Angkasawan di Ruang Angkasa: Apa yang Berlaku kepada Otak Anda pada Graviti Sifar, Bagaimanapun?

NASA telah membuat komitmen untuk menghantar manusia ke Marikh oleh 2030-an. Ini adalah matlamat yang besar apabila anda berfikir bahawa perjalanan pusingan biasa akan berada di mana-mana antara tiga dan enam bulan, dan kru akan dijangka tinggal di planet merah selama dua tahun sebelum penjajaran planet membenarkan perjalanan pulang pulang. Ini bermakna bahawa angkasawan perlu hidup dalam graviti berkurang selama kira-kira tiga tahun - jauh melebihi rekod semasa 438 hari berterusan dalam ruang yang dipegang oleh angkasawan Rusia Valery Polyakov.

Pada hari-hari awal perjalanan angkasa, saintis bekerja keras untuk memikirkan cara mengatasi daya graviti supaya roket dapat melepaskan bebas dari tarikan bumi untuk mendarat manusia di bulan. Hari ini, graviti kekal di bahagian atas agenda sains, tetapi kali ini kami lebih berminat bagaimana penurunan graviti menjejaskan kesihatan angkasawan - terutama otak mereka. Lagipun, kami telah berkembang wujud dalam graviti Bumi (1 g), bukannya dalam ruang angkasa (0 g) atau mikrograviti Marikh (0.3 g).

Begitu betul-betul bagaimana otak manusia menghadapi microgravity? Sayangnya, secara ringkas - walaupun maklumat mengenai perkara ini terhad. Ini menghairankan, kerana kita biasa dengan wajah-wajah angkasawan yang menjadi merah dan kembung ketika tidak berwajah - fenomena yang dikenali sebagai "kesan Charlie Brown," atau "sindrom kaki kepala burung bengkak." Ini disebabkan oleh cecair yang kebanyakannya terdiri daripada darah (sel dan plasma) dan cecair cerebrospinal beralih ke arah kepala, menyebabkan mereka mempunyai wajah yang bulat, bengkak, dan kaki yang lebih nipis.

Peralihan bendalir ini juga dikaitkan dengan penyakit bergerak ruang, sakit kepala, dan loya. Mereka juga, baru-baru ini, telah dikaitkan dengan penglihatan yang kabur disebabkan oleh peningkatan tekanan sebagai aliran darah meningkat dan otak mengapungkan ke atas di dalam tengkorak - suatu keadaan yang dikenali sebagai gangguan penglihatan dan sindrom tekanan intrakranial. Walaupun NASA menganggap sindrom ini menjadi risiko kesihatan utama untuk sebarang misi ke Marikh, memikirkan apa yang menyebabkannya dan - persoalan yang lebih sukar - bagaimana untuk mencegahnya, masih menjadi misteri.

Jadi di mana penyelidikan saya sesuai dengan ini? Nah, saya fikir bahagian-bahagian tertentu otak akhirnya menerima terlalu banyak darah kerana nitrik oksida - molekul yang tidak kelihatan yang biasanya terapung di dalam aliran darah - membina di dalam aliran darah. Ini menjadikan arteri membekalkan otak dengan darah yang tenang, supaya mereka membuka terlalu banyak. Sebagai hasil daripada lonjakan yang berterusan dalam aliran darah, halangan otak darah - "penyerap kejutan" otak - mungkin menjadi terharu. Ini membolehkan air perlahan-lahan membina (keadaan yang disebut edema), menyebabkan pembengkakan otak dan peningkatan tekanan yang juga boleh menjadi lebih buruk disebabkan oleh had dalam kapasiti salirannya.

Fikirkan ia seperti sungai melimpah banknya. Hasil akhirnya adalah bahawa oksigen tidak mencukupi ke bahagian-bahagian otak yang cukup cepat. Ini masalah besar yang dapat menjelaskan mengapa penglihatan kabur berlaku, dan juga kesan ke atas kemahiran lain termasuk ketangkasan kognitif angkasawan (bagaimana mereka berfikir, menumpukan perhatian, alasan, dan bergerak).

Perjalanan dalam "Komet Vomit"

Untuk memastikan sama ada idea saya betul, kami perlu mengujinya. Tetapi daripada meminta NASA untuk perjalanan ke bulan, kami melarikan diri dari ikatan graviti bumi dengan mensimulasikan kesilapan dalam sebuah pesawat khas yang dijuluki "komet muntah."

Dengan memanjat dan kemudian mencelup udara, pesawat ini melakukan sehingga 30 "parabolas" ini dalam penerbangan tunggal untuk mensimulasikan perasaan tanpa berat. Mereka bertahan hanya 30 saat, dan saya harus mengakui, ia sangat ketagihan, dan anda benar-benar mendapat wajah yang bengkak!

Dengan semua peralatan yang dipasang dengan selamat, kami mengambil ukuran dari lapan sukarelawan yang mengambil penerbangan tunggal setiap hari selama empat hari. Kami mengukur aliran darah di arteri yang berbeza yang membekalkan otak menggunakan ultrasound doppler mudah alih, yang berfungsi dengan memantulkan gelombang bunyi frekuensi tinggi daripada mengedarkan sel darah merah. Kami juga mengukur paras nitrik oksida dalam sampel darah yang diambil dari urat lengan bawah, serta molekul yang tidak kelihatan yang termasuk radikal bebas dan protein khusus otak (yang mencerminkan kerosakan struktur ke otak) yang dapat memberitahu kita jika halangan otak darah dipaksa terbuka.

Penemuan awal kami mengesahkan apa yang kami jangkakan. Tahap oksida nitrat meningkat berikutan serangan berulang yang berulang, dan ini bertepatan dengan peningkatan aliran darah, terutamanya melalui arteri yang membekalkan bahagian belakang otak. Ini memaksa penghalang darah-otak terbuka, walaupun tidak ada bukti kerosakan otak struktur.

Kami sedang merancang untuk mengikuti kajian ini dengan penilaian yang lebih terperinci mengenai pergerakan darah dan cecair di otak menggunakan teknik pencitraan seperti resonans magnetik untuk mengesahkan penemuan kami. Kami juga akan meneroka kesan-kesan yang diambil tindakan seperti seluar sedutan getah - yang mewujudkan tekanan negatif di bahagian bawah badan dengan idea bahawa mereka dapat membantu "menghisap" darah dari otak angkasawan - dan juga ubat-ubatan untuk mengatasi peningkatan nitrik oksida. Tetapi penemuan ini tidak hanya akan meningkatkan perjalanan ruang - mereka juga boleh memberikan maklumat yang berharga tentang mengapa "graviti" senaman adalah ubat yang baik untuk otak dan bagaimana ia dapat melindungi terhadap demensia dan stroke di kemudian hari.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan oleh Damian Bailey. Baca artikel asal di sini.