Nulta gravitacija
Nulta gravitacija ili bestežinsko stanje () je stanje u kojem gravitacija ili sila zemljine teže, nema nikakvih uticaja, ili čije se dejstvo ne oseća u organizmu živih bića ili na predmetima. Iako je opseg dejstva gravitacije u principu beskonačan, ona u bestežinskom stanju praktično ne postoji (približava se nuli), ili je njen uticaj minimalan (najčešće na nivou mikrogravitacija) pa se praktično i ne manifestuje. Ovo stanje je najizraženije iza Karmanove linije u svemiru.

Međutim, postoje prostori na Zemlji ili u njenoj atmosferi u kojima dejstvo gravitacije nije primetno (ili je jedva primetno), kao što je to u toku slobodnog pada u vakuumu ili u satelitskim sistemima i specijalnim trenažnim avionima.

Smatra se da gravitacija i njeno polje dejstvuju ravnomerno na masu svih objekta u referentnim okvirima. Ova pretpostavka važi kada je veličina regiona koji se posmatra mala u odnosu na njihovu udaljenost od centra gravitacije susednih masa. Mala veličina osobe u odnosu na poluprečnik Zemlje je jedan takav primer. Nasuprot tome, objekti u blizini crne rupe, su predmet veoma neuniformnih gravitacionih polja. Ova neuniformna polja u blizini gravitacionog tela proizvode lokalnu snagu privlačenja sile plime (ili sekundarnog efekat sile gravitacije odgovornog za plimu i oseku) unutar ljudskog tela i unutar letelice. U blizini Zemlje, ova uniformna polja su odgovorna za pojavu mikrogravitacije. Zato se za nultu gravitaciju često koristi i termin mikrogravitacija, jer nulta gravitacija u svemirskom brodu ili u kabini trenažnog aviona nije „savršena“. 

Duže izlaganje organizma ovom okruženju vremenom može izazvati poremećaje; sistema ravnoteže, metabolizma vode, povraćanje, gubitak mišićne snage, a po izlasku iz njegovog dejstva, i probleme sa stajanjem i hodom. Zato se izučavanjem ovog stanja i merama zaštite pored Agencija za svemirska istraživanja bavi i vazduhoplovnokosmička medicina.

Osnovne postavke 
Težina je sila kojom zemlja privlači neko telo, npr, kosmonauta. Kada kosmonaut ode u svemir, gde nema ili je minimalna grvitacijska sila, on nećete imati težinu. Ali i dalje će imate masu jer je masa mera količine materijala koje sadrži neko telo. Naravno masa i težina su povezani, težina je proizvod mase i gravitacijskog privlačenja. Težina će biti veća što je gravitacijska sila veća, ali masa se neće promeniti.

Težina 
Sila kojom telo, usled gravitacionog dejstva, deluje na nepokretni oslonac ili zateže nit o koju je obešeno naziva se težina. Težina tela je jednaka gravitacionoj sili koja na njega deluje i njen intenzitet tada je jednak proizvodu mase tela i ubrzanja zemljine teže.

gde Q označava težinu, umesto uobičajene oznake F za silu, dok je m masa, g ubrzanje zemljine teže.

Težina je sila, vektorska veličina, koja ima isti pravac i smer kao i ubrzanje zemljine teže. Ona je za određenu masu tela konstanta, na istoj tački zemljine kugle, isto kao i zemljino ubrzanje.

Ubrzanje zemljine teže 
Fizička konstanta (g), koja opisuje ubrzanje izazvano privlačnom silom kojom Zemlja deluje na bilo koje telo na nultoj nadmorskoj visini naziva se ubrzanje zemljine teže ili ubrzanje sile zemljine teže,

Vrednost koja je dogovorena i usvojena za ovu veličinu 9,80665 m·s−2 na Generalnoj konferenciji za težine i mere 1903. godine.

Ova vrednost je približno jednaka ubrzanju slobodnog pada koja se postižu na nivou mora i oko 45° geografske širine. Ova vrednost nije nepromenljiva već zavisi od geografske širine, nadmorske visine pa čak i dela dana. Obično se uzima približna vrednost 9,81 m/s².

Gravitacija 
Fizička interakcija koja izaziva privlačenje između tela, a što je posledica njihove mase naziva se gravitacija ili sila teže. Ona je jedna od četiri osnovne sile koje deluju u prirodi, predstavlja silu privlačenja između materijalnih tela svih veličina - od atoma do planeta u galaksijama, zvezda u univerzumu, itd. Gravitacija je sila kojom planeta Zemlja privlači i drži sve materijalne stvari (živa bića i predmete) na svojoj površini i još se naziva i Zemljina teža. Sva materijalna tela poseduju silu gravitacije, ali su te sile daleko manje nego sila Zemljine teže koja se oseća i na velikoj udaljenosti od Zemlje. Sila gravitacije između tela masa  i  i iznosi;

gde je;
 [Nm2kg-2] — gravitaciona konstanta,
 — vektor njihovog međusobnog položaja.
Kako ne postoji negativna masa (barem zasad nije otkrivena), ne postoji ni odbojna gravitaciona sila.

