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우주의학

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목차

1. 개요

우주의학은 우주 비행이 인체에 미치는 영향을 연구하고, 우주 환경에서 발생하는 건강 문제를 예방하고 치료하는 의학 분야이다. 1948년 후베르투스 스트루골트가 처음 용어를 사용했으며, 소련에서도 우주 의학 연구가 활발히 진행되었다. 우주 비행은 뼈의 칼슘 손실, 근력 약화, 면역 체계 변화, 수면 장애, 시력 변화, 정신 건강 문제 등 다양한 건강 문제를 야기하며, 감압병, 심혈관 질환, 우주 방사선 노출 등도 우려된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 지상에서의 유사 환경 연구, 우주 비행 중 의료 지원, 수면 개선, 초음파 활용 등 다양한 연구가 이루어지고 있다. 우주의학은 휠체어, 심장 박동기, 제세동기 등 다양한 의료 기술 개발에 기여했으며, 잠수 의학과 유사한 측면을 보인다.

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우주의학
개요
분야항공우주 의학의 한 분야
정의우주 비행 중 발생하는 건강 관련 문제에 대한 연구 및 치료
우주 환경 요인
요인미세 중력
방사선 노출
고립
폐쇄된 환경
지구와의 거리
주요 건강 문제
생리학적 영향근육 위축
골밀도 감소
심혈관계 변화
면역 체계 약화
시력 변화
정신 건강 영향스트레스
불안
우울증
수면 장애
건강 관리 전략
전략운동 요법
영양 관리
약물 치료
정신 건강 지원
방사선 차폐
우주선 설계 개선
연구 분야
주요 연구우주 환경이 인체에 미치는 장기적인 영향 연구
건강 문제 예방 및 치료 기술 개발
우주 비행사 건강 모니터링 시스템 개발
미래 화성 탐사 등 장거리 우주 비행을 위한 건강 관리 전략 개발
추가 정보
참고 자료국제 우주 정거장 의료 모니터링 (ISS Medical Monitoring)
우주에 적합하지 않은 존재
실명, 골 손실, 우주 방귀: 우주 비행사의 의학적 기이함
보고서: NASA, 화성 탐사를 위한 건강 위험에 대한 더 나은 대처 필요
NASA의 우주 탐사를 위한 건강 및 인간 수행 위험 관리 노력

2. 역사

우주의학은 우주 개발에서 중요한 주제이며, 생리학 및 심리학적 연구가 이루어진다.[130][131][132] 연구 내용은 로켓 발사 및 하강 시의 가속도, 우주선(방사선) 노출,[133][134] 강한 광선, 고온·저온으로부터의 인체 보호, 우주선 내부 산소 농도 및 기압 변화, 무중력 상태에서의 생활과 인체 영향,[135][136] 생활 주기 혼란, 고독감, 불안감 등 정신적 부담[131] 등 다양하다. 스페이스셔틀이나 우주정거장 내에서의 인위적 활동을 할 때 건강 유지 방법을 고찰하는 연구도 진행된다.[137][138]

과거 아서 C. 클라크 작품에서처럼 우주의 무중력 공간에 진출하면 중력으로 인한 여러 건강 문제에서 해방되어 장수할 것이라는 의견도 있었다. 그러나 유인 우주선 발사 후, 백일 단위로 우주에 체류하는 인간에게서 여러 폐해가 발생했다. 우주 공간에서는 중력이 없어 체중을 지탱할 필요가 없는 뼈에서 칼슘이 용출되거나,[129][139][140](장기간 생활하면 멈춘다는 설도 있음) 근력이 약해져 지상 귀환 시 서 있기조차 어려워지는 현상[129][139][141] 등이 발생했다. 따라서 우주 진출에는 우주 공간 특성에 맞는 의학이 필요하다.

2. 1. 초기 역사

후베르투스 스트루골트는 나치 시대의 의사이자 생리학자로, 제2차 세계 대전 이후 맨해튼 계획의 일환으로 미국으로 건너갔다.[6] 1948년 "우주 의학"이라는 용어를 처음 만들었으며, 텍사스 주 랜돌프 공군 기지에 있는 항공의학학교(SAM)에서 최초이자 유일한 우주 의학 교수였다. 1949년 스트루골트는 현재 오하이오 주 라이트-패터슨 공군 기지에 있는 미국 공군 항공우주 의학학교(USAFSAM)의 전신인 SAM의 우주 의학부장이 되었다. 그는 초기 미국 우주비행사들이 착용한 우주복 개발에 중요한 역할을 했고, 1950년 항공우주 의학 협회 우주 의학 부문의 공동 설립자였다. 1977년 브룩스 공군 기지의 항공의학 도서관은 그의 이름을 따서 명명되었으나, 나중에 뉘른베르크 재판 관련 문서에서 스트루골트가 다하우 강제 수용소 수감자들을 고문하고 살해하는 의학 실험에 연루되었다는 사실이 밝혀지면서 이름이 변경되었다.[7]

소련의 우주 의학 연구는 항공의학 과학 연구 시험소(NIIAM)를 중심으로 진행되었다. 1949년 소련 국방장관 A.M. 바실레프스키는 세르게이 코롤료프의 주도로 NIIAM에 생물학 및 의학 연구를 수행하라는 지시를 내렸다. 1951년 NIIAM은 "특수 조건 하에서의 비행 능력에 대한 생리적 및 위생적 근거"라는 제목의 첫 번째 연구 작업을 시작했는데, 이 연구는 주요 연구 과제와 가압 객실, 생명 유지 시스템, 구조 및 제어, 기록 장비에 대한 필요한 요구 사항을 공식화했다. 코롤료프 설계국에서는 200~250km와 500~600km 고도까지 동물을 운반하는 로켓을 만들었고, 그 후 인공위성 개발과 인간의 우주 비행에 대한 논의가 시작되었다.[8] 1963년 생체 의학 문제 연구소(IMBP)가 설립되어 우주 의학 연구를 수행하게 되었다.[9]

