Tag archive

microgravity

Η μακροχρόνια έκθεση σε μικροβαρύτητα επηρεάζει την πλαστικότητα του εγκεφάλου

in Astronomy by

Τα ταξίδια στο Διάστημα εξάπτουν τη φαντασία των ανθρώπων εδώ και πολλές χιλιάδες χρόνια, όμως η ώρα που θα τα βιώσει ένα κομμάτι του πληθυσμού, μόλις έφθασε. Ωστόσο η έκθεση σε περιβάλλον μικροβαρύτητας, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, ενέχει πολλούς κινδύνους από μεταβολές που συμβαίνουν στη βιολογία μας (όπως μείωση στο σχηματισμό των οστών και το σύνδρομο VIIP Vision Impairment and Intracranial Pressure).

Το σύνδρομο VIIP θεωρείται ότι σχετίζεται με την ανακατανομή του σωματικού υγρού προς το κεφάλι κατά τη μακροπρόθεσμη έκθεση σε μικροβαρύτητα, αλλά η ακριβής αιτία είναι άγνωστη. Για το λόγο αυτό, η NASA έχει θέσει σε πρώτη προτεραιότητα την έρευνα της αιτίας του συνδρόμου VIIP και την επίλυση των επιπτώσεών του.

Πριν από την προγραμματισμένη αποστολή της NASA στον Άρη (το 2033), οι επιστήμονες προσπαθούν να βρουν ακριβώς ποια είναι τα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα αλλαγών στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια εκτεταμένων αποστολών στο διάστημα. Και όπως αποκαλύπτουν νέες έρευνες, το διαστημικό ταξίδι αλλάζει την πλαστικότητα του ανθρωπίνου εγκεφάλου (η ικανότητα του νευρικού συστήματος να αλλάζει τη δομή και τη λειτουργία του εγκεφάλου καθ ‘όλη τη ζωή του, ως αντίδραση στην ποικιλομορφία του περιβάλλοντος).

Ο νευροακτινολόγος Δρ Donna Roberts διενήργησε μια μελέτη των επιδράσεων της μακροχρόνιας έκθεσης σε περιβάλλον μικροβαρύτητας πάνω στον εγκέφαλο, η οποία δημοσιεύθηκε στο New England Journal of Medicine. Ο ίδιος δήλωσε πως η έκθεση στο διαστημικό περιβάλλον έχει μόνιμες επιδράσεις στους ανθρώπους που απλά δεν καταλαβαίνουμε.

Με τη βοήθεια μαγνητικών τομογραφιών σε αστροναύτες μετά από διαστημική πτήση, ανακαλύφθηκαν λεπτές ανατομικές αλλαγές στους εγκεφάλους τους, που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της διαστημικής πτήσης. Αυτές οι αλλαγές θα μπορούσαν να συμβάλλουν στην ανάπτυξη του συνδρόμου VIIP.

Σύμφωνα με την έρευνα, εξέτασαν τους εγκεφάλους και τις μυϊκές αντιδράσεις των συμμετεχόντων που παρέμειναν σε ένα κρεβάτι για 90 ημέρες. Κατά τη διάρκεια αυτών, απαιτείται να διατηρούν συνεχώς τα κεφάλια τους σε κλίση προς τα κάτω, για να προσομοιώνουν τις επιδράσεις της μικροβαρύτητας.

Με τη χρήση μαγνητικών τομογραφιών, ο Roberts αξιολόγησε την νευροπλαστικότητα του εγκεφάλου, μελετώντας φλοιό του εγκεφάλου πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη μακροχρόνια ανάπαυση στο κρεβάτι.

Διαπιστώθηκαν στοιχεία μετατόπισης του εγκεφάλου και στένωση του χώρου μεταξύ της κορυφής του εγκεφάλου και του εσωτερικού πίνακα του κρανίου (inner table of the skull). Η απορία του όμως ήταν εάν το ίδιο πράγμα μπορεί να συμβεί με τους αστροναύτες κατά τη διάρκεια της διαστημικής πτήσης.

