Astronautai erdvėje: kas atsitinka su tavo smegenimis nulio gravitacijoje?

NASA įsipareigojo iki 2030 m. Siųsti žmones į Marsą. Tai yra plataus užmojo tikslas, kai manote, kad tipiškas apvalus reisas bus bet kur nuo trijų iki šešių mėnesių, ir tikimasi, kad įgulos turės likti raudonoje planetoje iki dvejų metų, kol planetinis derinimas leis grįžti namo. Tai reiškia, kad astronautai apie trejus metus turi gyventi mažesniu (mikro) sunkumu - gerokai daugiau nei dabartinė 438 nuolatinių dienų erdvė, kurią valdo Rusijos kosmonautas Valerijus Polyakovas.

Pradžioje vykstant kosmoso kelionėms, mokslininkai sunkiai dirbo, kad išsiaiškintų, kaip įveikti gravitacijos jėgą, kad raketa galėtų užstrigti nuo žemės traukos, kad žmonės galėtų iškrauti žmones į mėnulį. Šiandien sunkumas išlieka mokslo darbotvarkės viršūnėje, tačiau šį kartą mes labiau domisi tuo, kaip sumažėjęs sunkumas veikia astronautų sveikatą, ypač jų smegenis. Galų gale, mes sukūrėme egzistuoti Žemės gravitacijoje (1 g), o ne erdvės svorio (0 g) ar Marso mikrogravitacijos (0,3 g).

Taigi, kaip žmogaus smegenys susiduria su mikrogravitacija? Trumpai tariant, blogai, nors informacija apie tai yra ribota. Tai nenuostabu, nes mes esame susipažinę su astronautų veidais, kurie tampa raudoni ir išsipūtę nesvarumo metu - tai fenomenas, vadinamas „Charlie Brown efektu“ arba „pūkuotu galvos paukščių kojų sindromu“. (ląstelės ir plazma) ir smegenų skysčio skystis, nukreipiantis į galvą, sukeldamas juos apvaliomis, išsipūtusiais veidais ir plonesnėmis kojomis.

Šie skysčių pokyčiai taip pat siejami su kosminiu judesiu, galvos skausmu ir pykinimu. Jie taip pat neseniai buvo susieti su neryškiu regėjimu dėl padidėjusio spaudimo, nes padidėja kraujo tekėjimas ir smegenys plūduriuojasi kaukolės viduje - būklė, vadinama regos sutrikimu ir intrakranijiniu spaudimu. Nors NASA mano, kad šis sindromas yra didžiausias pavojus bet kuriai Marso misijai, išsiaiškina, kas tai sukelia, ir - dar sunkesnis klausimas - kaip jį išvengti, vis dar lieka paslaptis.

Taigi, kur mano tyrimas tinka? Na, manau, kad tam tikros smegenų dalys gauna per daug kraujo, nes azoto oksidas - nematoma molekulė, kuri paprastai teka kraujotakoje - kaupiasi kraujotakoje. Dėl to arterijos, aprūpinančios smegenis krauju, atsipalaiduoja, kad jos atsidarytų per daug. Dėl šio nepaliaujamo kraujo tekėjimo padidėjimo kraujo-smegenų barjeras - smegenų „amortizatorius“ - gali tapti priblokštas. Tai leidžia vandeniui lėtai susikaupti (būklė, vadinama edema), sukeldama smegenų patinimą ir padidėjusį spaudimą, kuris taip pat gali pablogėti dėl ribų drenažo pajėgumų.

Pagalvokite apie tai, kaip upė, pertekanti savo bankus. Galutinis rezultatas yra tai, kad nepakankamai deguonies patenka į smegenų dalis pakankamai greitai. Tai didelė problema, kuri galėtų paaiškinti, kodėl neryškus regėjimas, taip pat poveikis kitiems įgūdžiams, įskaitant astronautų pažintinį judrumą (kaip jie galvoja, koncentruojasi, motyvuoja ir perkelia).

Kelionė „Vomit Comet“

Norint išsiaiškinti, ar mano idėja buvo teisinga, mums reikėjo išbandyti. Tačiau, o ne paklausti NASA dėl kelionės į Mėnulį, mes pabėgome nuo žemės gravitacijos obligacijų, imituodami svorį specialiame lėktuve, pavadintame „vemti kometa“.

Važiuodamas ir panardindamas per orą, ši lėktuvas atlieka iki 30 šių „parabolų“ viename skrydžyje, kad imituotų bejėgiškumo jausmą. Jie trunka tik 30 sekundžių, ir aš turiu pripažinti, kad tai labai priklausomybė, ir jūs tikrai gausite veidą!

Saugiai pritvirtinus visą įrangą, matavome iš aštuonių savanorių, kurie kasdien keturias dienas ėmėsi vieno skrydžio. Mes matavome kraujo srautą skirtingose ​​arterijose, kurios aprūpina smegenis naudodami nešiojamą doplerio ultragarso sistemą, kuri veikia, sukeldama aukšto dažnio garso bangas iš apytakinių raudonųjų kraujo kūnelių. Mes taip pat matavome azoto oksido koncentraciją kraujo mėginiuose, paimtiems iš dilbio venų, taip pat kitas nematomas molekules, kuriose buvo laisvųjų radikalų ir smegenų specifinių baltymų (kurie atspindi struktūrinius smegenų pažeidimus), kurie galėjo pasakyti, ar kraujo ir smegenų barjeras yra buvo priversti atidaryti.

Mūsų pradiniai rezultatai patvirtino tai, ko tikėjomės. Azoto oksido koncentracija padidėjo po kartotinių svorio nesukeliančių reakcijų, ir tai sutapo su padidėjusiu kraujo tekėjimu, ypač per arterijas, kurios aprūpina galvos smegenis. Tai privertė atidaryti kraujo ir smegenų barjerą, nors nebuvo jokių struktūrinių smegenų pažeidimų požymių.

Dabar planuojame sekti šiuos tyrimus su išsamesniais kraujo ir skysčių pokyčių smegenyse įvertinimais, naudojant vaizdo gavimo metodus, pvz., Magnetinį rezonansą, kad patvirtintume mūsų rezultatus. Mes taip pat ketiname ištirti, kokių pasekmių, pvz., Gumos siurbimo kelnės, kurios sukuria neigiamą spaudimą apatinėje kūno dalyje, idėja, kad jos gali padėti „čiulpia“ kraują nuo astronauto smegenų, taip pat narkotikų. kovoti su azoto oksido padidėjimu. Tačiau šios išvados ne tik pagerina keliones kosmose - jos taip pat gali suteikti vertingos informacijos, kodėl pratimo „sunkumas“ yra geras vaistas smegenims ir kaip jis gali apsaugoti nuo demencijos ir insulto vėlesniame gyvenime.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Damian Bailey pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.