De veiligste manier om lange afstanden in de ruimte af te leggen, is wellicht een kunstmatige winterslaap.
Op een dag zullen astronauten, gevuld als sprot in raketten en naar andere planeten vliegen, beschermd worden tegen straling en ruimteziekte door een afname van de stofwisseling in het lichaam. Ze zullen maandenlang overwinteren als beren, en ruimtevaartuigen zullen ze door ruimte en tijd vervoeren. Ze zullen waarschijnlijk slapen in witte cocons, vergelijkbaar met doodskisten, die regisseurs van futuristische sciencefiction ons laten zien in films als 2001: A Space Odyssey, Alien en Avatar.
Maar astronauten en ruimtekolonisten zullen waarschijnlijk het een en ander leren van uitgedroogde slakken, die meer dan een jaar kunnen overleven zonder iets te eten. Of in reuzenpanda's, die zich voeden met caloriearme bamboe. En ook in bloedzuigers die kunnen overleven in vloeibare stikstof; bij kinderen die in ijswater zijn gevallen en vervolgens zijn gereanimeerd; bij skiërs begraven in een lawine, maar dan langzaam weer tot leven komen vanuit een droomloze staat van onderkoeling.
Wetenschappers noemen dit fenomeen 'versuft winterslaap'. Ooit werd een dergelijke verdoving, of verdoving, als iets vreemds en vreemds beschouwd, en werd het "ongevoeligheid van functies" genoemd. Nu wordt het serieus bestudeerd, in de hoop te profiteren van langdurige ruimtevluchten.
Deze interesse is mede te danken aan de vooruitgang in de cryogene chirurgie en aan nieuwe kennis die in de praktijk is opgedaan. Een van die gevallen werd in 1995 gerapporteerd in het tijdschrift Prehospital and Disaster Medicine. Een vierjarige jongen viel door ijs in koud water op een meer in Hannover, Duitsland. Reddingswerkers trokken hem uit het water, maar konden hem ter plekke niet bij zinnen brengen. De pupillen van de jongen werden verwijdend en zijn hart stopte 88 minuten lang. Toen het slachtoffer naar het ziekenhuis werd gebracht, was zijn lichaamstemperatuur 20 graden, wat duidde op extreme onderkoeling.
Na 20 minuten, toen de artsen de borstholte van de jongen begonnen te verwarmen, begonnen zijn hartkamers samen te trekken. Na nog eens tien minuten keerde het sinusritme terug naar normaal. Binnen twee weken herstelde de jongen volledig en werd hij uit het ziekenhuis ontslagen. De artsen concludeerden dat het ijskoude water zijn lichaam snel afkoelde tot een staat van metabolische stupor (verdoving), waarbij alle vitale organen en weefsels werden behouden en tegelijkertijd de behoefte aan zuurstof voor de bloedcirculatie verminderde. In feite heeft de kou zijn leven gered. "Dit soort gevallen doen ons denken dat een zeer diepe onderkoeling onze patiënten zou kunnen laten overleven", schreef Samuel Tisherman, hoogleraar chirurgie aan de University of Maryland School of Medicine, in een e-mail. - Het belangrijkste is om de hersenen te koelen totdat de bloedstroom stopt,of onmiddellijk na het stoppen. Hoe lager de temperatuur, hoe beter de hersenen kunnen omgaan met het gebrek aan bloedstroom."
Therapeutische onderkoeling is stevig verankerd in de chirurgische praktijk. Koelingsexperimenten begonnen in de jaren zestig, voornamelijk bij pasgeborenen en mensen met hart- en vaatziekten. Pasgeborenen werden vóór een hartoperatie in koeldekens gewikkeld, in ijs gelegd en zelfs in driften om de bloedcirculatie te vertragen en het zuurstofverbruik te verminderen.
Tegenwoordig gebruiken artsen milde onderkoeling (ongeveer 31 graden) om bepaalde pasgeborenen in ernstige gevallen te behandelen, zoals vroeggeboorte of foetale hypoxie. Kinderen worden 72 uur in koelcapsules behandeld, waardoor hun metabolisme zodanig wordt verlaagd dat aan de zuurstofbehoefte van de weefsels wordt voldaan, terwijl de hersenen en andere vitale organen worden hersteld.