2. 2. 동물 실험

인간을 우주로 보내기 전, 우주 기관들은 개, 원숭이, 쥐 등 동물을 이용하여 우주 여행이 신체에 미치는 영향을 연구했다.[10] 1957년 11월 3일, 스푸트니크 2호는 라이카라는 이름의 개를 우주로 보낸 최초의 임무였다. 이 비행과 다른 비행들은 통제된 환경 내에서 우주 비행을 안전하게 수행할 가능성을 시사했으며, 생명체가 우주 비행에 어떻게 반응하는지에 대한 데이터를 제공했다.[10]

1961년 1월 31일, 햄(Ham)이라는 이름의 침팬지는 머큐리-레드스톤 발사체를 타고 준궤도 우주 비행을 했다. 이 비행은 우주비행사 앨런 셰퍼드의 계획된 임무를 모방하기 위한 것이었다. 비행 중 햄은 6.6분 동안 무중력을 경험했다. 햄의 생체 신호는 16분간의 비행 내내 모니터링되고 수집되었으며, 이후 인간 우주비행사를 위한 생명 유지 장치 개발에 사용되었다.[14]

현재도 우주에서의 동물 실험은 계속되고 있으며, 쥐, 개미 등의 동물들이 정기적으로 국제 우주 정거장(ISS)으로 보내지고 있다.[15]

2. 3. 초기 유인 우주 비행

노스 아메리칸 X-15는 로켓 추진 항공기로, 준우주 환경이 인체 생리에 미치는 영향을 연구할 수 있는 초기 기회를 제공했다.[16] X-15는 최고 운용 속도와 고도에서 약 5분간의 무중력 상태를 제공했다. 이를 통해 저압, 고가속 환경에서 작업을 용이하게 하는 장치, 예를 들어 압력복과 생리 데이터를 수집하는 원격 측정 시스템이 개발되었다.[17] 이러한 데이터와 기술은 향후 우주 임무 계획을 개선하는 데 기여했다.[17]

제미니 계획은 주로 2명의 승무원이 우주 공간에 고립되면서 발생하는 심리적 문제를 다루었다. 우주에서 귀환한 후 승무원들은 균형 감각 상실과 무산소 능력 저하를 경험한 것으로 기록되었다.[19]

아폴로 계획은 머큐리 계획과 제미니 계획에서 얻은 의학적 지식과 예방 조치를 바탕으로 시작되었다. 고중력 및 저중력 환경에 대한 이해는 잘 문서화되었고, 제미니와 아폴로 계획에서 여러 명의 승무원이 한 캡슐에 탑승함으로써 격리의 영향도 다루어졌다. 아폴로 계획의 주요 연구는 비행 전 및 비행 후 모니터링에 중점을 두었다.[19] 일부 아폴로 임무 계획은 승무원 전원 또는 일부 승무원이 전염병에 걸렸기 때문에 연기되거나 변경되었다. 아폴로 14호는 일반적인 질병의 전파를 억제하기 위해 승무원에 대한 일종의 격리 형태를 도입했다.[19] 비행 승무원 건강 안정 프로그램의 효과는 일부 승무원이 여전히 질병에 걸렸기 때문에 의문스러웠지만,[19] 이 프로그램은 현재 우주 프로그램에서도 실행을 유지할 만큼 충분한 결과를 보여주었다.[20]

3. 우주 비행의 영향

우주 비행은 인체에 다양한 영향을 미친다. 초기 로켓 추진 항공기인 노스 아메리칸 X-15는 준우주 환경이 인체에 미치는 영향을 연구할 기회를 제공했다.[16] X-15는 짧은 시간 동안 무중력 상태를 제공하여 저압, 고가속 환경에서 필요한 장비 개발에 기여했다.[17]

제미니 계획은 우주 공간에서의 고립으로 인한 심리적 문제를 다루었으며, 우주 비행 후 균형 감각 상실과 무산소 능력 저하가 나타났다.[19] 아폴로 계획에서는 비행 전후 모니터링을 강화하고, 전염병 예방을 위한 격리 절차를 도입했다.[19]

미도드린이나 프로메타진과 같은 약물을 사용하여 우주 비행 후 어지럼증과 평형 감각 상실을 완화한다.[57] 스페이스셔틀 프로그램에서는 의료 준비 키트를 통해 우주 비행 중 발생할 수 있는 다양한 상황에 대비했다.[106]

존 글렌은 77세의 나이로 우주 비행에 참여하여 노화와 우주 비행의 영향에 대한 연구에 기여했다.[107]

장기 우주 비행의 가능성을 위해 NASA는 예방적 우주 의학 연구에 투자하고 있다. 특히, 우주선의 작고 폐쇄적인 환경은 질병 전파에 유리하므로, 승무원의 건강과 안전이 매우 중요하다.[108]

우주의학은 우주 개발의 핵심 주제이며, 생리학, 심리학적 연구가 진행되고 있다.[130][131][132] 로켓 발사 및 하강 시의 가속도, 방사선,[133][134] 강한 광선, 극한의 온도, 우주선 내부의 산소 농도 및 기압 변화, 무중력 상태, 생활 주기의 혼란, 고독감, 불안감 등 다양한 요인을 연구한다.[131][135][136]

