Astronauti kosmosā: kas notiek ar jūsu smadzeņu nulles smaguma pakāpi?

NASA ir apņēmusies nosūtīt cilvēkus uz Marsu līdz 2030. gadiem. Tas ir ambiciozs mērķis, ja jūs domājat, ka tipisks turp un atpakaļ brauciens būs no trīs līdz sešiem mēnešiem, un ekipāžām būs jāsaglabā sarkanā planēta līdz diviem gadiem, pirms planētas saskaņošana ļauj atgriezties mājās. Tas nozīmē, ka astronauti ir jādzīvo pazeminātā (mikro) smagumā apmēram trīs gadus - krietni pārsniedz pašreizējo rekordu 438 nepārtrauktās dienās kosmosā, ko tur krievu kosmonauts Valērijs Polyakovs.

Kosmosa ceļojumu sākumā zinātnieki smagi strādāja, lai noskaidrotu, kā pārvarēt gravitācijas spēku, lai raķete varētu bezkrāsaina Zemes vilkšanu, lai izvestu cilvēkus uz Mēness. Šodien smaguma pakāpe joprojām ir zinātnes darba kārtības augšgalā, bet šoreiz mēs vairāk interesējamies par to, kā samazināta gravitācija ietekmē astronautu veselību, jo īpaši smadzenes. Galu galā mēs esam attīstījušies, lai pastāvētu Zemes gravitācijā (1 g), nevis kosmosa bezdarbībā (0 g) vai Marsa mikrogravitātē (0,3 g).

Tātad, kā tieši cilvēka smadzenes tiek galā ar mikrogravitāciju? Slikti, īsumā - lai gan informācija par to ir ierobežota. Tas ir pārsteidzoši, jo mēs esam iepazinušies ar astronautu sejām, kas kļūst par sarkanām un uzpūstu svara bezdarbības laikā - parādība, ko sirsnīgi sauc par “Čārlija brūnā efekta” vai “dūmu galvas putnu kāju sindromu”. Tas ir saistīts ar šķidrumu, kas galvenokārt sastāv no asinīm (šūnas un plazma) un cerebrospinālais šķidrums, kas novirzās uz galvu, radot tām apaļas, izplūdušas sejas un plānākas kājas.

Šīs šķidruma maiņas ir saistītas arī ar kosmosa slimībām, galvassāpēm un sliktu dūšu. Pēdējos gados tie ir bijuši saistīti ar neskaidru redzējumu, jo palielinās spiediens, jo asins plūsma palielinās un smadzenes paceļas augšup galvaskausa iekšpusē - stāvoklis, ko sauc par redzes traucējumiem un intrakraniālo spiediena sindromu. Lai gan NASA uzskata, ka šis sindroms ir vislielākais veselības apdraudējums jebkurai misijai uz Marsu, norādot, kas to izraisa, un - vēl stingrāks jautājums - kā to novērst, joprojām ir noslēpums.

Tātad, kur mans pētījums atbilst šim? Es domāju, ka dažas smadzeņu daļas galu galā saņem pārāk daudz asiņu, jo slāpekļa oksīds - neredzama molekula, kas parasti asinsritē plūst ap asinsriti. Tas padara smadzenēm piegulošās artērijas ar asinīm atpūsties, lai tās atvērtu pārāk daudz. Tā kā šis nežēlīgais asins plūsmas pieaugums, asins-smadzeņu barjera - smadzeņu „amortizators” - var kļūt pārmērīgs. Tas ļauj ūdenim lēnām veidoties (stāvoklis, ko sauc par tūsku), izraisot smadzeņu pietūkumu un spiediena pieaugumu, ko var arī pasliktināt, jo tā drenāžas jauda ir ierobežota.

Domājiet par to kā upi, kas pārplūst tās bankas. Gala rezultāts ir tāds, ka pietiekami daudz skābekļa nonāk smadzeņu daļās. Šī ir liela problēma, kas varētu izskaidrot, kāpēc rodas redzes miglošanās, kā arī ietekme uz citām prasmēm, tostarp astronautu kognitīvo veiklību (kā viņi domā, koncentrē, saprot un pārvieto).

Ceļojums “Vomē Cometā”

Lai noskaidrotu, vai mana ideja bija pareiza, mums vajadzēja to pārbaudīt. Bet tā vietā, lai lūgtu NASA par ceļojumu uz Mēness, mēs izbēguši no Zemes gravitācijas saitēm, imitējot bezsvara sajūtu speciālā lidmašīnā, kas saukta par „vemt komētu”.

Kāpjot un iemērcot gaisu, šī lidmašīna veic līdz 30 no šiem „paraboliem” vienā lidojumā, lai simulētu bezsvara sajūtu. Tās ilgst tikai 30 sekundes, un man ir jāatzīst, ka tas ir ļoti atkarīgs, un jūs tiešām saņemat pieticīgu seju!

Visu iekārtu droši piestiprinot, tika veikti mērījumi no astoņiem brīvprātīgajiem, kuri katru dienu četru dienu laikā veica vienu lidojumu. Mēs izmērījām asins plūsmu dažādās artērijās, kas piegādā smadzenes, izmantojot pārnēsājamo doplera ultraskaņu, kas darbojas, cīnoties ar augstfrekvences skaņas viļņiem no cirkulējošām sarkanajām asins šūnām. Mēs arī izmērījām slāpekļa oksīda līmeni asins paraugos, kas ņemti no apakšdelma vēnas, kā arī citas neredzamas molekulas, kas ietvēra brīvos radikāļus un smadzeņu specifiskos proteīnus (kas atspoguļo smadzeņu strukturālos bojājumus), kas varētu pastāstīt, vai asins smadzeņu barjera ir ir spiesti atvērt.

Mūsu sākotnējie konstatējumi apstiprināja to, ko mēs gaidījām. Slāpekļa oksīda līmenis palielinājās pēc atkārtotām bezsvara grūtībām, un tas sakrita ar paaugstinātu asins plūsmu, jo īpaši caur artērijām, kas piegādā smadzeņu muguru. Tas piespieda asins un smadzeņu barjeru atvērt, lai gan nebija pierādījumu par strukturāliem smadzeņu bojājumiem.

Tagad mēs plānojam sekot šiem pētījumiem ar detalizētākiem asins un šķidruma pārmaiņu novērtējumiem smadzenēs, izmantojot attēlveidošanas metodes, piemēram, magnētisko rezonansi, lai apstiprinātu mūsu rezultātus. Mēs arī izpētīsim, kādas sekas ir pretpasākumi, piemēram, gumijas sūkšanas bikses - kas rada negatīvu spiedienu ķermeņa apakšējā daļā ar domu, ka viņi var palīdzēt „sūkāt” asinis no astronauta smadzenēm, kā arī narkotikas. novērst slāpekļa oksīda pieaugumu. Taču šie atklājumi ne tikai uzlabo ceļojumus kosmosā - tie var arī sniegt vērtīgu informāciju par to, kāpēc vingrinājuma „smagums” ir laba medicīna smadzenēm un kā tā var pasargāt no demences un insultu vēlākā dzīvē.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Damian Bailey sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.