Astronauten in de ruimte: wat gebeurt er eigenlijk met je hersenen tegen nulgravitatie?

NASA heeft zich ertoe verbonden om mensen tegen de jaren 3030 naar Mars te sturen. Dit is een ambitieus doel als je denkt dat een typische rondreis ergens tussen drie en zes maanden zal zijn en dat bemanningen naar verwachting twee jaar op de rode planeet zullen blijven voordat planetaire uitlijning de terugkeer naar huis mogelijk maakt. Het betekent dat de astronauten ongeveer drie jaar in verminderde (micro) zwaartekracht moeten leven - ver boven het huidige record van 438 ononderbroken dagen in de ruimte van de Russische kosmonaut Valery Polyakov.

In het begin van de ruimtevaart werkten wetenschappers er hard aan om erachter te komen hoe ze de zwaartekracht konden overwinnen, zodat een raket zou kunnen katapulteren zonder de aantrekkingskracht van de aarde om mensen op de maan te landen. Vandaag staat de zwaartekracht bovenaan de wetenschappelijke agenda, maar deze keer zijn we meer geïnteresseerd in hoe minder zwaartekracht de gezondheid van astronauten beïnvloedt, vooral hun hersenen. We zijn immers geëvolueerd om te bestaan ​​binnen de zwaartekracht van de aarde (1 g), niet in de gewichtloosheid van de ruimte (0 g) of de microzwaartekracht van Mars (0,3 g).

Dus hoe gaat het menselijk brein om met microzwaartekracht? Slecht, in een notendop - hoewel de informatie hierover beperkt is. Dit is verrassend, omdat we bekend zijn met gezichten van astronauten die rood en opgeblazen werden tijdens gewichtloosheid - een fenomeen dat liefkozend bekend staat als het "Charlie Brown-effect" of "gezwollen kop-benen-syndroom". Dit komt door vocht dat voornamelijk uit bloed bestaat. (cellen en plasma) en hersenvocht verschuift naar het hoofd, waardoor ze ronde, gezwollen gezichten en dunnere benen hebben.

Deze vloeistofverschuivingen gaan ook gepaard met ruimtevaartziekte, hoofdpijn en misselijkheid. Ze zijn ook recenter in verband gebracht met wazig zien door een toename van de druk als de bloedstroom toeneemt en de hersenen naar boven drijven in de schedel - een aandoening die visuele stoornis en intracraniële druksyndroom wordt genoemd. Ook al beschouwt NASA dit syndroom als het grootste gezondheidsrisico voor elke missie naar Mars, het uitzoeken wat de oorzaak is en - een nog hardere vraag - hoe het te voorkomen, blijft nog steeds een raadsel.

Dus waar past mijn onderzoek hierin? Welnu, ik denk dat bepaalde delen van de hersenen uiteindelijk veel te veel bloed krijgen omdat stikstofmonoxide - een onzichtbaar molecuul dat meestal rondzweven in de bloedbaan - zich opstapelt in de bloedbaan. Dit zorgt ervoor dat de bloedvaten de hersenen van bloedontspanning voorzien, zodat ze te veel openen. Als gevolg van deze niet-aflatende toename van de bloedstroom, kan de bloed-hersenbarrière - de "schokdemper" van de hersenen - overweldigd raken. Hierdoor kan water langzaam opbouwen (een aandoening die oedemen wordt genoemd), waardoor de hersenen zwellen en de druk toeneemt, wat ook kan worden verergerd door de beperkte afvoercapaciteit.

Zie het als een rivier die over de oevers van de rivier stroomt. Het eindresultaat is dat er niet genoeg zuurstof snel genoeg naar delen van de hersenen gaat. Dit is een groot probleem dat zou kunnen verklaren waarom wazig zien optreedt, evenals effecten op andere vaardigheden, waaronder de cognitieve behendigheid van astronauten (hoe ze denken, concentreren, redeneren en bewegen).

Een reis in de "Braakselkomeet"

Om uit te zoeken of mijn idee klopte, moesten we het testen. Maar in plaats van de NASA om een ​​reis naar de maan te vragen, ontsnapten we aan de zwaartekracht van de aarde door gewichtloosheid te simuleren in een speciaal vliegtuig dat de bijnaam "braakte komeet" kreeg.

Door te klimmen en vervolgens door de lucht te dippen, voert dit vliegtuig tot 30 van deze "parabolen" uit in een enkele vlucht om het gevoel van gewichtloosheid te simuleren. Ze duren slechts 30 seconden en ik moet toegeven dat het erg verslavend is, en je krijgt echt een gezwollen gezicht!

Omdat alle apparatuur stevig vast zat, namen we metingen van acht vrijwilligers die vier dagen lang elke dag een enkele vlucht namen. We maten de bloedstroom in verschillende slagaders die de hersenen voeden met behulp van een draagbare doppler-echografie, die werkt door hoogfrequente geluidsgolven te laten stuiteren op circulerende rode bloedcellen. We hebben ook de stikstofmonoxide-niveaus gemeten in bloedmonsters uit de onderarmader, evenals andere onzichtbare moleculen met vrije radicalen en hersen-specifieke eiwitten (die structurele schade aan de hersenen weerspiegelen) die ons zou kunnen vertellen of de bloed-hersenbarrière gedwongen geforceerd.

Onze eerste bevindingen bevestigden wat we verwachtten. Stikstofmonoxide niveaus namen toe na herhaalde aanvallen van gewichtloosheid, en dit viel samen met een verhoogde bloedstroom, vooral door slagaders die de achterkant van de hersenen bevoorraden. Dit dwong de bloed-hersenbarrière open, hoewel er geen aanwijzingen waren voor structurele hersenbeschadiging.

We zijn nu van plan deze onderzoeken te volgen met gedetailleerdere beoordelingen van bloed- en vloeistofverschuivingen in de hersenen met behulp van beeldvormingstechnieken zoals magnetische resonantie om onze bevindingen te bevestigen. We gaan ook de effecten onderzoeken van tegenmaatregelen zoals een rubberen zuigbroek - die een negatieve druk in de lagere helft van het lichaam veroorzaken met het idee dat ze kunnen helpen bloed "wegzuigen" van de hersenen van de astronaut - evenals drugs om de toename van stikstofmonoxide tegen te gaan. Maar deze bevindingen zullen niet alleen de ruimtevaart verbeteren, ze kunnen ook waardevolle informatie verschaffen over waarom de "zwaartekracht" van lichaamsbeweging een goed medicijn voor de hersenen is en hoe het kan beschermen tegen dementie en een beroerte op latere leeftijd.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Damian Bailey. Lees hier het originele artikel.