Προς επιλυσή της, μελέτησε σαρώσεις MRI (μαγνητικές τομογραφίες) του εγκεφάλου και σχετικά δεδομένα από το πρόγραμμα Lifetime Surveillance of Astronaut της NASA για δύο ομάδες αστροναυτών: 18 που είχαν περάσει μικρό χρονικό διάστημα στο διαστημικό λεωφορείο των ΗΠΑ και 16 που ήταν στο διάστημα για μεγαλύτερες περιόδους (έως και μήνες) στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS).

Οι ερευνητές συνέκριναν τις εικόνες του εγκεφάλου των δύο ομάδων αστροναυτών και τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τη στένωση του κεντρικού σχήματος του εγκεφάλου (ενός αυλακιού στον φλοιό κοντά στην κορυφή του εγκεφάλου που διαχωρίζει τους βρεγματικούς και μετωπιαίους λοβούς) στο 94% των αστροναυτών που συμμετείχαν σε μακρινές πτήσεις και στο 18,8% των αστροναυτών που συμμετείχαν σε πτήσεις μικρής διάρκειας.

Κινητικες, αισθητικες και συνειρμικες περιοχες του εγκεφαλου. Image Credit: slideplayer.gr

Με βάση τα ευρήματά της σύγκρισης, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι συμβαίνουν “σημαντικές αλλαγές” στη δομή του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια διαστημικών πτήσεων μεγάλης διάρκειας. Και τα μέρη του εγκεφάλου που επηρεάζονται περισσότερο (οι μετωπικοί και βρεγματικοί λοβοί), είναι αυτά που ελέγχουν την κίνηση του σώματος και την ανώτερη εκτελεστική λειτουργία.

Όσο περισσότερο παραμένει ένας αστροναύτης στο διάστημα, τόσο χειρότερα αναμένονται να είναι τα συμπτώματα του συνδρόμου VIIP. Προς περαιτέρω κατανόηση των αποτελεσμάτων της μελέτης, ο Roberts σχεδιάζει να συγκρίνει την επανειλημμένη σάρωση των εγκεφάλων των αστροναυτών (που έχουν συμμετέχει σε μακροχρόνια πτήση), για να διαπιστώσει εάν οι αλλαγές είναι μόνιμες ή αν θα επανέλθουν στα φυσιολογικά επίπεδα, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα στη Γη.

Ευελπιστούν να φέρουν στο φως τα τελικά αποτελέσματα πολύ πριν την προγραμματισμένη αποστολή ανθρώπων στον Άρη το 2033. Οι εθελοντές που θα αποσταλλούν εκεί, θα παραμείνουν σε μικροβαρύτητα και σε μειωμένη βαρύτητα (σε σχέση με τη Γήινη) για περίπου 3 χρόνια, εφόσον ένα ταξίδι στον Άρη μπορεί να διαρκέσει τρεις έως έξι μήνες, στην καλύτερη περίπτωση, ενώ το πλήρωμα θα παραμείνει στην επιφάνεια του κόκκινου πλανήτη για 2 χρόνια (η βαρύτητα στον Άρη είναι περίπου το ένα τρίτο της Γης).

Ο συν-συγγραφέας της μελέτης, ο Δρ. Michael Antonucci, πρόσθεσε πως γνωρίζουμε εδώ και χρόνια ότι η μικροβαρύτητα επηρεάζει το σώμα με πολλούς τρόπους. Ωστόσο, αυτή η μελέτη αντιπροσωπεύει την πιο ολοκληρωμένη εκτίμηση των επιπτώσεων των παρατεταμένων διαστημικών ταξιδιών στον εγκέφαλο.

Οι αλλαγές που παρατηρήσαν μπορούν να εξηγήσουν τα ασυνήθιστα συμπτώματα που αντιμετωπίζουν οι αστροναύτες όταν επιστρέφουν από τους διαστημικούς σταθμούς και να βοηθήσουν στον εντοπισμό βασικών ζητημάτων σχετικά με τον προγραμματισμό διαστημικής εξερεύνησης μεγαλύτερης διάρκειας, όπως οι μελλοντικές αποστολές στον Άρη.

