Der sicherste Weg, lange Strecken im Weltraum zurückzulegen, kann ein künstlicher Winterschlaf sein.
Eines Tages werden Astronauten, die wie Sprotten in Raketendosen gestopft sind und zu anderen Planeten fliegen, durch eine Verringerung der Stoffwechselrate im Körper vor Strahlung und Weltraumkrankheit geschützt. Sie werden monatelang wie Bären überwintern, und Raumschiffe werden sie durch Raum und Zeit tragen. Sie werden wahrscheinlich in weißen Kokons schlafen, ähnlich wie Särge, die uns Regisseure futuristischer Science-Fiction in Filmen wie 2001 zeigen: A Space Odyssey, Alien und Avatar.
Aber Astronauten und Weltraumkolonisten lernen wahrscheinlich ein oder zwei Dinge von dehydrierten Schnecken, die über ein Jahr überleben können, ohne etwas zu essen. Oder in Riesenpandas, die sich von kalorienarmem Bambus ernähren. Und auch in Blutegeln, die in flüssigem Stickstoff überleben können; bei Kindern, die ins Eiswasser fielen und dann wiederbelebt wurden; bei Skifahrern, die in einer Lawine begraben sind, dann aber langsam aus einem traumlosen Zustand der Unterkühlung wieder zum Leben zurückkehren.
Wissenschaftler nennen dieses Phänomen "benommenen Winterschlaf". Es war einmal eine solche Erstarrung oder Erstarrung, die als etwas Seltsames und Außergewöhnliches angesehen wurde und als "Unempfindlichkeit der Funktionen" bezeichnet wurde. Jetzt wird es ernsthaft untersucht, in der Hoffnung, von langfristigen Raumflügen zu profitieren.
Dieses Interesse ist teilweise auf die Fortschritte in der kryogenen Chirurgie sowie auf neue Erkenntnisse in der Praxis zurückzuführen. Ein solcher Fall wurde 1995 in der Zeitschrift Prehospital and Disaster Medicine gemeldet. Ein vierjähriger Junge fiel durch Eis in kaltes Wasser an einem See in Hannover. Retter zogen ihn aus dem Wasser, konnten ihn aber nicht sofort zur Besinnung bringen. Die Pupillen des Jungen weiteten sich und sein Herz blieb 88 Minuten lang stehen. Als das Opfer ins Krankenhaus gebracht wurde, betrug seine Körpertemperatur 20 Grad, was auf extreme Unterkühlung hinwies.
Nach 20 Minuten, als die Ärzte begannen, die Brusthöhle des Jungen zu erwärmen, begannen sich seine Herzventrikel zusammenzuziehen. Nach weiteren zehn Minuten normalisierte sich der Sinusrhythmus wieder. In zwei Wochen erholte sich der Junge vollständig und wurde aus dem Krankenhaus entlassen. Die Ärzte kamen zu dem Schluss, dass das eiskalte Wasser seinen Körper schnell auf einen Zustand metabolischen Stupors (Erstarrung) abkühlte, der alle lebenswichtigen Organe und Gewebe bewahrte und gleichzeitig den Sauerstoffbedarf für die Durchblutung verringerte. Tatsächlich rettete die Kälte sein Leben. "Diese Art von Fällen lässt uns glauben, dass eine sehr tiefe Unterkühlung unseren Patienten das Überleben ermöglichen könnte", schrieb Samuel Tisherman, Professor für Chirurgie an der Medizinischen Fakultät der Universität von Maryland, in einer E-Mail. - Die Hauptsache ist, das Gehirn entweder abzukühlen, bis der Blutfluss stoppt,oder unmittelbar nach dem Anhalten. Je niedriger die Temperatur, desto besser wird das Gehirn mit dem Mangel an Blutfluss fertig."
Die therapeutische Hypothermie ist in der chirurgischen Praxis fest etabliert. Kälteexperimente begannen in den 1960er Jahren, hauptsächlich mit Neugeborenen und solchen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Neugeborene wurden in Kühldecken gewickelt, in Eis und sogar in Drifts gelegt, um die Durchblutung zu verlangsamen und den Sauerstoffbedarf vor einer Herzoperation zu verringern.
Heutzutage verwenden Ärzte eine leichte Unterkühlung (ungefähr 31 Grad), um bestimmte Neugeborene in schweren Fällen wie Frühgeburten oder fetaler Hypoxie zu behandeln. Kinder werden 72 Stunden lang in Kühlkapseln behandelt, wodurch ihr Stoffwechsel so weit gesenkt wird, dass der Sauerstoffbedarf des Gewebes gedeckt wird, während das Gehirn und andere lebenswichtige Organe wiederhergestellt werden.
