Els éssers humans són fisiològicament ben adaptats a la vida a la Terra. Per tant, el vol espacial té molts efectes negatius en el cos. Els efectes adversos més significatius de la ingravidesa a llarg termini són atròfia muscular i el deteriorament de l'esquelet (osteopènia espacial). Altres efectes significatius inclouen un alentiment de les funcions del sistema cardiovascular, disminució de la producció de glòbuls vermells, trastorns de l'equilibri, i un debilitament del sistema immunitari. Símptomes menors inclouen la redistribució de líquids corporals (fent l'aspecte típic de "cara de lluna plena" en les imatges dels astronautes que experimenten la ingravidesa), pèrdua de massa corporal, la congestió nasal, alteracions de la son, i l'excés de flatulències. La majoria d'aquests efectes es comencen a revertir ràpidament al seu retorn a la Terra.

Els problemes d'enginyeria associats amb l'abandonament de la Terra i el desenvolupament de sistemes de propulsió espacial s'han examinat en més d'un segle, i milions d'hores d'investigació dedicades. En anys recents hi ha hagut un augment en la investigació sobre la qüestió de com els éssers humans poden sobreviure i funcionar en l'espai durant llargs períodes i possiblement indefinits de temps. Aquesta pregunta requereix l'aportació de les ciències físiques i biològiques i s'ha convertit en el major desafiament (que no sigui el finançament) davant l'exploració espacial humana. Un pas fonamental en la superació d'aquest repte és tractar d'entendre els efectes i l'impacte dels viatges espacials de llarga durada en el cos humà.

L'estudi dels efectes de l'espai en la fisiologia humana

La medicina espacial és una pràctica medicinal en desenvolupament que estudia la salut dels astronautes que viuen en l'espai exterior. L'objectiu principal d'aquesta activitat acadèmica és descobrir com i durant quant de temps les persones poden sobreviure a les condicions extremes en l'espai, i la rapidesa amb què pot tornar-se a adaptar a l'ambient de la Terra després de tornar des de l'espai. La medicina espacial també busca desenvolupar mesures preventives i pal·liatives per alleujar el patiment causat per viure en un entorn en què els éssers humans no estan ben adaptats.

Llista dels efectes de l'espai en la fisiologia humana Moltes de les condicions de l'entorn experimentades pels éssers humans durant el vol espacial són molt diferents d'aquelles en què els éssers humans van evolucionar, però, la tecnologia és capaç de protegir els individus de les condicions més severes, com ara l'oferta per una nau o un vestit espacial. Les necessitats immediates per l'aire respirable i l'aigua potable són tractades per un sistema de suport de vida, un grup de dispositius que permeten als éssers humans per sobreviure a l'espai exterior. Els elements bàsics en el sistema de suport de vida són l'aire, l'aigua i el menjar. També ha de mantenir la temperatura i la pressió dins de límits acceptables i tractar amb els productes del rebuig del cos. El blindatge contra les influències nocives externes com la radiació i els micrometeorits també són necessàries.

Per descomptat, no és possible eliminar tots els riscos, el factor més important que afecta el benestar físic humà a l'espai és la ingravidesa, més exactament es defineix com a microgravetat. Viure en aquest tipus d'ambient afecta el cos de tres maneres importants: la pèrdua de propriocepció, canvis en la distribució de fluid, i el deteriorament de l'aparell locomotor.

L'exposició directa a les condicions extremes de l'espai

L'entorn espacial és letal sense protecció apropiada: la major amenaça al buit de l'espai es deriva de la manca d'oxigen i la pressió, tot i que la temperatura i la radiació també plantegen riscos.

El buit de l'espai miniatura|Aquest quadre, Experiment amb un ocell en una bomba d'aire descriu un experiment realitzat per Robert Boyle el 1660 per provar l'efecte d'un buit en un sistema viu.