과거에는 무중력 공간에서 장수할 수 있다는 의견도 있었지만, 실제로는 뼈에서 칼슘이 빠져나가거나[129][139][140] 근력이 약해지는 등 여러 문제가 발생하는 것으로 밝혀졌다.[129][139][141]

2018년 연구에 따르면, 화성으로의 장기간 우주 비행은 우주비행사의 위장관 조직에 손상을 줄 수 있다.[21] 2019년 연구에서는 국제우주정거장에 체류하는 우주비행사들이 혈역학 및 혈전 문제를 경험한다는 사실이 보고되었다.[22][23]

3. 1. 혈액 및 체액 변화

무중력 환경에서는 혈액이 상체로 몰리면서 혈류 속도가 느려지고, 혈전 생성 위험이 증가한다.[25] 국제우주정거장(ISS)에 장기간 체류한 우주비행사에게서 목 내경정맥 심정맥혈전증이 처음 발견되었고, 항응고제 치료가 필요했다.[24] 11명의 우주비행사를 대상으로 한 연구에서는 목 정맥의 혈류 속도가 느려지거나 심지어 혈류 역류 현상까지 발견되었다.[25] NASA는 이러한 현상이 우주비행사의 혈전증 위험을 증가시킬 수 있는지 연구하고 있다.

무중력 상태가 신체 주변 체액 분포에 미치는 영향(과장됨) ''(NASA)''


지구에서는 중력 때문에 서 있을 때 혈액과 체액이 하체로 쏠린다. 하지만 우주에서는 중력이 없어지면서 신체 전체의 정수압이 제거되고, 혈액 분포가 변화한다. 이는 지구에서 누워 있을 때 정수압 차이가 작은 것과 비슷하다. 우주 비행 후 지구로 귀환하면 혈액량이 감소하여 기립성 저혈압이 발생한다.[74] 과거에는 우주에서 중력으로 인한 문제가 없어 장수할 수 있다는 의견도 있었지만, 실제로는 뼈에서 칼슘이 빠져나가거나[129][139][140] 근력이 약해지는 등 여러 문제가 발생한다.[129][139][141]

3. 2. 심혈관계 변화

우주비행사들 사이에서 심장 박동 이상이 관찰되었다.[26] 이러한 이상의 대부분은 심혈관 질환과 관련이 있었지만, 이것이 기존 질환 때문인지 우주 비행의 영향 때문인지는 명확하지 않다. 관상동맥 질환에 대한 고급 선별 검사를 통해 이러한 위험이 크게 완화되었기를 바란다. 심방세동과 같은 다른 심장 박동 문제는 시간이 지남에 따라 발생할 수 있으므로, 승무원의 심장 박동을 주기적으로 검사해야 한다. 이러한 지상의 심장 위험 외에도, 장기간 무중력에 노출되면 심장 박동 이상이 발생할 수 있다는 우려가 있다. 비록 현재까지 이러한 현상이 관찰되지는 않았지만, 추가적인 감시가 필요하다.

3. 3. 감압병

우주에서 우주인은 우주 유영(EVA)을 위해 우주복을 사용한다. 우주복은 일반적으로 정상 기압의 3분의 1 미만의 총압력에서 100% 산소로 팽창된다. 질소와 같은 불활성 대기 성분을 제거하면 우주인이 편안하게 호흡할 수 있을 뿐만 아니라, 필요한 작업을 완료하기 위해 손, 팔, 다리를 사용하는 이동성도 확보할 수 있다.[27]

우주인이 우주복을 착용한 후에는 "질소 제거"라는 과정을 통해 공기가 100% 산소로 대체된다. 감압병의 위험을 줄이기 위해 우주인은 몸의 조직에서 질소가 거품을 형성하지 않을 정도로 천천히 탈기되도록 중간 질소 분압에서 수 시간 동안 "사전 호흡"을 해야 한다.[28][29] 우주인이 EVA 후 우주선의 "셔츠 슬리브" 환경으로 돌아오면, 그 우주선의 작동 압력(일반적으로 정상 기압)에 따라 압력이 복원된다. 우주 비행 중 감압병은 감압병(DCS)과 압력의 보상되지 않은 변화 또는 바로트라우마로 인한 기타 부상으로 구성된다.

감압병(Decompression sickness)은 조직과 혈액 내 질소 기포의 존재로 인해 신체 조직이 손상되는 질환이다. 이는 주변 압력의 급격한 감소로 인해 용해된 질소가 기포 형태로 체내에서 기체로 방출되면서 발생한다.[27] 우주에서는 신체 조직의 질소를 제거하는 기법을 사용하여 감압병의 위험을 크게 줄인다. 이는 우주복 착용 전에 특정 시간 동안 100% 산소를 호흡하여 달성하며, 질소 제거 후에도 계속된다.[28][29] 부적절하거나 중단된 산소 전처리 시간, 우주비행사의 수분 상태, 신체 상태, 이전 부상 및 나이를 포함한 기타 요인으로 인해 감압병이 발생할 수 있다. 감압병의 다른 위험 요소로는 우주복(EMU)의 불충분한 질소 제거, 격렬하거나 지나치게 오래 지속되는 우주 유영(EVA), 또는 우주복 압력 손실이 있다. 우주선 선실 압력 손실이 발생할 경우 우주 유영을 하지 않는 승무원도 감압병 위험에 처할 수 있다.