Nulta gravitacija ili bestežinsko stanje 
Stanje u kojem ne delujući na telo gravitaciona sila ne izaziva uzajamni pritisak njegovih sastavnih delova jedno na drugo (odnosno telo ne deluje na nepokretni oslonac ili ne zateže nit o koju je obešeno) naziva se nulta gravitacija ili bestežinsko stanje.

Aktivnost (dejstvo) gravitacionog polja, bilo kog tela, kao što je Zemlja, teoretski se prostire na proizvoljno velikoj udaljenosti. Njeno smanjenje dejstva je u skladu sa zakonom univerzalne gravitacije, i nikad ne postaje nula. Prema tome nulta gravitacija nešto što je nemoguće zbog prisustva gravitacije svuda u univerzumu. Međutim, termin nulta gravitacija se obično koristi kao sinonim koji podrazumeva efektivno bestežinskog stanja, zanemarujući pri tome plima efekat.

Zato za nultu gravitaciju (bestežinsko stanje) kažemo da ono nastaje u uslovima u kojima efekat gravitacije nije kompenzovan silom koja se u klasičnoj fizici zove „reakcija podrške," a to se dešava:
 Ako su objekti daleko od zvezde, planete, meseca, ili drugih sličnih tela velike mase, tada su oni izloženi veoma maloj gravitacionoj interakciji sa njima. Ako su objekti u tački koja je jednaka gravitacionom privlačenju iz više masa (kao što su Lagranžove tačke), oni će doživeti nultu gravitaciju ili kada na malo telo deluje samo gravitacija ono može da bude nepokretno u odnosu na dva veća tela (npr. veštački satelit u odnosu na Zemlju i Mesec).
 Ako su tela blizu velikih objekta, ili se slobodno ubrzavaju ka masi gravitacionog ubrzanja, oni su u slobodnom padu i bestežinski su.
U fizici, obe situacije slede od Njutna predloženi zakon univerzalne gravitacije, koji opisuje linearno kretanje i kaže; ...da dva materijalna tela u univerzumu privlače jedni druge silom koja je direktno proporcionalna proizvodu njihovih masa a obrnuto proporcionalna kvadratu rastojanja između njihovih centara.

Prema ovom zakonu, čak i malo povećanje rastojanja između tela će proizvesti veliki pad gravitacione sile, jer sila opada sa kvadratom rastojanja. Kada se telo kreće od Zemljine površine ka lokaciji beskrajno udaljenoj od Zemlje, gravitaciona sila teži nuli a telo bestežinskom stanju.

U pravom smislu, telo može biti bez uticaja gravitacije ili u bestežinskom stanju samo kada je beskonačno udaljeno od svih ostalih objekata. Takva situacija, (osim za efekte kao što je mikrogravitacija), ne može se razlikovati od bestežinskog stanja zbog odsustva gravitacije iz obližnjih tela.

... Kada je tokom svemirskih letova akceleraciona sila usled gravitacije izbalansirana sa tangencijalnom i silom inercije koje je povezane sa kretanjem letelica kroz prostor nastaje bestežinsko stanja - ili mikrogravitacija, (kako se često naziva) - i ima veliki uticaj na pokrete čoveka u prostoru i njegove fiziološke funkcije. Stanje može biti izazvano, jako kratko vreme, i na zemlji u početnim fazama slobodnog pada kroz atmosferu ili se može generisati tokom 12-40 sekundi dugog leta aviona u paraboli.... (Džon Ernsting)

To najbolje ilustruje situacije koja nastaje za vreme naglog spuštanja lifta. Osobe u slobodnom padu doživljavaju isti osećaj kao osobe u liftu koje ne vrše pritisak nogama ili ne dodiruju pod lifta već mogu slobodno da lebde u njemu sve dok lift ne dostigne dno.

Pokrenuta u orbitu oko Zemlje letelica je uvek u poziciji da padne na nju. Odnos je potpuno analogan sa padom lifta. Međutim, padajući ka Zemlji, letelice je stalno „promašuje“ i bez dosezanja do površine, ona se kreće u orbiti oko nje. Astronaut unutar orbitalne letelice doživljava bestežinsko stanja, jer akcije i ubrzanje usled gravitacije samo po sebi ne izazivaju osećaj težine, jer su sve druge vrste sila koje izazivaju senzacije (kao što su mehanički pritisak poda ili drugih površina koje izaziva g-sila ubrzanja) odsutne. Potpuno i apsolutno bestežinskog stanja je nedostižno, jer letelica je uvek pod uticajem bilo spoljašnjih ili unutrašnjih sila (u njoj i oko nje), pored dejstva Zemljine gravitacije. Njih mogu da izazovu sve vrste operativnih sistema i komponenti letelice, pokreti i kretanja astronauta, aerodinamička interakcija letelice sa gornjim slojevima atmosfere itd.

To možemo opisti ovako; zamislite da padate liftom pri čemu blago dodiruje zidove tunela kroz koji se kreće lift.

Ovi „uznemiravajući“ faktori prouzrokuju mala ubrzanje letelice: ljuljanje, vibracije, itd. Vrednosti ovih ubrzanja su milioniti delovi ubrzanja izazvanih gravitacijom na Zemlji. Zato tako male perturbacija koje često menjaju rezultate nekih naučnih eksperimenata u svemirskim letelicama, treba uvek imati u vidu, kada rastu promene unutar kristala u mikrogravitaciji.

