Los seres humanos se encuentran fisiológicamente bien adaptados a la vida en la Tierra. Consecuentemente, el vuelo espacial tripulado tiene muchos efectos negativos en el cuerpo a corto y en especial a medio y largo plazo.
Los efectos más significativos de la estancia prolongada en el espacio son la atrofia muscular y el deterioro del esqueleto humano. Otros también significativos incluyen el empeoramiento de la función hepática, pues el hígado se vuelve graso e inicia un proceso de fibrosis.http://www.abc.es/ciencia/abci-esto-pasa-ratones-tras-13-dias-espacio-201604201504_noticia.html Se deforman y alteran igualmente las funciones del aparato circulatorio (la sangre se concentra en la mitad superior del cuerpo por falta de gravedad y se produce una bajada en la creación de eritrocitos) y se debilita el sistema inmunológico. La falta de gravedad descomprime el tejido intervertebral, de forma que crece más y los astronautas que llevan mucho tiempo en el espacio vuelven inusitadamente más altos a la Tierra. Síntomas menores incluyen redistribución de fluidos (causando la apariencia de "cara de luna" en imágenes típicas de astronautas en ingravidez), la pérdida de masa corporal, la congestión nasal, algunos trastornos de sueño y un exceso de flatulencias. La mayoría de estos efectos comienzan a disminuir o remiten al volver a la gravedad terrestre.
Estudiando los efectos del espacio en la fisiología humana La medicina espacial es una práctica médica en desarrollo que estudia la salud de los astronautas viviendo en el espacio exterior. El propósito principal de esta búsqueda académica es descubrir qué tan bien y por cuánto tiempo pueden sobrevivir las personas en las condiciones extremas del espacio, y qué tan rápido pueden re-adaptarse al ambiente terrestre a su regreso. La medicina espacial también busca desarrollar medicina preventiva para apaciguar el sufrimiento causado al vivir en un ambiente para el que los seres humanos no se encuentran bien adaptados.
Lista de los efectos del espacio en la fisiología humana Muchas de las condiciones ambientales experimentadas por humanos durante el viaje espacial son muy diferentes a aquellas en donde evolucionaron; sin embargo, la tecnología permite proteger a las personas de las condiciones extremas, como las naves y trajes espaciales. Las necesidades inmediatas de aire respirable y agua potable son satisfechas por el sistema de vida, un conjunto de aparatos que permiten a los humanos sobrevivir en el espacio exterior. El sistema de vida provee aire, agua y alimento. También debe mantener la temperatura y presión a niveles aceptables y desechar los desperdicios del cuerpo humano. Asimismo, es necesaria la protección contra influencias dañinas externas como la radiación y los micrometeoritos o meteoritos pequeños.
Por supuesto, no es posible eliminar todas las amenazas; el factor más importante que afecta el bienestar físico humano es la ingravidez, que también se define como microgravedad. Vivir en este tipo de ambiente impacta el cuerpo en tres maneras diferentes: pérdida de la propiocepción, cambios en la distribución de los fluidos, y el deterioro del sistema muscular. Exposición directa al ambiente extremo del espacio El ambiente espacial es letal sin la protección adecuada. La mayor amenaza en el vacío del espacio se deriva de la falta de oxígeno y de presión, aunque la temperatura y la radiación también presentan riesgos menos inmediatos.
El vacío del espacio miniatura|Esta pintura, Un Experimento en un Pájaro en la Bomba de Aire, muestra un experimento realizado por Robert Boyle en 1690 para probar el efecto del vacío en un ser vivo.
La fisiología humana está adaptada para vivir en la atmósfera terrestre, y una cierta cantidad de oxígeno es requerida en el aire que respiramos. La concentración mínima, o presión parcial, de oxígeno que puede ser tolerada es de 16 kPa (0.16 bar). Debajo de esta medida, el astronauta se encuentra en riesgo de caer inconsciente y morir de hipoxia. En el vacío del espacio, el intercambio de gases en los pulmones continúa normalmente pero resulta en la eliminación de todos los gases, incluyendo el oxígeno, del torrente sanguíneo. Después de 9 a 12 segundos, la sangre desoxigenada alcanza al cerebro, y lleva a la pérdida de consciencia. La muerte seguiría gradualmente después de dos minutos de exposición, aunque los límites absolutos no son certeros.
Humanos y otros animales expuestos al vacío pierden la consciencia después de pocos segundos y mueren de hipoxia en minutos, pero los síntomas no son tan gráficos como la imagen que los medios públicos sugieren. Sangre y otros fluidos corporales hierven cuando su presión cae por debajo de 6.3 kPa (47 Torr), la presión del vapor de agua a temperatura corporal. Esta condición es llamada "ebullismo". El vapor puede hinchar el cuerpo hasta el doble de su tamaño normal y alentar la circulación, pero los tejidos son elásticos y lo suficientemente porosos para evitar la ruptura. 942 pages. El "ebullismo" disminuye por la contención de la presión de los vasos sanguíneos, por lo que un poco de sangre permanece en estado líquido. El "ebullismo" y la hinchazón pueden reducirse por la contención de un traje de vuelo. Astronautas del Programa del transbordador espacial llevaban una prenda elástica llamada "Crew Altitude Protection Suit" (CAPS, por sus siglas en inglés), el cual previene el "ebullismo" a presiones tan bajas como de 2 kPa (15 Torr). Trajes espaciales son necesarios para la prevención del "ebullismo". La mayoría de los trajes usan 20 kPa (150 Torr) de oxígeno puro, justo lo suficiente para retener la consciencia. Esta presión es lo suficientemente alta para evitar el "ebullismo", pero la simple evaporación de la sangre o de gases disueltos en la sangre, pueden causar Síndrome de descompresión y embolia gaseosa si no son tratadas adecuadamente.
