NASA on sitoutunut lähettämään ihmisiä Marsiin 2030-luvulla. Tämä on kunnianhimoinen tavoite, kun ajatellaan, että tyypillinen edestakainen matka kestää kolmesta kuuteen kuukautta ja miehistön odotetaan viipyvän punaisella planeetalla jopa kaksi vuotta, ennen kuin planeetan kohdistus mahdollistaa paluumatkan kotiin. Se tarkoittaa, että astronauttien on elettävä alennetussa (mikro)painovoimassa noin kolme vuotta, mikä ylittää reilusti venäläisen kosmonautin Valeri Poljakovin nykyisen ennätyksen, joka on 438 päivää yhtäjaksoisesti avaruudessa.
Avaruusmatkailun alkuaikoina tiedemiehet työskentelivät ahkerasti keksiäkseen, miten voittaa painovoima, jotta raketti voisi katapulttina irrottautua Maan vetovoimasta ja laskeuttaa ihmisiä Kuuhun. Nykyään painovoima on edelleen tieteen asialistan kärjessä, mutta tällä kertaa olemme enemmän kiinnostuneita siitä, miten alentunut painovoima vaikuttaa astronauttien terveyteen – erityisesti heidän aivoihinsa. Loppujen lopuksi olemme kehittyneet elämään Maan painovoimassa (1 g), emme avaruuden painottomuudessa (0 g) tai Marsin mikropainovoimassa (0,3 g).
Miten ihmisen aivot tarkalleen ottaen selviytyvät mikropainovoimasta? Huonosti, pähkinänkuoressa – vaikkakin tietoa tästä on vähän. Tämä on yllättävää, sillä tiedämme astronauttien kasvojen muuttuvan punaisiksi ja pöhöttyneiksi painottomuuden aikana – ilmiö tunnetaan hellästi nimellä ”Charlie Brown -ilmiö” tai ”turvonnut pää-lintujalat-syndrooma”. Tämä johtuu siitä, että pääasiassa verestä (soluista ja plasmasta) ja aivo-selkäydinnesteestä koostuva neste siirtyy kohti päätä, jolloin heidän kasvonsa ovat pyöreät ja turvoksissa ja jalat ohuemmat.
Näihin nesteen siirtymiin liittyy myös avaruusmatkapahoinvointia, päänsärkyä ja pahoinvointia. Viime aikoina ne on yhdistetty myös näön hämärtymiseen, joka johtuu paineen muodostumisesta, kun verenkierto lisääntyy ja aivot kelluvat ylöspäin kallon sisällä – tilasta käytetään nimitystä näköhäiriö ja kallonsisäinen paine -oireyhtymä. Vaikka NASA pitää tätä oireyhtymää suurimpana terveysriskinä kaikissa Marsiin suuntautuvissa tehtävissä, sen aiheuttajan selvittäminen ja – mikä on vielä vaikeampi kysymys – sen ehkäiseminen on edelleen arvoitus.
Miten minun tutkimukseni sopii tähän? No, luulen, että tietyt aivojen osat saavat lopulta aivan liikaa verta, koska typpioksidia – näkymätön molekyyli, joka yleensä leijuu verenkierrossa – kertyy verenkiertoon. Tämä saa aivoja verenkiertävät valtimot rentoutumaan, jolloin ne avautuvat liikaa. Verenkierron jatkuvan lisääntymisen seurauksena veri-aivoeste – aivojen ”iskunvaimennin” – voi hukkua. Näin vesi kerääntyy hitaasti (turvotukseksi kutsuttu tila), mikä aiheuttaa aivojen turvotusta ja paineen nousua, joka voi pahentua myös aivojen tyhjennyskapasiteetin rajoittumisen vuoksi.
Ajattele sitä kuin jokea, joka ylittää rantansa. Lopputuloksena on, että aivojen osiin ei pääse tarpeeksi nopeasti tarpeeksi happea. Tämä on suuri ongelma, joka voisi selittää näön hämärtymisen sekä vaikutukset muihin taitoihin, kuten astronauttien kognitiiviseen ketteryyteen (miten he ajattelevat, keskittyvät, päättelevät ja liikkuvat).
Matka ”oksennuskomeetan” kyydissä
Voidaksemme selvittää, oliko ajatukseni oikea, meidän oli testattava sitä. Mutta sen sijaan, että olisimme pyytäneet NASA:lta matkaa kuuhun, pakenimme Maan painovoiman kahleita simuloimalla painottomuutta erityisellä lentokoneella, jonka lempinimi oli ”oksennuskomeetta”.
Kiipeämällä ja sitten syöksymällä ilmassa tämä lentokone suorittaa jopa 30 tällaista ”paraabelia” yhden lennon aikana simuloidakseen painottomuuden tunnetta. Ne kestävät vain 30 sekuntia, ja täytyy myöntää, että se on hyvin koukuttavaa ja naama tosiaan pullistuu!
Kun kaikki laitteet oli kiinnitetty turvallisesti, otimme mittauksia kahdeksalta vapaaehtoiselta, jotka tekivät yhden lennon joka päivä neljän päivän ajan. Mittasimme verenkiertoa eri valtimoissa, jotka syöttävät aivoja, käyttämällä kannettavaa doppler-ultraääntä, joka toimii heijastamalla korkeataajuisia ääniaaltoja kiertävistä punasoluista. Mittasimme myös typpioksidipitoisuuksia kyynärvarren laskimosta otetuista verinäytteistä sekä muita näkymättömiä molekyylejä, joihin kuului vapaita radikaaleja ja aivospesifisiä proteiineja (jotka heijastavat aivojen rakenteellisia vaurioita), jotka voisivat kertoa, onko veri-aivoeste joutunut auki.
Ensimmäiset havaintomme vahvistivat sen, mitä ennakoimme. Typpioksidipitoisuudet nousivat toistuvien painottomuusjaksojen jälkeen, ja tämä tapahtui samaan aikaan lisääntyneen verenkierron kanssa, erityisesti aivojen takaosaa syöttävien valtimoiden kautta. Tämä pakotti veri-aivoesteen avautumaan, vaikka aivojen rakenteellisista vaurioista ei ollut merkkejä.
Suunnitelmissamme on nyt seurata näitä tutkimuksia yksityiskohtaisemmilla arvioilla veren ja nesteen siirtymistä aivoissa käyttämällä kuvantamistekniikoita, kuten magneettiresonanssia, havaintojemme vahvistamiseksi. Aiomme myös tutkia vastatoimenpiteiden, kuten kumisten imuhousujen – jotka luovat alipaineen kehon alaosaan ajatuksella, että ne voivat auttaa ”imemään” verta pois astronautin aivoista – sekä typpioksidin lisääntymistä torjuvien lääkkeiden vaikutuksia. Mutta nämä havainnot eivät ainoastaan paranna avaruusmatkailua – ne voivat myös antaa arvokasta tietoa siitä, miksi liikunnan ”painovoima” on hyvää lääkettä aivoille ja miten se voi suojata dementialta ja aivohalvaukselta myöhemmällä iällä.