우주에서 감압병의 증상으로는 흉통, 호흡 곤란, 기침 또는 심호흡 시 통증, 이례적인 피로, 어지러움, 현기증, 두통, 설명할 수 없는 근골격계 통증, 저림 또는 마비, 사지 약화 또는 시각 이상 등이 있다.[30]

주요 치료 원칙은 질소 기포를 재용해하기 위한 우주복 내 재가압,[31] 조직 재산소화를 위한 100% 산소 공급,[32] 그리고 손상된 조직으로의 혈액 순환을 개선하기 위한 수분 공급이다.[33]

3. 4. 면역 체계 변화

우주 비행은 인체의 면역 체계를 약화시킨다.[43] 이는 우주 비행사가 새로운 바이러스에 취약해질 뿐만 아니라, 체내에 잠복해 있던 바이러스가 다시 활성화될 수 있음을 의미한다.[43] 우주에서는 T세포가 제대로 증식하지 못하고, 감염에 대항하는 능력도 떨어진다.[44] NASA는 우주 비행사들의 면역 체계 변화를 측정하고, 우주에서 T 세포를 이용한 실험을 진행하고 있다.

2013년 4월 29일, NASA의 지원을 받은 렌셀러 폴리테크닉 연구소의 과학자들은 국제 우주 정거장에서의 우주 비행 동안 미생물이 지구에서 관찰되지 않는 방식으로 우주 환경에 적응하며, "성장과 독성 증가로 이어질 수 있는" 방식으로 적응하는 것으로 보인다고 보고했다.[45] 2006년 우주왕복선 실험에서는 식중독을 일으킬 수 있는 살모넬라균(Salmonella typhimurium)이 우주에서 배양되었을 때 독성이 더 강해지는 것으로 나타났다.[47] 2017년에는 박테리아가 우주의 거의 무중력 상태에서 항생제에 대한 내성이 더 강해지고 번성하는 것으로 밝혀졌다.[48] 미생물이 우주의 진공 상태에서 생존하는 것도 관찰되었다.[49][50]

2019년 3월, NASA는 인간의 잠복 바이러스가 우주 임무 중에 활성화될 수 있으며, 이는 미래의 심우주 임무에서 우주비행사에게 더 큰 위험을 초래할 수 있다고 보고했다.[46] 2018년 연구자들은 국제우주정거장(ISS)에서 인체에 병원성이 없는 5종의 엔테로박터 부간덴시스(Enterobacter bugandensis) 박테리아 균주를 검출한 후, 우주비행사의 건강한 의료 환경을 지속적으로 보장하기 위해 ISS의 미생물을 주의 깊게 모니터링해야 한다고 보고했다.[51][52]

3. 5. 피로 및 수면 장애

우주 비행은 인간의 수면 패턴에 영향을 미치는 생리적 과정을 방해하는 것으로 관찰되었다.[86] 우주비행사는 코르티솔 리듬의 비동기화, 체온의 일주기적 변동 감소, 수면 질 저하를 보인다.[86] 우주비행사의 수면 패턴 장애는 외인성(환경적 원인) 서카디안 리듬 수면 장애의 한 형태이다.[86]

3. 6. 감각 및 운동 기능 변화

지구에서는 중력에 의해 평형 감각이 유지되지만, 무중력 환경에서는 이러한 감각에 혼란이 발생한다. 이로 인해 우주비행사들은 어지럼증이나 방향 감각 상실을 경험할 수 있다.[129][139][140]

무중력 상태에서는 뼈에 가해지는 하중이 줄어들어 골밀도 감소가 일어난다. 뼈에서 칼슘이 빠져나가 골량이 감소하는 현상(우주비행 골감소증)이 나타난다.[3][10] 이러한 골밀도 감소는 회복하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있으며, 3~4개월간의 우주 여행 후에는 손실된 골밀도를 회복하는 데 2~3년이 소요된다.[58][59]

또한, 중력을 이겨낼 필요가 없어지면서 근육이 약화되고 위축되는 근육량 감소 현상이 발생한다. 이는 마치 노화로 인해 신체 활동이 줄어들면서 근육이 감소하는 것과 유사하다.[3] 우주비행사들은 이러한 근육량 감소를 막기 위해 매일 최소 2시간의 저항 운동을 수행하고, 신경근 전기 자극과 같은 방법을 활용하기도 한다.[17]

3. 7. 시력 변화

장기간의 우주 비행 임무 동안 우주비행사는 우주 관련 신경 안구 증후군(SANS)으로 알려진 안구 변화 및 시각 장애를 경험할 수 있다.[2][3][61][62][63][64][65][66] 이러한 시력 문제는 화성 유인 탐사를 포함한 미래 심우주 비행 임무에 있어 주요 관심사가 될 수 있다.[61][62][63][64][67]

3. 8. 정신 건강 문제

일부 연구에서는 우주 비행이 뇌 손상을 유발하고 알츠하이머병 발병을 가속화할 수 있다고 보고되었다.[68][69][70] 장기간 고립된 환경에서 생활하는 우주인은 고독감, 불안감 등의 정신적 어려움을 겪을 수 있다.[131]

3. 9. 방사선 영향

1982년 211일 동안 궤도에 머물렀던 소련의 우주비행사 발렌틴 레베데프는 진행성 백내장으로 시력을 잃었다. 레베데프는 "저는 우주에서 많은 방사선에 노출되었습니다. 소련 시대에는 모두 은폐되었지만, 이제는 그 비행 때문에 건강을 해쳤다고 말할 수 있습니다."라고 말했다.[3][80]