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Ebenso verwenden Chirurgen Kühlung und Stoffwechselunterdrückung, um Patienten zu behandeln, die an körperlichen Traumata und Verletzungen wie Herzinfarkt, Schlaganfall, Schusswunden, starken Blutungen und Kopfverletzungen leiden, die ein Hirnödem verursachen. In Notfällen kann der Anästhesist einen dünnen Katheterschlauch in die Nase des Patienten einführen, der kühlenden Stickstoff direkt an die Basis des Gehirns liefert. In einem Behandlungsexperiment führen Chirurgen einen Herz-Lungen-Maschinenkatheter durch die Brust in die Aorta oder durch die Leiste in die Oberschenkelarterie ein. Diese Röhrchen werden verwendet, um kalte Kochsalzlösung zu liefern, um die Körpertemperatur zu senken und verlorenes Blut zu ersetzen. Wenn der Traumatologe die Blutung stoppt, startet die Herz-Lungen-Maschine den Blutfluss erneut und der Patient erhält eine Bluttransfusion.
„Wenn Sie die Erkältung schnell genug anwenden, bevor das Herz stoppt, können die lebenswichtigen Organe und insbesondere das Gehirn der Erkältung einige Zeit ohne Blut standhalten“, erklärt Tisherman. Er führt klinische Studien mit kalter Kochsalzlösung in einer Klinik in Baltimore durch, um schwerverletzten Patienten zu helfen. Tisherman hofft, seine Forschung mindestens bis Herbst 2018 und möglicherweise länger fortsetzen zu können.
Die daraus resultierende Unterkühlung verlangsamt sich schnell oder stoppt die Durchblutung für etwa eine Stunde. Dementsprechend nimmt der Sauerstoffbedarf ab, und Chirurgen haben Zeit, lebensbedrohliche Wunden zu heilen. Danach können sie den Patienten erwärmen und wieder zum Leben erwecken.
Torpor-Rätsel
Heutzutage setzen viele in der Luft- und Raumfahrt auf medizinisch bedingte Unterkühlung und die daraus resultierende Verlangsamung des Stoffwechsels, um bei langen Flügen zum Mars oder zu weiter entfernten Planeten Platz, Gewicht, Fracht, Treibstoff, Nahrung und Depressionen zu sparen. Die Forschung in diese Richtung fängt gerade erst an. Ein Problem ist rein medizinisch. Was ist der beste Weg, um gesunde Astronauten in den Winterschlaf zu versetzen? Es ist bekannt über therapeutische Unterkühlung im Operationssaal, aber wie kann man Menschen im Weltraum für Wochen, Monate und sogar Jahre kühl halten und Winterschlaf halten? Dies ist ein völlig unerforschtes Gebiet. Einige Wissenschaftler, die den Winterschlaf bei Tieren untersuchen, sagen, dass andere Methoden zur Unterdrückung des Stoffwechsels besser sind. Dies ist eine spezielle DiätNiederfrequenzstrahlung und sogar die Verwendung von Proteinen, die bei Tieren wie Bären und beringischen Grundeichhörnchen den Winterschlaf auslösen, weil sie die Stoffwechselrate sicher regulieren und die Möglichkeit haben, die Erstarrung zu verlassen.
Ein weiteres offensichtliches Problem ist die Finanzierung. Wie viel Geld wird die NASA für die Untersuchung der Stoffwechselverlangsamung bei Tieren und Menschen bereitstellen, wenn die Agentur das Budget selbst für Raumflüge kürzt? Der frühere Direktor des Ames Research Center in Kalifornien, Pete Worden, jetzt Executive Director des Breakthrough Starshot-Projekts, sagt, dass die NASA großen Wert auf die synthetische Biologie und das Überleben und Funktionieren von Organismen in einer ungewöhnlichen Umgebung wie dem Mars legt Der Winterschlaf wird finanziert, es ist fast unvermeidlich."
Dieser Optimismus wird nicht von allen geteilt. "Die Menschen sind enttäuscht", sagte Yuri Griko, ein von der NASA ausgebildeter Radiobiologe und führender Forscher in der Abteilung für Weltraumbiologie des Ames Center. - Als 1957 ein Satellit ins All flog, freute sich meine Generation und freute sich. Wir glaubten, dass wir bereits im 20. Jahrhundert zum Mars fliegen würden. Aber … es ist das 21. Jahrhundert und wir sind nie zum Mars geflogen. Leute wie ich haben ein Gefühl persönlicher Ressentiments, da wir erwartet hatten, viel weiter zu gehen als jetzt."