Promotie video:
Evenzo gebruiken chirurgen afkoeling en metabolische onderdrukking om patiënten te behandelen die lijden aan lichamelijk letsel en verwondingen, zoals hartaanvallen, beroertes, schotwonden, hevig bloeden en hoofdletsel dat hersenoedeem veroorzaakt. In noodgevallen kan de anesthesist een dunne katheter in de neus van de patiënt steken, die verkoelende stikstof rechtstreeks aan de basis van de hersenen levert. In één behandelingsexperiment brengen chirurgen een hart-longmachinekatheter in via de borstkas in de aorta, of via de lies in de dijbeenslagader. Deze buizen worden gebruikt om een koude zoutoplossing af te geven om de lichaamstemperatuur te verlagen en verloren bloed te vervangen. Wanneer de traumatoloog het bloeden stopt, start de hart-longmachine de bloedstroom weer en krijgt de patiënt een bloedtransfusie.
"Als je de kou snel genoeg toepast, voordat het hart stopt, dan zullen de vitale organen, en met name de hersenen, enige tijd zonder bloed tegen de kou kunnen", legt Tisherman uit. Hij voert klinische proeven uit met een koude zoutoplossing in een Baltimore Clinic om ernstig gewonde patiënten te helpen. Tisherman hoopt zijn onderzoek in ieder geval tot de herfst van 2018 voort te zetten, en misschien wel langer.
De resulterende onderkoeling vertraagt snel of stopt de bloedcirculatie gedurende ongeveer een uur. Dienovereenkomstig neemt de behoefte aan zuurstof af en hebben chirurgen tijd om levensbedreigende wonden te genezen, waarna ze de patiënt kunnen verwarmen en weer tot leven kunnen wekken.
Torpor raadsel
Tegenwoordig hopen velen in de ruimtevaartgemeenschap hun hoop op medisch gegenereerde onderkoeling en de resulterende vertraging van het metabolisme als een manier om ruimte, gewicht, vracht, brandstof, voedsel en depressie te besparen tijdens lange vluchten naar Mars of verder weg gelegen planeten. Onderzoek in deze richting is nog maar net begonnen. Een probleem is puur medisch. Wat is de beste manier om gezonde astronauten in winterslaap te brengen? Het is bekend over therapeutische onderkoeling in de operatiekamer, maar hoe kunnen mensen in de ruimte weken, maanden en zelfs jaren koel en winterslaap houden? Dit is een volledig onontgonnen gebied. Sommige wetenschappers die winterslaap bij dieren bestuderen, zeggen dat andere methoden om het metabolisme te onderdrukken beter zijn. Dit is een speciaal dieetlaagfrequente straling en zelfs het gebruik van eiwitten die de winterslaap induceren bij dieren zoals beren en Beringiaanse grondeekhoorns, omdat ze de stofwisseling veilig reguleren met de mogelijkheid om de loomheid te verlaten.
Een ander voor de hand liggend probleem is de financiering. Hoeveel geld zal NASA uittrekken om de metabolische vertraging bij dieren en mensen te bestuderen als het bureau wordt bezuinigd, zelfs voor ruimtevluchten? Voormalig directeur van het Ames Research Center in Californië Pete Worden, nu uitvoerend directeur van het Breakthrough Starshot-project, zegt dat omdat NASA grote nadruk legt op synthetische biologie en het overleven en functioneren van organismen in ongebruikelijke omgevingen zoals Mars, 'wat is overwintering wordt gefinancierd, het is bijna onvermijdelijk."
Dit optimisme wordt niet door iedereen gedeeld. "Mensen zijn teleurgesteld", zegt Yuri Griko, een door NASA opgeleide radiobioloog en vooraanstaand onderzoeker in de ruimtebiologie-afdeling van het Ames Center. - Toen in 1957 een satelliet de ruimte in vloog, was mijn generatie verheugd en verheugd. We dachten dat we al in de 20e eeuw naar Mars zouden vliegen. Maar … het is de 21ste eeuw en we zijn nooit naar Mars gevlogen. Mensen zoals ik hebben een gevoel van persoonlijke wrok, omdat we verwachtten veel verder te gaan dan we nu zijn."
