan bihålorna. Det var som att drunkna. Det
var inte mycket lättare att äta eftersom matbitarna hade en tendens att flyta upp i näshålan och de var dessutom attans svårsvalda.
Det är följaktligen också mycket besvärligt
att duscha. NASA testade, med uselt resultat, en slags duschdräkt som i bästa fall fick
vattnet att studsa av huden i alla upptänkliga
riktningar.
Inte gick det bättre för den ryska varianten
där man istället försökte trycka ner vattnet
med luftstrålar. Återigen bildades stora vattenbubblor som i några fall höll på att kväva
kosmonauterna. En lösning på det senare
dilemmat var att använda en slags snorkel.
På dagens rymdexpeditioner använder man
istället tvättlappar för att torka av det
33
Foto Nasa
oktober/hälsa
Elektrondonatorn C-vitamin.
Vattnets egenskaper, till exempel ytspänningen, ger problem för rymdfarare eftersom gravitation saknas.
e rs
u tt
tock
34
Strålning. Det kanske mest allvarliga problemet vid långa expeditioner är dock kosmisk
strålning. Strålningen, som till stor del består
av protoner med hög energi, kan färdas långt
eftersom det inte finns så mycket att kollidera
med i rymden.
På jorden är vi i viss mån skyddade av at-
Fo
Sh
Rymdproblem. Många av problemen med
rymdresor hänger ihop med hygien. Nästa
problem på listan var att kissa. Urinblåsan är
så listigt konstruerad att den har mekanoreceptorer, en slags nerver som känner av om
vävnaden sträcks ut.
När urinen samlas kommer blåsan följaktligen sträckas ut och redan när den är fylld till
en fjärdedel kommer nerverna att signalera
att det börjar bli dags för ett toabesök. Vartefter blåsan fylls, och fler mekanoreceptorer
aktiveras, blir behovet mer och mer trängande tills det helt enkelt inte går att hålla igen.
I tyngdlöst tillstånd kommer urinen istället, på grund av ytspänningen, ligga längs
blåsans väggar och det kommer helt enkelt
ingen varning förrän blåsan är överfull. Vid
det laget finns en risk att blåsan pressar så
pass mycket på urinröret att det inte går att
kissa. För att undvika kateter får man därför
lägga upp ett kisschema – det är mycket att
tänka på i rymden.
to
värsta. Ett problem är dock att huden har ett
skyddande lager av döda hudceller. De döda
hudcellerna fylls hela tiden på underifrån och
för att vi inte ska få tjockare hud stöts de yttre
cellerna av. Under loppet av tre veckor har nästan alla hudceller bytts ut. De flesta hudflagor
skrapas av med tvättlapparna men problemet
är håret. Vattnet har nämligen en tendens att
klibba fast i håret och ett lite längre hår kan
bära omkring tre liter vatten – i tyngdlöst tillstånd. Det är därför inte möjligt att tvätta håret i rymden. De döda cellerna från hårbotten
kommer så småningom att klumpa ihop sig
med fett vilket kan ge en närmast makalös
mjäll. För mitt inre dyker det upp en bild av
de där snögloberna man hade som barn – förutom att snön aldrig faller till botten.
mosfären så vi utsätts inte för några extrema
strålningsdoser. I en rymdfarkost är dock läget ett helt annat. Förutom att ställa till med
problem med skeppets elektronik så påverkar
strålningen också astronauterna.
Strålningen ger nämligen upphov till fria
radikaler som på sikt kan skada vitala funktioner. Ett sätt att kompensera för detta är att
äta C-vitamin som, förutom att hydroxylera
kollagen, fungerar som antioxidant. Problemet är att askorbinsyra är en molekyl som
är mycket känslig för just strålning och det
är inte orimligt att C-vitaminet i maten kommer att brytas ner under de år som en Marsexpedition tar.
Ska det återigen vara skörbjugg som kommer att sätta käppar i hjulet för människans
expeditioner? I rymden finns ingen lime... kb
Limefrukter.
kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift. Nr 10. Oktober 2011