Astronavti v vesolju: Kaj se zgodi z vašim možganom na ničelno težo?

NASA se je zavezala, da bo ljudi do leta 2030 poslala na Mars. To je ambiciozen cilj, če pomislite, da bo tipično povratno potovanje trajalo od tri do šest mesecev, od posadk pa se pričakuje, da ostanejo na rdečem planetu do dve leti, preden se lahko planeta vrne domov. To pomeni, da morajo astronavti živeti v zmanjšani (mikro) gravitaciji približno tri leta - kar presega sedanje rekorde 438 neprekinjenih dni v vesolju, ki jih vzdržuje ruski kozmonavt Valery Polyakov.

V zgodnjih časih vesoljskih potovanj so znanstveniki trdo delali, da bi ugotovili, kako premagati silo gravitacije, da bi se lahko raketa katapultirala brez Zemljinega vleka, da bi ljudi spravila na luno. Danes gravitacija ostaja na vrhu dnevnega reda znanosti, tokrat pa nas bolj zanima, kako zmanjšana gravitacija vpliva na zdravje astronavtov - zlasti na njihove možgane. Navsezadnje smo se razvili v obstoj znotraj gravitacije Zemlje (1 g), ne v breztežnosti prostora (0 g) ali mikrogravitaciji Marsa (0,3 g).

Torej, kako se človeški možgani spopadajo z mikrogravitacijo? Slabo, na kratko - čeprav so informacije o tem omejene. To je presenetljivo, saj smo seznanjeni z obrazi astronavtov, ki postajajo rdeči in napihnjeni med breztežnostjo - pojavom, ki je znan kot "učinek Charlieja Browna" ali "sindrom nenavadnih nog ptičjih nog". (celice in plazma) in cerebrospinalna tekočina se premika proti glavi, zaradi česar imajo okrogle, zabuhle obraze in tanjše noge.

Te spremembe tekočine so povezane tudi z gibanjem, glavoboli in slabostjo. Pred kratkim so bili povezani z zamegljenim vidom zaradi povečanja pritiska, ker se pretok krvi poveča in možgani plavajo navzgor v lobanji - stanje, ki se imenuje motnja vida in sindrom intrakranialnega pritiska. Čeprav NASA meni, da je ta sindrom najvišje tveganje za zdravje za katero koli misijo na Marsu, še vedno ostaja skrivnost, kaj je vzrok za to in - še težje vprašanje - kako jo preprečiti.

Kje se torej moje raziskave ukvarjajo s tem? Mislim, da nekateri deli možganov na koncu prejmejo preveč krvi, ker se dušikov oksid - nevidna molekula, ki običajno plava okoli v krvnem obtoku - kopiči v krvnem obtoku. Zaradi tega se arterije, ki oskrbujejo možgane s krvjo, sprostijo, tako da se preveč odprejo. Zaradi tega neusmiljenega pretoka krvi lahko krvno-možganska pregrada - možganski amortizer - postane preobremenjena. To omogoča, da se voda počasi kopiči (stanje, imenovano edem), kar povzroča oteklino v možganih in povečanje tlaka, ki se lahko poslabša tudi zaradi omejitev njegove drenažne zmogljivosti.

Pomislite na to kot na reko, ki preplavlja njene bregove. Končni rezultat je, da v dele možganov ni dovolj dovolj kisika. To je velik problem, ki lahko pojasni, zakaj pride do zamegljenega vida, pa tudi učinke na druge veščine, vključno s kognitivno agilnostjo astronavtov (kako razmišljajo, koncentrirajo, razumejo in premikajo).

Izlet v “Vomit Comet”

Da bi ugotovili, ali je bila moja ideja pravilna, smo jo morali preizkusiti. Ampak namesto, da bi NASA prosila za potovanje na luno, smo pobegnili iz vezi zemeljske gravitacije s simulacijo breztežnosti v posebnem letalu z vzdevkom "komet za bruhanje".

Z vzpenjanjem in potapljanjem po zraku to letalo opravi do 30 teh "parabol" v enem letu, da simulira občutek breztežnosti. Trajajo le 30 sekund, in moram priznati, da je zelo zasvojen, in res imaš napihnjen obraz!

Ker je bila vsa oprema varno pritrjena, smo meritve opravili pri osmih prostovoljcih, ki so vsakih štiri dni vzeli en sam let. Izmerili smo pretok krvi v različnih arterijah, ki oskrbujejo možgane z uporabo prenosnega ultrazvoka, ki deluje tako, da odbija visoke frekvence zvočnih valov, ki krožijo rdeče krvne celice. Prav tako smo izmerili ravni dušikovega oksida v vzorcih krvi, vzetih iz vene za podlaket, pa tudi druge nevidne molekule, ki so vključevale proste radikale in proteine, specifične za možgane (ki odražajo strukturne poškodbe možganov), ki bi nam lahko povedali, če ima krvno-možganska pregrada prisilno odprto.

Naše začetne ugotovitve so potrdile, kar smo pričakovali. Stopnje dušikovega oksida so se povečale po ponavljajočih se napadih breztežnosti, kar je sovpadlo s povečanim pretokom krvi, zlasti preko arterij, ki oskrbujejo hrbet možganov. To je povzročilo, da je krvno-možganska pregrada odprta, čeprav ni bilo dokazov strukturne poškodbe možganov.

Zdaj načrtujemo, da bomo nadaljevali s temi raziskavami z natančnejšimi ocenami krvnih in tekočinskih premikov v možganih s slikarskimi tehnikami, kot je magnetna resonanca, da potrdimo naše ugotovitve. Raziskali bomo tudi učinke protiukrepov, kot so gumijaste sesalne hlače, ki ustvarjajo negativen pritisk v spodnji polovici telesa z idejo, da lahko pomagajo "sesati" kri iz astronavtovih možganov - kot tudi droge. za preprečevanje povečanja dušikovega oksida. Vendar te ugotovitve ne bodo samo izboljšale potovanja v vesolje - lahko tudi zagotovijo dragocene informacije o tem, zakaj je "težnost" vadbe dobro zdravilo za možgane in kako se lahko zaščiti pred demenco in možgansko kapjo v kasnejšem življenju.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru Damiana Baileyja. Preberite izvirni članek tukaj.