2013년 5월 31일, NASA 과학자들은 화성 유인 탐사에는 2011년~2012년 지구에서 화성으로 이동하는 동안 화성과학실험실의 RAD가 감지한 고에너지 입자 방사선의 양을 기준으로 볼 때 상당한 방사선 위험이 따를 수 있다고 보고했다.[67][76][77][78][79]

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2024년 6월 11일, 유니버시티 칼리지 런던(University College London) 신장내과 연구진은 "우주 방사선과 미세중력에 노출될수록 신장에 심각한 건강 위험이 나타난다"고 보고했다.[81][82][83][84] 연구진은 마우스를 대상으로 한 연구에서, 화성 탐사 임무 시 약 3년간 미세중력, 저중력 및 우주 방사선에 노출된 우주비행사는 투석기에 연결된 채로 지구로 돌아와야 할 수도 있다고 예측했다.[85]

우주의학은 앞으로의 우주 개발에서 중요한 주제이며, 우주 방사선 등에 대한 연구가 이루어진다.[133][134]

3. 10. 신장 기능 저하



University College London영어 신장내과 연구진은 2024년 6월 11일에 "우주 방사선과 미세중력에 노출될수록 신장에 심각한 건강 위험이 나타난다"고 보고했다.[81][82][83][84] 쥐를 대상으로 한 연구에 따르면, 화성 탐사 임무에서 약 3년 동안 미세중력, 저중력 및 우주 방사선에 노출된 우주비행사는 투석기에 연결된 채로 지구로 돌아와야 할 수도 있다고 예측했다.[85]

4. 우주 비행 유사 환경 연구

우주 의학 연구는 비용이 많이 들고 기술적으로 복잡하여 실제 우주 비행만으로는 충분한 지식을 얻기 어렵다. 따라서 우주 비행과 유사한 환경을 지상에 만들어 연구를 보완하는데, 이를 우주 비행 유사 환경이라고 한다. 이러한 유사 환경은 면역, 수면, 심리, 인간의 수행 능력, 거주 가능성, 원격 의료 연구에 유용하다.[67]

우주 비행 유사 환경으로는 격리실인 마스-500(Mars-500), 수중 서식지인 니모(NEEMO), 남극의 콩코르디아 기지, 북극의 FMARS(플로리다 마스 연구 기지)와 호턴-화성 프로젝트(Haughton–Mars Project) 기지 등이 있다.[67]

5. 우주 의학 관련 직업

우주 의학 분야 의사들은 주로 NASA이나 민간 우주 기업 등에서 우주인의 건강 관리 및 연구를 담당한다.[7] 이 직업을 위해서는 일반적으로 보드 인증이 필요하다.

연구 의사들은 특정 우주 의학 문제를 연구하거나 미래 심우주 탐사 임무를 위한 의료 역량에 초점을 맞추기도 한다. 이들은 우주비행사 진료에 대한 임상적 책임이 없는 경우가 많아, 우주 의학 분야에서 전문적으로 훈련받지 않은 경우도 있다.

5. 1. 관련 학위 및 전문 분야

우주 의학 분야 의사들은 일반적으로 NASA 또는 최근에는 민간 또는 상업 우주비행사나 우주비행 참가자를 수송하는 우주 기업에서 운영 또는 연구 업무를 담당한다. 이러한 직업을 추구하는 사람들에게는 일반적으로 보드 인증이 필요하다.

연구 의사들은 우주 관련 신경 안구 증후군과 같은 특정 우주 의학 문제를 연구하거나 미래의 심우주 탐사 임무를 위한 의료 역량에 중점을 둔다. 연구 의사는 우주비행사의 진료에 대한 임상적 책임이 없으므로, 우주 의학 분야에서 전문적으로 훈련받지 않은 경우가 많다.

현재 우주 의학 관련 펠로우십은 텍사스대학교 휴스턴 건강과학센터, UCLA, 하버드 대학교 3곳에서만 운영 중이다. 유사한 항공우주 의학 예방 의학 교육 과정은 항공우주 의학 페이지를 참조한다.

위에 언급된 모든 교육 프로그램에는 다음 분야에 대한 교육이 포함되어야 한다.

  • 응급의료
  • 민간 우주 비행 훈련
  • 항공의학
  • 중재적 방사선학 시술
  • 우주용 생명 유지 시스템
  • 응급의학
  • 항공우주 연구
  • 국제 보건
  • 고압 및 저압 의학
  • 공중 보건
  • 재난 의학
  • 응급 의료
  • 야외 및 극한 환경 의학

5. 2. 우주 간호학

우주 간호학은 간호학의 한 분야로, 우주 여행이 인체 반응 패턴에 미치는 영향을 연구한다. 우주의학과 마찬가지로 지구상 환자 간호에 대한 지식에도 기여한다.[87][88]

6. 비행 중 의학

노스 아메리칸 X-15 로켓 추진 항공기는 준우주 환경이 인체 생리에 미치는 영향을 연구할 수 있는 초기 기회를 제공했다.[16] X-15는 최고 운용 속도와 고도에서 약 5분간의 무중력 상태를 제공하여, 압력복과 생리 데이터 수집용 원격 측정 시스템 등 저압 및 고가속 환경에서 작업을 돕는 장치 개발에 기여했다.[17] 이러한 데이터와 기술은 향후 우주 임무 계획 개선에 활용되었다.

