Sinds astronauten voor langere tijd naar de ruimte gingen, het is bekend dat langdurige blootstelling aan zwaartekracht of microzwaartekracht gepaard gaat met gezondheidseffecten. Deze omvatten spieratrofie en verlies van botdichtheid, maar strekken zich ook uit naar andere delen van het lichaam, wat leidt tot een verminderde orgaanfunctie, circulatie, en zelfs genetische veranderingen.

Om deze reden, er zijn talloze onderzoeken uitgevoerd aan boord van het International Space Station (ISS) om de omvang van deze effecten te bepalen, en welke strategieën kunnen worden gebruikt om deze te verminderen. Volgens een nieuwe studie die onlangs verscheen in de International Journal of Molecular Sciences , een team van door NASA en JAXA gefinancierde onderzoekers liet zien hoe kunstmatige zwaartekracht een belangrijk onderdeel zou moeten zijn van toekomstige langetermijnplannen in de ruimte.

Zoals opgemerkt, er is veel onderzoek gedaan om de effecten van microzwaartekracht op het menselijk lichaam te identificeren en te kwantificeren. Een goed voorbeeld hiervan is de Twins Study uitgevoerd door NASA's Human Research Program (HRP), die de effecten op het lichaam van astronaut Scott Kelly onderzocht nadat hij een jaar aan boord van het International Space Station had doorgebracht - met behulp van zijn tweelingbroer, Mark Kelly, als de controle.

Deze en andere onderzoeken hebben bevestigd dat blootstelling aan microzwaartekracht niet alleen de botdichtheid en spiermassa kan beïnvloeden, maar ook immuunfunctie, bloedoxygenatie, cardiovasculaire gezondheid, en zelfs mogelijke genomische en cognitieve veranderingen. In aanvulling, gezichtsvermogen is ook iets dat kan worden bewerkstelligd door tijd doorgebracht in de ruimte, wat het gevolg is van minder circulatie en zuurstof die het oogweefsel bereikt.

In feite, ongeveer 30 procent van de astronauten op korte ruimtevluchten (ongeveer twee weken) en 60 procent op langdurige missies naar het ISS hebben een verslechtering van hun gezichtsvermogen gemeld. In antwoord, Professor Michael Delp - de decaan van het College of Human Sciences aan de Florida State University (FSU) en een co-auteur van het papier - en zijn collega's bevelen aan om kunstmatige zwaartekracht op te nemen in toekomstige missies.

Voor jaren, en met de steun van NASA, Delps heeft het effect bestudeerd dat microzwaartekracht heeft op het gezichtsvermogen van astronauten. Zoals hij zei in een recente FSU News release:

"Het probleem is dat hoe langer de astronauten in de ruimte zijn, hoe groter de kans dat ze een visuele beperking ervaren. Sommige astronauten zullen herstellen van veranderingen in het gezichtsvermogen, maar sommigen niet. Dit is dus een hoge prioriteit voor NASA en ruimteagentschappen wereldwijd. Met deze toepassing van kunstmatige zwaartekracht, we ontdekten dat het veranderingen aan het oog niet helemaal verhinderde, maar we zagen niet de slechtste resultaten."

Om te bepalen of kunstmatige zwaartekracht deze effecten zou verminderen, Delp werkte samen met onderzoekers van het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in een allereerste samenwerking. Ze werden vergezeld door professor Xiao Wen Mao (hoofdauteur van de studie) van de Linda Loma University, evenals leden van de Universiteit van Arkansas voor Medische Wetenschappen, het Arkansas Children's Research Institute, en de Universiteit van Tsukuba.

Het team onderzocht vervolgens veranderingen in de oogweefsels van muizen nadat ze 35 dagen aan boord van het ISS hadden doorgebracht. De proefpersonen bestonden uit 12 negen weken oude mannelijke muizen die waren gevlogen vanuit het Kennedy Space Center en gehuisvest in de muis Habitat Cage Unit (HCU) in het JAXA "Kibo" Laboratory op het ISS. Tijdens hun verblijf, de muizen werden in twee groepen verdeeld.

Terwijl één groep leefde onder microzwaartekrachtomstandigheden, de andere leefde in een centrifugale habitateenheid die 1 g kunstmatige zwaartekracht produceerde (het equivalent van de zwaartekracht van de aarde). Van dit, het onderzoeksteam ontdekte dat de eerste groep schade had opgelopen aan de bloedvaten die belangrijk zijn voor de regulatie van de vloeistofdruk in de ogen.

