• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Vad händer med hjärnan i noll gravitation?

    Den kanadensiska rymdorganisationens astronaut Chris Hadfield på den internationella rymdstationen 2012. Kredit:NASA

    NASA har åtagit sig att skicka människor till Mars senast 2030-talet. Detta är ett ambitiöst mål när du tror att en typisk rundresa kommer att vara mellan tre och sex månader och besättningen förväntas stanna på den röda planeten i upp till två år innan planetarisk inriktning tillåter återresan hem. Det betyder att astronauterna måste leva i minskad (mikro) gravitation i cirka tre år – långt bortom det nuvarande rekordet på 438 sammanhängande dagar i rymden som innehas av den ryska kosmonauten Valery Polyakov.

    Under de första dagarna av rymdresor, forskare arbetade hårt för att ta reda på hur man kan övervinna tyngdkraften så att en raket kunde katapultera fri från jordens dragkraft för att landa människor på månen. I dag, gravitationen förblir högst upp på vetenskapens agenda, men den här gången är vi mer intresserade av hur minskad gravitation påverkar astronauternas hälsa – särskilt deras hjärnor. Trots allt, vi har utvecklats till att existera inom jordens gravitation (1 g), inte i rymdens viktlöshet (0 g) eller Mars mikrogravitation (0,3 g).

    Så exakt hur klarar den mänskliga hjärnan mikrogravitation? Dåligt, i ett nötskal – även om informationen om detta är begränsad. Detta är förvånande, eftersom vi är bekanta med att astronauters ansikten blir röda och svullna under tyngdlöshet – ett fenomen som kärleksfullt kallas "Charlie Brown-effekten", eller "puffy head bird legs syndrome". Detta beror på att vätska som till största delen består av blod (celler och plasma) och cerebrospinalvätska flyttas mot huvudet, får dem att bli runda, svullna ansikten och tunnare ben.

    Dessa vätskeskift är också förknippade med rymdåksjuka, huvudvärk och illamående. De har också, på senare tid, har kopplats till dimsyn på grund av tryckuppbyggnad när blodflödet ökar och hjärnan flyter uppåt inuti skallen – ett tillstånd som kallas synnedsättning och intrakraniellt trycksyndrom. Även om NASA anser att detta syndrom är den största hälsorisken för alla uppdrag till Mars, ta reda på vad som orsakar det och – en ännu svårare fråga – hur man kan förhindra det, är fortfarande ett mysterium.

    Så var passar min forskning in i detta? Väl, Jag tror att vissa delar av hjärnan får alldeles för mycket blod eftersom kväveoxid – en osynlig molekyl som vanligtvis flyter runt i blodomloppet – byggs upp i blodomloppet. Detta gör att artärerna som förser hjärnan med blod slappnar av, så att de öppnar sig för mycket. Som ett resultat av denna obevekliga ökning av blodflödet, blod-hjärnbarriären – hjärnans "stötdämpare" – kan bli överväldigad. Detta gör att vatten långsamt ansamlas (ett tillstånd som kallas ödem), orsakar hjärnsvullnad och en ökning av trycket som också kan förvärras på grund av begränsningar i dess dräneringskapacitet.

    Tänk på det som en flod som svämmar över sina stränder. Slutresultatet är att inte tillräckligt med syre kommer till delar av hjärnan tillräckligt snabbt. Detta är ett stort problem som kan förklara varför dimsyn uppstår, samt effekter på andra färdigheter inklusive astronauters kognitiva smidighet (hur de tänker, koncentrera, resonera och flytta).

    En resa i "kräkkometen"

    För att ta reda på om min idé var rätt, vi behövde testa det. Men istället för att be NASA om en resa till månen, vi undkom jordens tyngdkraft genom att simulera viktlöshet i ett speciellt flygplan med smeknamnet "kräkkometen".

    Genom att klättra och sedan doppa genom luften, detta plan utför upp till 30 av dessa "paraboler" på en enda flygning för att simulera känslan av viktlöshet. De varar bara 30 sekunder och jag måste erkänna, det är väldigt beroendeframkallande och du får verkligen ett svullet ansikte!

    Med all utrustning säkert fastsatt, vi tog mätningar från åtta frivilliga som tog ett enda flyg varje dag i fyra dagar. Vi mätte blodflödet i olika artärer som försörjer hjärnan med hjälp av ett bärbart doppler-ultraljud, som fungerar genom att studsa högfrekventa ljudvågor från cirkulerande röda blodkroppar. Vi mätte även kväveoxidnivåer i blodprover från underarmsvenen, samt andra osynliga molekyler som inkluderade fria radikaler och hjärnspecifika proteiner (som återspeglar strukturella skador på hjärnan) som kan berätta om blod-hjärnbarriären har tvingats öppna.

    Våra första resultat bekräftade vad vi förväntade oss. Kväveoxidnivåerna ökade efter upprepade anfall av viktlöshet, och detta sammanföll med ökat blodflöde, särskilt genom artärer som försörjer baksidan av hjärnan. Detta tvingade upp blod-hjärnbarriären, även om det inte fanns några tecken på strukturell hjärnskada.

    Vi planerar nu att följa upp dessa studier med mer detaljerade bedömningar av blod- och vätskeförskjutningar i hjärnan med hjälp av avbildningstekniker som magnetisk resonans för att bekräfta våra fynd. Vi kommer också att utforska effekterna av motåtgärder som gummisugbyxor – som skapar ett undertryck i den nedre halvan av kroppen med tanken att de kan hjälpa till att "suga" blod bort från astronautens hjärna – samt droger för att motverka ökningen av kväveoxid. Men dessa fynd kommer inte bara att förbättra rymdresor – de kan också ge värdefull information om varför träningens "gravitation" är bra medicin för hjärnan och hur den kan skydda mot demens och stroke senare i livet.

    Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com