Nav noslēpums, ka NASA ir uzņēmusies milzīgu uzdevumu: līdz 2030. gadiem nosūtīt cilvēkus uz Marsu. Kāpēc milzīgs? Jo tas ir pietiekami, lai saprastu, ka tipisks ceļojums tur prasīs trīs līdz sešus mēnešus, un apkalpei būs jāpaliek uz planētas pat divus gadus, pirms planētu sakārtošana ļaus viņiem atgriezties mājās. Tas nozīmē, ka astronautiem vismaz trīs gadus būs jādzīvo samazināta (mikro) gravitācijas apstākļos - tas ievērojami pārsniedz Krievijas kosmonauta Valērija Poļakova uzstādīto pašreizējo nepārtrauktas uzturēšanās kosmosā rekordu: 438 dienas.
Kosmosa ceļojuma pirmajās dienās zinātnieki smagi strādāja, lai izdomātu, kā pārvarēt smagumu, lai raķete varētu katapultēties kosmosā un nolaist cilvēkus uz Mēness. Mūsdienās gravitācija paliek arī zinātnes darba kārtībā, taču šoreiz mūs vairāk interesē, kā samazināta gravitācija ietekmē astronautu, īpaši viņu smadzeņu, veselību. Galu galā mēs attīstījāmies tā, ka eksistē Zemes gravitācija (1 g), nevis kosmosa bezsvara stāvoklī (0 g) vai Marsa mikrogravitācija (0,3 g).
Smadzenes mucā
Tātad, kā smadzenes tiek galā ar mikrogravitāciju? Īsi sakot, ļoti slikti - tomēr informācija par to ir ierobežota. Mēs zinām, ka astronautu sejas ir apsārtušas un uzbriest nulles gravitācijā - parādību, ko sirsnīgi sauc par “Čārlija Brauna efektu”. Lielākoties tas notiek tāpēc, ka šķidrums, ko galvenokārt veido asinis (šūnas un plazma) un cerebrospinālais šķidrums, tiek pārvietots galvas virzienā, izraisot sejas apduļķošanos un apaļas un kājas plānas.
Šie šķidruma pārvietojumi ir saistīti arī ar "kosmosa slimībām" (līdzīgām jūras slimībām), galvassāpēm un nelabumu. Nesen tās ir saistītas arī ar redzes miglošanos spiediena palielināšanās dēļ ar palielinātu asins plūsmu; pašas smadzenes peld līdz galvaskausa augšdaļai, radot spiedienu uz to. Neskatoties uz to, ka NASA uzskata redzes traucējumus un smadzeņu pārvietošanos par galveno risku jebkura cilvēka uz Marsa veselībai, vēl nav izdevies noskaidrot, kas to izraisa, kā arī to, kā to novērst.
Fizioloģijas un bioķīmijas profesors Damiens Beilijs no Dienvidvelsas universitātes uzskata, ka dažas smadzeņu daļas saņem pārāk daudz asiņu, jo asinsritē uzkrājas slāpekļa oksīds - neredzama molekula, kas tur parasti peld. Artērijas, kas smadzenēm piegādā asinis, atpūšas, tāpēc tās vairāk atveras. Asins plūsmas palielināšanās rezultātā asins-smadzeņu barjera - smadzeņu “amortizators” - tiek pārslogota. Ūdens lēnām uzkrājas, smadzenes uzbriest, un spiediens palielinās.
Reklāmas video:
Iedomājieties, kā upe pārplūst tās krastos. Vissvarīgākais visā šajā ir tas, ka noteiktām smadzeņu daļām netiek piegādāts pietiekami daudz skābekļa. Šī ir liela problēma, kas var izskaidrot redzes miglošanos, kā arī citas sekas, kas parādās uz astronautu spēju domāt, koncentrēties, domāt un kustēties.
Ceļojums uz "vemšanas komētu"
Lai pārbaudītu ideju, zinātniekiem tā jāievieš praksē. Tā vietā, lai lūgtu NASA ceļot uz Mēnesi, viņi vienkārši nolēma atbrīvoties no zemes gravitācijas, simulējot bezsvara stāvokli uz īpašas lidmašīnas, ko sauc par vemšanas komētu, vemšanas komētu.
Paceļoties gaisā un pēc tam nolaižoties, šis gaisa kuģis vienā lidojumā veic līdz 30 paraboliskiem skaitļiem, lai modelētu bezsvara sajūtu. Brīvais kritiens ilgst tikai 30 sekundes, bet sejai izdodas uzbriest pusminūtes laikā.
Pēc drošas visu aprīkojuma nostiprināšanas zinātnieki veica mērījumus astoņu brīvprātīgo vidū, no kuriem katrs katru dienu četras dienas veica vienu lidojumu. Viņi izmērīja asins plūsmu dažādās smadzenēs, kas atbalsta smadzenes, izmantojot pārnēsājamu Doplera ultraskaņu, kas izraisa augstfrekvences skaņas viļņu atlekšanu no cirkulējošajām sarkano asins šūnām. Viņi arī izmērīja slāpekļa oksīda līmeni asins paraugos, kas ņemti no vēnas apakšdelmā, kā arī citās neredzamās molekulās, ieskaitot brīvos radikāļus un smadzenēm specifiskos proteīnus (kas atspoguļo smadzeņu struktūras bojājumus), kas varētu pateikt, vai asins-smadzeņu barjera ir spiesta atvērt.
Sākotnējie atklājumi precīzi apstiprināja to, kas tika gaidīts. Slāpekļa oksīda līmenis paaugstinājās pēc atkārtotiem bezsvara "sitieniem", un tas sakrita ar asins plūsmas palielināšanos, īpaši artērijās, kas apgādā smadzeņu aizmuguri. Asins-smadzeņu barjera tika atvērta, lai gan nebija pierādījumu par smadzeņu struktūras bojājumiem.
Tagad pētnieki plāno turpināt šos pētījumus, detalizētāk novērtējot izmaiņas asinīs un šķidrumā smadzenēs, rezultātu apstiprināšanai izmantojot tādas attēlveidošanas metodes kā magnētiskās rezonanses attēlveidošana. Viņi arī vēlas apsvērt tādu pretpasākumu ieviešanu kā gumijas bikses, kas rada negatīvu spiedienu ķermeņa apakšdaļā un palīdz "izsūknēt" asinis no astronauta smadzenēm, kā arī zāles, kas neitralizē slāpekļa oksīda palielināšanos. Šādu pētījumu rezultāti varētu ne tikai uzlabot astronautu labsajūtu kosmosa ceļojumos, bet arī sniegt vērtīgu informāciju par to, kāpēc "smagums" ir labs smadzenēm.
Iļja Khel