Mikrogravitacija 

U praksi se za nultu gravitaciju ili bestežinsko stanje koristi termin mikrogravitacija (µg) koja je suštinski bestežinsko stanje, u kome je g-sila naprezanja u objektima usled efekta plime i oseke, oko milioniti deo onog koji vlada na površini Zemlje.

Kako bi se postiglo „stacionarno“ (odnosi se na rastojanje od Zemlje ili Sunca) mikrogravitaciono okruženje, to zahteva putovanje u dovoljno veliku „dubinu“ svemira, kako bi se uticaj gravitacije nebeskih tela smanjio skoro na nulu. Tako npr da bi se smanjila težina tela na jedan hiljaditi deo, one koju telo ima na Zemljinoj površini, potrebno je da bude na rastojanju od nje 200.000 km.

Termin mikrogravitacija se odnosi na činjenicu da čak i tamo gde je idealno očekivati savršenu nultu gravitaciju ili doživljaj bestežinsko stanja, to u stvari nije slučaj. Drugim rečima, čak i u sistemima gde se očekuje da je težina nula, ili da vlada nulta gravitacija, u stvari se dešavaju mala odstupanja od idealnog stanja, telo je izloženo gravitaciji (značajno manjoj) i ipak poseduje malu težinsku vrednost. Naime u svemirskom brodu gravitacija deluje istovremeno i na čoveka i na svemirski brod, a budući da u svemiru nema otpora kretanju, gravitacija privlači čoveka i brod potpuno jednakim silama ubrzanja u istom smeru. Zbog toga čoveka ništa ne privlači ni prema jednom zidu svemirskog broda, a ne potpuno odsustvo dejstva gravitacije.

U slučaju letelice u orbiti oko Zemlje, koja se kreće bez potiska, mikrogravitacija može biti posledica sledećih faktora:
 Čak i onda kada na čoveka u svemiru ne deluje zemljina gravitacija, ipak je on izložen gravitaciji nekog drugog najbližeg svemirskog tela (npr kad je telo van uticaja zemljine teže na njega deluje Sunčeva gravitacija koja dejstvujući na Zemlju i ostala tela u Sunčevom sistemu održava njihovo jedinstvo u ovom sistemu).
 Primarno se radijalna gravitaciona sila, javlja oko objekata koji kruže na različitim rastojanjima od centra Zemlje, različitim radijalnim brzinama. To znači da ako osoba u orbiti (koja ima jednu radijalnu brzinu) stavi noge na zemlju, noge bi snažno privlačile glavu, (npr kao snaga plime).
 Svi objekti unutar letelice, masama privlače jedni druge, i generišu rezultantu veću od nule i mogu se izmeriti.
 Iako je vrlo razređena, atmosfera između 185 i 1000 km nadmorske visine ipak ima vazduha u tragovima, što dovodi do usporavanja letelice zbog trenja. Ova situacija se smatra kao teret u pravcu kretanja.
 Tela unutar letelice treba da imaju svoje avionske orbite. Kao orbitalne ravni se podrazumevaju, naravno, ravni koja sadrže putanju koju opisuje telo. Orbitalna ravan letelica prolazi kroz centar Zemlje i sadrži orbitalne putanje. Tela koja su „iznad“ treba da imaju svoje avionske orbite paralelne i iznad orbitalne ravni letelica, dok je, nasuprot tome, oni koji su“ ispod „treba da imaju svoje orbite paralelno avionu i ispod orbitalne ravni prostora letelice.

Uticaj mikrogravitacije na čoveka 

Let u svemir sa ljudskom posadom bio je višegodišnji san čovečanstva, sve dok nije postao stvarnost, nakon prvog leta Jurija Gagarina 1961. Dalju realizaciju ovog sna, nastavio je prvim, malim, koracima na Mesecu Nila Armstronga i misija Apola 11. Od tada, prisustvo ljudi i njegove delatnosti u svemiru postaju sve učestalije. Do sada, više od 486 astronauta i kosmonauta, letelo je preko 100 km nadmorske visine (Karmanova linija), i boravilo u svemiru Trajanje njihovog boravka se sve više povećavalo. Počev od 1 h, 48 min Jurija Gagarina, preko 4 h, 55 min Džona Glena, do više od godinu dana.

Čovečanstvo u 21. veku ulazi u novu eru, Međunarodnih svemirskih stanica (MSS), koje će omogućiti da u svemiru, (u kome su do sada isključivo boravili astronauti), borave i građani, koji će u ovim stanicama moći da putuju svemirom kako bi ga spoznali ili živeli u njemu. Međutim, pre nego što boravak u ovom prostoru postane siguran za čoveka, astronautika i kosmička medicina moraju da reše mnogo problema, od kojih je jedan nulta gravitacija.

Trajno bestežinsko stanje, čijem dejstvu može biti izložen organizam astronauta u toku njegovog boravka u svemiru ili u trenažerima u toku priprema za taj boravak, postiže se:
 Kružnim kretanjem, orbitiranjem u Zemljinom gravitacionom polju (npr. lebdenje astronauta u njihovim svemirskim brodovima dok kruže oko Zemlje). Dok se satelit ili svemirska stanica kreću oko Zemlje, gravitacija na njih deluje kao centripetalna sila, tj privlači ih i kontinuirano skreće na kružnu putanju. Mase letelica i astronauta opiru se promeni smera kretanja. Posledica tog njihovog opiranja, tj inercije (pri brzini od 7,9 km/sek) je trajno bestežinsko stanje.
 Stvarnjem bestežinskog stanja kratkog trajanja, koje se može postići slobodnim padanjem ili paraboličnim kretanjem aviona.

