NASA podjęła zobowiązanie do wysłania ludzi na Marsa do lat 2030. Jest to ambitny cel, gdy pomyślimy, że typowa podróż w obie strony potrwa od trzech do sześciu miesięcy, a załogi będą musiały pozostać na czerwonej planecie do dwóch lat, zanim wyrównanie planetarne pozwoli na podróż powrotną do domu. Oznacza to, że astronauci muszą żyć w warunkach zmniejszonej (mikro)grawitacji przez około trzy lata – znacznie przekraczając obecny rekord 438 nieprzerwanych dni w kosmosie należący do rosyjskiego kosmonauty Walerego Poliakowa.
W pierwszych dniach podróży kosmicznych naukowcy ciężko pracowali, aby dowiedzieć się, jak pokonać siłę grawitacji, aby rakieta mogła uwolnić się od przyciągania ziemskiego w celu wylądowania człowieka na Księżycu. Dziś grawitacja nadal jest głównym tematem badań naukowych, ale tym razem jesteśmy bardziej zainteresowani tym, jak zmniejszona grawitacja wpływa na zdrowie astronautów – zwłaszcza na ich mózgi. W końcu ewoluowaliśmy, by istnieć w ziemskiej grawitacji (1 g), a nie w nieważkości kosmosu (0 g) czy mikrograwitacji Marsa (0,3 g).
Więc jak dokładnie ludzki mózg radzi sobie z mikrograwitacją? Słabo, w skrócie – choć informacje na ten temat są ograniczone. Jest to zaskakujące, ponieważ znamy przypadki, gdy twarze astronautów stają się czerwone i wzdęte podczas nieważkości – zjawisko to znane jest pod czułą nazwą „efektu Charliego Browna” lub „syndromu nadętej głowy ptasich nóg”. Jest to spowodowane płynem składającym się głównie z krwi (komórki i osocze) i płynu mózgowo-rdzeniowego, który przesuwa się w kierunku głowy, powodując, że mają okrągłe, obrzmiałe twarze i cieńsze nogi.
Te przesunięcia płynów są również związane z kosmiczną chorobą lokomocyjną, bólami głowy i nudnościami. Ostatnio zostały one również powiązane z nieostrym widzeniem z powodu wzrostu ciśnienia, gdy przepływ krwi wzrasta, a mózg unosi się w górę wewnątrz czaszki – jest to stan zwany zespołem zaburzeń widzenia i ciśnienia wewnątrzczaszkowego. Mimo że NASA uważa ten zespół za największe ryzyko zdrowotne dla każdej misji na Marsa, ustalenie, co go powoduje i – co jest jeszcze trudniejszym pytaniem – jak mu zapobiec, wciąż pozostaje tajemnicą.
Więc gdzie moje badania pasują do tego? Cóż, myślę, że pewne części mózgu kończą się otrzymywaniem zbyt dużej ilości krwi, ponieważ tlenek azotu – niewidzialna cząsteczka, która zwykle unosi się w strumieniu krwi – gromadzi się w krwiobiegu. To sprawia, że tętnice zaopatrujące mózg w krew rozluźniają się, przez co otwierają się zbyt mocno. W wyniku tego nieustannego wzrostu przepływu krwi, bariera krew-mózg – „amortyzator” mózgu – może zostać przeciążona. Pozwala to na powolne gromadzenie się wody (stan zwany obrzękiem), powodując obrzęk mózgu i wzrost ciśnienia, który może również ulec pogorszeniu z powodu ograniczeń w zdolności do odprowadzania wody.
Pomyśl o tym jak o rzece przelewającej swoje brzegi. Końcowy wynik jest , że nie dość tlenu dostaje się do części mózgu wystarczająco szybko. To jest duży problem, który może wyjaśnić, dlaczego nieostre widzenie występuje, jak również wpływ na inne umiejętności, w tym astronautów „kognitywne agility (jak oni myślą, koncentrują się, rozumują i poruszają się).
Podróż w „komecie wymiotów”
Aby sprawdzić, czy mój pomysł był słuszny, musieliśmy go przetestować. Ale zamiast prosić NASA o wycieczkę na Księżyc, uciekliśmy z więzów ziemskiej grawitacji, symulując stan nieważkości w specjalnym samolocie o nazwie „kometa wymiotna”.
Poprzez wznoszenie się, a następnie zanurzanie w powietrzu, samolot ten wykonuje do 30 takich „paraboli” w jednym locie, aby symulować uczucie nieważkości. Trwają one tylko 30 sekund i muszę przyznać, że jest to bardzo wciągające i naprawdę można dostać obrzmiałej twarzy!
Po bezpiecznym zamocowaniu całego sprzętu dokonaliśmy pomiarów u ośmiu ochotników, którzy odbywali pojedynczy lot codziennie przez cztery dni. Mierzyliśmy przepływ krwi w różnych tętnicach zaopatrujących mózg za pomocą przenośnego ultrasonografu dopplerowskiego, który działa poprzez odbijanie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości od krążących czerwonych krwinek. Mierzyliśmy również poziomy tlenku azotu w próbkach krwi pobranych z żyły przedramienia, jak również inne niewidoczne cząsteczki, które obejmowały wolne rodniki i białka specyficzne dla mózgu (które odzwierciedlają strukturalne uszkodzenia mózgu), które mogłyby nam powiedzieć, czy bariera krew-mózg została sforsowana.
Nasze wstępne ustalenia potwierdziły to, co przewidywaliśmy. Poziom tlenku azotu wzrósł po powtarzających się sesjach nieważkości, a to zbiegło się ze zwiększonym przepływem krwi, szczególnie przez tętnice, które zaopatrują tylną część mózgu. Zmusiło to do otwarcia bariery krew-mózg, chociaż nie było dowodów na strukturalne uszkodzenie mózgu.
Jesteśmy teraz planuje na następujące te badania w górę z bardziej szczegółowych ocen krwi i płynów zmian w mózgu przy użyciu technik obrazowania, takich jak rezonans magnetyczny, aby potwierdzić nasze ustalenia. Zamierzamy również zbadać skutki, że środki zaradcze, takie jak gumowe spodnie ssące – które tworzą podciśnienie w dolnej połowie ciała z myślą, że mogą one pomóc „ssać” krew z dala od mózgu astronauty – jak również leki, aby przeciwdziałać wzrost tlenku azotu. Ale te odkrycia nie tylko poprawią podróże kosmiczne – mogą również dostarczyć cennych informacji na temat tego, dlaczego „grawitacja” ćwiczeń jest dobrym lekarstwem dla mózgu i jak może chronić przed demencją i udarem w późniejszym życiu.
.