NASA har forpligtet sig til at sende mennesker til Mars i 2030’erne. Det er et ambitiøst mål, når man tænker på, at en typisk rundrejse vil tage mellem tre og seks måneder, og at besætningerne forventes at opholde sig på den røde planet i op til to år, før planetarisk tilpasning gør det muligt at rejse hjem igen. Det betyder, at astronauterne skal leve i reduceret (mikro)tyngdekraft i ca. tre år – langt over den nuværende rekord på 438 sammenhængende dage i rummet, der indehaves af den russiske kosmonaut Valery Polyakov.
I de tidlige dage af rumfarten arbejdede forskerne hårdt på at finde ud af, hvordan man kunne overvinde tyngdekraften, så en raket kunne katapultere sig fri af Jordens tiltrækningskraft for at lande mennesker på Månen. I dag står tyngdekraften stadig øverst på den videnskabelige dagsorden, men denne gang er vi mere interesserede i, hvordan reduceret tyngdekraft påvirker astronauternes helbred – især deres hjerner. Vi har trods alt udviklet os til at eksistere inden for Jordens tyngdekraft (1 g), ikke i vægtløshed i rummet (0 g) eller mikrogravitation på Mars (0,3 g).
Så hvordan klarer den menneskelige hjerne mikrogravitation helt præcist? Dårligt, i en nøddeskal – selv om oplysningerne om dette er begrænsede. Det er overraskende, da vi er bekendt med astronauters ansigter, der bliver røde og oppustede under vægtløshed – et fænomen, der kærligt kaldes “Charlie Brown-effekten” eller “puffy head bird legs syndrome”. Dette skyldes, at væske, der hovedsagelig består af blod (celler og plasma) og cerebrospinalvæske, flytter sig mod hovedet, hvilket får dem til at få runde, oppustede ansigter og tyndere ben.
Disse væskeforskydninger er også forbundet med bevægelsessyge, hovedpine og kvalme i rummet. De er også for nylig blevet forbundet med sløret syn på grund af en opbygning af tryk, når blodgennemstrømningen øges, og hjernen flyder opad inde i kraniet – en tilstand, der kaldes synsforstyrrelser og intrakranielt tryksyndrom. Selv om NASA anser dette syndrom for at være den største sundhedsrisiko for enhver mission til Mars, er det stadig et mysterium at finde ud af, hvad der forårsager det, og – et endnu vanskeligere spørgsmål – hvordan man kan forebygge det.
Så hvor passer min forskning ind i dette? Jo, jeg tror, at visse dele af hjernen ender med at få alt for meget blod, fordi nitrogenoxid – et usynligt molekyle, som normalt flyder rundt i blodstrømmen – ophobes i blodstrømmen. Det får de arterier, der forsyner hjernen med blod, til at slappe af, så de åbner sig for meget. Som følge af denne uophørlige stigning i blodgennemstrømningen kan blod-hjerne-barrieren – hjernens “støddæmper” – blive overvældet. Dette gør det muligt for vand at ophobe sig langsomt (en tilstand kaldet ødem), hvilket forårsager en hævelse af hjernen og en stigning i trykket, som også kan forværres på grund af begrænsninger i dens drænkapacitet.
Tænk på det som en flod, der løber over sine bredder. Slutresultatet er, at der ikke kommer nok ilt til dele af hjernen hurtigt nok. Det er et stort problem, som kan forklare, hvorfor der opstår sløret syn, og det kan også have konsekvenser for andre færdigheder, herunder astronauternes kognitive smidighed (hvordan de tænker, koncentrerer sig, ræsonnerer og bevæger sig).
En tur i “bræk-kometen”
For at finde ud af, om min idé var rigtig, var vi nødt til at teste den. Men i stedet for at bede NASA om en tur til månen undslap vi fra jordens tyngdekraft ved at simulere vægtløshed i en særlig flyvemaskine med tilnavnet “bræk-kometen”.
Det er et fly, der ved at stige op og derefter dykke ned gennem luften udfører op til 30 af disse “parabler” i en enkelt flyvning for at simulere følelsen af vægtløshed. De varer kun 30 sekunder, og jeg må indrømme, at det er meget vanedannende, og man får virkelig et oppustet ansigt!
Med alt udstyret forsvarligt fastgjort tog vi målinger fra otte frivillige, der tog en enkelt flyvning hver dag i fire dage. Vi målte blodgennemstrømningen i forskellige arterier, der forsyner hjernen, ved hjælp af en bærbar dopplerultralyd, som fungerer ved at lade højfrekvente lydbølger prelle af på cirkulerende røde blodlegemer. Vi målte også nitrogenoxidniveauet i blodprøver taget fra underarmsvenen samt andre usynlige molekyler, herunder frie radikaler og hjernespecifikke proteiner (som afspejler strukturelle skader på hjernen), som kunne fortælle os, om blod-hjernebarrieren er blevet tvunget op.
Vores første resultater bekræftede det, som vi havde forventet. Nitrogenoxidniveauet steg efter gentagne anfald af vægtløshed, og dette faldt sammen med øget blodgennemstrømning, især gennem arterier, der forsyner bagsiden af hjernen. Dette tvang blod-hjerne-barrieren til at åbne sig, selv om der ikke var tegn på strukturelle skader på hjernen.
Vi planlægger nu at følge disse undersøgelser op med mere detaljerede vurderinger af blod- og væskeforskydninger i hjernen ved hjælp af billeddannelsesteknikker som f.eks. magnetisk resonans for at bekræfte vores resultater. Vi vil også undersøge virkningerne af modforanstaltninger som f.eks. gummisugebukser – der skaber et undertryk i den nederste halvdel af kroppen med den idé, at de kan hjælpe med at “suge” blod væk fra astronautens hjerne – samt lægemidler til at modvirke stigningen i nitrogenoxid. Men disse resultater vil ikke kun forbedre rumrejserne – de kan også give værdifulde oplysninger om, hvorfor motionens “tyngdekraft” er god medicin for hjernen, og hvordan den kan beskytte mod demens og slagtilfælde senere i livet.