Una exposición corta al vacío por 30 segundos no causa daños físicos permanentes. Experimentos animales muestran que una recuperación completa y rápida es normal para exposiciones menores a 90 segundos, mientras que exposiciones más largas son fatales y la resucitación no ha sido exitosa. Sólo existe una limitada cantidad de información disponible de accidentes humanos, y es consistente con la información de animales. Las extremidades pueden ser expuestas por más tiempo si la respiración no se ve afectada. La descompresión rápida puede ser mucho más peligrosa que la exposición al vacío. Aun si la víctima no sostiene la respiración, la ventilación a través de la tráquea puede ser demasiado lenta para evitar la ruptura fatal de los delicados alveolos de los pulmones. Los tímpanos y senos pueden presentar rupturas por una rápida descompresión, tejidos blancos pueden magullar y filtrarse a la sangre, la tensión de descarga acelera el consumo de oxígeno, llevando a la hipoxia. Las heridas causadas por la descompresión rápida son llamadas barotraumatismo, y son conocidas en los accidentes de buceo.
La mayoría de la información conocida sobre la manera en la que el cuerpo humano reacciona se debe a la descompresión accidental, especialmente durante proyectos experimentales de viaje espacial. Un caso fue discutido en un reporte técnico de la NASA: Emergencias de Descomprensión Rápida de la Presión: 131 pages.
En el Centro de Naves Espaciales Tripuladas de la NASA (ahora llamado Johnson Space Center) hubo un sujeto de prueba que fue expuesto por accidente a un casi vacío (menos de 1 psi) [7 kPa] en un momento en que sucedió una fuga del traje espacial dentro de una cámara de vacío en 1965. Permaneció consciente durante 14 segundos, que es lo que tarda en llegar el oxígeno de la sangre de los pulmones al cerebro. Probablemente no alcanzó un vacío alto merced al traje y comenzamos a represurizar la cámara en 15 segundos. El sujeto volvió a la consciencia alrededor de los 15,000 pies [4600 m] y más tarde comunicó que podía sentir y escuchar el aire saliéndose de él y que su último recuerdo del incidente fue que la saliva de su boca comenzaba a hervir.
Ha habido un incidente grabado de muerte por descompresión en un vuelo espacial, el accidente de descompresión del Soyuz 11 en 1971, el cual resultó en la muerte de tres cosmonautas a bordo.
Variaciones extremas de temperatura En el vacío, no hay medio para eliminar el calor del cuerpo por conducción o convección. La pérdida de calor es por la radiación de la temperatura de 310 K (37 °C) de una persona a la de 3 K del espacio exterior. Este es un proceso lento, especialmente en una persona vestida, por lo que no hay peligro de congelación inmediata. El enfriamiento por la rápida evaporación de la humedad de la piel en un vacío puede crear hielo, particularmente en la boca, pero esto no es un peligro significativo.
La exposición a una intensa radiación solar directa llevaría a un calentamiento parcial, aunque sería distribuido por la circulación de la sangre. Otro tipo de radiación solar, particularmente los rayos de luz ultravioleta, podrían causar quemaduras severas en pocos segundos.
Aumento en los niveles de radiación Sin la protección de la atmósfera terrestre y la magnetósfera los astronautas quedan expuestos a altos niveles de radiación. Un año en órbita terrestre baja resulta en una dosis de radiación 12 veces mayor a la dosis anual de la Tierra. Los niveles altos de radiación dañan a los linfocitos, células involucradas en el mantenimiento del sistema inmunológico; este daño contribuye a la baja inmunidad que tienen los astronautas. La radiación también ha sido recientemente ligada a la presencia de cataratas en astronautas. Fuera de la protección de la órbita terrestre baja, los rayos cósmicos presentan retos considerables para el viaje espacial humano, ya que se incrementan las posibilidades de tener cáncer después de una década o más de exposición. Las erupciones solares, aunque son raras, pueden proporcionar una dosis letal de radiación en minutos. Sin embargo, el uso de protección puede reducir el riesgo considerablemente.
La tripulación que vive en la Estación Espacial Internacional se encuentra parcialmente protegida del espacio exterior por el campo magnético terrestre. No obstante, las llamaradas solares son lo suficientemente poderosas para penetrar la defensa magnética, por lo que representan una gran amenaza para la tripulación. El equipo de la Expedición 10 se refugió como precaución, en 2005, en una parte más protegida de la estación diseñada para este propósito. Sin embargo, más allá de la protección terrestre, las misiones interplanetarias tripuladas son mucho más vulnerables. Lawrence Townsend, de la Universidad de Tennessee, ha estudiado la llamarada solar más grande que se ha documentado. La radiación que recibirían los astronautas sería de tal magnitud que podría llevarles a la muerte. miniatura|derecha|300px|Video realizado por la tripulación de la Estación Espacial Internacional que muestra la Aurora polar, la cual es causada por partículas con alta energía en el ambiente espacial. Existe una preocupación científica acerca de la posibilidad de que el viaje espacial prolongado pueda retrasar la habilidad del cuerpo humano para enfrentar enfermedades. La radiación puede penetrar el tejido vivo y causar daño, a corto y largo plazo, a las células madre de médula ósea que integran los sistemas sanguíneo e inmunológico. Particularmente, causa "aberraciones en los cromosomas" de los linfocitos. Como estas células son esenciales en el sistema inmunológico, cualquier daño lo debilita, lo que significa que los virus que se encuentren en el cuerpo se activarían. En el espacio, los linfocitos T se reproducen más lentamente, y los que lo hacen correctamente son menos fuertes contra las infecciones.