Ända sedan astronauter började åka till rymden under långa tidsperioder, det har varit känt att långsiktig exponering för noll-gravitation eller mikrogravitation kommer med dess andel av hälsoeffekter. Dessa inkluderar muskelatrofi och förlust av bentäthet, men sträcker sig även till andra delar av kroppen vilket leder till nedsatt organfunktion, omlopp, och även genetiska förändringar.

Av denna anledning, många studier har utförts ombord på den internationella rymdstationen (ISS) för att fastställa omfattningen av dessa effekter, och vilka strategier som kan användas för att mildra dem. Enligt en ny studie som nyligen dök upp i International Journal of Molecular Sciences , ett team av NASA och JAXA-finansierade forskare visade hur artificiell gravitation bör vara en nyckelkomponent i alla framtida långsiktiga planer i rymden.

Som noterat, en betydande mängd forskning har utförts för att identifiera och kvantifiera effekterna av mikrogravitation på människokroppen. Ett bra exempel på detta är Twins Study genomförd av NASA:s Human Research Program (HRP), som undersökte effekterna på astronauten Scott Kellys kropp efter att han tillbringat ett år ombord på den internationella rymdstationen - med sin tvillingbror, Mark Kelly, som kontroll.

Dessa och andra studier har bekräftat att exponering för mikrogravitation inte bara kan påverka bentäthet och muskelmassa, men också immunfunktion, blodsyresättning, Kardiovaskulär hälsa, och även möjliga genomiska och kognitiva förändringar. Dessutom, syn är också något som kan påverkas av tid i rymden, vilket är resultatet av mindre cirkulation och syre som tar sig till ögonvävnaden.

Faktiskt, cirka 30 procent av astronauterna på kortvariga rymdfärjor (ungefär två veckor) och 60 procent på långvariga uppdrag till ISS har rapporterat en viss försämring av sin syn. Som svar, Professor Michael Delp – dekanus för College of Human Sciences vid Florida State University (FSU) och en medförfattare på tidningen – och hans kollegor rekommenderar att artificiell gravitation införlivas i framtida uppdrag.

I åratal, och med stöd av NASA, Delps har studerat hur mikrogravitation påverkar astronautens syn. Som han sa i ett nyligen publicerat FSU -pressmeddelande:

"Problemet är ju längre astronauterna är i rymden, desto mer sannolikt är det att de upplever synskada. Vissa astronauter kommer att återhämta sig från synförändringar, men vissa gör det inte. Så detta är hög prioritet för NASA och rymdorganisationer världen över. Med denna tillämpning av artificiell gravitation, vi fann att det inte helt förhindrade förändringar i ögat, men vi såg inte de värsta resultaten. "

För att avgöra om artificiell gravitation skulle minska dessa effekter, Delp samarbetade med forskare från Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) i ett första samarbete någonsin. De fick sällskap av professor Xiao Wen Mao (studiens huvudförfattare) från Linda Loma University, samt medlemmar från University of Arkansas for Medical Sciences, Arkansas Children's Research Institute, och universitetet i Tsukuba.

Teamet undersökte sedan förändringar i ögonvävnaden hos möss efter att de tillbringat 35 dagar ombord på ISS. Testpersonerna bestod av 12 nio veckor gamla hanmöss som flögs från Kennedy Space Center och inhyses i musen Habitat Cage Unit (HCU) i JAXA "Kibo" -laboratoriet på ISS. Under vistelsen, mössen delades in i två grupper.

Medan en grupp levde i omgivande mikrogravitationsförhållanden, den andra levde i en centrifugalhabitatenhet som producerade 1 g artificiell gravitation (motsvarande jordens gravitation). Från detta, forskargruppen fann att den förstnämnda gruppen fick skador på blodkärlen som är viktiga för regleringen av vätsketrycket i ögonen.

"När vi är på jorden, tyngdkraften drar ner vätska mot våra fötter, " sa Phelps. "När du tappar gravitationen, vätskan skiftar mot huvudet. Denna vätskeförskjutning påverkar kärlsystemet i hela kroppen, och nu vet vi att det också påverkar blodkärlen i ögat. "

Dessutom, laget noterade att proteinuttrycksprofiler också hade förändrats i mössens ögon till följd av mikrogravitation. Som jämförelse, mössen som tillbringade sin tid i centrifugen upplevde inte alls lika mycket skada på sina ögonvävnader. Dessa resultat indikerar att artificiell gravitation, troligen i form av roterande sektioner eller centrifuger, kommer att vara en nödvändig komponent för långvariga rymduppdrag.

När koncepten går, användningen av artificiell gravitation i rymden är inget nytt. Förutom att vara ett väl utforskat koncept inom science fiction, rymdorganisationer har tittat på det som ett möjligt sätt att etablera en permanent mänsklig närvaro i rymden. Ett lysande exempel på detta är Stanford Torus Space Settlement, en huvuddesign som övervägdes av NASA Summer Study 1975.

Som ett samarbete mellan NASA:s Ames Research Center och Stanford University, detta tioveckors program bestod av professorer, tekniska chefer och studenter som samlas för att konstruera en vision om hur människor en dag kan leva i en stor rymdkoloni. Resultatet av detta var ett koncept för en hjulliknande rymdstation som skulle rotera för att ge känslan av antingen jordnormal eller partiell gravitation.

Dessutom, roterande torus' har övervägts för rymdfarkoster för att säkerställa att astronauter på långvariga uppdrag kan begränsa sin tid i mikrogravitation. Ett bra exempel på detta är Non-Atmospheric Universal Transport Intended for Longy United States Exploration (Nautilus-X), ett rymdskeppskoncept med flera uppdrag som utvecklades 2011 av ingenjörerna Mark Holderman och Edward Henderson från NASA:s teknikapplikationsbedömningsteam.

Som med tidigare forskning, denna studie belyser vikten av att upprätthålla astronauternas hälsa under långvariga uppdrag i rymden, liksom långa resor. Dock, denna studie utmärks genom att den är den första i en serie som är utformad för att bättre förstå synskada bland astronauter.

"Vi hoppas att fortsatt starkt vetenskapligt samarbete kommer att hjälpa oss att samla de experimentella resultat som behövs för att förbereda framtida bemannad djuputforskning, sa Dai Shiba, en senior forskare för JAXA och en medförfattare på uppsatsen. Mao, huvudförfattaren till studien, indikerade också att hon är hoppfull att denna forskning kommer att gå utöver rymdutforskning och ha tillämpningar här på jorden:

"Vi hoppas att våra resultat inte bara kännetecknar rymdflygmiljöns inverkan på ögonen utan kommer att bidra till nya botemedel eller behandlingar för rymdflyginducerade synproblem samt fler jordbundna störningar, såsom åldersrelaterad makuladegeneration och retinopati."

Det råder ingen tvekan om att när det gäller framtiden för rymdutforskning, det ligger många utmaningar framför oss. Vi behöver inte bara utveckla rymdfarkoster som kan kombinera bränsleeffektivitet och kraft, vi måste minska kostnaderna för individuella lanseringar och komma på sätt att minska hälsoriskerna med långsiktiga uppdrag. Utöver effekterna av mikrogravitation, det finns också frågan om långvarig exponering för sol och kosmisk strålning.

Och låt oss inte glömma att uppdrag till månens yta och Mars kommer att behöva brottas med långvarig exponering för lägre gravitation, särskilt när det gäller utposter. Som sådan, det vore inte långsiktigt att föreställa sig att tori och centrifuger kan bli en vanlig del av rymdutforskning inom en snar framtid.