Jakie zagrożenia dla organizmu człowieka niesie za sobą długotrwałe przebywanie w kosmosie? To główny, lecz nie jedyny problem, jakim zajmują się specjaliści w dziedzinie medycyny kosmicznej. Jak można to zbadać w warunkach laboratoryjnych, a także, w jakim celu użyto do tego bliźniaków?
Na astronautów w przestrzeni kosmicznej czeka wiele zagrożeń. Na zewnątrz są oni narażeni na promieniowanie jonizujące, a w środku czekają na nich niekorzystne warunki środowiska gazowego. Także podróż statkiem kosmicznym może być niemałym wyzwaniem – nieważkość, niedoważkość i przeciążenie, to stany, które niekorzystnie wpływają na organizm człowieka. Zaradzić temu próbuje dziedzina zwana medycyną kosmiczną.
Większość zmian jest tymczasowa. Organizm ludzki bardzo łatwo przystosowuje się do nowych warunków, więc adaptuje się do długotrwałego przebywania w warunkach mikrograwitacji. Jednak jak ciało astronauty na to wszystko reaguje? Dochodzi do atrofii mięśni i słabnięcia kości. Oba te skutki są możliwe do pokonania dzięki codziennym ćwiczeniom. Przez nieważkość zmniejsza się objętość krwi krążącej w organizmie. Prowadzi to do anemii, a także do zawrotów głowy i zasłabnięć po powrocie do stanu ziemskiego przyciągania. Zmienia się także propriocepcja, czyli czucie głębokie. Wolniej goją się rany, a odporność jest osłabiona. Co ciekawe, przez zwiększone ciśnienie płynów ustrojowych w czaszce, astronauci inaczej odczuwają smak i zapach.
Jeśli chodzi o zmiany psychiczne, na początku ludzie na ISS odczuwają euforię i radość związaną z pobytem w przestrzeni kosmicznej. Po czasie zmienia się to jednak w rutynę, co zaczyna męczyć astronautów. Zaczynają oni odczuwać izolację. Jednak nie spotkałam się z badaniami mówiącymi o negatywnym i długotrwałym wpływie przebywania w kosmosie na psychikę astronauty, a szczególnie po powrocie na Ziemię. Według niektórych astronauci ukrywają swoje prawdziwe uczucia i emocje, co może być to spowodowane chęcią powrotu kosmonautów do przestrzeni kosmicznej.
Logo projektu The Twins Study.
1 marca 2016 roku amerykański astronauta Scott Kelly wrócił na Ziemię po spędzeniu łącznie 340 dni na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Scott dla nauki jest o tyle ciekawym przypadkiem, że jako astronauta ma on brata bliźniaka – Marka. Są genetycznie identyczni. Mark pozostał na Ziemi, a po powrocie brata obaj zostali poddani szczegółowym testom medycznym. Okazuje się, że „kosmiczny” bliźniak uległ zmianom także na poziomie genetycznym. W trakcie lotu telomery Scotta uległy wydłużeniu. Z biologicznego punktu widzenia, odmłodniał. Wg naukowców miało to związek ze ścisłą dietą, długimi sesjami treningowymi na ISS, a także niedotlenieniem i hiperkapnią. Także mózg Scotta zwiększył się, co było spowodowane zwiększoną ilością płynów ustrojowych w mózgu. Na zdjęciach możemy zobaczyć różnicę między nimi, na twarzy Marka widać dużo więcej zmarszczek i oznak starzenia się.
Scott i Mark Kelly
Ekspresja genów u obu braci zmieniła się, ale nie tak samo. Zmiany w ekspresji u Marka wynikały z naturalnego procesu starzenia, natomiast u Scotta – prawdopodobnie były wynikiem promieniowania kosmicznego. Większość tych zmian (91.3%) wróciła do normy praktycznie od razu po powrocie na Ziemię. Pozostałe zmiany cofnęły się po mniej więcej sześciu miesiącach.
Bracia podczas pobytu Scotta w kosmosie, przyjęli szczepionkę przeciwko grypie (dokładniej drugą z trzech corocznych dawek – jedną przyjęli rok wcześniej, a ostatnią już na Ziemi, po powrocie). Co ciekawe, zareagowali tak samo. Jest to bardzo dobra wiadomość dla naukowców i dla NASA – system immunologiczny astronautów podczas misji kosmicznych działa podobnie jak na Ziemi. Dzięki tej informacji, NASA może postawić na szczepionki podczas misji kosmicznych, co pozwoli na zapobieganie występowaniu wielu chorób, np. grypy.
Scott przyjmujący szczepionkę przeciwko grypie na ISS.