Kod kretanja satelita u svemiru, inercija tela manifestuje se kao reaktivna, centrifugalna sila (Galileov - Zakon inercije i Njutnov 3 - Zakon akcije i reakcije). Pri brzini od 7,9 km/sek ona je jednaka centripetalnoj ili gravipetalnoj, (tj gravitaciji koja vrši funkciju centripetalne sile), pa je ukida, anulira i omogućava lebdenje. Tela gube težinu i ne padaju, tj ne smanjuju udaljenost od hvatišta centripetalne sile koja ih privlači - hvatišta gravitacione sile, tj tačke središta Zemlje.

Trajno bestežinsko stanje ili stvarna levitacija (kako se često naziva) kome je izloženo telo astrunauta je, dakle, posledica jednakosti centripetalne (gravipetalne) i centrifugalne (gravifugalne ) sile pri orbitiranju oko nebeskih tela. Za vreme tog stanja ili levitacija tela gube svoju težinu, ali ne i masu i inerciju. Ova vrsta levitacije funkcionalna je i vrlo ekonomična i na vrlo velikim udaljenostima od tela u odnosu na koje se zbiva. Ona je neophodna za održavanje veštačkih satelita u njihovim orbitama, ali iz iskustva astronauta dokazano je da može biti tehnički problem i fiziološki štetna za ljudsko zdravlje.

Na osnovu medicinskih istraživanja, utvrđeno je da mikrogravitacija izazva spontanu adaptaciju ljudskog biološkog sistema na smanjeni uticaj gravitacije. Tokom dejstva mikrogravitatacije za obanvljanje homeostaze (nakon studije na 160 astronauta ) ustanovljeno je da je ona postignuta posle 45 dana, a readaptatacija na zemljinu gravitacije i normalizacija stanja posle oko 90 dana. Tako, ponašanje kardiovaskularnog sistema i drugih bioloških sisteme umnogome je zavstan od upotrebe preventivnih mera za vreme i posle leta. Međutim, primena preventivnih mera ne može da ponište uticaj mikrogravitatacije na kardiovaskularni sistem i druge biološke sisteme. Zato će njene posledice umnogome zavisiti od individualnih karakteristika otpornosti organizma astronauta.

Tehnički problemi 
Bestežinsko stanje je uglavnom tehnički problem jer zahteva;
 Pronalaženje i primenu posebnih načina za uzimanje jela i pića (jer hrana i piće ne ostaju u otvorenim posudama već lebde po kabini broda),
 Pronalaženje i primenu posebnih sistema za odstranjivanje otpadaka (naročito izlučevina)
 Konstruisanje rukohvata ili drugih pomagala za stabilizaciju, upravljanje, kako bi se čovek mogao nesmetano kretati unutar i izvan svemirskog broda i sa njim uspešno upravljao.

Fiziološki problemi 

Gravitacija nije samo sila zemljine teže koja deluje na naše telo, već i signal - znak koji govori našem telu kako da se ponaša. Za neku stvar, ona govori mišićima i kostima koliko oni moraju biti jaki da bi je savladali. U nultoj gravitaciji, mišići atrofiraju brzo, jer telo doživljava da ih ne treba. Mišiće telo koriste u borbi protiv gravitacije - poput onih u nogama i kičmi, koji održavaju telo u uspravnom položaju, ali mogu izgubiti oko 20 % svoje mase ako se ne koriste. Zato mišićna masa u uslovima mikrogravitacije može da „nestaje“ brzinom od oko 5% nedeljno.

Gubitak koštanog tkiva u kostima, može biti još ekstremniji. Kosti u svemiru atrofiraju po stopi od oko 1% mesečno, a modeli pokazuju da bi ukupni gubitak mogao dostići 40 do 60 % ukupne koštane mase, nakon dugotrajnih izlaganja mikrogravitaciji.

Dosadašnja istraživanja pokazala su da po zdravlje astronauta fiziološki problemi izazvani bestežinskim stanjem nisu tako veliki i nesavladivi, i uglavnom su izazvani;
 Preraspodelom tečnosti u telu zbog nedostatka gravitacije koja stvara hidrostatski pritisak.
 Smanjenjem telesne aktivnosti, zbog nedostatka potrebe da se sila zemljine teže savladava snagom mišića i njihovom kontrakcijom.
Efekti uočeni nakon dužeg boravka u svemiru najčešće se manifestuju promenama, koje ćemo u ovom tekstu prikazati po fiziološkim sistemima;

Kardiovaskularni sistem 
Ljudsko telo i njegovog kardiovaskularni sistem od postanka na Zemlji neprekidno su izloženi uticaju gravitacije. Kako oko dve trećine svakodnevnih aktivnosti ljudi obavljaju stojeći ili sedeći, Zemljina gravitacija utiče na preraspodelu velikih količina telesnih tečnosti u tkivima i krvi u krvnim sudovima prema donjim delovima tela. Kada ljudi stoje, krvni pritisak u nogama može biti visok, oko 200 mmHg. U mozgu, je međutim, vrednost pritiska samo 60 do 80 mmHg. U svemiru, gde sila zemljine teže nedostaje (ili je na nivou mikrogravitacije), od glave do peta nestaje gradijent krvnog pritiska ili je on beznačajno nizak. Krvni pritisak se izjednačava i postaje oko 100 mmHg u celom telu. Zato astronauti dobijaju „podbuli“ izgled lica i glave, i vretenasti „pileći izgled nogu“, iz kojih se gubi oko litar tečnosti, pa one postaju sve tanje.