Griko gibt zu, dass die Forschung zur Senkung des Stoffwechsels derzeit in der Schwebe ist. Er kam 2005 zur NASA und arbeitete zuvor fünf Jahre lang beim Biotechnologieunternehmen Clearant, Inc., wo er ionisierende Strahlung verwendete, um die Aktivität von Krankheitserregern in medizinischen Blutprodukten, in Transplantationsorganen und in biologischen Produkten zu blockieren. Die Weltraumbehörde lud Griko dann ein, Forschungen zum Schutz der Astronauten vor Weltraumstrahlung durchzuführen. Es stellte sich heraus, dass die Verlangsamung des Stoffwechsels einer der wirksamsten Mechanismen ist, die uns von der Natur gegeben werden.
Wenn Tiere in den Winterschlaf gehen, trägt ihr Körper Strahlung, ohne die Zellen wesentlich zu schädigen. Griko glaubt, dass eine Abnahme des Stoffwechsels zu einer Abnahme der Strahlenschäden führt, da biochemische Prozesse verlangsamt und oxidativer Stress geschwächt wird. Hypoxie oder niedrige Sauerstoffwerte in Blut und Gewebe sind eine mögliche Erklärung für den Strahlenschutz. Bei Hypoxie wird die Bildung von freiem Sauerstoff und Hydroxylradikalen reduziert. Da ionisierende Strahlung freie Radikale freisetzt, die Zellen schädigt, den Stoffwechsel verlangsamt und den Sauerstoffverbrauch senkt, arbeiten sie in die entgegengesetzte Richtung. Diese Prozesse stören den Tod normaler Zellen und verlängern das Leben gesunder Zellen. Diese Schutzwirkung ist bei niedrigeren Temperaturen viel stärker ausgeprägt.
Griko glaubt, dass der Winterschlaf auch Tiere vor Muskel- und Knochenatrophie schützen kann, die normalerweise in der Schwerelosigkeit auftritt. Ihm zufolge verliert ein normal essender Mensch nach 90 Tagen im Bett mehr als die Hälfte seiner Muskelkraft. Aber ein Bär, der nichts frisst und ungefähr zur gleichen Zeit oder etwas länger in seiner Höhle schläft, verliert nur 25% seiner Muskelkraft und zeigt keine Anzeichen von Knochenschwund. Der Wissenschaftler stellt fest, dass Winterschlaf-Tiere wie Schildkröten und Beuteltiere seit Jahrzehnten nicht mehr in den Weltraum geschickt wurden.
Die NASA hat ihren Antrag auf Finanzierung von Weltraumexperimenten mit Tieren im Winterschlaf abgelehnt. Heute beschränkt sich Grikos wissenschaftliche Arbeit auf die Analyse von Untersuchungen zum Winterschlaf. Außerdem führt er eigene Laborstudien durch, in denen er die Stase bei Mäusen, Schnecken und Blutegeln untersucht. Der Wissenschaftler schlug vor, 2015 eine internationale Konferenz über Erstarrung zu organisieren, führende Experten der Welt dazu einzuladen und die Frage zu diskutieren, wie sich der Winterschlaf im Weltraum befindet. Die NASA hat sich geweigert, es zu finanzieren, aber Griko hofft immer noch, das notwendige Geld aufzutreiben.
"Es gibt erhebliche Hindernisse für das Studium der Erstarrung, obwohl wir ohne diese nicht ernsthaft über Raumflüge über große Entfernungen sprechen können", sagt der ehemalige NASA-Astronaut und Kommandeur der ISS-Besatzung, Leroy Chiao, der von Oktober 2004 bis April 2005 193 Tage im Orbit verbracht hat. des Jahres. Tierforschung ist ein besonders herausforderndes Thema, da die NASA in der Vergangenheit Tieranwälte kritisiert hat. "Sogar die Forschung an Primaten wird vom Menschen mit Feindseligkeit betrachtet", bemerkt Chiao.