Griko geeft toe dat onderzoek naar het verlagen van het metabolisme momenteel in het ongewisse is. Hij kwam in 2005 bij NASA werken en daarvoor werkte hij vijf jaar bij het biotechnologiebedrijf Clearant, Inc., waar hij met behulp van ioniserende straling de activiteit van ziekteverwekkers in medicinale bloedproducten, in organen voor transplantatie en in biologische producten blokkeerde. Het ruimteagentschap nodigde Griko vervolgens uit om onderzoek te doen om astronauten te beschermen tegen ruimtestraling. Het bleek dat het vertragen van het metabolisme een van de meest effectieve mechanismen is die ons door de natuur worden gegeven.
Wanneer dieren in winterslaap gaan, draagt hun lichaam straling zonder noemenswaardige schade aan cellen. Griko gelooft dat een afname van het metabolisme leidt tot een afname van de schade door straling, aangezien biochemische processen worden vertraagd en oxidatieve stress wordt verzwakt. Hypoxie, oftewel lage zuurstofgehaltes in bloed en weefsel, is een mogelijke verklaring voor het stralingsafschermende effect. Bij hypoxie wordt de vorming van vrije zuurstof- en hydroxylradicalen verminderd. Omdat ioniserende straling vrije radicalen afgeeft die schade aan cellen veroorzaken, de stofwisseling vertragen en het zuurstofverbruik verminderen, werken ze in de tegenovergestelde richting. Deze processen verstoren de dood van normale cellen en verlengen de levensduur van gezonde cellen. Dit beschermende effect is veel meer uitgesproken bij lagere temperaturen.
Griko gelooft dat winterslaap dieren ook kan beschermen tegen spier- en botatrofie, die meestal optreedt zonder zwaartekracht. Volgens hem verliest een normaal etend persoon, na 90 dagen in bed te hebben doorgebracht, meer dan de helft van zijn spierkracht. Maar een beer die niets eet en ongeveer dezelfde tijd of iets langer in zijn hol slaapt, verliest slechts 25% van zijn spierkracht en vertoont geen tekenen van botverlies. De wetenschapper merkt op dat overwinterende dieren zoals schildpadden en buideldieren al decennia niet de ruimte in zijn gestuurd.
NASA heeft zijn verzoek om ruimte-experimenten met dieren in winterslaap te financieren, afgewezen. Tegenwoordig is Griko's wetenschappelijke werk beperkt tot de analyse van onderzoek dat is uitgevoerd naar winterslaap, en hij voert ook zijn eigen laboratoriumonderzoeken uit, waarbij hij stasis bij muizen, slakken en bloedzuigers bestudeert. De wetenschapper stelde voor om in 2015 een internationale conferentie over torpor te organiseren, er vooraanstaande experts uit de wereld voor uit te nodigen en de vraag te bespreken hoe winterslaap in de ruimte kan worden gevonden. NASA heeft geweigerd het te financieren, maar Griko hoopt nog steeds het nodige geld op te halen.
"Er zijn aanzienlijke obstakels voor de studie van torpor, hoewel we zonder dit niet serieus kunnen praten over langeafstandsruimtevluchten", zegt Leroy Chiao, voormalig NASA-astronaut en commandant van de ISS-bemanning, die 193 dagen in een baan om de aarde heeft doorgebracht van oktober 2004 tot april 2005. van het jaar. Dieronderzoek is een bijzonder uitdagend onderwerp omdat NASA in het verleden kritiek heeft geuit op voorstanders van dieren. "Zelfs onderzoek naar primaten wordt door mensen vijandig bekeken", merkt Chiao op.