"Als we op aarde zijn, zwaartekracht trekt vloeistof naar onze voeten, "zei Phelps. "Als je de zwaartekracht verliest, de vloeistof verschuift naar het hoofd. Deze vloeistofverschuiving beïnvloedt het vasculaire systeem door het hele lichaam, en nu weten we dat het ook de bloedvaten in het oog aantast."

In aanvulling, het team merkte op dat eiwitexpressieprofielen ook waren veranderd in de ogen van de muizen als gevolg van microzwaartekracht. Ter vergelijking, de muizen die hun tijd in de centrifuge doorbrachten, ondervonden lang niet zoveel schade aan hun oogweefsels. Deze resultaten geven aan dat kunstmatige zwaartekracht, waarschijnlijk in de vorm van roterende secties of centrifuges, een noodzakelijk onderdeel zal zijn voor langdurige ruimtemissies.

Zoals concepten gaan, het gebruik van kunstmatige zwaartekracht in de ruimte is niet iets nieuws. Behalve dat het een goed onderzocht concept is in sciencefiction, ruimteagentschappen hebben het onderzocht als een mogelijke manier om een ​​permanente menselijke aanwezigheid in de ruimte tot stand te brengen. Een lichtend voorbeeld hiervan is de Stanford Torus Space Settlement, een hoofdontwerp dat werd overwogen door de NASA Summer Study uit 1975.

Als een samenwerking tussen NASA's Ames Research Center en Stanford University, dit tien weken durende programma bestond uit professoren, technisch directeuren en studenten komen samen om een ​​visie te construeren over hoe mensen ooit in een grote ruimtekolonie zouden kunnen leven. Het resultaat hiervan was een concept voor een wielachtig ruimtestation dat zou draaien om het gevoel te geven van ofwel aardenormale ofwel gedeeltelijke zwaartekracht.

In aanvulling, roterende torus' zijn overwogen voor ruimtevaartuigen om ervoor te zorgen dat astronauten op langdurige missies hun tijd in microzwaartekracht kunnen beperken. Een goed voorbeeld hiervan is de Non-Atmospheric Universal Transport Intended for Long United States Exploration (Nautilus-X), een ruimtevaartuigconcept met meerdere missies dat in 2011 werd ontwikkeld door ingenieurs Mark Holderman en Edward Henderson van NASA's Technology Applications Assessment Team.

Net als bij eerder onderzoek, deze studie benadrukt het belang van het behouden van de gezondheid van astronauten tijdens langdurige missies in de ruimte, evenals lange reizen. Echter, deze studie onderscheidt zich doordat het de eerste is in een reeks die is ontworpen om een ​​beter inzicht te krijgen in het gezichtsvermogen van astronauten.

"We hopen dat een voortdurende sterke wetenschappelijke samenwerking ons zal helpen de experimentele resultaten te verzamelen die nodig zijn om ons voor te bereiden op toekomstige bemande verkenning van de diepe ruimte, " zei Dai Shiba, een senior onderzoeker voor JAXA en een co-auteur van het papier. Mao, de hoofdauteur van het onderzoek, gaf ook aan dat ze hoopvol is dat dit onderzoek verder zal gaan dan verkenning van de ruimte en toepassingen zal hebben hier op aarde:

"We hopen dat onze bevindingen niet alleen de impact van de ruimtevluchtomgeving op de ogen karakteriseren, maar ook zullen bijdragen aan nieuwe behandelingen of behandelingen voor door ruimtevlucht veroorzaakte zichtproblemen en meer aardgebonden aandoeningen, zoals leeftijdsgebonden maculaire degeneratie en retinopathie."

Het lijdt geen twijfel dat als het gaat om de toekomst van ruimteverkenning, er liggen veel uitdagingen voor ons. We moeten niet alleen ruimtevaartuigen ontwikkelen die brandstofefficiëntie en kracht kunnen combineren, we moeten de kosten van individuele lanceringen verlagen en manieren bedenken om de gezondheidsrisico's van langdurige missies te verminderen. Naast de effecten van microzwaartekracht, er is ook de kwestie van langdurige blootstelling aan zonne- en kosmische straling.

En laten we niet vergeten dat missies naar het maanoppervlak en Mars te maken zullen krijgen met langdurige blootstelling aan lagere zwaartekracht. vooral waar het buitenposten betreft. Als zodanig, het zou niet vergezocht zijn om je voor te stellen dat tori en centrifuges in de nabije toekomst een vast onderdeel van de verkenning van de ruimte zouden kunnen worden.