Astronauti u svemiru: Što se događa s vašim mozgom na nultoj gravitaciji?

NASA se obvezala poslati ljude na Mars do 2030-ih. To je ambiciozan cilj kada mislite da će tipično kružno putovanje biti između tri i šest mjeseci, a od posade će se očekivati ​​da ostanu na crvenom planetu do dvije godine prije nego što planetarno poravnanje omogući povratak kući. To znači da astronauti moraju živjeti u smanjenoj (mikro) gravitaciji otprilike tri godine - daleko iznad sadašnjeg zapisa od 438 kontinuiranih dana u svemiru koje drži ruski kosmonaut Valerij Polyakov.

U ranim danima svemirskih putovanja, znanstvenici su naporno radili kako bi otkrili kako prevladati silu gravitacije kako bi se raketa mogla katapultirati bez povlačenja Zemlje kako bi se ljudi spustili na Mjesec. Danas gravitacija ostaje na vrhu dnevnog reda znanosti, ali ovaj put nas više zanima kako smanjena gravitacija utječe na zdravlje astronauta - osobito na njihov mozak. Naposljetku, evoluirali smo da postoji unutar gravitacije Zemlje (1 g), a ne u bestežinskosti prostora (0 g) ili mikrogravitaciji Marsa (0,3 g).

Na koji način se ljudski mozak nosi s mikrogravitacijom? Loše, ukratko - iako su informacije o tome ograničene. To je iznenađujuće, budući da smo upoznati s likovima astronauta koji postaju crveni i napuhani tijekom bestežinskog stanja - fenomenom poznatim kao "efekt Charlieja Browna", ili "sindrom nogu nogu ptičjih nogu". (stanice i plazma) i cerebrospinalna tekućina pomiče se prema glavi, uzrokujući da imaju okrugla, podbuhla lica i tanje noge.

Ti pomaci tekućina također su povezani s bolestima kretanja u prostoru, glavoboljama i mučninom. Oni su također, u novije vrijeme, povezani s zamagljenim vidom zbog povećanja pritiska kako se protok krvi povećava, a mozak pluta prema gore unutar lubanje - stanje koje se naziva oštećenje vida i sindrom intrakranijalnog tlaka. Iako NASA smatra da je taj sindrom najveći zdravstveni rizik za bilo koju misiju na Mars, još uvijek ostaje misterija otkrivanje uzroka i - još teže pitanje - kako to spriječiti.

Pa gdje se moje istraživanje uklapa u ovo? Pa, mislim da određeni dijelovi mozga na kraju primaju previše krvi jer se dušikov oksid - nevidljiva molekula koja se obično kreće u krvotoku - nakuplja u krvotoku. Zbog toga se arterije koje opskrbljuju mozak opuštaju, tako da se previše otvaraju. Kao rezultat ovog nemilosrdnog porasta protoka krvi, krvno-moždana barijera - "amortizer" mozga - može postati preopterećena. To omogućuje da se voda polako nakuplja (stanje koje se naziva edem), uzrokujući oticanje mozga i povećanje tlaka koje se također može pogoršati zbog ograničenja u kapacitetu odvodnje.

Misli o tome kao o rijeci koja prelijeva svoje obale. Krajnji rezultat je da nema dovoljno kisika u dijelovima mozga dovoljno brzo. To je veliki problem koji bi mogao objasniti zašto dolazi do zamućenja vida, kao i učinke na druge vještine, uključujući kognitivnu agilnost astronauta (kako oni misle, koncentriraju se, razmišljaju i kreću se).

Putovanje u “kometu za povraćanje”

Da bismo utvrdili je li moja ideja bila ispravna, morali smo je testirati. Ali umjesto da zatraži od NASA-e putovanje na Mjesec, pobjegli smo od veza Zemljine gravitacije simulirajući bestežinsko stanje u posebnom zrakoplovu nazvanom "kometa za povraćanje".

Penjanjem i potapanjem kroz zrak, ovaj avion obavlja do 30 takvih "parabola" u jednom letu kako bi simulirao osjećaj bestežinskog stanja. Traju samo 30 sekundi, i moram priznati, vrlo je zarazna, a vi stvarno dobivate natečeno lice!

Kada je sva oprema sigurno pričvršćena, napravili smo mjerenja od osam dobrovoljaca koji su jedan dan letjeli svaki dan tijekom četiri dana. Izmjerili smo protok krvi u različitim arterijama koje opskrbljuju mozak prijenosnim ultrazvukom dopplera, koji djeluje tako da odbija visokofrekventne zvučne valove od cirkulirajućih crvenih krvnih stanica. Također smo mjerili razine dušikovog oksida u uzorcima krvi iz vene podlaktice, kao i druge nevidljive molekule koje su uključivale slobodne radikale i proteine ​​specifične za mozak (koji odražavaju strukturna oštećenja mozga) koji bi nam mogli reći ima li krvno-moždana barijera bili prisiljeni otvoriti.

Naši početni nalazi potvrdili su ono što smo očekivali. Razine dušikovog oksida povećale su se nakon ponovljenih napadaja bestežinskog stanja, a to se poklopilo s povećanim protokom krvi, osobito kroz arterije koje opskrbljuju stražnji dio mozga. To je natjeralo krvno-moždanu barijeru otvorenu, iako nije bilo dokaza o strukturalnom oštećenju mozga.

Sada planiramo slijediti ove studije s detaljnijim procjenama pomaka krvi i tekućine u mozgu pomoću tehnika snimanja kao što je magnetska rezonanca kako bismo potvrdili naše nalaze. Istražit ćemo i učinke koje protumjere kao što su gumene hlače - koje stvaraju negativan pritisak u donjoj polovici tijela, s idejom da mogu "usisati" krv iz mozga astronauta - kao i lijekovi kako bi se spriječilo povećanje dušičnog oksida. Ali ti rezultati ne samo da će poboljšati putovanje svemirom - oni također mogu pružiti vrijedne informacije o tome zašto je "gravitacija" vježbanja dobar lijek za mozak i kako se može zaštititi od demencije i moždanog udara u kasnijem životu.

Ovaj članak je izvorno objavljen na The Conversation by Damian Bailey. Pročitajte izvorni članak ovdje.