Астронавтите в космоса: Какво се случва с мозъка ви при нулева гравитация?

НАСА се ангажира да изпрати хора на Марс до 2030-те години. Това е амбициозна цел, когато смятате, че обичайното пътуване ще бъде между три и шест месеца, а екипажите ще се очаква да останат на червената планета до две години, преди планетарното изравняване да позволи връщане към дома. Това означава, че астронавтите трябва да живеят в намалена (микро) гравитация за около три години - далеч от сегашния рекорд от 438 непрекъснати дни в космоса, държани от руския космонавт Валери Поляков.

В първите дни на космическите пътувания учените работиха усилено, за да измислят как да преодолеят силата на гравитацията, така че една ракета да може да катапултира без привличане на Земята, за да може хората да кацнат на Луната. Днес, гравитацията остава на върха в дневния ред на науката, но този път ние се интересуваме по-подробно от това как намалената гравитация засяга здравето на астронавтите - особено мозъците им. В края на краищата, ние сме еволюирали да съществуваме в гравитацията на Земята (1 g), а не в безтегловността на пространството (0 g) или микрогравитацията на Марс (0.3 g).

Как точно човешкият мозък се справя с микрогравитацията? Лошо, накратко - въпреки че информацията за това е ограничена. Това е изненадващо, тъй като сме запознати с лицата на астронавтите, които стават червени и подути по време на безтегловност - феномен, известен като "ефектът на Чарли Браун", или "синдром на подпухналите глави на птиците". (клетки и плазма) и цереброспинална течност, изместваща се към главата, което ги кара да имат кръгли, подпухнали лица и по-тънки крака.

Тези промени на течността са свързани и с космическа болест, главоболие и гадене. Също наскоро те са били свързани с замъглено зрение, дължащо се на повишаване на налягането, тъй като притока на кръв се увеличава и мозъкът се издига нагоре в черепа - състояние, наречено зрително увреждане и синдром на вътречерепно налягане. Въпреки че НАСА счита, че този синдром е най-големият риск за здравето на всяка мисия на Марс, разбирането на причините за това и - още по-сериозен въпрос - как да се предотврати това, все още остава загадка.

Къде се вписват моите изследвания в това? Е, мисля, че някои части на мозъка в крайна сметка получават твърде много кръв, защото азотният оксид - невидима молекула, която обикновено се носи в кръвния поток - се натрупва в кръвния поток. Това прави артериите, снабдяващи мозъка с кръв, да се отпускат, така че те се отварят твърде много. В резултат на този безмилостен скок на кръвния поток, кръвно-мозъчната бариера - “амортисьорът на мозъка” - може да бъде претоварена. Това позволява на водата бавно да се натрупва (състояние, наречено оток), което причинява подуване на мозъка и увеличаване на налягането, което също може да се влоши поради ограничения в дренажния му капацитет.

Мислете за това като за река, преливаща от бреговете му. Крайният резултат е, че недостатъчно кислород постъпва достатъчно бързо в части от мозъка. Това е голям проблем, който може да обясни защо се появява замъглено зрение, както и ефекти върху други умения, включително когнитивната ловкост на астронавтите (как мислят, концентрират, разумен и се движат).

Пътуване в „Кометата на повърнатите“

За да разберем дали идеята ми е правилна, трябваше да я тестваме. Но вместо да попита НАСА за пътуване до Луната, ние избягахме от гравитацията на Земята, като симулирахме безтегловността в специален самолет, наречен „кометата на повърнатото“.

Като се изкачи и след това се потопи във въздуха, този самолет извършва до 30 от тези „параболи“ в един полет, за да симулира усещането за безтегловност. Те продължават само 30 секунди, и аз трябва да призная, че е много пристрастяваща, и наистина получавате подпухнало лице!

С цялото оборудване, закрепено сигурно, взехме измервания от осем доброволци, които взеха един полет всеки ден в продължение на четири дни. Измервахме кръвния поток в различни артерии, които снабдяват мозъка с помощта на преносим доплер ултразвук, който работи чрез отскачане на високочестотни звукови вълни от циркулиращите червени кръвни клетки. Измервахме и нивата на азотния оксид в кръвните проби, взети от вената на предмишницата, както и други невидими молекули, включващи свободни радикали и специфични за мозъка протеини (които отразяват структурни увреждания на мозъка), които могат да ни кажат дали кръвно-мозъчната бариера има беше принуден да бъде отворен.

Нашите първоначални констатации потвърдиха очакваното. Нивата на азотния оксид се увеличават след многократни пристъпи на безтегловност и това съвпада с повишения кръвен поток, особено чрез артерии, които доставят задната част на мозъка. Това накара кръвно-мозъчната бариера да се отвори, въпреки че нямаше данни за структурно увреждане на мозъка.

Сега планираме да следваме тези проучвания с по-подробни оценки на кръвните и флуидни промени в мозъка, като използваме техники за визуализация като магнитен резонанс, за да потвърдим нашите открития. Също така ще изследваме ефектите, които противодейства, като например гумени смукателни панталони - които създават отрицателно налягане в долната половина на тялото с идеята, че те могат да помогнат "да смучат" кръвта от мозъка на астронавта - както и наркотиците. да противодейства на увеличаването на азотния оксид. Но тези открития не само ще подобрят космическите пътувания - те могат също да предоставят ценна информация за това, защо "тежестта" на упражненията е добро лекарство за мозъка и как тя може да се предпази от деменция и инсулт в по-късен живот.

Тази статия първоначално е публикувана на The Conversation от Дамян Бейли. Прочетете оригиналната статия тук.