Astronauter i rummet: Hvad sker der med din hjerne i nul gravitation, alligevel?

NASA har forpligtet sig til at sende mennesker til Mars inden 2030'erne. Dette er et ambitiøst mål, når du tror, ​​at en typisk rundtur vil være overalt mellem tre og seks måneder, og besætninger forventes at blive på den røde planet i op til to år, før planetarisk justering gør det muligt for hjemrejsen hjem. Det betyder, at astronauterne skal leve i reduceret (mikro) tyngdekraften i omkring tre år - langt ud over den nuværende rekord af 438 sammenhængende dage i rummet, der blev holdt af den russiske kosmonaut Valery Polyakov.

I de tidlige rumrejser arbejdede forskerne hårdt for at finde ud af, hvordan man kunne overvinde tyngdekraften, så en raket kunne katapulten fri for Jordens træk for at lande mennesker på månen. I dag forbliver tyngdekraften øverst på videnskabens dagsorden, men denne gang er vi mere interesserede i, hvordan nedsat tyngdekraft påvirker astronauternes sundhed - især deres hjerner. Vi har trods alt udviklet sig til at eksistere indenfor jordens tyngdekraften (1 g), ikke i rummets vægtløshed (0 g) eller Mars 'mikrofugtighed (0,3 g).

Så præcis hvordan håndterer den menneskelige hjerne mikrogravity? Dårlig, i en nøddeskal - selv om oplysninger om dette er begrænset. Det er overraskende, da vi er fortrolige med, at astronauternes ansigter bliver rød og opblussen under vægtløshed - et fænomen, der er kærligt kendt som "Charlie Brown-effekten" eller "Puffy Head Birds legs syndrom". Dette skyldes væske, der hovedsagelig består af blod (celler og plasma) og cerebrospinalvæske skifter mod hovedet, hvilket får dem til at have runde, bløde ansigter og tyndere ben.

Disse væskeskift er også forbundet med rumbevægelsessyge, hovedpine og kvalme. De har også for nylig været forbundet med sløret syn på grund af en opbygning af tryk, da blodgennemstrømningen øges, og hjernen flyder opad inde i kraniet - en tilstand kaldet synsforstyrrelse og intrakranielt tryksyndrom. Selvom NASA anser dette syndrom for at være den øverste sundhedsrisiko for enhver mission til Mars, finde ud af, hvad der forårsager det, og - et endnu hårdere spørgsmål - hvordan man kan forhindre det, er stadig et mysterium.

Så hvor passer min forskning ind i dette? Nå, jeg tror, ​​at visse dele af hjernen ender med at få alt for meget blod, fordi nitrogenoxid - et usynligt molekyle, som normalt flyder rundt i blodbanen - bygger op i blodbanen. Dette gør arterierne forsynet med hjernen med blodspænding, så de åbner for meget. Som følge af denne ubarmhjertige stigning i blodgennemstrømningen, kan blodhjernebarrieren - hjernens "støddæmper" - blive overvældet. Dette gør det muligt for vand til langsomt at opbygge (en tilstand kaldet ødem), der forårsager hjerne hævelse og en forøgelse i tryk, der også kan blive værre på grund af grænser i dens dræningskapacitet.

Tænk på det som en flod, der overfylder sine banker. Slutresultatet er, at ikke nok ilt kommer til dele af hjernen hurtigt nok. Dette er et stort problem, der kan forklare, hvorfor sløret syn opstår, samt virkninger på andre færdigheder, herunder astronauters kognitive agility (hvordan de tænker, koncentrere, begrunde og flytte).

En tur i "Spy Comet"

For at finde ud af om min ide var rigtig, havde vi brug for at teste den. Men snarere end at spørge NASA for en tur til månen, undslippede vi jordens tyngdekraftens bindinger ved at simulere vægtløshed i et specielt fly med navnet "opkastet komet".

Ved at klatre og derefter dyppe gennem luften udfører dette fly op til 30 af disse "paraboler" i et enkelt fly for at simulere følelsen af ​​vægtløshed. De varer kun 30 sekunder, og jeg må indrømme, det er meget vanedannende, og du får virkelig et puffet ansigt!

Med alt udstyret sikkert fastgjort, tog vi målinger fra otte frivillige, der tog en enkelt flyvning hver dag i fire dage. Vi målte blodgennemstrømningen i forskellige arterier, der leverer hjernen ved hjælp af en bærbar doppler-ultralyd, som virker ved at hoppe med højfrekvente lydbølger ud af cirkulerende røde blodlegemer. Vi målte også nitrogenoxidniveauer i blodprøver taget fra underarmen, såvel som andre usynlige molekyler, der indeholdt frie radikaler og hjerne-specifikke proteiner (som afspejler strukturskader på hjernen), der kunne fortælle os, om blod-hjernebarrieren har blevet tvunget åben.

Vores første resultater bekræftede, hvad vi forventede. Nitrogenoxidniveauerne steg efter gentagne belastninger af vægtløshed, og dette faldt sammen med øget blodgennemstrømning, især gennem arterier, som leverer hjernens bagside. Dette tvang blod-hjernebarrieren åben, selv om der ikke var tegn på strukturelle hjerneskade.

Vi planlægger nu at følge disse undersøgelser op med mere detaljerede vurderinger af blod og væskeskift i hjernen ved hjælp af billeddannelsesteknikker som magnetisk resonans for at bekræfte vores resultater. Vi vil også undersøge virkningerne af modforanstaltninger som gummisugningsbukser - hvilket skaber et negativt tryk i den nederste del af kroppen med den idé at de kan "suge" blod væk fra astronautens hjerne - såvel som stoffer at modvirke stigningen i nitrogenoxid. Men disse resultater vil ikke bare forbedre rumrejser - de kan også give værdifuld information om, hvorfor "gravitationen" af motion er god medicin til hjernen, og hvordan den kan beskytte mod demens og slagtilfælde i det senere liv.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Damian Bailey. Læs den oprindelige artikel her.