Die Lösung liegt in zwei Planeten
Jason Derleth, Programmmanager für innovative Advanced Concepts (NIAC) der NASA, sieht Grund zur Hoffnung. Unter seiner Leitung hat das Programm seit 2013 zwei Innovationszuschüsse vergeben, die die detaillierten Pläne eines Unternehmens unterstützen, mithilfe künstlicher Winterschlaf-Techniken eine Zwischenlaborwohnung auf dem Mars zu schaffen. Das Hauptunternehmen für dieses Projekt, SpaceWorks Enterprises, ist ein Luft- und Raumfahrtdesigner und Auftragnehmer für die NASA und das Verteidigungsministerium. Es befindet sich in Dunwoody, Georgia, 30 Kilometer von Atlanta entfernt. Das Unternehmen war an der Entwicklung des CubeSat-Formats für kleine künstliche Erdsatelliten beteiligt. Aber es war die Erstarrung, die die besondere Aufmerksamkeit des Präsidenten und Chefingenieurs dieser Firma, John Bradford (John Bradford), auf sich zog.
„Ich habe mich seit 15 Jahren gefragt, wie ich die Materialien, Strukturen und Antriebssysteme entwerfen soll, mit denen wir zum Mars und seinen Monden fliegen können“, sagt Bradford. Er ist Doktorand und Luft- und Raumfahrtingenieur. Bradford hat mehrere Projekte der NASA, der Agentur für fortgeschrittene Forschungsprojekte des US-Verteidigungsministeriums und des Air Force Research Laboratory zum Bau militärischer Raumflugzeuge geleitet. Er war auch Berater für den Science-Fiction-Film Passengers, der 2016 herauskam. Dort wachen interplanetare Siedler, gespielt von Jennifer Lawrence und Chris Pratt, vorzeitig aus dem künstlichen Schlaf auf. "Wir filmen die Apollo-Mission nicht mehr", erklärt Bradford. - Keine Fahnen und Fußabdrücke. Wir müssen eine Zwei-Planeten-Spezies werden."
Das Medizintechnik-Team von Bradford hat 2013 mit dem ersten Zuschuss für innovative fortschrittliche Konzepte ein kompaktes Wohnmodul mit Schwerelosigkeit aus starren Strukturen auf der Grundlage des ISS-Wohnmoduls entworfen. In diesem Raumhaus wurde ein geschlossenes Kreislaufsystem zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasser, direkter Zugang zum Start- und Landemodul zur Landung auf dem Mars sowie ein Lebenserhaltungskomplex für sechs Personen bereitgestellt, die während der gesamten Flugzeit (von sechs bis sechs) in einen Zustand der Erstarrung eintauchen sollten neun Monate).
Die vorgeschlagene Technik des künstlichen Winterschlafes basiert auf den Techniken, die Chirurgen verwenden, um bei einem Patienten eine Unterkühlung zu induzieren. Beispielsweise kann das Kühlgas Stickstoff einem Astronauten über einen Nasenschlauch zugeführt werden, wodurch die Temperatur von Gehirn und Körper auf 31 Grad gesenkt wird. Dies reicht aus, um den Winterschlaf aufrechtzuerhalten, aber gleichzeitig überkühlt das Herz nicht und es besteht kein Risiko für andere Komplikationen. Mit der Abkühlung nimmt die Blutgerinnung ab, stellt Tisherman fest. Er bemerkte auch, dass Patienten, die zwei oder mehr Tage lang einer mäßigen Unterkühlung (33 Grad) ausgesetzt waren, häufiger Infektionen hatten als nicht gekühlte Personen.
Im Space Home von SpaceWorks Enterprises sind modulare mechanische Manipulatoren so programmiert, dass sie Aufgaben erledigen, die Gliedmaßen der Astronauten trainieren, Körpersensoren überprüfen, Urinbehälter leeren und die Nährstoffzufuhr überwachen. Die Roboter müssen elektrische Impulse an die Muskeln der Astronauten senden, um sie in guter Form zu halten, und außerdem Beruhigungsmittel injizieren, um das natürliche Zittern zu unterdrücken. Astronauten müssen außerdem eine vollständige parenterale Ernährung mit Substanzen wie Elektrolyt, D-Glucose, Lipiden, Vitaminen usw. erhalten. Sie werden dem Körper über einen Katheter, der in die Brust oder den Oberschenkel eingeführt wird, mit Flüssigkeit versorgt. Im experimentellen Modul wurden Bestände der gesamten parenteralen Ernährung für 180 Tage erstellt. Aber wenn der Flug zum Mars länger dauert,Im Modul können Sie einen Lebensmittelvorrat für weitere 500 Tage erstellen.
