Astronauten im Weltraum: Was passiert mit Ihrem Gehirn bei der Schwerelosigkeit?

Die NASA hat sich verpflichtet, bis 2030 Menschen zum Mars zu schicken. Dies ist ein ehrgeiziges Ziel, wenn Sie der Meinung sind, dass eine typische Rundreise zwischen drei und sechs Monaten dauern wird, und von Crews erwartet wird, dass sie bis zu zwei Jahre auf dem roten Planeten bleiben, bevor die Planetenausrichtung die Rückreise nach Hause ermöglicht. Das bedeutet, dass die Astronauten etwa drei Jahre lang in verringerter (Mikro-) Schwerkraft leben müssen - weit jenseits des Rekordwertes von 438 ununterbrochenen Tagen im Weltraum des russischen Kosmonauten Valery Polyakov.

In den ersten Tagen der Weltraumfahrt arbeiteten die Wissenschaftler intensiv daran, die Schwerkraft zu überwinden, damit eine Rakete den Zug der Erde frei katapultieren kann, um Menschen auf dem Mond zu landen. Heute steht die Schwerkraft immer noch ganz oben auf der Agenda der Wissenschaft, aber diesmal interessieren wir uns mehr dafür, wie die Schwerkraft die Gesundheit der Astronauten - insbesondere ihres Gehirns - beeinträchtigt. Schließlich haben wir uns entwickelt, um in der Schwerkraft der Erde (1 g) zu existieren, nicht in der Schwerelosigkeit des Weltraums (0 g) oder der Mikrogravitation des Mars (0,3 g).

Wie geht das menschliche Gehirn genau mit der Schwerelosigkeit um? Schlecht, kurz gesagt - obwohl diesbezüglich nur begrenzte Informationen vorliegen. Dies ist überraschend, da uns bekannt ist, dass die Gesichter von Astronauten während der Schwerelosigkeit gerötet und aufgebläht werden - ein Phänomen, das als "Charlie-Brown-Effekt" oder "Puffy-Head-Bird-Legs-Syndrom" bezeichnet wird. Dies ist auf Flüssigkeit zurückzuführen, die hauptsächlich aus Blut besteht (Zellen und Plasma) und zerebrospinaler Flüssigkeit verlagern sich in Richtung Kopf, wodurch sie runde, geschwollene Gesichter und dünnere Beine haben.

Diese Flüssigkeitsverschiebungen sind auch mit Weltraumbewegungskrankheit, Kopfschmerzen und Übelkeit verbunden. In jüngerer Zeit wurden sie auch mit verschwommenem Sehvermögen in Verbindung gebracht, da sich der Blutfluss erhöht und das Gehirn im Schädel nach oben treibt - eine Erkrankung, die als Sehstörung und intrakraniales Drucksyndrom bezeichnet wird. Auch wenn die NASA dieses Syndrom als das höchste Gesundheitsrisiko für eine Mission zum Mars ansieht, bleibt es immer noch ein Rätsel, herauszufinden, was es verursacht und - eine noch schwierigere Frage -, wie man es verhindern kann.

Wo passt denn meine Forschung dazu? Nun, ich denke, dass bestimmte Teile des Gehirns am Ende viel zu viel Blut erhalten, da sich Stickstoffmonoxid - ein unsichtbares Molekül, das normalerweise im Blutstrom schwebt - im Blutstrom aufbaut. Dies bewirkt, dass sich die Arterien, die das Gehirn mit Blut versorgen, entspannen, so dass sie sich zu sehr öffnen. Als Folge dieses unablässigen Blutflusses kann die Blut-Hirn-Schranke - der „Stoßdämpfer des Gehirns“ - überfordert werden. Dadurch kann sich Wasser langsam ansammeln (ein Zustand, der als Ödem bezeichnet wird), was zu Schwellungen im Gehirn und einem Druckanstieg führt, der aufgrund von Einschränkungen bei der Entwässerungskapazität noch verschlimmert werden kann.

Stellen Sie sich einen Fluss vor, der über die Ufer fließt. Das Endergebnis ist, dass nicht genügend Sauerstoff schnell genug in Teile des Gehirns gelangt. Dies ist ein großes Problem, das erklären könnte, warum verschwommenes Sehen auftritt, und auch Auswirkungen auf andere Fähigkeiten, einschließlich der kognitiven Beweglichkeit von Astronauten (wie sie denken, sich konzentrieren, Vernunft und Bewegung).

Eine Reise im "Vomit Comet"

Um herauszufinden, ob meine Idee richtig war, mussten wir sie testen. Aber anstatt die NASA nach einer Reise zum Mond zu fragen, entkamen wir der Schwerkraft der Erde, indem wir Schwerelosigkeit in einem speziellen Flugzeug simulierten, das als "Erbrochener Komet" bezeichnet wurde.

Durch das Aufsteigen und Tauchen durch die Luft führt dieses Flugzeug in einem einzigen Flug bis zu 30 dieser "Parabeln" aus, um das Gefühl der Schwerelosigkeit zu simulieren. Sie dauern nur 30 Sekunden und ich muss zugeben, es macht sehr süchtig und Sie bekommen wirklich ein geschwollenes Gesicht!

Nachdem alle Geräte sicher befestigt waren, nahmen wir Messungen von acht Freiwilligen vor, die jeden Tag vier Tage lang einen einzigen Flug absolvierten. Wir haben den Blutfluss in verschiedenen Arterien, die das Gehirn versorgen, mit einem tragbaren Doppler-Ultraschall gemessen, der hochfrequente Schallwellen von den roten Blutkörperchen abprallt. Wir haben auch Stickoxidwerte in Blutproben aus der Unterarmvene sowie andere unsichtbare Moleküle, zu denen freie Radikale und hirnspezifische Proteine ​​gehörten (die strukturelle Schädigungen des Gehirns widerspiegeln), die auf die Blut-Hirn-Schranke schließen lassen, gemessen wurde aufgezwungen.

Unsere ersten Ergebnisse bestätigten, was wir erwartet hatten. Die Stickstoffmonoxidwerte stiegen nach wiederholten Anfällen der Schwerelosigkeit an, und dies fiel mit einem erhöhten Blutfluss zusammen, insbesondere durch Arterien, die den Rücken des Gehirns versorgen. Dies zwang die Blut-Hirn-Schranke auf, obwohl es keine Anzeichen für strukturelle Hirnschäden gab.

Wir planen nun, diese Studien mit detaillierteren Beurteilungen von Blut- und Flüssigkeitsverschiebungen im Gehirn zu verfolgen, wobei bildgebende Verfahren wie die Kernspintomographie eingesetzt werden, um unsere Ergebnisse zu bestätigen. Wir werden auch die Auswirkungen untersuchen, die Gegenmaßnahmen wie Gummi-Saughosen auslösen, die einen Unterdruck in der unteren Körperhälfte erzeugen, mit der Idee, dass sie dabei helfen können, Blut aus dem Gehirn des Astronauten zu saugen - und auch Drogen um dem Anstieg des Stickoxids entgegenzuwirken. Diese Erkenntnisse verbessern jedoch nicht nur die Weltraumfahrt - sie können auch wertvolle Informationen darüber liefern, warum die „Schwerkraft“ von Übungen eine gute Medizin für das Gehirn ist und wie es im späteren Leben vor Demenz und Schlaganfall schützen kann.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Damian Bailey veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.