 

 

Πηγές:

  • Article’s image  “braining.gr”
  • nypost.com  άρθρο  “Space travel permanently changes the brain”
  • nature.com  άρθρο  “Brain structural plasticity with spaceflight”
  • nasa.gov  άρθρο  “Vision Impairment and Intracranial Pressure (VIIP)”
  • wikipedia.org

The Twins Study

in Astronomy by

Οι κίνδυνοι της εξερεύνησης του Διαστήματος είναι αναρίθμητοι. Τίποτα από όλα αυτά όμως δεν είναι ικανό να μας στερήσει την προσπάθεια αποίκησης του Γαλαξία και την διαιώνιση του είδους μας.

Από το 1957 όπου πρωτοεκτοξεύθηκε ο πρώτος τεχνητός δορυφόρος «Σπούτνικ 1» έως και σήμερα, έχουν γίνει πολλές προσπάθειες εξερεύνησης, με μεγαλύτερο επίτευγμα την προσσελήνωση. Μια πλειάδα αποστολών (επανδρωμένων και μη) στόχευσαν στην εξερεύνηση του πιο κοντινού μας γείτονα, της Σελήνης. Το μεγαλύτερο ποσοστό ήταν επιτυχημένες, ενώ δυστυχώς υπήρχαν κάποιες που στέρησαν τη ζωή στα πληρώματα.

Οι μνήμες από τις αποτυχημένες μας προσπάθειες ακόμα δεν έχουν σβήσει. Τον περασμένο μήνα ήταν η 50η επέτειος της καταστροφής του Apollo 1 όπου εξαιτίας μιας πυρκαγιάς στην καμπίνα, απωλέσθηκαν και τα τρία μέλη του πληρώματος. Επιπροσθέτως, πριν από 1 μήνα περίπου (28 Ιανουαρίου), η NASA πένθησε για την 21η επέτειο από την καταστροφή του διαστημικού λεωφορείου Challenger, όπου και εκεί απωλέσθηκε όλο το πλήρωμα. Την περασμένη εβδομάδα, η NASA επίσης τίμησε το 7μελές πλήρωμα του Columbia, που έχασε τη ζωή όταν το διαστημικό λεωφορείο αποσυντέθηκε κατά την επανείσοδό του στη Γη.

Image Credit: NASA via denverpost.com

Αλλά οι κίνδυνοι δεν περιορίζονται μόνο εκεί. Ακόμα και οι επιτυχημένες αποστολές κρύβουν μεγάλο ρίσκο για την υγεία των πληρωμάτων. Η ζωή σε συνθήκες μικροβαρύτητας είναι εξαιρετικά δύσκολη και επικίνδυνη.

Όπως υπολογίζεται, οι αστροναύτες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό εκτίθενται σε επίπεδα ακτινοβολίας 10 φορές μεγαλύτερα απ’ αυτά που αντιμετωπίζουμε στην επιφάνεια της Γης, με αυξημένο τον κίνδυνο για καρκινογενέσεις. Ο πλανήτης μας παρέχει προστασία μέσω του μαγνητικού του πεδίου, αλλά και της ατμόσφαιράς του. Ένα εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα, περιέχει μια μορφή οξυγόνου που ονομάζεται όζον, το οποίο απορροφά μέχρι και το 99% της εισερχόμενης υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας.

Επιπλέον το 79% των αστροναυτών υποφέρει από το λεγόμενο «space motion sickness» (SMS), το οποίο βιώνεται κατά τη διάρκεια των 2-3 πρώτων ημερών σε κατάσταση μικροβαρύτητας. Τα συχνότερα συμπτώματα του αποτελούν η χλωμάδα, η αυξημένη θερμοκρασία σώματος, ο κρύος ιδρώτας, το αίσθημα κακουχίας, η απώλεια όρεξης, η ναυτία, η κόπωση και η τάση προς εμετό. Πέρα από το (SMS), τα πληρώματα βιώνουν εξασθένιση του ανοσοποιητικού τους συστήματος και μείωση της πυκνότητας των οστών.