썸네일


지구 중력의 영향으로 서 있을 때 혈액과 체액은 하체로 쏠린다. 우주에서는 중력이 없어지면서 신체 전체 정수압이 제거되고, 이로 인한 혈액 분포 변화는 지구에서 누워 있을 때와 유사하다. 지구 귀환 시에는 우주 비행으로 줄어든 혈액량 때문에 기립성 저혈압이 발생하는데,[74] 이는 우주비행사들이 착륙 전 수액 보충을 통해 크게 개선되었다.[75]

우주의학은 우주 개발의 핵심 주제로, 생리학 및 심리학적 연구가 진행되고 있다.[130][131][132] 로켓 발사 및 하강 시 가속도, 방사선,[133][134] 강한 광선, 고온·저온, 우주선 내부 산소 농도 및 기압 변화, 무중력 상태, 생활 주기 혼란, 고독감·불안감 등 다양한 요인이 인체에 미치는 영향과 건강 유지 방법이 연구된다.[131][135][136][137][138]

6. 1. 수면 의학

우주 비행은 인간의 수면 패턴에 영향을 미치는 생리적 과정을 방해하는 것으로 관찰되었다.[86] 우주비행사는 코르티솔 리듬의 비동기화, 체온의 일주기적 변동 감소 및 수면 질 저하를 보인다.[86] 우주비행사의 수면 패턴 장애는 외인성(환경적 원인) 서카디안 리듬 수면 장애의 한 형태이다.[86]

국제 우주 정거장(ISS)과 우주왕복선 승무원의 75%와 78%가 우주에서 수면을 돕는 최면성 수면제를 복용했다고 보고했다.[89] NASA는 ISS에 탑승한 우주인을 위해 하루 8.5시간의 수면을 위한 '휴식 시간'을 할당하지만, 평균 수면 시간은 6시간에 불과하다.[90] 수면의 질과 양이 부족하면 우주 승무원의 주간 업무 수행 능력과 집중력이 저하될 수 있다. 따라서 야간 수면 개선은 50년 이상 NASA가 자금을 지원하는 연구 주제였다.[91]

우주에서의 수면과 관련하여 다음과 같은 약리학적 및 환경적 전략이 연구되었다.

  • 광선 요법: 다양한 강도와 파장의 가시광선에 노출하는 것은 생체리듬을 조절하는 데 중요한 NASA 자금 지원 연구의 주제이다.[92] 멜라놉신 광수용체는 470-490nm(청색광) 범위의 청색광에 가장 민감하다.[94] NASA는 우주인의 생체리듬 조절을 돕기 위해 ISS에 리듬 광 패널을 시험하고 구현했다.[95][96] 밤에는 적색 조명(<600nm)을 사용하고, 각성과 경계가 필요한 시간에는 고강도의 짧은 파장을 사용할 예정이다.[97][98]
  • 멜라토닌: 송과선에서 분비되는 천연 호르몬인 멜라토닌은 궤도에서 수면 잠복기를 단축하는 데 긍정적인 효과를 보였다.[99]
  • 비벤조다이아제핀계 진정 수면제: 졸피뎀, 조피클론, 잘레플론과 같이 국제 우주 정거장에서 가장 일반적으로 처방되는 약물이다.[100] 가장 작용 시간이 짧은 비벤조다이아제핀계인 잘레플론은 각성 1시간 전에 복용하더라도 인지 장애가 거의 또는 전혀 나타나지 않는다.[102]
  • 벤조다이아제핀계: 우주에서 자주 사용되는 약물이지만, 비벤조다이아제핀계 "z 약물"보다 덜 사용된다.[104] 우주인이 사용하는 일부 벤조다이아제핀계(예: 테마제팜)의 작용 지속 시간이 길다는 점은 아침에 장애를 일으킬 가능성이 높다.[103]
  • 각성제: 모다피닐은 수면 장애의 해로운 영향을 완화하고 "피로 시 성능을 최적화"하기 위해 우주 정거장에서 사용할 수 있다.[105]

6. 2. 초음파 활용

국제우주정거장(ISS)과 미래 우주 임무에서 초음파는 주요 진단 영상 도구로 활용된다.[122][123][124] X선과 CT 스캔은 우주 환경에서 허용할 수 없는 방사선을 사용하고, 자기 공명 영상(MRI)은 너무 커서 현재로서는 적합하지 않다. 반면, 소리파를 이용하여 영상을 생성하는 초음파는 노트북 크기의 장비로 다양한 조직과 장기의 영상을 제공하기 때문에 유용하다. 현재 초음파는 장기간 우주 비행사에게서 관찰된 변화의 원인을 파악하기 위해 주로 안구와 시신경을 관찰하는 데 사용되고 있다. 미국항공우주국(NASA)은 또한 근골격계 문제에 대한 초음파 사용의 한계를 탐색하고 있다.[122][123][124]

우주 임무에서 초음파 사용의 주요 과제는 우주 비행사에게 장비 사용법을 교육하고 캡처된 영상을 해석하는 것이다. 초음파 기술은 숙련되는 데 수년의 훈련과 경험이 필요하며, 초음파 해석은 실시간으로 이루어지는 경우가 많다. 따라서 현재는 데이터를 관제센터로 전송하여 의료진이 판독하고 해석한다. 미래의 심우주 탐사 임무에서는 긴급 상황 발생 시 전송 시간이 너무 오래 걸리므로 자율적인 진단 및 치료가 필요하며, 이를 위한 연구가 진행 중이다.[122][123][124]