Zato je telo ljudi kroz evolutivni razvoj stvorilo različite mehanizmime kako bi se suprotstavilo uticaju gravitacije i obezbedilo dovoljan protok krvi kroz mozak. U mikrogravitacionom okruženju, količina i raspodela telesnih tečnosti se menja, jer telo i njegov kardiovaskularni sistem oslobođeno uticaja gravitacije distribuira tečnosti ka gornjim delovima tela. Povišen krvni pritisak u glavi aktivira alarm, da telo ima previše krvi u glavi i u toku dva do tri dana u bestežinskogm stanju, telo astronauta može da izgube čak 22 % sopstvenog volumena krvi, kao rezultat tog mehanizma.

Oslobođeno jačeg uticaja gravitacije, lice osobe poprima drugojačiji izgled. Javlja se edem, posebno oko očiju, zbog poroširenja krvlju prepunjenih vena u lobanji, toku prve faze (dugotrajnijeg) izlaganja mikrogravitaciji u svemiru. Subjektivne tegobe izazvane preraspodelom tečnosti su; zapušen nos, glavobolja, i deformacija lica, mučnina, povraćanje, ubrzan puls, labilan krvni pritisak i smanjenje pulsnog talas. Magnituda ovih promena, prema dosadašnjim istraživanjima, bile su najveće u toku osmodnevnog leta (npr. u misiji Džemini) da bi u dužim misijama, npr. 14 dnevoj misiji, simptomi bili manje izraženi.

Ove promene pokreću u organizmu astronauta mehanizme koji se suprotstavljaju hipervolemiji, što dovodi do značajnog gubitka vode iz organizma. Zato uprkos preraspodeli tečnosti nastaje i njen gubitak i ukupno smanjenje telesne mase što na kraju rane faze svemirskog leta, kardiovaskularni sistem astronauta polako prilagođava uticaju mikrogravitacije i obezbeđuje nastavak boravka u svemiru sa manje izraženim tegobama. Međutim ove promena utiče na rad srca. 
"Ako u cirkulaciji ima manje krvi srce astronauta ne mora da je pumpa sa većim naporom kao u uslovima pune gravitacije na zemlji, što smanjuje funkciju i naprezanje srčanog mišića i rezultuje atrofijom njegovih mišićnih vlakana .."

Ortostatska netolerancija 
Pored gubitka fizičke kondicije, svemirski let ima negativne efekte na kardiovaskularni sistem i druge regulatorne sistema, što pogoršava individualna varijabilnost tolerancija na stres i ortostatske promene izazvane mikrogravitacijom .
Naime po povratku iz svemira na Zemlju, tečnost se pod uticajem Zemljine teže ponovo i brzo vraća u donje delove tela, što stvara tendenciju za razvoj, tzv ortostatske netolerancije (mikrogravitacijom indukovano stanje povećane simpatičke aktivnosti) koja se karakteriše; ortostatskom hipotenzijom (sniženjem krvnog pritiska), ubrzanijim radom srca (tahikardija), malaksalošću, kratkotrajnim poremećajem vida (sumaglica) i sinkopom (kratkotrajanim gubitkom svesti).

Etiologija ortostatske netolerancije je nepoznata, ali dosadašnja istraživanja sve više ukazuju na njenu multifaktorijalnu patofiziologiju, u kojoj dominira postojanje individualne preosetljivosti na sniženu gravitaciju. Na širok raspon učestalosti ortostatske netolerancije (koja se javlja kod 20-83% astronauta i kosmonauta) pored individualne preosetljivosti utiče i dužina trajanja izloženosti mikrogravitaciji. Zato je ortostatska netolerancija, izraženija nakon dužeg izlaganja uticaju mikrogravitacije, i povezana je sa smanjenim odgovorom mišićno simpatičke nervne aktivnosti kao odgovor na ortostatski stres i oštećenje barorefleksnih funkcija.