Όλα αυτά αποτελούν συμπτώματα στην ανθρώπινη βιολογία από τη βραχυχρόνια έκθεση σε περιβάλλον μικροβαρύτητας. Το ενδιαφέρον όμως βρίσκεται στα ταξίδια πέρα από τη Γη, με αποτέλεσμα η NASA να ενδιαφέρεται για τα μακροπρόθεσμα συμπτώματα της έκθεσης σε μικροβαρύτητα και σε αυξημένη ακτινοβολία. Πάνω σε αυτό το σκοπό η NASA εκτελεί συνεχώς πειράματα στον ISS. Ένα από αυτά λοιπόν είναι και το πείραμα των Διδύμων.

Ο λόγος γίνεται για τους αστροναύτες Scott και Mark Kelly, οι οποίοι λαμβάνουν μέρος στο project της NASA με όνομα «Twins Study». Στο πρόγραμμα αυτό, 10 ξεχωριστοί ερευνητές λαμβάνουν επίσης μέρος και μοιράζονται μαζί τα δεδομένα των αναλύσεων τους, τα οποία ελέγχονται και συνοψίζονται, σαν να προέρχονται από μια ενιαία ομάδα. Η μελέτη εστιάζει σε 4 κατηγορίες έρευνας για την αξιολόγηση των πανομοιότυπων διδύμων.

Image Credit: nasa.gov

Twins Study

Η μελέτη αυτή αποτελεί το πρώτο βήμα για τη δημιουργία μεθοδολογίας που θα οδηγήσει σε εξατομικευμένες βελτιστοποιήσεις στην ασφάλεια και στην απόδοση των αστροναυτών. Πιο συγκεκριμένα:

  • Τεχνικές έρευνας που χρησιμοποιούν εξατομικευμένη ιατρική, όπως τεχνολογίες για έλεγχο της γενετικής αλληλουχίας, χρησιμοποιούνται για να διακρίνουν μεμονωμένες αντιδράσεις σε περιβάλλον διαστημικών πτήσεων.
  • Επιτελείται έρευνα που περιλαμβάνει δεδομένα από το μοριακό επίπεδο για τη λειτουργία του σώματος και συγκρίνονται με τη λειτουργία του εγκεφάλου σε περιβάλλον μικροβαρύτητας.
  • Η μελέτη διδύμων αποτελεί την πρώτη μελέτη του είδους και συγκρίνει το μοριακό προφίλ του ενός αδερφού με το προφίλ του δεύτερου που βρίσκεται σε διαστημική πτήση.
  • Η μελέτη διδύμων αποτελεί ένα βασικό σκαλοπάτι προς την εξερεύνηση του διαστήματος και την επίτευξη μακράς διάρκειας ταξιδιών, όπως αυτά στον Άρη (που χρειάζονται τουλάχιστον 6 μήνες).
  • Αποτελεί επίσης μια πολύπλευρη εθνική συνεργασία μεταξύ πανεπιστημίων, επιχειρήσεων και κυβερνητικών εργαστηρίων.
Image Credit: www.seeker.com

Αποτελέσματα έρευνας

Ο Mark Kelly επιλέχθηκε ως αστροναύτης το 1996 και πήρε μέρος σε 4 αποστολές από το 2001 έως το 2011, παραμένοντας πάνω από 50 ημέρες στο Διάστημα. Ο αδερφός του Scott Kelly, επίσης επιλέχθηκε το 1996 ως αστροναύτης και έχει πάρει μέρος σε 4 αποστολές από το 1999 έως το 2016, συμπληρώνοντας όμως 520 ημέρες συνολικής παραμονής μακριά από τη Γη (το δεύτερο υψηλότερο ρεκόρ για αστροναύτη). Την πρωτιά κατέχει ένας Ρώσος κοσμοναύτης και αγγίζει τις 879 ημέρες, όπως έχουμε αναφέρει σε προηγούμενο άρθρο μας.

