Astronauter i rommet: Hva skjer med hjernen din på null gravitasjon, uansett?

NASA har forpliktet seg til å sende mennesker til Mars innen 2030-årene. Dette er et ambisiøst mål når du tror at en typisk rundtur vil være hvor som helst mellom tre og seks måneder, og mannskapet forventes å bli på den røde planeten i opptil to år før planetarisk justering muliggjør returreisen hjem. Det betyr at astronautene må leve i redusert (mikro) tyngdekraften i omtrent tre år - langt utover den nåværende oversikten over 438 sammenhengende dager i rommet som ble holdt av den russiske kosmonauten Valery Polyakov.

I de tidlige dagene av romreiser jobbet forskerne hardt for å finne ut hvordan man skal overvinne tyngdekraften, slik at en rakett kunne katapult uten jordens trekk for å lande mennesker på månen. I dag er tyngdekraften igjen på toppen av vitenskapsagendaen, men denne gangen er vi mer interessert i hvordan redusert tyngdekraft påvirker astronauternes helse - spesielt deres hjerner. Tross alt har vi utviklet seg til å eksistere innenfor jordens tyngdekraft (1 g), ikke i vektløsheten i rommet (0 g) eller mikrograviteten til Mars (0,3 g).

Så nøyaktig hvordan håndterer menneskets hjerne mikrogravity? Dårlig, i et nøtteskall - selv om informasjon om dette er begrenset. Dette er overraskende, siden vi er kjent med astronauters ansikter blir rød og oppblåst under vektløshet - et fenomen som er kjærlig kjent som "Charlie Brown-effekten" eller "puffy head bird legs syndrome." Dette skyldes væske som hovedsakelig består av blod (celler og plasma) og cerebrospinalvæske som skifter mot hodet, slik at de har runde, puffete ansikter og tynnere bein.

Disse væskeskiftene er også forbundet med rombevegelsessykdom, hodepine og kvalme. De har også nylig vært knyttet til sløret syn på grunn av en oppbygging av trykk som blodstrømmer øker og hjernen flyter oppover inne i skallen - en tilstand som kalles synshemming og intrakranielt trykksyndrom. Selv om NASA anser dette syndromet å være den beste helserisikoen for enhver oppgave til Mars, finne ut hva som forårsaker det og - et enda tøffere spørsmål - hvordan å forhindre det, er fortsatt et mysterium.

Så hvor passer undersøkelsen min til dette? Vel, jeg tror at visse deler av hjernen ender med å få alt for mye blod fordi nitrogenoksid - et usynlig molekyl som vanligvis flyter rundt i blodet - bygger opp i blodet. Dette gjør at arteriene forsyner hjernen med blodspenning, slik at de åpner for mye. Som et resultat av denne ubøyelige bølgen i blodstrømmen, kan blod-hjernebarrieren - hjernens "støtdemper" - bli overveldet. Dette gjør at vannet kan sakte bygge opp (en tilstand som kalles ødem), noe som forårsaker hevelse i hjernen og en økning i trykk som også kan bli verre på grunn av grenser i dreneringskapasiteten.

Tenk på det som en elv som overfylter bankene sine. Sluttresultatet er at ikke nok oksygen kommer til deler av hjernen fort nok. Dette er et stort problem som kan forklare hvorfor sløret syn forekommer, samt effekter på andre ferdigheter, inkludert astronauters kognitive smidighet (hvordan de tenker, konsentrere, begrense og bevege seg).

En tur i "Vomit Comet"

For å finne ut om ideen min var riktig, trengte vi å teste den. Men i stedet for å spørre NASA for en tur til månen, unngikk vi jordens tyngdekrafter ved å simulere vektløshet i et spesielt fly med kallenavnet "oppkastet kometen".

Ved å klatre og deretter dyppe gjennom luften, utfører dette flyet opp til 30 av disse "parabolene" i en enkelt fly for å simulere følelsen av vektløshet. De varer bare 30 sekunder, og jeg må innrømme at det er veldig vanedannende, og du får virkelig et bløt ansikt!

Med alt utstyret sikkert festet, tok vi målinger fra åtte frivillige som tok en flytur hver dag i fire dager. Vi målte blodstrømmen i forskjellige arterier som leverer hjernen ved hjelp av en bærbar doppler-ultralyd, som fungerer ved å hoppe over høyfrekvente lydbølger av sirkulerende røde blodlegemer. Vi måler også nitrogenoksydnivåer i blodprøver tatt fra underarmen, samt andre usynlige molekyler som inkluderte frie radikaler og hjernespesifikke proteiner (som reflekterer strukturskader på hjernen) som kan fortelle oss om blodhjernebarrieren har blitt tvunget åpen.

Våre første funn bekreftet hva vi forventet. Nitrogenivåene økte etter gjentatte veksler av vektløshet, og dette sammenfalt med økt blodgass, spesielt gjennom arterier som forsyner hjernens bakside. Dette tvang blod-hjernebarrieren åpen, selv om det ikke var tegn på strukturell hjerneskade.

Vi planlegger nå å følge disse studiene opp med mer detaljerte vurderinger av blod- og væskeskift i hjernen ved å bruke imagingteknikker som magnetisk resonans for å bekrefte funnene våre. Vi skal også undersøke effektene som motvirkninger som gummibesøk bukser - noe som skaper et negativt trykk i den nedre delen av kroppen med ideen om at de kan "suge" blod vekk fra astronautens hjerne - så vel som rusmidler for å motvirke økningen av nitrogenoksid. Men disse funnene vil ikke bare forbedre romferden - de kan også gi verdifull informasjon om hvorfor "tyngdekraften" av trening er god medisin for hjernen og hvordan den kan beskytte mot demens og hjerneslag i senere liv.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Damian Bailey. Les den opprinnelige artikkelen her.