Het is geen geheim dat NASA een overweldigende taak op zich heeft genomen: mensen naar Mars sturen tegen de jaren 2030. Waarom overweldigend? Omdat het voldoende is om te begrijpen dat een typische reis daar drie tot zes maanden zal duren, en de bemanning tot twee jaar op de planeet moet blijven voordat de uitlijning van de planeten het mogelijk maakt om naar huis terug te keren. Dit betekent dat astronauten ten minste drie jaar in verminderde (micro) zwaartekracht moeten leven - dit overtreft aanzienlijk het huidige record voor continu verblijf in de ruimte van de Russische kosmonaut Valery Polyakov: 438 dagen.
In de begintijd van de ruimtereis hebben wetenschappers hard gewerkt om erachter te komen hoe ze de zwaartekracht konden overwinnen, zodat een raket de ruimte in kon schieten en mensen op de maan kon landen. Tegenwoordig staat zwaartekracht ook op de agenda van de wetenschap, maar deze keer zijn we meer geïnteresseerd in hoe verminderde zwaartekracht de gezondheid van astronauten beïnvloedt, vooral hun hersenen. We zijn tenslotte geëvolueerd om te bestaan in de zwaartekracht van de aarde (1 g), niet in de gewichtloosheid van de ruimte (0 g) of de microzwaartekracht van Mars (0,3 g).
Hersenen in een vat
Dus hoe gaan de hersenen om met microzwaartekracht? Kortom, heel slecht - de informatie hierover is echter beperkt. We weten dat de gezichten van astronauten rood worden en opzwellen als er geen zwaartekracht is - een fenomeen dat liefkozend het 'Charlie Brown-effect' wordt genoemd. Dit komt grotendeels doordat vloeistof, voornamelijk bestaande uit bloed (cellen en plasma) en hersenvocht, naar het hoofd wordt verplaatst, waardoor gezichten gezwollen en rond worden en benen dun.
Deze vloeistofverplaatsingen worden ook in verband gebracht met "ruimteziekte" (vergelijkbaar met zeeziekte), hoofdpijn en misselijkheid. Onlangs zijn ze ook in verband gebracht met wazig zien als gevolg van drukopbouw met verhoogde bloedstroom; de hersenen zelf drijven naar de bovenkant van de schedel en oefenen er druk op uit. Ondanks het feit dat NASA visuele beperking en verplaatsing van de hersenen beschouwt als het belangrijkste risico voor de gezondheid van een persoon op Mars, is het nog niet mogelijk geweest om erachter te komen waardoor dit wordt veroorzaakt en hoe dit te voorkomen.
Professor Fysiologie en Biochemie Damien Bailey van de University of South Wales gelooft dat bepaalde delen van de hersenen teveel bloed krijgen omdat stikstofmonoxide zich ophoopt in de bloedbaan, een onzichtbaar molecuul dat daar meestal drijft. De slagaders die de hersenen van bloed voorzien, ontspannen zich, zodat ze meer openen. Als gevolg van deze stijging van de bloedstroom raakt de bloed-hersenbarrière - de "schokdemper" van de hersenen - overbelast. Water bouwt zich langzaam op, de hersenen zwellen op en de druk neemt toe.
Promotie video:
Stel je een rivier voor die buiten zijn oevers treedt. Het belangrijkste bij dit alles is dat er niet genoeg zuurstof wordt geleverd aan bepaalde delen van de hersenen. Dit is een groot probleem dat wazig zien kan verklaren, evenals andere effecten die optreden op het vermogen van astronauten om te denken, zich te concentreren, te redeneren en te bewegen.
Een reis naar de "komeet braaksel"
Om een idee te testen, moeten wetenschappers het in de praktijk brengen. Maar in plaats van NASA te vragen om naar de maan te reizen, besloten ze eenvoudigweg om zich los te maken van de zwaartekracht van de aarde door gewichtloosheid te simuleren op een speciaal vliegtuig dat een braakselkomeet wordt genoemd, een braakkomeet.
Dit vliegtuig stijgt in de lucht en daalt vervolgens af en voert tot 30 parabolische figuren uit in een enkele vlucht om het gevoel van gewichtloosheid te simuleren. De vrije val duurt slechts 30 seconden, maar het gezicht zwelt in een halve minuut op.
Nadat alle apparatuur veilig was vastgemaakt, namen de wetenschappers metingen onder acht vrijwilligers, die elk vier dagen lang elke dag een vlucht maakten. Ze maten de bloedstroom in de verschillende slagaders die de hersenen ondersteunen met behulp van draagbare Doppler-echografie, die ervoor zorgt dat hoogfrequente geluidsgolven weerkaatsen tegen circulerende rode bloedcellen. Ze maten ook het niveau van stikstofmonoxide in bloedmonsters genomen uit een ader in de onderarm, evenals andere onzichtbare moleculen, waaronder vrije radicalen en hersenspecifieke eiwitten (die structurele schade aan de hersenen weerspiegelen), wat zou kunnen uitwijzen of de bloed-hersenbarrière wordt opengedrukt.
De eerste bevindingen bevestigden precies wat er werd verwacht. Het stikstofmonoxidegehalte nam toe na herhaalde "aanvallen" van gewichtloosheid, en dit viel samen met een toename van de bloedstroom, vooral in de slagaders die de achterkant van de hersenen voeden. De bloed-hersenbarrière ging open, hoewel er geen aanwijzingen waren voor structurele schade aan de hersenen.
De onderzoekers zijn nu van plan deze onderzoeken voort te zetten met meer gedetailleerde beoordelingen van veranderingen in bloed en vloeistof in de hersenen, met behulp van beeldvormende technieken zoals magnetische resonantie beeldvorming om de resultaten te bevestigen. Ze willen ook overwegen tegenmaatregelen in te voeren, zoals een rubberen broek, die een negatieve druk in het onderlichaam creëert en bloed uit de hersenen van de astronaut helpt "pompen" - en medicijnen die de toename van stikstofmonoxide tegengaan. De resultaten van dergelijke studies zouden niet alleen het welzijn van astronauten tijdens ruimtevaart kunnen verbeteren, maar ook waardevolle informatie kunnen opleveren over waarom "zwaartekracht" goed is voor de hersenen.
Ilya Khel