미세중력 환경에서의 고급 진단 초음파 연구는 미국항공우주국 생체의학 연구소의 지원을 받아 진행되었으며, 우주비행사들이 원격 전문가의 지시를 받아 우주에서 질병을 진단하고 치료하는 데 초음파를 사용하는 방법을 연구한다. 이 연구는 지구상의 응급 및 원격 의료에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.[122][123][124]

7. 우주 의학의 과학 및 의학에 대한 영향

우주 의학 연구는 우주비행사뿐만 아니라 일반인에게도 혜택을 주는 다양한 파생 기술(우주 기술 파생품)을 창출했다. NASA, 국립노화연구소(국립보건원 산하) 등 여러 기관의 공동 연구를 통해 우주 탐험은 특히 노년층에게 도움이 되는 기술 발전에 기여했다. 이러한 파생 기술은 "엑소메디슨(exomedicine)"이라고도 한다.

7. 1. 파생 기술 예시

우주비행사만이 우주 의학 연구의 혜택을 받는 것은 아니다. 우주 프로그램에서 비롯된 의학 분야의 실용적인 응용 분야인 우주 기술 파생품으로 여러 의료 제품이 개발되었다. NASA, 국립노화연구소(국립보건원 산하), 기타 노화 관련 기관의 공동 연구 노력 덕분에 우주 탐험은 특정 사회 계층인 노년층에게 도움이 되었다. 우주에서 수행된 노화 관련 의학 연구의 증거는 STS-95 기간 동안 가장 공개적으로 눈에 띄었다. 이러한 파생 기술은 때때로 "엑소메디슨(exomedicine)"이라고도 한다.

  • 방사선 치료(Radiation therapy)를 이용한 암 치료: 오하이오주 클리블랜드에 있는 글렌 연구 센터(Glenn Research Center)의 사이클로트론은 클리블랜드 클리닉(Cleveland Clinic)과 함께 암 환자를 위한 중성자 치료(neutron therapy)의 치료 및 평가를 위한 최초의 임상 시험에 사용되었다.[111]
  • 접이식 보행기(Walker (mobility)): 항공기와 우주선을 위해 NASA가 개발한 경량 금속 소재로 만들어진 접이식 보행기는 휴대가 간편하고 관리가 용이하다.
  • 개인용 경보 시스템: 응급 의료 또는 안전 지원이 필요할 수 있는 개인이 착용할 수 있는 응급 경보 장치이다. 버튼을 누르면 장치가 원격 위치로 도움 요청 신호를 보낸다. 신호를 보내기 위해 장치는 NASA에서 개발한 원격 측정 기술을 사용한다.
  • 컴퓨터 단층 촬영(Computed axial tomography, CAT) 및 자기 공명 영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 스캔: 이 장치는 병원에서 인체 내부를 보기 위해 사용된다. 지구의 달을 더 잘 촬영하는 방법을 찾은 후 NASA가 제공한 기술이 없었다면 이러한 장치의 개발은 불가능했을 것이다.[112]
  • 신경근 전기 자극(NMES, Neuromuscular Electric Stimulation): 원래 우주에서 근육 위축을 방지하기 위해 개발된 치료법으로, 우주 밖에서도 활용되고 있다. 우주 의학 이외에 NMES가 사용되는 대표적인 예는 마비 환자를 위한 근육 자극기이다. 이러한 장치는 하루 최대 30분 동안 사용하여 마비 환자의 근육 위축을 예방할 수 있다.[113] 이는 근육에 전기 자극을 제공하며, 이는 주 3마일 조깅과 동일하다. 잘 알려진 예로 크리스토퍼 리브가 치료에 이를 사용했다는 점을 들 수 있다. 마비 환자 외에도, 고강도 생활 방식이 운동선수에게 미치는 잠재적 피해를 관리하거나 예방하는 데 사용되는 스포츠 의학 분야에도 활용된다.[114]
  • 정형외과 평가 도구: 자세, 보행 및 균형 장애를 평가하는 장비가 진동을 이용한 방사선 없는 골 유연성 측정 방법과 함께 NASA에서 개발되었다.
  • 당뇨병(Diabetic) 발 지도 작성: 이 기술은 오하이오주 클리블랜드에 있는 NASA 센터에서 당뇨병이 발에 미치는 영향을 모니터링하는 데 도움이 되도록 개발되었다.
  • 폼 쿠션: 발사 시 우주비행사를 쿠션하는 데 사용되는 특수 폼은 많은 요양원과 병원에서 베개와 매트리스에 사용되어 욕창을 예방하고 압력을 완화하며 더 나은 수면을 제공한다.
  • 신장 투석기: NASA의 전신 기업인 마쿼르트 사(Marquardt Corporation)는 1960년대 후반 우주 임무 중 물을 정화하고 재활용하는 시스템을 개발하고 있었다.[115] 이 프로젝트를 통해 마쿼르트 사는 이러한 과정을 사용하여 사용된 투석액에서 독성 폐기물을 제거할 수 있다는 것을 알게 되었다.[115] 이를 통해 신장 투석기가 개발되었다.[115] 이러한 기계는 사용된 투석액에서 독성 폐기물을 처리하고 제거하기 위해 NASA에서 개발한 기술에 의존한다.[115]