Nekoliko sistema uključeno je u patofiziološke promene kod postsvemirske ortostatske netolerancije, u koje spadaju;
 Promene u autonomnom nervnom sistemu, izazvane izmenjenom barorefleksneom aktivnošću i drugojačijim adrenergijskim odgovorom
 Venska neusaglašenost. Vene u ljudskom nogama sadrže sitne mišiće koji reaguju kada se vene napune krvlju. Njihova funkcija je da šalju krv, naviše („uzbrdo“) ka srcu i tako održavju krvni pritisak. Ali, u kako u svemiru ne postoji „uzbrdo“, mali mišići u venama gube svoju funkciju i manje su angažovani - - prilagođavaju se bestežinskom stanju. Tokom povratka iz svemira mišići su ponovo potrebni, ali su oni privremeno „zaboravili“ svoju funkciju. Posle dužih svemirskih letova „zaboravnost“ je veća a posledice teže, jer vene ne uspevaju da vrate krv nazad ka srcu i mozgu.
 Promene funkcija srčane pumpe. Smanjena kontraktilna sposobnost srčane pumpe izazvana atrofijom srčanog mišića i udružena se narušenom funkcijom vena zbog sekundarno oštećene skeletno mišićne pumpe najverovatnije takođe ima važnu dodatnu ulogu u ortostatskoj netoleranciji astronauta po povratku na zemlju.
 Promene u sistemu zapreminske regulacije tečnosti.
 Promene vaskularnih funkcija i njihove reaktivnost preko azot oksid sintaza, zavisnih mehanizama .

Mišićni sistem 
Istraživanja tokom poslednjih 30 godina ostvarila su značajan napredak u razumevanju negativnih uticaja mikrogravitacije na skeletne mišiće. Jedna od najugroženijih sistema u uslovima boravka u svemiru je neuromišićni sistem . Dokazano je da boravak u bestežinskom stanju izazva atrofiju, gubitak snage, smanjenje funkcionalnog kapaciteta i povećan zamor u skeletnim mišićima udova. Studije sprovedene na pacovima i ljudima pokazale su brz gubitak ćelijske mase mišića u mikrogravitaciji. Kod pacova, redukcija mišićne mase kretala se do 37% i primećena je već u prvoj nedelji izlaganja mikrogravitaciji. Mišići soleus pokazali su nešto veću učestalost atrofije od brzih mišića gastroknemijusa.

Boravak u svemiru izazva promene u skeletnim mišićima u prvih nekoliko nedelja, preferirajući prvo atrofiju mišića ekstenzore a potom i fleksora. Zato su najizraženije promene uočene u antigravitacionim mišićima, kao što su soleusi i gastroknemijusi. Na primer, maksimalna voljna kontrakcije ljudskih plantarnih fleksora je smanjena za 20-48% nakon 6 meseci boravka u svemiru, dok je za 21% uočen pad snage u vlaknima tipa I, mišića soleusa, posle 17 dana leta Spejs šatlom.

Atrofija mišića prvenstveno je rezultat smanjene sinteze proteina koja je verovatno izazvan odsustvom antigravitacionog opterećenja. Kontraktilni proteini se srazmerno gube sa drugim ćelijskih proteinima a tanka aktinska vlakna neproporcionalno više gube miozin od debljih vlakana. Pad kontraktilnih proteina objašnjava se smanjenjem dejstva gravitacionih sila po površine poprečnog preseka mišića, dok se gubitak proteina u tankim vlaknima može objasniti posleletnim povećanjem maksimalne brzine u skraćenim vlaknima. Mikrogravitacijom indukovani pad maksimalna snaga mišića se delimično nadoknađuje povećanjem brzine kontrakcije u vlaknima. Mišićna brzina koja je dodatno povećana mikrogravitacijom izaziva brzu reakciju miozin izozima u sporim vlaknima i povećan odgovor brzih vlakana tipa II. Ne samo da boravak u svemiru povećava osetljivost skeletnih mišića i izaziva njihova oštećenja, već se i nakon povratka na Zemlju mogu nastaviti ili javiti slična oštećenja.

Dokazi izvedeni kod pacova ukazuje da svemirski letovi povećavaju zamor u mišićima, zbog smanjene sposobnost sporog soleusa da oksidira masti i povećanog utroška glikogena u skeletnim mišićima. Buduće studije na astronautima, biće potrebne kako bi se precizno utvrdili ćelijski i molekularni mehanizmi mikrogravitacijom indukovane atrofije mišića i uzroci gubitka njihove funkcionalne sposobnosti. Na osnovu tih iskustava razvili bi se efikasni preventivni programi vežbanja kao i druge mere zaštite.

Koštani sistem 
Koštani sistem je od posebnog značaja za kretanje održavanja položaja tela u uslovima gravitacije na Zemlji. Dobro je poznato da biomehanička snaga ima važnu ulogu u razvoju skeletnog sistema . Nedavno, je iznet podatak da će ove snaga biti podjednako važna kao i genetika u morfogenezi, adaptaciji i oblikovanju tkiva. Zato su sprovedene mnoge studije da identifikuje promene i moguće mehanizame promena na skeletu, u uslovima mikrogravitacije, na ćelijskom nivou

Odraslo ljudsko telo u svom koštanom tkivu ima 1.000 do 1.200 grama kalcijuma i 400 do 500 grama fosfora. Više od 99% kalcijuma u je u obliku hidroksiapatit u kostima, i oko 85% fosfora Prema tome, funkcija koštanog tkiva u velikoj meri zavisi od metabolizma kalcijuma i fosfora. U normalnim kostima postoji ravnoteža između koštane strukture i resorpcije. Sistem hormona i lokalni faktori regulišu prepravke u kostima, koje uključuju ćelije, njihovu proliferaciju i progresivnu diferencijaciju koja dovodi do resorpcije u kostima i osteoblastima i taloženja i mineralizacije matriksa oko osteoblasta.

