A NASA kötelezettséget vállalt arra, hogy a 2030-as évekre embereket küld a Marsra. Ez ambiciózus cél, ha belegondolunk, hogy egy tipikus oda-vissza út bárhol három és hat hónap között lehet, és a legénységnek akár két évig is a vörös bolygón kell maradnia, mielőtt a bolygó igazodása lehetővé tenné a hazautazást. Ez azt jelenti, hogy az űrhajósoknak körülbelül három évig kell csökkentett (mikro)gravitációban élniük – ez jóval meghaladja a jelenlegi rekordot, amelyet Valerij Poljakov orosz űrhajós tart, aki 438 napot töltött folyamatosan az űrben.
Az űrutazás kezdeti napjaiban a tudósok keményen dolgoztak azon, hogy kitalálják, hogyan lehet legyőzni a gravitációs erőt, hogy egy rakéta ki tudjon katapultálni a Föld vonzásától, hogy embereket tudjon leszállítani a Holdra. Ma is a gravitáció áll a tudományos napirend élén, de ezúttal inkább az érdekel minket, hogy a csökkentett gravitáció hogyan hat az űrhajósok egészségére – különösen az agyukra. Végül is arra fejlődtünk ki, hogy a Föld gravitációjában (1 g) létezzünk, nem pedig az űr súlytalanságában (0 g) vagy a Mars mikrogravitációjában (0,3 g).
Szóval, pontosan hogyan birkózik meg az emberi agy a mikrogravitációval? Dióhéjban rosszul – bár az erről szóló információk korlátozottak. Ez meglepő, hiszen ismerjük, hogy az űrhajósok arca kipirosodik és felpuffad a súlytalanság alatt – ez a jelenséget szeretettel “Charlie Brown-effektusnak” vagy “puffadt fej-madárláb szindrómának” nevezik. Ez annak köszönhető, hogy a főként vérből (sejtekből és plazmából) és agy-gerincvelői folyadékból álló folyadék a fej felé tolódik, ami kerek, puffadt arcot és vékonyabb lábakat eredményez.
Ezek a folyadékeltolódások űrbéli utazási betegséggel, fejfájással és hányingerrel is járnak. Újabban a látás elmosódásával is összefüggésbe hozták, ami a véráramlás növekedésével és az agy felfelé lebegésével a koponyán belül kialakuló nyomásnak köszönhető – ez a látáskárosodás és koponyaűri nyomás szindróma nevű állapot. Bár a NASA ezt a szindrómát tartja a legnagyobb egészségügyi kockázatnak minden Mars-misszió esetében, annak kiderítése, hogy mi okozza, és – ami még nehezebb kérdés – hogyan lehet megelőzni, még mindig rejtély.
Hogyan illeszkedik ebbe a kutatásom? Nos, úgy gondolom, hogy az agy bizonyos részei végül azért kapnak túl sok vért, mert a nitrogén-oxid – egy láthatatlan molekula, amely általában a véráramban lebeg – felhalmozódik a véráramban. Ez ellazítja az agyat vérrel ellátó artériákat, így azok túlságosan megnyílnak. A véráramlás e könyörtelen megugrása következtében a vér-agy gát – az agy “lengéscsillapítója” – túlterhelődhet. Ez lehetővé teszi a víz lassú felhalmozódását (az úgynevezett ödémának nevezett állapot), ami agyduzzanatot és nyomásnövekedést okoz, ami a vízelvezető képesség korlátozottsága miatt is súlyosbodhat.
Gondoljunk erre úgy, mint egy folyóra, amely túlcsordul a partjain. A végeredmény az, hogy nem jut elég oxigén elég gyorsan az agy egyes részeihez. Ez nagy probléma, ami megmagyarázhatja a homályos látás kialakulását, valamint hatással lehet más képességekre is, beleértve az űrhajósok kognitív mozgékonyságát (ahogyan gondolkodnak, koncentrálnak, érvelnek és mozognak).
Egy utazás a “hányt üstökösben”
Hogy kiderüljön, hogy az ötletem helyes-e, ki kellett próbálnunk. De ahelyett, hogy a NASA-tól kértünk volna egy holdutazást, a földi gravitáció kötelékei alól úgy szabadultunk ki, hogy a súlytalanságot szimuláltuk egy speciális repülőgépen, a “hányó üstökös” becenevű repülőgépen.
Ez a repülőgép emelkedéssel, majd a levegőben való merüléssel akár 30 ilyen “parabolát” is végrehajt egyetlen repülés során, hogy szimulálja a súlytalanság érzését. Mindössze 30 másodpercig tartanak, és be kell vallanom, nagyon addiktív, és tényleg felpuffad az ember arca!
Az összes felszerelést biztonságosan rögzítve, méréseket végeztünk nyolc önkéntesnél, akik négy napon keresztül minden nap egyetlen repülést végeztek. A véráramlást az agyat ellátó különböző artériákban mértük egy hordozható doppler ultrahang segítségével, amely úgy működik, hogy a nagyfrekvenciás hanghullámok visszaverődnek a keringő vörösvértestekről. Az alkarvénából vett vérmintákban nitrogén-oxid szintjét is megmértük, valamint más láthatatlan molekulákat, köztük szabad gyököket és agyspecifikus fehérjéket (amelyek az agy szerkezeti károsodását tükrözik), amelyekből megtudhatjuk, hogy a vér-agy gát megnyílt-e a vér-agy gát.
A kezdeti eredményeink megerősítették azt, amire számítottunk. A nitrogén-oxid szintje megemelkedett a súlytalanság ismételt szakaszait követően, és ez egybeesett a megnövekedett véráramlással, különösen az agy hátsó részét ellátó artériákon keresztül. Ez megnyitotta a vér-agy gátat, bár nem volt nyoma strukturális agykárosodásnak.
Most azt tervezzük, hogy ezeket a vizsgálatokat az agyban zajló vér- és folyadékeltolódások részletesebb vizsgálatával követjük nyomon, olyan képalkotó eljárásokkal, mint a mágneses rezonancia, hogy megerősítsük az eredményeinket. Azt is meg fogjuk vizsgálni, hogy milyen hatása van az olyan ellenintézkedéseknek, mint a gumiszívó nadrág – amely negatív nyomást hoz létre a test alsó felében azzal az elképzeléssel, hogy segíthet “kiszívni” a vért az űrhajós agyából -, valamint a nitrogén-oxid növekedését ellensúlyozó gyógyszereknek. De ezek az eredmények nem csak az űrutazást fogják javítani – értékes információkkal szolgálhatnak arról is, hogy a testmozgás “gravitációja” miért jó orvosság az agy számára, és hogyan védhet a demencia és a stroke ellen a későbbi életben.