NASA sprowadza na Ziemię czworo astronautów. To pierwsza w historii ewakuacja medyczna z ISS
NASA nie ujawnia, ze względu na poufność danych medycznych, komu z czwórki ewakuowanych astronautów – a są to Zen Cardman, Mike Fincke (NASA), Kimiya Yui (JAXA) i Oleg Płatonow (Roskosmos) – coś dolega. Ani jak poważny jest to problem. Dr James Polk, główny specjalista ds. zdrowia i medycyny amerykańskiej agencji kosmicznej, stwierdził jedynie, że pojawił się on z powodu środowiska mikrograwitacji, a nie wypadku czy urazu podczas pracy. Choć do lotów na orbitę wybierane są osoby w świetnej kondycji fizycznej i z żelaznym zdrowiem, to trudne dla ludzkiego organizmu warunki potrafią dać się we znaki nawet wyselekcjonowanym przez NASA „twardzielom”. Literatura naukowa na ten temat jest już całkiem pokaźna, w dodatku danych cały czas przybywa.
Mikrograwitacja odkształca mózg
Przykładem jest publikacja, która właśnie ukazała się w czasopiśmie „PNAS” i przedstawia wyniki badań nad wpływem mikrograwitacji na ludzki mózg. Zespół amerykańskich i niemieckich naukowców przeanalizował skany MRI 26 astronautów wykonane przed i po locie w kosmos. Jak również obrazy mózgów 24 uczestników naziemnego badania symulującego mikrograwitację poprzez długotrwałe leżenie w pozycji z opuszczoną głową.
Okazało się, że po powrocie z kosmosu mózg astronauty nie tylko przesuwa się w górę i do tyłu, ale też ulega odkształceniu – nieznacznie „przekręca się” wewnątrz czaszki. Skala tych zmian zależy od czasu spędzonego na orbicie. U rekordzistów, którzy przebywali w stanie nieważkości rok, obszar odpowiedzialny za planowanie ruchów (tzw. dodatkowa kora ruchowa) powędrował w górę średnio o ponad 2,5 mm. W dodatku mózg zachowywał się trochę jak ściskana piłeczka – jego górne partie kurczyły się do środka, podczas gdy dolne rozpłaszczały na boki, co sugeruje, że tkanka mózgowa poddawana jest naprężeniom.
Te zmiany anatomii nie pozostały bez wpływu na sprawność astronautów. Badacze zauważyli, że im mocniej przemieścił się pewien niewielki obszar – tzw. tylna część wyspy – tym większe problemy z utrzymaniem równowagi mieli astronauci po lądowaniu. Dlaczego? Ponieważ to właśnie ten rejon działa jak „odbiornik” dla błędnika (zmysłu równowagi). Gdy ulega on przesunięciu, mózg prawdopodobnie zaczyna źle interpretować sygnały dotyczące położenia ciała, co utrudnia sprawne poruszanie się w ziemskiej grawitacji.
Po wylądowaniu na Ziemi proces powrotu do normalności okazuje się długotrwały. Choć większość zmian cofnęła się w ciągu sześciu miesięcy, to pewne odkształcenia były wykrywalne nawet później. Badanie podważyło też jakość symulacji naziemnych. Popularna metoda leżenia z głową w dół powoduje bowiem większe przesunięcie mózgu ku tyłowi niż rzeczywisty lot kosmiczny, co stawia pod znakiem zapytania jej pełną adekwatność.
W ramach badań testowano również, czy sztuczna grawitacja może posłużyć jako skuteczny środek zapobiegawczy. W eksperymencie, podczas którego ochotnicy przez dwa miesiące leżeli z głową w dół, testowano specjalną „wirówkę”, mającą imitować ciążenie i „spychać” płyny ustrojowe z powrotem w stronę nóg. Niestety, okazało się, że krótkie codzienne sesje na takiej „karuzeli” są niewystarczające – mózgi ulegały niemal takim samym przesunięciom i odkształceniom. Oznacza to, że inżynierowie planujący przyszłe długotrwałe misje, np. na Marsa, wciąż nie mają gotowego rozwiązania, które skutecznie zabezpieczyłoby układ nerwowy załogi przed skutkami długotrwałego braku grawitacji.
THP-1 na ISS
Na początku stycznia na łamach czasopisma „Science Advances” ukazał się inny artykuł, który opisywał gwałtowne zmiany molekularne wywołane w ludzkich komórkach przez warunki panujące na orbicie. Przypominają one rozwój przewlekłych chorób ziemskich: od arytmii serca po zaburzenia snu.
Wykazał to eksperyment, podczas którego użyto specyficznego rodzaju komórek odpornościowych – THP-1. Choć są to białe krwinki (monocyty), cechuje je niezwykła plastyczność – potrafią zmieniać swoje funkcje i przekształcać się w komórki odpornościowe wyspecjalizowane do działania w różnych tkankach, od mózgu po kości. Mają zatem zdolność „udawania” na poziomie molekularnym różnych innych tkanek. Dzięki temu stanowią uniwersalny model badawczy, pozwalający naukowcom obserwować reakcje typowe dla wielu narządów jednocześnie, bez konieczności pobierania próbek np. z serca czy mózgu. Dlatego THP-1 zostały wysłane na ISS, gdzie poddano je 48-godzinnej aklimatyzacji, a następnie porównano z grupą kontrolną na Ziemi. Naukowcom udało się zidentyfikować istotne zmiany aktywności ponad 4,5 tys. genów.
W warunkach kosmicznych komórki odpornościowe zaczęły m.in. aktywować geny typowe dla mięśni. Pojawił się też molekularny „podpis” kardiomiopatii – choroby osłabiającej mięsień sercowy. Badanie potwierdziło też (na poziomie molekularnym) to, na co często skarżą się załogi kosmiczne: problemy ze snem i wzrokiem. W próbkach z ISS doszło bowiem do rozregulowania chemicznych szlaków odpowiedzialnych za nasz zegar biologiczny. Zaobserwowano także niekorzystne zmiany w genach niezbędnych dla funkcjonowania zmysłów: wzroku, słuchu i węchu, co koreluje z diagnozowanym u astronautów m.in. pogorszeniem widzenia.
Uniwersalny mechanizm reakcji organizmu na pobyt w kosmosie
Warunki kosmiczne zdają się jednocześnie uszkadzać DNA i odbierać komórkom narzędzia do jego naprawy. Naukowcy zaobserwowali bowiem „wyciszenie” kluczowych grup genów, które normalnie nadzorują podziały komórkowe i naprawiają błędy w materiale genetycznym. Jest to groźna kombinacja, ponieważ astronauci są stale narażeni na promieniowanie jonizujące, które uszkadza DNA. Osłabienie naturalnych mechanizmów naprawczych w takiej sytuacji drastycznie zwiększa ryzyko szkodliwych mutacji.
Choć powyższe wnioski oparto tylko na modelu komórkowym THP-1, to pokrywają się one z danymi zebranymi bezpośrednio od astronautów z misji Inspiration-4 czy słynnego NASA Twins Study (unikalnego eksperymentu, w którym wzięli udział bliźniacy astronauci: Scott i Mark Kelly). Być może więc udało się właśnie odkryć uniwersalny mechanizm reakcji organizmu na pobyt w kosmosie: stres wywołany mikrograwitacją i promieniowaniem zmusza komórki do drastycznej zmiany sposobu odczytywania instrukcji zapisanych w DNA.