De oplossing zit in twee planeten
NASA's Innovative Advanced Concepts (NIAC) Program Manager Jason Derleth ziet reden voor hoop. Onder zijn leiding heeft het programma sinds 2013 twee innovatiesubsidies toegekend ter ondersteuning van de gedetailleerde plannen van een bedrijf om een tussenliggende laboratoriumwoning op Mars te creëren met behulp van kunstmatige winterslaaptechnieken. Het hoofdbedrijf voor dit project, SpaceWorks Enterprises, is een ruimtevaartontwerper en aannemer voor NASA en het ministerie van Defensie. Het is gelegen in Dunwoody, Georgia, 30 kilometer van Atlanta. Het bedrijf werkte mee aan de ontwikkeling van het CubeSat-formaat voor kleine kunstmatige aardse satellieten. Maar het was de verdoving die de speciale aandacht trok van de president en hoofdingenieur van dit bedrijf, John Bradford (John Bradford).
"Ik vraag me al 15 jaar af hoe ik de materialen, constructies en voortstuwingssystemen moet ontwerpen waarmee we naar Mars en zijn manen kunnen vliegen", zegt Bradford. Hij is een Ph. D. en een ruimtevaartingenieur. Bradford heeft verschillende projecten geleid van NASA, het Defense Advanced Research Projects Agency en het Air Force Research Laboratory om militaire ruimtevaartuigen te bouwen. Hij was ook adviseur voor de sciencefictionfilm Passengers, die in 2016 uitkwam. Daar worden interplanetaire kolonisten, gespeeld door Jennifer Lawrence en Chris Pratt, van tevoren wakker uit kunstmatige slaap. "We filmen de Apollo-missie niet meer", legt Bradford uit. - Geen vlaggen en voetafdrukken. We moeten een soort met twee planeten worden. '
Het medisch engineeringteam van Bradford gebruikte de eerste Innovative Advanced Concepts-subsidie in 2013 om een zwaartekrachtloze compacte woonmodule te ontwerpen van stijve constructies, gebaseerd op de ISS-bewoningsmodule. In dit ruimtehuis was een gesloten kringloopsysteem voor de productie van zuurstof en water voorzien, directe toegang tot de start- en landingsmodule om op Mars te landen, evenals een levensondersteunend complex voor zes mensen die de hele vluchttijd (van zes tot negen maanden).
De voorgestelde techniek van kunstmatige winterslaap is gebaseerd op de technieken die door chirurgen worden gebruikt om onderkoeling bij een patiënt te induceren. Het koelgas stikstof kan bijvoorbeeld via een neusslang aan een astronaut worden geleverd, waardoor de temperatuur van de hersenen en het lichaam wordt verlaagd tot 31 graden. Dit is voldoende om de winterslaap te behouden, maar tegelijkertijd wordt het hart niet te koud en is er geen risico op andere complicaties. Met afkoeling neemt de bloedstolling af, merkt Tisherman op. Hij merkte ook op dat patiënten die twee of meer dagen aan matige onderkoeling (33 graden) worden blootgesteld, meer kans hebben op infecties dan niet-gekoelde mensen.
In het ruimtehuis van SpaceWorks Enterprises worden modulaire mechanische manipulatoren geprogrammeerd om klusjes te doen, de ledematen van astronauten te oefenen, lichaamssensoren te controleren, urinecontainers te legen en de afgifte van voedingsstoffen te controleren. De robots moeten elektrische impulsen naar de spieren van de astronauten sturen om ze strak te houden, en ook kalmeringsmiddelen injecteren om de natuurlijke trillingen te onderdrukken. Astronauten hebben ook volledige parenterale voeding nodig met stoffen als elektrolyt, D-glucose, lipiden, vitamines, enzovoort. Ze worden met vloeistof aan het lichaam toegevoerd via een katheter die in de borstkas of dij wordt ingebracht. In de experimentele module werden gedurende 180 dagen voorraden totale parenterale voeding aangelegd. Maar als de vlucht naar Mars langer duurt,in de module kun je voor nog eens 500 dagen voedsel aanmaken.
Al met al kon SpaceWork het totale gewicht van de Compact Habitat terugbrengen tot 19,9 ton, inclusief verbruiksartikelen en verbruiksartikelen (laag gewicht in de baan om de aarde). Ter vergelijking: de TransHab-huisvestingseenheid van NASA weegt samen met voorraden en voorraden 41,9 ton. Dit is 52% meer dan SpaceWork. In vergelijking met de SpaceWork-module van NASA is het totale voorraadgewicht met 70% verminderd.