La fisiologia dels éssers humans estan adaptats per estar dins de l'atmosfera de la Terra, i una certa quantitat d'oxigen és necessària per a l'aire que respirem. La concentració mínima, o Pressió parcial, d'oxigen que es pot tolerar és 16 kPa (0.16 bar). Per sota d'aquest, l'astronauta està en risc de perdre el coneixement i morir d'hipòxia. En el buit de l'espai, l'intercanvi de gasos en els pulmons continua de forma normal però resulta en l'eliminació de tots els gasos, incloent l'oxigen, de la circulació sanguínia. Després de 9 a 12 segons, la sang desoxigenada arriba al cervell, i es provoca una pèrdua de consciència. La mort a poc a poc se seguiria després de dos minuts d'exposició, encara que els límits absoluts són incerts.

Els éssers humans i altres animals exposats al buit perden la consciència després d'uns segons i moren d'hipòxia en qüestió de minuts, però els símptomes no són tan gràfics com les imatges en què els mitjans de comunicació al públic suggereixen. La sang i altres fluids corporals bullen quan la pressió cau per sota de 6,3 kPa (47 Torr), la pressió de vapor d'aigua a la temperatura corporal. Aquesta condició s'anomena ebullició El vapor pot inflar el cos al doble de la seva mida normal i la circulació s'alenteix, però els teixits són elàstics i prou purosos per evitar la ruptura. Aquest efecte és frenat per la contenció de la pressió dels vasos sanguinis, de manera que una mica de sang roman en estat líquid. La inflor i l'ebullició aèria es pot reduir amb la contenció en una vestit de vol. Els astronautes del Transbordador Espacial portaven un vestit ajustat elàstic anomenat Crew Altitude Protection Suit (CAPS) que va impedir aquests efectes a pressions tan baixes de fins a 2 kPa (15 Torr). Els vestits espacials són necessaris per evitar l'ebullició per sobre dels 19 km. La majoria dels vestits espacials utilitzen 20 kPa (150 Torr) d'oxigen pur, suficient per mantenir la plena consciència. Aquesta pressió és prou alta per evitar l'efecte, però fàcilment es pot evaporar la sang, o dels gasos dissolts a la sang, encara pot causar síndrome de descompressió i embòlies gaseoses si no es controlen.

Una exposició a curt termini a un buit de fins a 30 segons és poc probable que causi dany físic permanent. Els experiments amb animals mostren que la recuperació ràpida i completa és normal per les exposicions de menys de 90 segons, mentre que més temps la majoria de les exposicions són fatals i la reanimació mai ha tingut èxit. Hi ha només una quantitat limitada de dades disponibles d'accidents humans, però és consistent amb les dades en animals. Les extremitats poden estar exposades durant molt més temps si la respiració no es veu afectada. La descompressió ràpida pot ser molt més perillosa que l'exposició al buit. Fins i tot si la víctima no contén la respiració, la ventilació a través de la tràquea pot ser massa lenta per evitar la ruptura fatal dels delicats alvèols dels pulmons. Els timpans i els pits poden ser trencats per una ràpida descompressió, els teixits tous s'inflamen i la sang s'hi filtra, i la tensió de xoc accelera el consum d'oxigen, el que condueix a la hipòxia. Les lesions causades per descompressió ràpida s'anomenen barotraumes, i són ben coneguts pels accidents de submarinisme. Una caiguda de pressió tan petita com 100 Torr (13 kPa), que no produeix símptomes si és gradual, pot ser fatal si es produeix sobtadament.