U uslovim mikrogravitacije u kostima je poremećen sklad između formiranja i resorpcije kosti na račun gubitka koštane mase . Tvrdi se da smanjenje funkcije osteoblasta igra važnu ulogu u svemirskim letom indukovanom gubitak koštane mase. Jedan od mehanizama u diferencijaciji osteoblasta je regulisan transkripcijom faktora 2, aktivatora proteina-1 (Beta-AP-1), i raznim drugim transkripcionim faktorima. Neusklađenost nekog od ovih faktora dovodi do poremećaja između alkalne fosfatate i osteokalcina što može rezultovati gubitkom koštane mase. Pored ovih i veći broj drugih faktora može postojati u kontroli funkcija osteoblasta, diferencijaciji i maturaciji.

Nakon histološkog proučavanja osteoblasta posle svemirskog leta, utvrđeno je prisustvo povećanje manje diferenciraneih (nezrelih) i smanjenje više diferenciranih (zrelaih) osteoblasta , što sugeriše da mikrogravitacija blokira neke puteve diferencijacije u osteoblastima . Istraživači su takođe ukazali da osteoblasti i osteociti odgovaraju na mehaničke nadražaje u „in vitro“ uslovima, kao što su i prethodna istraživanja pokazala da su genske ekspresije faktora rasta i proteina izmenjene u mikrogravitacionim uslovima.

Takođe u uslovima snižene gravitacije, zbog promena u kostima kalcijum i fosfor se preterano izlučuju mokraćom i izmetom. Posle oko 10 dana boravka u bestežinskom stanju dolazi do gubitka oko 3,2% koštane mase. Gubitak kalcijuma iz kostiju na samo da može da utiče na pojavu mokraćnih kalkulusa (što je opisano u posebnom poglavlju) već može izazvati i jake bolove, a zbog smanjene gustine kostiju i gubitka njihove čvrstine i pojave spontanih preloma.

Hematološki i imunološki sistem 
Jedna od značajnih promena u hematološkom i imunskom sistemu u mikrogravitaciji je transformacija crvenih krvnih zrnaca, kao glavnih komponenta krvi. Devedeset posto naših normalnih eritrocita su ćelije bikonkavano-diskoidnog oblik (slične krofni bez rupe). U bestežinskogm stanju, neki eritrociti menjaju svoj oblik i transformiše u duguljast ili loptast oblik. Pojava anemije (smanjenja broja crvenih krvnih zrnaca) je karakteristična promena koja se može javiti u krvi astronauta nakon četiri dana od početka svemirskog leta. Broj crvenih krvnih zrnaca posle tri meseca od svemirskog leta opada za oko 15% i praćena je subjektivnim tegobama, koje se postepeno gube nakon povratka na Zemlju.

Aktivnost limfocita, koji se suprotstavljaju invaziji mikroorganizama i štite organizam od infekcije, blago je snižena u mikrogravitaciji, Međutim zbog relativno „sterilinih“ uslova u svemirskom brodu, umanjena funkcija leukocita retko izaziva praktične probleme.

Mokraćni sistem 

Nacionalna agencija za aero-nautiku i Svemirska uprava SAD i ruski svemirski program objavili su više dokaza da ljudi izloženi mikrogravitacionom okruženju u svemiru imaju veći rizik za razvoj kamena u bubregu. Povećanu resorpciju kostiju (već opisanu u tekstu) izazvanu mikrogravitacijom často prati hiperkalciurija i hiperfosfaturija (povećano izlučivanje mokraćom kalcijuma i fosfora), što značajno uvećava koncentraciju kalcijumovih soli, odnosno kalcijum oksalata i kalcijum fosfata u mokraći. To uz druge faktore koji vladaju u životnoj sredini svemirske letelice i izmenjen način ishrane, prilagođen bestežinskom stanju, (manji unos tečnosti, energije, proteina, kalijuma, fosfora i magnezijuma) može negativno uticati na sastav mokraće i još više uvećati rizik od formiranja kamena u mokraćnom sistemu astronauta tokom svemirskih letova.

Takođe smanjena količine mokraće izazvana preraspodelom tečnosti i povećanom diurezom (izmokravanjem) smanjuje volumen tečnosti u organizmu astronauta, što menja pH vrednost (uvećavajući kiselost) mokraće i time doprinosi većem riziku za stvaranja mokraćnih kamena (kalkulusa). Ovo su potvrdili rezultati istraživanja sprovedeni u dugotrajnim Šatl-Mir misijama, u kojima je uočen trend manjeg unosa tečnosti, koji je uticao na smanjenu količinu urina u mokraćnom sistemu. To stanje je pogodaovalo stvaranju kamena sastavljenih od kristala kalcijumovih soli.

Pored uvećanog rizika za formiranje kalcijumovih kamenaca, promena metaboličkog profila zbog promena u ishrani tokom leta, pogoduje i formiranju kamenaca sastavljenih od kristala mokraćne kiseline.