Het programmamanagement van de NIAC was geïntrigeerd. "SpaceWorks heeft een interessant voorstel gedaan", zegt Derlet. “Mensen hebben overwintering voor medische doeleinden bestudeerd. Maar voor zover we weten, voert niemand momenteel een constructieve studie uit naar het gebruik van onderkoeling of verdoving bij ruimtevluchten."
In 2013 verstrekte het management van NIAC SpaceWorks het eerste deel van een subsidie van $ 100.000 om een voorbeeldplatform te ontwikkelen voor kunstmatig slapende onderzoeksvluchten naar Mars en zijn satellieten. De bemanning zou uit vier tot acht personen bestaan. Het ruimteagentschap verzette zich echter tegen het voorstel om alle bemanningsleden gedurende de gehele vlucht in kunstmatige slaap te brengen. Wat als er medische complicaties of storingen in het ruimtevaartuig zullen zijn? Hoe lang duurt het voordat astronauten psychische en fysieke schade beginnen op te lopen? Wat als complicaties aan boord vereisen dat ze vroeg opstaan? En hoe zit het met het geleidelijke en langzame ontwaken en opwarmen van het lichaam terwijl de astronaut uit de winterslaap wordt gewekt?
Deze vragen dwongen het SpaceWorks-team weer aan het werk. Ze ontwierpen een compartiment voor de bemanning om in een kunstmatige slaaptoestand te blijven, op voorwaarde dat verschillende astronauten om de beurt wakker zouden zijn om het schip te besturen en het nodige werk uit te voeren (zoals in "Space Odyssey", waar twee bemanningsleden op weg naar Jupiter wakker waren, terwijl terwijl de rest in kunstmatige winterslaap was).
Het team van Bradford ging verder. Door drie onderling verbonden woonmodules te ontwerpen voor 100 ontheemde passagiers (om Mars te bevolken), creëerde ze een ruimtevaartuig met een wooncompartiment dat totaal anders is dan alles wat NASA had gepland. De SpaceWorks verplaatste baai bevat twee compacte roterende behuizingseenheden, elk met 48 torpor-passagiers. Rotatie met verschillende snelheden zorgt voor een kunstmatige zwaartekracht die botverlies voorkomt.
Maar het Bradford-team had nog een, meer gewaagd voorstel. In een aparte woonmodule besloot ze vier astronauten aan het werk te zetten, die het schip en de bemanning gedurende de vlucht zouden dienen. Terwijl één slaapt, werken drie, waardoor hun kracht behouden blijft.
Vlucht naar Mars door SpaceX
"De slapende bemanning draaien en sommige astronauten wakker maken om te kijken, is voordeliger dan alle astronauten een half jaar in winterslaap te houden", benadrukt Bradford. Een ruimteschip met kolonisten in een toestand van verdoving zal lichter zijn, wat de snelheid aanzienlijk zal verhogen, de vliegtijd zal verkorten en mogelijk ook een betrouwbaardere bescherming biedt tegen straling als gevolg van een vertraging van het metabolisme. Verder, zegt Bradford, zullen slapende astronauten geen bewegingsziekte krijgen, wat een veelvoorkomend probleem is voor ISS-bewoners.
Bear winterslaap
Maar wat zal de sensatie van verdoving in de ruimte zijn? Nee, het gaat niet om doodvriezen in een cryogene unit en vervolgens revitaliseren, zegt Doug Talk, verloskundige-gynaecoloog en SpaceWorks-consulent, die therapeutische onderkoeling gebruikt om zuurstofarme kinderen te behandelen. "Cryogenics heeft hier geen succes", legt hij uit. - Het menselijk lichaam is niet bedoeld om te worden ingevroren; het bestaat voornamelijk uit water, en als het water in volume toeneemt [dit gebeurt als het bevriest], leidt het tot de vernietiging van cellen. '
De astronauten zullen eerder overwinteren als een coma. Dit is een kruising tussen een droomloze slaap en een halfbewuste toestand. "Patiënten in coma hebben cycli van hersenactiviteit van ogenschijnlijk wakker zijn tot diepe, droomloze slaap", legt Tock uit. Hoewel patiënten in coma niet kunnen bewegen, blijven hun hersenen actief en reageren ze zelfs op externe prikkels, waaronder verbale commando's.