Image Credit: NASA

Το δίδυμο αυτό των αστροναυτών αποτελεί τον πυρήνα στο συγκεκριμένο πείραμα. Τα πρώτα ευρήματα κυκλοφόρησαν τον Ιανουάριο του 2016 και έριξαν φως στην αντίδραση του σώματος σε συνθήκες διαστημικών πτήσεων.

Σε βιολογικό επίπεδο, η ομάδα διαπίστωσε μείωση στο σχηματισμό των οστών κατά τη διάρκεια του δεύτερου μισού της αποστολής του Scott. Επίσης διαπιστώθηκε αλλοιωμένη έκφραση γονιδίου και αυξημένα επίπεδα ενός μεταβολίτη στο έντερο του. Παρόλα αυτά, η απόκριση του σώματος στην έκθεση του σε γρίπη παρέμεινε η ίδια.

Μέρος του πειράματος περιελάμβανε δοκιμές μέτρησης της απόκρισης του σώματος σε διάφορα ερεθίσματα, τη στάση του σώματος και την επιδεξιότητα. Το Functional Task Test δεν βρήκε καμία ουσιαστική διαφορά μεταξύ των αποτελεσμάτων των αστροναυτών παραμονής στο διάστημα για έξι μήνες έως και ένα χρόνο. Ωστόσο, ο χρόνος αντίδρασης και η ακρίβεια μειώθηκε στο περιβάλλον μικροβαρύτητας.

Ο Scott Kelly εμβολιαζεται με γριπη, ως μερος του πειραματος. Image Credit: nasa.gov

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, το ταξίδι στον Άρη θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα. «Ίσως το μεγαλύτερο εμπόδιο για το ταξίδι στον Άρη, είναι το κόστος», δήλωσε ο Scott τον Σεπτέμβριο, προσθέτοντας ότι αν αυτό θα μπορούσε να ξεπεραστεί, η τεχνολογία θα ακολουθήσει. Μένει μόνο ίσως η δημιουργία κατάλληλου περιβάλλοντος στον Άρη, ώστε να φιλοξενήσει ζωή.

Παρόλο που η βιολογία μας είναι προσαρμοσμένη στις συνθήκες που επικρατούν στη Γήινη επιφάνεια, αυτό δεν αποτελεί αξεπέραστο εμπόδιο. Η εξέλιξη και η προσαρμοστικότητα που έχουμε δείξει ως είδος, ίσως σταθούν αποτελεσματικά εφόδια για την διαιώνιση του είδους, αποικίζοντας ολόκληρο τον Γαλαξία.

 

 

Πηγές:

  • Article’s Image “https://motherboard.vice.com”
  • https://www.nasa.gov άρθρο “Twins Study”
  • http://edition.cnn.com άρθρο “The Kelly twins: Revealing the secrets of the human body in space”
  • https://motherboard.vice.com άρθρο “Why Scientists Are Surprised by Astronaut Scott Kelly’s ‘Space Genes’”
  • http://www.seeker.com άρθρο “One Year in Space Caused Genetic Changes in NASA’s Twin Astronaut Experiment”
  • http://www.ign.com άρθρο “NASA Astronaut Grew 2 Inches In Space”
  • http://nymag.com άρθρο “WATCH: What Really Happens to Your Body After a Year in Space”
  • http://cvmr.ca άρθρο “NASA twins study shows space travel changes body at genetic level”
  • http://www.npr.org άρθρο “‘Everybody Stretches’ Without Gravity: Mark Kelly Talks About NASA’s Twins Study”

*Οι φωτογραφίες δεν είναι οι αυθεντικές. Είναι επεξεργασμένες από τον συντάκτη του άρθρου.

Go to Top