  • 말하는 휠체어(wheelchair): 말하기에 어려움을 겪는 마비 환자는 항공기용 합성 음성을 만들기 위해 NASA가 개발한 휠체어의 말하기 기능을 사용할 수 있다. "말하는 휠체어" 또는 다용도 휴대용 음성 보철물(VSP)은 비언어적 사람들의 의사소통을 돕는 기술이다.[117] 이 프로젝트는 1978년 5월에 시작되어 1981년 11월에 완료되었다.[117] 원래 이 기술은 전통적인 전동 휠체어를 사용하는 뇌성마비(cerebral palsy) 진단을 받은 사람들을 위해 만들어졌다.[117] 이 기술은 휴대성과 다양성이 뛰어나며 매우 성공적인 음성 보철물이다.[117] 그러나 "말하는 휠체어"라는 별명 때문에 휠체어 자체와는 약간 분리되었다.[117] VSP는 하나 또는 여러 개의 스위치 또는 키보드를 작동하여 사용자가 쉽게 접근할 수 있으며, 구어를 위해 합성 음성을 사용한다.[117] 합성 음성은 군중 속에서 의사소통, 어둠 속에서 의사소통, 시각 문제가 있는 사람들과 의사소통, 어린아이들과 의사소통, 듣는 사람의 등이 돌아섰을 때 의사소통 등 일반적인 화자들이 가지고 있는 의사소통 기회를 제공한다.[117] 합성 음성은 키보드에 "재미있는" 단어와 "버릴 수 있는 말"을 프로그래밍할 수 있기 때문에 개인적이고 개별적인 의사소통의 감각을 제공한다.[117] 다용도 휴대용 음성 보철물의 첫 번째 버전은 1979년 5월에 완료되었다.[117] 1979년 11월에 VSP에 추가 기능이 추가되어 음성 제어 기능이 향상되었다.[117] 1979년 11월까지 VSP는 영어 텍스트를 받아 영어 음성을 성공적으로 출력할 수 있었다.[117] 사용자는 어휘를 저장하고 검색할 수 있었고, 새로운 어휘를 편집하고 만들 수도 있었다.[117] VSP의 컨트롤과 플러그는 플러그 앤 플레이 기능을 제공하는 다양한 기능을 제공했다.[117] ASR 시스템의 한계로 인해 휴대용 음성 보철물은 무음 음성 인식(SSR)을 사용하는 방향으로 이동했다.[118] VSP에 SSR을 사용하는 목표는 표면 근전도(sEMG)와 같은 일부 모달을 사용하여 음성 관련 정보를 인식하는 것이다.[118] 음성 인식 모델은 sEMG 신호를 통해 음성 관련 특징을 추출하기 위한 알고리즘을 사용했다.[118] sEMG 신호 패턴은 문법 모델을 사용하여 단어 시퀀스를 인식했다.[118] 이전에 훈련되지 않은 단어의 어휘를 인식할 때도 음소 기반 모델이 사용되었다.[118] 이러한 알고리즘에는 다점 센서가 사용되었는데, 이 센서는 인간의 얼굴과 목에 있는 작은 관절 근육에서 sEMG 신호의 측정값을 기록하기 위해 유연한 방식으로 배열될 수 있었다.[118]
  • 접이식 경량 휠체어: 휴대성을 위해 설계된 휠체어로 접어서 자동차 트렁크에 넣을 수 있다. NASA가 항공기 및 우주선을 위해 개발한 합성 소재를 사용한다.
  • 수술적 이식형 심장 페이스메이커(pacemaker): 이 장치는 위성에 사용하기 위해 NASA가 개발한 기술에 의존한다. 배터리를 교체해야 할 때까지 남은 시간과 같은 페이스메이커의 활동에 대한 정보를 전달한다.[119]
  • 이식형 심장 제세동기(defibrillator): 이 도구는 심장 활동을 지속적으로 모니터링하고 심장 박동의 규칙성을 회복하기 위해 전기 충격을 가할 수 있다.
  • EMS 통신: 지상에서 우주 비행사의 건강을 모니터링하기 위해 NASA가 개발한 지구와 우주 간 원격 측정 통신 기술이다. 구급차는 환자 수송 중 환자로부터 병원으로 심전도(EKG) 판독 값과 같은 정보를 전송하기 위해 동일한 기술을 사용한다. 이를 통해 더 빠르고 더 나은 치료가 가능하다.
  • 무중력(Weightlessness) 치료: 우주의 무중력 상태는 지상에서 이동성이 제한된 일부 사람들, 심지어 휠체어에 의존하는 사람들에게도 편안하게 이동할 수 있는 자유를 줄 수 있다. 물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking)은 2007년 NASA의 구토 혜성(Vomit Comet) 항공기에서 무중력 상태를 이용했다.[120] 이 아이디어는 또한 "차등 공기압을 사용하여...중력을 모방하는" NASA 기술의 무중력 트레드밀(Anti-Gravity Treadmill) 개발로 이어졌다.[121]

8. 잠수 의학

잠수 의학은 잠수부 등 잠수 작업에 종사하는 사람들의 건강 관리 등을 다루는 분야이다.[142][143][144] 해상자위대의 잠수의관도 역임한 김정선(金井宣茂)에 따르면 우주의학과 잠수의학에는 유사한 점이 많다고 한다.[145] 우주와 잠수 환경의 관계에 대해 같은 생각을 가진 전문가는 적지 않으며, 심해와 우주의 접점에 관한 연구도 실제로 이루어지고 있다.[146]

9. 관련 작품

머레이 라인스터의 「메드쉽 시리즈」는 하야카와 문고SF에서 「조부들의 전쟁」, 「행성 봉쇄 명령!」, 「금단의 세계」 3권이 1984년-1986년에 간행되었다.

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