Beren in winterslaap ervaren iets soortgelijks. Hun lichaamstemperatuur daalt slechts enkele graden (zoals bij matige onderkoeling bij mensen) en hun metabolisme wordt met 75% verminderd. Beren in noordelijke klimaten kunnen zeven tot acht maanden overwinteren zonder iets te eten of te drinken; en drachtige vrouwtjes baren nakomelingen en voeden ze zelfs in winterslaap.
"Mensen in verdoving zullen zich gedragen als beren", stelt Tok voor. 'Ze zullen cycli hebben van waakzaamheid tot diepe droomloze slaap. En net als beren zullen ze bij het ontwaken tekenen van slaapgebrek vertonen."
In mei 2016 keurde het management van de NIAC de tweede fase van het SpaceWorks-project goed, dit keer met $ 250.000 om technisch onderzoek voort te zetten, evenals operationeel en medisch onderzoek. "Fase 1-projecten hebben bewezen dat onze visie echt is", zegt Derlet. 'We zijn blij dat dr. Bradford vooruitgang boekt.'
Het SpaceWorks-team stelde enkele ontwerpverbeteringen aan de woonmodule voor, evenals een experiment met kunstmatige slaap gedurende een periode van twee tot drie weken met verschillende gezonde varkens. Varkens houden, net als mensen, geen winterslaap in hun natuurlijke omgeving, en daarom zal hun fysiologische reactie op kunstmatige slaap mensen beter helpen begrijpen wat ze van verdoving kunnen verwachten dan experimenten met muizen en slakken. Maar volgens Derleth verbieden de regels van NASA het financieren van onderzoek naar varkens.
Daarom kwam SpaceWorks met een alternatief voorstel: om de reeds uitgevoerde en lopende experimenten om het metabolisme te onderdrukken uitvoerig te bestuderen, op basis hiervan, om een actieprogramma voor de nabije toekomst te ontwikkelen om de noodzakelijke technologieën te ontwikkelen die de overgang naar menselijke proeven mogelijk maken, inclusief meer systematisch onderzoek op dieren. Deze zomer zal NIAC een tussentijdse evaluatie van SpaceWorks uitvoeren en beslissen of er nog eens $ 250.000 aan financiering wordt toegewezen.
"We blijven geloven in de noodzaak van onderzoek naar levende wezens om torportechnologieën te ontwikkelen en deze op de lange termijn toe te passen", schreef SpaceWorks-oprichter en CEO John Olds. "En voor deze stap kan de deelname van particuliere sponsors nodig zijn."
Wie voor dit werk betaalt, zal moeilijk zijn om experimenten op dieren uit te voeren omdat het ethische vragen oproept.
"Ik denk dat NASA gelijk heeft om langzaam en geleidelijk te handelen", zegt Arthur Caplan, directeur medische ethiek aan het New York University Medical Center. Hoewel velen enthousiast zijn over het vooruitzicht van kunstmatige slaap tijdens langere ruimtevluchten, heeft NASA niet het extra gedoe nodig dat voorstanders van dieren kunnen krijgen, zei hij.
"Varkens lijken qua fysiologie behoorlijk op mensen, dus het is logisch om ze voor experimenten te gebruiken", zegt Kaplan. "En tegen de critici kunnen we dit zeggen: het aantal varkens dat voor dit soort onderzoek wordt gerekruteerd, zal minder zijn dan de gemiddelde Amerikaan in een week eet als ontbijt."
Menselijke factor
In sciencefictionfilms en boeken wordt verdoving geïdealiseerd en geromantiseerd, zegt Kaplan. Ze wekken de indruk dat een persoon gemakkelijk deze coma-achtige toestand kan binnengaan en verlaten. Maar de realiteit kan anders zijn.