Także ich zdolności poznawcze nie uległy znaczącym zmianom podczas pobytu Scotta na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Po powrocie na Ziemię Scott wolniej reagował na bodźce przez około pół roku. Według naukowców jest to związane z tym, że organizm astronauty na nowo musiał przyzwyczaić się do grawitacji, a także z napiętym grafikiem bliźniaka.
Nim dotrzemy na Czerwoną Planetę, czeka nas długa podróż. Do przebycia jest 560 milionów kilometrów. Czy stanowi ona zagrożenie dla człowieka? Z danych wynika, że i tak, i nie. Dzienna dawka w trakcie przelotu nie jest wysoka, wynosi ok. 1,8 mSv. Nie jest to dużo. Według obecnego stanu wiedzy dawki w okolicach 100 mSv mogą stanowić pewne zagrożenie, a dopiero dawka 1 Sv jest groźna dla zdrowia człowieka. Jednak podczas takiego lotu, organizm przyjąłby dawkę 0.66 Sv, co jest już wartością sześciokrotnie większą niż dawka promieniowania przyjęta podczas pobytu na ISS. Należy pamiętać o tym, że ludzki organizm posiada pewne zdolności regeneracyjne i adaptacyjne. Dzienna ekspozycja na niewielkie promieniowania może się nie sumować w całości. Stąd potrzeba dalszych badań mechanizmów obronnych i naprawczych organizmu w wyniku ekspozycji na jego chroniczną, niewielką dawkę.
Nie wszystkie testy przeprowadzone mogą być jednak na pokładzie statków kosmicznych, dlatego naukowcy robią to w warunkach laboratoryjnych. Jednym z ciekawszych badań, jakie przeprowadza Europejska Agencja Kosmiczna, jest Bedrest study. Ochotnicy mają leżeć od 5 do nawet 60 dni w łóżkach, z uniesionymi nogami pod kątem sześciu stopni. Organizm wolontariusza adaptuje się bardzo podobnie jak ciało astronauty na warunki mikrograwitacji. Płyny ustrojowe spływają do mózgu, uciskając nerwy wzrokowe, gęstość kości się zmniejsza, a mięśnie słabną. Tak samo, jeśli chodzi o psychikę – najpierw odczuwana jest euforia, a później izolacja. Regularnie są oni poddawani testom psychologicznym, aby uniknąć zaburzeń poznawczych, dlatego nie jest to konkretny okres, tylko przedział.
Martin SpechtUczestniczka badania Bedrest Study.
W Wojskowym Instytucie Medycyny Lotniczej w Warszawie powstała wirówka przeciążeniowa. Jest to symulator lotu, który oddaje rzeczywiste warunki panujące w kokpicie, siły oddziałujące na maszynę i organizm człowieka. Piloci i astronauci to osoby pracujące w niezwykle trudnych warunkach, w dodatku w znacznej odległości od lądu przez długi czas. Działają na nich siły często kilkukrotnie przekraczające siłę grawitacji. Powoduje to utrudnienia zarówno fizyczne, jak i psychiczne, ogromny stres, a także niepoprawne działanie organizmu, uwydatniające się takimi efektami jak zawężone pole widzenia aż do całkowitej chwilowej utraty możliwości odbierania obrazu czy nawet utratę przytomności. Aby zwiększyć odporność organizmu, trzeba go na takie działania przygotować poprzez samo zaznajomienie ze zjawiskami zachodzącymi podczas treningu w wirówce, która umożliwia uzyskanie przeciążeń od -3G do nawet 16G w osi „Z”. Dzięki temu można nauczyć pilotów odpowiednio reagować na zmieniające się warunki przeciążenia tak, aby w trakcie prawdziwego lotu organizm lepiej radził sobie z pojawiającymi się utrudnieniami. Umożliwia ona też symulację startu lotu i czynności przedstartowych, wyprowadzenie maszyny z niekorzystnych, ale też nietypowych położeń, sytuacji awaryjnych (pożar silnika, uszkodzenie systemu sterowania i wielu innych), dezorientacji przestrzennej – piloci mogą doświadczyć nawet 11 iluzji!
Wirówka przeciążeniowa w WIML.
Medycyna kosmiczna jest dziedziną bardzo złożoną i skomplikowaną. Niestety, pracuje ona na bardzo małej grupie badawczej – aktualnie jest to 559 osób, które kiedykolwiek przebywały w kosmosie. Natomiast jeśli chodzi o misje powyżej 300 dni – było ich tylko 8. Jednakże potrzebujemy nowych danych i badań na ten temat. Dlatego ten dział medycyny rozwija się dynamicznie, a być może odkrycia i nowe środki pozwolą nam, jako ludziom, wyruszyć w daleką podróż w przestrzeni kosmicznej. Na razie pomagają nam one przewidzieć skutki, jakich doświadczy organizm ludzki podczas podróży na Marsa, na jednej z głównych misji planowanych obecnie przez NASA.