La major part de la informació coneguda sobre la manera de com reacciona el cos humà es deuen a la descompressió accidental, sobretot en projectes experimentals de vols espacials. Un d'aquests casos es tracta d'un informe tècnic de la NASA: Rapid (Explosive) Decompression Emergencies in Pressure-Suited Subjects:

"Al Manned Spacecraft Center de la NASA (ara amb nom de Johnson Space Center) vam tenir un subjecte de prova en contacte accidentalment amb un buit prop (menys d'1 psi) [7 kPa] en un incident amb una fuita del vestit espacial en una cambra de buit a finals de 1965. Es va mantenir conscient durant aproximadament 14 segons, que és aproximadament el temps que triga l'O₂ privats sang per anar des dels pulmons fins al cervell. El vestit probablement no va arribar a un alt buit, i vam començar a pressuritzar la cambra d'un termini de 15 segons. El subjecte va recobrar el coneixement al voltant de 15.000 peus [4600 m] d'altitud equivalent. El subjecte va informar més tard que podia sentir l'aire escapant-se, i va perdre la seva memòria conscient quan l'aigua en la seva llengua va començar a bullir."

S'ha produït un incident registrat de mort per descompressió en els vols espacials, l'accident de descompressió del Soiuz 11 el 1971, el que va resultar la mort dels tres cosmonautes a bord.

Les variacions extremes de temperatura En el buit, no hi ha cap mitjà per eliminar la calor del cos per conducció o convecció. La pèrdua de calor és per la radiació a 310 K, de la temperatura d'una persona a 3 K en l'espai exterior. Aquest és un procés lent, especialment en una persona vestida, de manera que no hi ha perill de congelació immediatament. El refredament evaporatiu ràpid d'humitat de la pell en el buit pot crear gebre, particularment a la boca, però això no és un perill significatiu.

L'exposició a la intensa radiació de la llum solar directa i sense filtrar, conduiria a un escalfament local, però, que és probable que es distribueix per la conductivitat del cos i la circulació de la sang. Una altra radiació solar, en particular la dels raigos ultraviolats, pot causar cremades greus en pocs segons.

L'augment dels nivells de radiació

Sense la protecció dels astronautes de l'atmosfera i magnetosfera terrestre estarien exposats a alts nivells de radiació. Un any en òrbita terrestre baixa resulta en una dosi de radiació de 10 vegades la de la dosi anual a la terra. Els alts nivells de danys per radiació als limfòcits, cèl·lules fortament involucrades en el manteniment del sistema immunitari; aquest dany contribueix a la baixa immunitat experimentada pels astronautes. La radiació ha estat també recentment vinculada a una major incidència de cataractes en astronautes. Fora de la protecció de l'òrbita terrestre baixa, els raigs còsmics galàctics presenten desafiaments addicionals per als vols espacials tripulats, com l'amenaça per a la salut dels raigs còsmics augmenten considerablement les possibilitats de càncer de més d'una dècada o més d'exposició. Els esdeveniments d'erupcions solars (tot i que poc freqüents) poden donar una dosi de radiació mortal en qüestió de minuts. Es pensa que el blindatge i fàrmacs protectors en última instància poden reduir els riscos a un nivell acceptable.

miniatura|esquerra|Un vídeo realitzat per la tripulació de l'Estació Espacial Internacional que mostra l'Aurora Australis, que és causada per partícules d'alta energia en l'entorn espacial.

La tripulació que viu a l'Estació Espacial Internacional (ISS) estan parcialment protegits del medi ambient espacial gràcies als camps magnètics de la Terra, ja que la magnetosfera desvia el vent solar al voltant de la Terra i l'EEI. No obstant això, les flamarades solars són prou potents com per deformar i penetrar les defenses magnètiques, de manera que segueixen sent un perill per a la tripulació. La tripulació de l'Expedition 10 es van refugiar com a mesura de precaució en l'any 2005 en una zona més fortament blindada de l'estació dissenyada per a aquest propòsit. No obstant això, més enllà de la protecció limitada de la magnetosfera terrestre, les missions interplanetàries tripulades són molt més vulnerables. En Lawrence Townsend de la Universitat de Tennessee i altres van estudiar la fulguració solar més potent mai registrada. Les dosis de radiació que podrien rebre els astronautes d'un brot d'aquesta magnitud podria causar malalties de radiació agudes i possiblement la mort.