NASA se zavázala, že do roku 2030 vyšle lidi na Mars. To je ambiciózní cíl, když si uvědomíme, že typická cesta tam a zpět bude trvat tři až šest měsíců a posádky budou muset na rudé planetě zůstat až dva roky, než vyrovnání planety umožní návrat domů. Znamená to, že astronauti budou muset žít ve snížené (mikro)gravitaci přibližně tři roky – což je mnohem více než současný rekord 438 dní nepřetržitého pobytu ve vesmíru, který drží ruský kosmonaut Valerij Poljakov.
V počátcích cestování do vesmíru se vědci usilovně snažili přijít na to, jak překonat gravitační sílu, aby se raketa mohla katapultovat bez přitažlivosti Země a přistát s lidmi na Měsíci. Dnes je gravitace stále na vrcholu vědeckého zájmu, ale tentokrát nás více zajímá, jak snížená gravitace ovlivňuje zdraví astronautů – zejména jejich mozek. Koneckonců jsme se vyvinuli pro existenci v zemské gravitaci (1 g), nikoli ve stavu beztíže ve vesmíru (0 g) nebo v mikrogravitaci na Marsu (0,3 g).
Jak přesně se tedy lidský mozek vyrovnává s mikrogravitací? Stručně řečeno špatně – i když informace o tom jsou omezené. Je to překvapivé, protože známe případy, kdy astronauti ve stavu beztíže zčervenají a nafouknou obličej – jev s oblibou nazývaný „efekt Charlieho Browna“ nebo „syndrom nafouklé hlavy a ptačích nohou“. Je to způsobeno tím, že tekutina tvořená převážně krví (buňkami a plazmou) a mozkomíšním mokem se přesouvá směrem k hlavě, což způsobuje, že mají kulaté, nafouklé obličeje a tenčí nohy.
Tento posun tekutin je také spojen s vesmírnou nevolností, bolestmi hlavy a nevolností. V poslední době jsou také spojovány s rozmazaným viděním v důsledku nárůstu tlaku, protože se zvyšuje průtok krve a mozek se vznáší uvnitř lebky směrem nahoru – tento stav se nazývá porucha vidění a syndrom nitrolebního tlaku. Přestože NASA považuje tento syndrom za hlavní zdravotní riziko pro jakoukoli misi na Mars, zjistit, co ho způsobuje, a – což je ještě těžší otázka – jak mu předcházet, stále zůstává záhadou.
Jak do toho zapadá můj výzkum? Inu, myslím si, že určité části mozku nakonec dostávají příliš mnoho krve, protože se v krevním řečišti hromadí oxid dusnatý – neviditelná molekula, která se obvykle vznáší v krevním řečišti. To způsobí, že se tepny zásobující mozek krví uvolní, takže se příliš otevřou. V důsledku tohoto neustálého nárůstu průtoku krve může dojít k přetížení hematoencefalické bariéry – mozkového „tlumiče“. To umožňuje pomalé hromadění vody (stav nazývaný edém), což způsobuje otok mozku a zvýšení tlaku, který se může zhoršit také v důsledku omezení jeho odtokové kapacity.
Představte si to jako řeku, která se vylévá z břehů. Konečným výsledkem je, že se do částí mozku nedostává dostatečně rychle dostatek kyslíku. To je velký problém, který by mohl vysvětlit, proč dochází k rozmazanému vidění, stejně jako dopady na další schopnosti včetně kognitivní obratnosti astronautů (jak myslí, soustředí se, uvažují a pohybují se).
Výlet ve „zvracející kometě“
Abychom zjistili, zda je můj nápad správný, museli jsme ho otestovat. Ale místo abychom požádali NASA o výlet na Měsíc, unikli jsme poutům zemské gravitace tím, že jsme simulovali stav beztíže ve speciálním letadle přezdívaném „zvracející kometa“.
Stoupáním a následným klesáním vzduchem provádí toto letadlo až 30 takových „parabol“ během jediného letu, aby simulovalo pocit beztíže. Trvají jen 30 sekund a musím přiznat, že je to velmi návykové a člověk má opravdu opuchlý obličej!
Po bezpečném upevnění veškerého vybavení jsme provedli měření u osmi dobrovolníků, kteří každý den po dobu čtyř dnů absolvovali jeden let. Průtok krve v různých tepnách zásobujících mozek jsme měřili pomocí přenosného dopplerovského ultrazvuku, který funguje tak, že se vysokofrekvenční zvukové vlny odrážejí od cirkulujících červených krvinek. Měřili jsme také hladinu oxidu dusnatého ve vzorcích krve odebraných ze žíly na předloktí a další neviditelné molekuly, mezi něž patřily volné radikály a proteiny specifické pro mozek (které odrážejí strukturální poškození mozku), které by nám mohly napovědět, zda došlo k násilnému otevření hematoencefalické bariéry.
Naše první zjištění potvrdila to, co jsme předpokládali. Hladina oxidu dusnatého se zvýšila po opakovaném pobytu ve stavu beztíže, což se shodovalo se zvýšeným průtokem krve, zejména tepnami, které zásobují zadní část mozku. Tím došlo k otevření hematoencefalické bariéry, ačkoli se neprokázalo žádné strukturální poškození mozku.
Na tyto studie nyní plánujeme navázat podrobnějším hodnocením přesunů krve a tekutin v mozku pomocí zobrazovacích technik, jako je magnetická rezonance, abychom naše zjištění potvrdili. Hodláme také prozkoumat účinky, které mají protiopatření, jako jsou gumové sací kalhoty – které vytvářejí podtlak v dolní polovině těla s myšlenkou, že mohou pomoci „vysát“ krev z mozku astronauta – a také léky proti zvýšení oxidu dusnatého. Tyto poznatky však nezlepší jen cestování do vesmíru – mohou také poskytnout cenné informace o tom, proč je „gravitace“ cvičení dobrým lékem pro mozek a jak může chránit před demencí a mrtvicí v pozdějším věku.