Povećan rizik se javljao kod pojedinih astronauta brzo nakon izlaganja mikrogravitaciji, i nastavljao se tokom svemirskih letova i posle sletanja. Zato je povećanje dnevne količine izmokrenog urinarna jedina efikasna protivmera da se smanji rizik od formiranja bubrežnih kamena odmah nakon svemirskog leta. Međutim, količina izmokrenog urina u toku leta ne može u svim slučajevima biti u potpunosti efikasna mera u smanjenju potencijalnih rizik od formiranja kamena u bubregu, zbog brojnih promena u hemijskom sastavu urina astronauta izloženih mikrogravitaciji.

Genetske promene 
Celokupni evolutivni razvoj čovekovog života na Zemlji odvijao se pod dejstvom zemljine gravitacije koja je morala imati uticaj na sve strukture i funkcije organizama. Tokom svemirski letova organizam je izložen potpuno novim uslovima koji vladaju u bestežinskog stanju, i u zavisnosti od promena u težini koje oni proizvode, javljaju se i različite promene.

Trenutni podaci prikupljeni u toku brojnih istraživanja sugerišu da organizmi astronauta najčešće reaguju promenama fizioloških funkcija (već opisanim u tekstu), koje su u sadašnjem trenutku razvoja astronautike reverzibilne zbog kratkog izlaganja bestežinskom stanju. Samo sve duži svemirski letovi, koji se planiraju u 21. veku, pokazaće da li će ove promene biti kompenzovane (reverzibilne), ili će dovesti do promene u važnijim sistemima organizama uključujući i nasledne osobine.

U tom smislu postoje dokazi da bestežinsko stanje ima direktan uticaj na genetička svojstva ljudskog organizma. Tako, su u obimu od 3%, u mikrosporama uočene tradescantne abnormalne mitoze ćelija (koje kontrolnim pregledima nisu uočene na zemlji). Brojne promene u različitim vitalnim sistemima u organizmima koji se duže vreme u uslovima na zemalji izloženi bestežinskim uslovima, ukazuju na moguću pojavu ozbiljnih poremećaja u njihovim aktivnostima i nasleđu. Zbog višeg evolutivnog položaja, u organizmu čoveka, treba očekivati i izraženije efekte.

Mere prevencije 
U kojoj se meri, uticaj ubrzanja od 0% - 100% u odnosu na gravitaciju Zemlje i fiziološki problemi u toku dugotrajnih boravaka u svemiru trenutno mogu ublažiti je i dalje je nepoznato. Predviđanja i rezultati istraživanja primena različitih protivmera u borbi protiv ključnih, svemirskim letom i mikrogravitacijom, izazvanih fizioloških problema, prikazana su u ovoj tabeli.
Prediktori i efikasnost predloženih protivmera

Nulta gravitacija viđena okom umetnika i perom književnika 
Nulta gravitacija viđena perom književnika

Zbog nepoznavanja prirodnih nauka u književnim delima našli su se brojni pogrešni opisi nulte gravitacije. Pošto spisak ni izbliza nije konačan, prikazani su samo neki gafovi. Pri tome treba Imati u vidu da je naučna greška u književnom delu zanemarljiv nedostatak i da ni na koji način ne narušava vrednost književnog dela.

Ponekad se, i najboljim piscima naučne fantastike desi da kiksnu i nenamerno pogreše u opisivanju nulte gravitacije. Klasični primer je delo Od Zemlje do Meseca Žila Verna. Sile inercije koje nastaju kada se brod iz topa ispali u pravcu Meseca usmrtile bi astronaute. Vern pretpo- stavlja da bi se u toku putovanja Zemljina sila gravitacije postepeno smanjivala dok bi se sila Mesečeve gravitacije postepeno pojačavala do trenutka kad brod dostigne tačku ravnoteže gde obe sile deluju podjednako. Tek tada astronauti nesmetano lebde unutar broda. Vern je trebalo da zna da bi njegov brod bio u slobodnom padu celim putem do Meseca i da bi astronauti u svakom trenutku bili u bestežinskom stanju. Još jedan gaf se dešava kad putnici izbace mrtvog psa i truplo lebdi pored broda umesto da se velikom brzinom horizontalno udaljava.

H. Dž. Vels je sa prekorom gledao na ove Vernove gafove, ali u njegovom romanu Prvi ljudi na Mesecu on pravi podjednako apsurdnu grešku. Ne možemo mu zameriti što koristi kavorit, materiju koja štiti brod od sile gravitacije, jer Ajnštajn do tada još nije objasnio da je nemoguće napraviti bilo kakav gravitacioni štit.

Kod Velsa se svi nepričvršćeni predmeti koncentrišu u središtu sferičnog broda jer se njihove mase privlače. Naravno, zbog zanemarljivosti njihove gravitacije, to je nemoguće.
Nulta gravitacija viđena okom umetnika

Izvori

Literatura

Spoljašnje veze 

  Kids In Micro-g 
  MICROGRAVITY CENTRE 
  Microgravity Flight with Zero-G aircraft
  Physiol. Genomics, „Proteomics and genomics of microgravity“.
  Maniacworld.com "NASA Reduced Gravity Aircraft" , Uticaj smanjene gravitacije na telo za vreme leta u specijalnom avionu (NASA-video snimci). 
  How Weightlessness Works
  Biological Evolution 
  Artificial Gravity 
  What is Astrobiology? 
  Vanderbilt University Medical Center established the Center for Space Physiology and Medicine 

Gravitacija
Svemirska medicina
Avijacijska medicina