Астронавти в космосі: Що відбувається з вашим мозку при нульовій гравітації, так чи інакше?

НАСА взяла на себе зобов'язання відправити людей на Марс до 2030-х років. Це амбіційна мета, коли ви думаєте, що типова поїздка в обидва кінці буде між трьома і шістьма місяцями, і очікується, що екіпажі залишаться на червоній планеті до двох років, перш ніж планетарне вирівнювання дозволить повернутись додому. Це означає, що астронавти повинні жити в зменшеному (мікро) тяжкості близько трьох років - далеко за поточний рекорд 438 суцільних днів у космосі, проведений російським космонавтом Валерієм Поляковим.

У перші дні космічних подорожей вчені наполегливо працювали, щоб з'ясувати, як подолати силу тяжіння, щоб ракета могла катапультуватися, не потрапляючи на Землю, щоб посадити людей на Місяць. Сьогодні гравітація залишається вершиною наукового порядку денного, але цього разу нас більше цікавить, як знижена гравітація впливає на здоров'я астронавтів - особливо їх мозок. Зрештою, ми розвинулися, щоб існувати в межах гравітації Землі (1 г), а не в невагомості простору (0 г) або мікрогравітації Марса (0,3 г).

Отже, як саме людський мозок справляється з мікрогравітацією? Погано, в двох словах - хоча інформація про це обмежена. Це дивно, оскільки ми знайомі з обличчям астронавтів, які стають червоними і роздутими під час невагомості - явище, відоме як "ефект Чарлі Брауна", або "синдром опухлими ногами голови птиці". (клітини і плазми) і спинномозкова рідина зміщуються в напрямку голови, змушуючи їх мати круглі, пухкі обличчя і більш тонкі ноги.

Ці зміни рідини також пов'язані з космічною рухливістю, головними болями і нудотою. Крім того, останнім часом вони були пов'язані з погіршенням зору внаслідок нарощування тиску, коли кровообіг збільшується, а мозок плаває вгору всередині черепа - стан, який називається порушенням зору та синдромом внутрішньочерепного тиску. Незважаючи на те, що НАСА вважає цей синдром найвищим ризиком для здоров'я для будь-якої місії на Марс, з'ясування того, що її викликає, і - ще більш жорстке питання - як запобігти цьому, все ще залишається загадкою.

Отже, де моє дослідження вписується в це? Я думаю, що певні частини мозку закінчуються тим, що отримують занадто багато крові, тому що оксид азоту - невидима молекула, яка зазвичай плаває в крові - накопичується в крові. Це робить артерії, що постачають мозок кров'ю, розслаблюються, так що вони надто відкриваються. У результаті цього невпинного сплеску кровотоку, гематоенцефалічний бар'єр - «амортизатор» головного мозку - може стати перевантаженим. Це дозволяє воді повільно нарощуватися (стан називається набряком), що викликає набряк мозку і збільшення тиску, що також може бути погіршено через обмеження його дренажної потужності.

Подумайте про неї, як про річку, що переповнює її береги. Кінцевим результатом є те, що недостатньо кисню потрапляє в частини мозку досить швидко. Це велика проблема, яка може пояснити, чому відбувається погіршення зору, а також вплив на інші навички, включаючи когнітивну спритність астронавтів (як вони думають, концентруються, розум і рухаються).

Поїздка в «Комету Vomit»

Щоб визначити, чи була моя ідея правильною, нам треба було її перевірити. Але замість того, щоб запитати НАСА про поїздку на Місяць, ми вирвалися з гравітації Землі, імітуючи невагомість на спеціальному літаку, який отримав прізвисько "комета блювота".

Піднімаючись, а потім занурюючись у повітря, цей літак виконує до 30 таких «парабол» в одному польоті, щоб імітувати відчуття невагомості. Вони тривають лише 30 секунд, і я повинен визнати, що це дуже звикання, і ви дійсно отримуєте опухливе обличчя!

З упевненим закріпленням всього обладнання ми провели вимірювання у восьми добровольців, які здійснювали один політ щодня протягом чотирьох днів. Ми виміряли кровообіг в різних артеріях, які забезпечують мозок за допомогою портативного ультразвуку допплера, який працює, підстрибуючи високочастотні звукові хвилі від циркулюючих червоних кров'яних клітин. Ми також вимірювали рівень оксиду азоту в пробах крові, взятих з вен передпліччя, а також інші невидимі молекули, які включали вільні радикали і специфічні для мозку білки (які відображають структурні ушкодження головного мозку), які могли б сказати нам, чи має гематоенцефалічний бар'єр були примусово відкриті.

Наші перші результати підтвердили те, що ми очікували. Рівень оксиду азоту збільшується після повторних нападів невагомості, і це збігається з посиленням кровотоку, особливо через артерії, які забезпечують задню частину мозку. Це змусило відкрити гематоенцефалічний бар'єр, хоча не було доказів структурного ураження мозку.

Зараз ми плануємо слідувати цим дослідженням з більш детальною оцінкою змін крові та рідини в мозку за допомогою методів візуалізації, таких як магнітний резонанс, для підтвердження наших висновків. Ми також досліджуватимемо наслідки таких заходів, як гумові всмоктувальні штани - які створюють негативний тиск у нижній половині тіла з ідеєю, що вони можуть допомогти "всмоктувати" кров з мозку астронавта, а також наркотики. протидіяти збільшенню оксиду азоту. Але ці результати не тільки покращать космічні подорожі - вони також можуть надати цінну інформацію про те, чому «тяжкість» вправ є хорошим ліки для мозку і як вона може захистити від деменції і інсульту в більш пізньому житті.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Даміана Бейлі. Читайте оригінальну статтю тут.