Astronauti ve vesmíru: Co se stane s vaším mozkem v nulové gravitaci?

NASA se zavázala, že do 30. let 20. století bude vysílat lidi na Mars. To je ambiciózní cíl, když si myslíte, že typická okružní cesta bude kdekoli mezi třemi a šesti měsíci, a posádky budou očekávat, že zůstanou na červené planetě až dva roky před tím, než planetární vyrovnání umožní návrat zpět domů. To znamená, že astronauti musí žít ve snížené (mikro) gravitaci asi tři roky - daleko za současným rekordem 438 nepřetržitých dnů ve vesmíru ruského kosmonauta Valeryho Polyakova.

V prvních dnech vesmírného cestování vědci tvrdě pracovali, aby zjistili, jak překonat gravitační sílu, aby raketa mohla katapultovat bez tahu Země, aby mohla přistát na Měsíci. Dnes zůstává gravitace na špičce vědecké agendy, ale tentokrát nás zajímá, jak snížená gravitace ovlivňuje zdraví astronautů - zejména jejich mozek. Nakonec jsme se vyvinuli tak, že existují v gravitaci Země (1 g), ne v beztížnosti vesmíru (0 g) nebo mikrogravitaci Marsu (0,3 g).

Jak přesně se lidský mozek vyrovná s mikrogravitací? Špatně, v kostce - i když informace o tom jsou omezené. To je překvapující, protože jsme obeznámeni s tvářími kosmonautů, které se stávají červené a nafouklé během beztíže - což je fenomén láskyplně známý jako „efekt Charlieho Browna“ nebo „syndrom opuchlých nohou ptáků“. (buňky a plazma) a mozkomíšní tekutina se posouvají směrem k hlavě, což způsobuje, že mají kulaté, nafouklé tváře a tenčí nohy.

Tyto posuny tekutin jsou také spojeny s nevoľností pohybu, bolestmi hlavy a nevolností. Oni také, více nedávno, byl spojený s rozmazaným viděním kvůli nahromadění tlaku jak krevní tok se zvětší a mozek se vznáší nahoru uvnitř lebky - stav volal zrakové poškození a intrakranial tlak syndrom. Přestože NASA považuje tento syndrom za nejvyšší zdravotní riziko pro jakoukoli misi na Marsu, přijde na to, co to způsobuje, a - ještě těžší otázka - jak tomu zabránit, stále zůstává záhadou.

Kde do toho zapadá můj výzkum? Myslím si, že některé části mozku nakonec dostávají příliš mnoho krve, protože oxid dusnatý - neviditelná molekula, která je obvykle plovoucí v krevním řečišti - se vytváří v krevním řečišti. To vede k tomu, že tepny dodávají mozku krev, takže se příliš otevírají. V důsledku tohoto neúprosného nárůstu krevního toku se může hematoencefalická bariéra - mozkový „tlumič nárazů“ - přemoci. To umožňuje, aby se voda pomalu zvyšovala (stav zvaný edém), což způsobuje otoky mozku a nárůst tlaku, který může být také horší vzhledem k omezením jeho drenážní kapacity.

Přemýšlejte o tom jako řeka přetékající jeho břehy. Konečným výsledkem je, že nedostatek kyslíku se dostatečně rychle dostane do částí mozku. To je velký problém, který by mohl vysvětlit, proč se vyskytuje rozmazané vidění, stejně jako účinky na další dovednosti, včetně kognitivní agility astronautů (jak si myslí, soustředí, důvod a pohyb).

Výlet v „Vomit Comet“

Abychom zjistili, zda má myšlenka pravdu, potřebovali jsme to otestovat. Ale místo toho, abychom se zeptali NASA na cestu na Měsíc, unikli jsme svazkům zemské gravitace tím, že jsme simulovali beztíže ve speciálním letadle přezdívaném „kometa zvratků“.

Lezením a následným ponořením se vzduchem provádí letadlo až 30 těchto „parabolů“ v jediném letu, aby simulovalo pocit beztíže. Trvají jen 30 vteřin a musím přiznat, že je to velmi návykové, a opravdu máte opuchlý obličej!

Se všemi zařízeními bezpečně upevněnými dolů jsme provedli měření od osmi dobrovolníků, kteří každý den po dobu čtyř dnů absolvovali jeden let. Měřili jsme průtok krve v různých tepnách, které zásobují mozek pomocí přenosného dopplerovského ultrazvuku, který pracuje odrazem vysokofrekvenčních zvukových vln z cirkulujících červených krvinek. Měřili jsme také hladiny oxidu dusnatého ve vzorcích krve odebraných ze žíly předloktí, stejně jako jiné neviditelné molekuly, které zahrnovaly volné radikály a proteiny specifické pro mozek (které odrážejí strukturální poškození mozku), které by nám mohly říci, zda má hematoencefalická bariéra byl nucen otevřít.

Naše počáteční zjištění potvrdila to, co jsme očekávali. Úrovně oxidu dusnatého vzrostly po opakovaných záchvatech beztíže, což se časově shodovalo se zvýšeným průtokem krve, zejména tepnami, které dodávají zadní část mozku. To donutilo krev-mozkovou bariéru otevřít, ačkoli tam byl žádný důkaz strukturálního poškození mozku.

Nyní plánujeme sledovat tyto studie s podrobnějším hodnocením posunu krve a tekutin v mozku pomocí zobrazovacích metod, jako je magnetická rezonance, abychom potvrdili naše zjištění. Budeme také zkoumat účinky, které protiopatření, jako jsou gumové sací kalhoty - které vytvářejí podtlak v dolní polovině těla s myšlenkou, že mohou pomoci „vysát“ krev z mozku astronauta - stejně tak jako drogy. proti vzestupu oxidu dusnatého. Tato zjištění však nezlepší pouze cestování vesmírem - mohou také poskytnout cenné informace o tom, proč je „gravitace“ cvičení dobrým lékem pro mozek a jak může chránit před demencí a mrtvicí v pozdějším životě.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation od Damiana Baileyho. Přečtěte si originální článek zde.