NASA heeft zich ertoe verbonden om tegen 2030 mensen naar Mars te sturen. Dit is een ambitieus doel als je bedenkt dat een typische rondreis ergens tussen de drie en zes maanden zal duren en dat bemanningen naar verwachting maximaal twee jaar op de rode planeet zullen blijven voordat de planetaire afstemming de terugreis naar huis mogelijk maakt. Het betekent dat de astronauten ongeveer drie jaar in verminderde (micro)zwaartekracht moeten leven - veel meer dan het huidige record van 438 aaneengesloten dagen in de ruimte van de Russische kosmonaut Valery Polyakov.

In de begindagen van de ruimtevaart, wetenschappers hebben hard gewerkt om erachter te komen hoe de zwaartekracht te overwinnen, zodat een raket vrij van de aantrekkingskracht van de aarde kan katapulteren om mensen op de maan te laten landen. Vandaag, zwaartekracht blijft bovenaan de wetenschappelijke agenda staan, maar deze keer zijn we meer geïnteresseerd in hoe verminderde zwaartekracht de gezondheid van astronauten beïnvloedt - vooral hun hersenen. Ten slotte, we zijn geëvolueerd om binnen de zwaartekracht van de aarde te bestaan ​​(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 precies om met microzwaartekracht? slecht, in een notendop – hoewel de informatie hierover beperkt is. Dit is verrassend, aangezien we bekend zijn met de gezichten van astronauten die rood en opgeblazen worden tijdens gewichtloosheid - een fenomeen dat liefkozend bekend staat als het "Charlie Brown-effect", of "puffy head bird legs syndrome". Dit komt doordat vloeistof die voornamelijk bestaat uit bloed (cellen en plasma) en cerebrospinale vloeistof naar het hoofd verschuift, waardoor ze rond zijn, gezwollen gezichten en dunnere benen.

Deze vloeistofverschuivingen worden ook geassocieerd met bewegingsziekte in de ruimte, hoofdpijn en misselijkheid. Ze hebben ook, recenter, is in verband gebracht met wazig zien als gevolg van drukopbouw naarmate de bloedstroom toeneemt en de hersenen naar boven in de schedel drijven – een aandoening die visuele beperking en intracraniële druksyndroom wordt genoemd. Hoewel NASA dit syndroom beschouwt als het grootste gezondheidsrisico voor elke missie naar Mars, uitzoeken wat de oorzaak is en - een nog moeilijkere vraag - hoe het te voorkomen, blijft nog steeds een mysterie.

Dus waar past mijn onderzoek hierin? We zullen, Ik denk dat bepaalde delen van de hersenen uiteindelijk veel te veel bloed krijgen omdat stikstofmonoxide - een onzichtbaar molecuul dat meestal in de bloedbaan ronddrijft - zich in de bloedbaan ophoopt. Hierdoor ontspannen de slagaders die de hersenen van bloed voorzien, zodat ze te veel opengaan. Als gevolg van deze meedogenloze stijging van de bloedstroom, de bloed-hersenbarrière - de "schokdemper" van de hersenen - kan overweldigd raken. Hierdoor kan water zich langzaam opbouwen (een aandoening die oedeem wordt genoemd), veroorzaakt zwelling van de hersenen en een toename van de druk die ook kan worden verergerd door beperkingen in de afvoercapaciteit.

Zie het als een rivier die buiten haar oevers treedt. Het eindresultaat is dat er niet genoeg zuurstof snel genoeg in delen van de hersenen komt. Dit is een groot probleem dat zou kunnen verklaren waarom wazig zicht optreedt, evenals effecten op andere vaardigheden, waaronder de cognitieve behendigheid van astronauten (hoe ze denken, concentreren, reden en bewegen).

Een reis in de 'braakselkomeet'

Om erachter te komen of mijn idee juist was, we moesten het testen. Maar in plaats van NASA om een ​​reis naar de maan te vragen, we ontsnapten aan de bindingen van de zwaartekracht van de aarde door gewichtloosheid te simuleren in een speciaal vliegtuig met de bijnaam "braakkomeet".

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

Met alle apparatuur stevig vastgemaakt, we hebben metingen gedaan bij acht vrijwilligers die vier dagen lang elke dag een enkele vlucht namen. We hebben de bloedstroom gemeten in verschillende slagaders die de hersenen voeden met behulp van een draagbare doppler-echografie, die werkt door hoogfrequente geluidsgolven te laten stuiteren van circulerende rode bloedcellen. We hebben ook het stikstofmonoxidegehalte gemeten in bloedmonsters uit de onderarmader, evenals andere onzichtbare moleculen die vrije radicalen en hersenspecifieke eiwitten bevatten (die structurele schade aan de hersenen weerspiegelen) die ons zouden kunnen vertellen of de bloed-hersenbarrière is opengebroken.

Onze eerste bevindingen bevestigden wat we hadden verwacht. Stikstofmonoxidespiegels namen toe na herhaalde aanvallen van gewichtloosheid, en dit viel samen met een verhoogde bloedstroom, vooral via slagaders die de achterkant van de hersenen bevoorraden. Dit dwong de bloed-hersenbarrière open, hoewel er geen bewijs was van structurele hersenschade.

We zijn nu van plan deze onderzoeken op te volgen met meer gedetailleerde beoordelingen van bloed- en vloeistofverschuivingen in de hersenen met behulp van beeldvormende technieken zoals magnetische resonantie om onze bevindingen te bevestigen. We gaan ook de effecten onderzoeken van tegenmaatregelen zoals rubberen zuigbroeken - die een negatieve druk creëren in de onderste helft van het lichaam met het idee dat ze kunnen helpen bloed weg te zuigen uit de hersenen van de astronaut - evenals medicijnen 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 is voor de hersenen en hoe het op latere leeftijd kan beschermen tegen dementie en beroertes.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.