Volgens Kaplan zullen de eerste experimenten worden uitgevoerd met de deelname van zeer ongebruikelijke mensen - hoogstwaarschijnlijk zullen dit testpiloten zijn. “Deze mensen zetten elke dag hun leven op het spel; ze begrijpen de fysiologische gevaren omdat ze vliegtuigen testen en weten dat veel van hun collega's zijn overleden. Astronauten vertelden me dat ze klaar zijn om aan elk experiment deel te nemen, gewoon om de ruimte in te vliegen. Het is onze taak om ze in te dammen”, zegt hij.
Experimenteren met mensen zal een ongekende stap zijn. Niemand heeft ooit onderkoeling gebruikt om het metabolisme te vertragen bij mensen die niet ziek of gewond zijn, laat staan bij uitzonderlijk gezonde astronauten.
"We hebben veel gezonde mensen die de wens hebben geuit om deel te nemen aan langdurige experimenten met kunstmatige slaap", zegt Tok. - Er is een opgekropte vraag naar mensen die bereid zijn om gedurende zes maanden los te koppelen van het leven. Ik weet zeker dat de gezondheidsautoriteiten dit niet zullen goedkeuren."
Ondertussen heeft Tok twee therapeutische hypothermiespecialisten gerekruteerd voor het SpaceWorks-onderzoeksteam: Alejandro Rabinstein, de medisch directeur van de Neurology Intensive Care Unit van Mayo Clinic, en neurowetenschapper Kelly Drew, die bij Fairbanks aan de Universiteit van Alaska werkt, gespecialiseerd in winterslaap. dieren. Drew bestudeert samen met andere wetenschappers van het University of Alaska Institute of Arctic Biology de winterslaappatronen van warmbloedige dieren zoals egels, Beringiaanse grondeekhoorns en beren. Ze hopen het mysterie van een gezonde winterslaap en de hersensignalen die het activeren op te lossen, in de overtuiging dat het astronauten zal helpen zich aan te passen zonder bijwerkingen.
In de Beringische grondeekhoorn (evrazhka) bijvoorbeeld in de winter daalt de lichaamstemperatuur tot nul graden. Geen enkele wetenschapper weet precies waardoor het winterslaapmechanisme wordt geactiveerd. Toegegeven, er is een aanname dat een speciale hersen- en spierreceptor - de A1-adenosinereceptor - leidt tot een verlaging van de lichaamstemperatuur van de grondeekhoorn en ervoor zorgt dat hij slaapt, waaruit hij acht maanden later ontwaakt met minimaal verlies van bot- en spiermassa.
"Adenosine is een neuromodulator die een rol speelt bij het stimuleren van slaap en het verminderen van de prikkelbaarheid van de hersenen", zegt Drew. "Het is alomtegenwoordig in de hersenen van dieren." Ze injecteerde in winterslaap-eura's met een medicijn dat hun A1-adenosinereceptoren stimuleert. Drew kan ook gophers wakker maken door een ander medicijn te gebruiken dat deze receptoren blokkeert.
Maar de signaalcascade en de reeks genen bij mensen zijn veel gecompliceerder en erg moeilijk te ontcijferen. Het complicerende van de taak is dat dieren in winterslaap op verschillende manieren slapen.
De enige primaat die overwintert, is de dwergmaki van Madagaskar, die acht maanden per jaar in slaap doorbrengt, meestal bij warm weer. Hij leeft van vetophopingen in de staart. Een afname van de stofwisseling bij dit dier vereist geen afname van de lichaamstemperatuur.
Ondertussen zegt Rabinstein, die van plan is een milde hypothermie-analyse uit te voeren om loomheid op te wekken, dat de methoden die worden gebruikt op de intensive care in de ruimte misschien niet zo betrouwbaar zijn.
"Het feit dat jonge kinderen 'verdrinken' in ijskoud water en dan tot bezinning komen, is opmerkelijk, en het geeft ons hoop", zegt hij. - Maar kunnen we onze kennis [van diepe onderkoeling] toepassen om mildere onderkoeling te creëren, zodat mensen veel langer in deze toestand kunnen blijven zonder schadelijke gevolgen, zonder psychologische en fysiologische stress? Het valt nog te bezien, maar we denken dat er een kans is."
Arielle Emmett