Insgesamt konnte SpaceWork das Gesamtgewicht des Compact Habitat auf 19,9 Tonnen reduzieren, einschließlich Verbrauchsmaterialien und Verbrauchsmaterialien (geringes Erdumlaufbahngewicht). Zum Vergleich: Die TransHab-Wohneinheit der NASA wiegt zusammen mit Zubehör und Zubehör 41,9 Tonnen. Dies sind 52% mehr als bei SpaceWork. Im Vergleich zum SpaceWork-Modul der NASA wurde das Gesamtinventargewicht um 70% reduziert.
Das NIAC-Programmmanagement war fasziniert. "SpaceWorks hat einen interessanten Vorschlag gemacht", sagt Derlet. „Die Menschen haben den Winterschlaf für medizinische Zwecke untersucht. Soweit wir wissen, führt derzeit niemand eine konstruktive Studie über den Einsatz von Unterkühlung oder Erstarrung bei Raumflügen durch."
Im Jahr 2013 stellte das NIAC-Management SpaceWorks den ersten Teil eines Zuschusses in Höhe von 100.000 USD zur Verfügung, um eine beispielhafte Plattform für künstlich schlafende Forschungsflüge zum Mars und seinen Satelliten zu entwickeln. Die Besatzung sollte aus vier bis acht Personen bestehen. Die Raumfahrtbehörde lehnte jedoch den Vorschlag ab, alle Besatzungsmitglieder für die gesamte Flugdauer in künstlichen Schlaf zu versetzen. Was ist, wenn das Raumschiff medizinische Komplikationen oder Fehlfunktionen aufweist? Wie lange wird es dauern, bis Astronauten psychische und physische Schäden erleiden? Was ist, wenn Komplikationen an Bord erfordern, dass sie früh aufstehen? Und was ist mit dem allmählichen und langsamen Aufwachen und Erwärmen des Körpers, während der Astronaut aus dem Winterschlaf geweckt wird?
Diese Fragen trieben das SpaceWorks-Team wieder an die Arbeit. Sie entwarfen ein Abteil für die Besatzung, um in einem künstlichen Schlafzustand zu bleiben, vorausgesetzt, dass mehrere Astronauten abwechselnd wach waren, um das Schiff zu steuern und die notwendigen Arbeiten auszuführen (wie in "Space Odyssey", wo zwei Besatzungsmitglieder auf dem Weg zum Jupiter wach waren) während der Rest im künstlichen Winterschlaf war).
Bradfords Team ging noch weiter. Indem sie drei miteinander verbundene Wohneinheiten für 100 vertriebene Passagiere entwarf (um den Mars zu bevölkern), schuf sie ein Raumschiff mit einem Wohnraum, der sich völlig von allem unterscheidet, was die NASA geplant hatte. Die SpaceWorks-Verdrängungsbucht enthält zwei kompakte rotierende Wohneinheiten mit jeweils 48 Torpor-Passagieren. Eine Drehung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erzeugt eine künstliche Gravitationskraft, die einen Knochenverlust verhindert.
Aber das Bradford-Team hatte einen anderen, gewagteren Vorschlag. In einem separaten Wohnmodul beschloss sie, vier Astronauten im Dienst zu stellen, die das Schiff und die Besatzung während des gesamten Fluges bedienen sollten. Während man schläft, arbeiten drei und behalten so ihre Kraft.
Flug zum Mars mit SpaceX
"Das Drehen der schlafenden Besatzung und das Aufwecken einiger Astronauten zum Beobachten ist vorteilhafter, als alle Astronauten sechs Monate lang im Winterschlaf zu halten", sagte Bradford. Ein Raumschiff mit Siedlern in einem Zustand der Erstarrung wird leichter sein, was seine Geschwindigkeit erheblich erhöht, die Flugzeit verkürzt und möglicherweise auch einen zuverlässigeren Schutz vor Strahlung aufgrund einer Verlangsamung des Stoffwechsels bietet. Laut Bradford werden schlafende Astronauten keine Reisekrankheit haben, was ein häufiges Problem für ISS-Bewohner ist.
Bären Winterschlaf
Aber wie wird das Gefühl der Erstarrung im Weltraum sein? Nein, es geht nicht darum, in einer kryogenen Einheit zu erfrieren und dann wiederzubeleben, sagt der Geburtshelfer-Gynäkologe und SpaceWorks-Berater Doug Talk, der therapeutische Hypothermie zur Behandlung von Kindern mit Sauerstoffmangel einsetzt. „Kryotechnik hat hier keinen Erfolg“, erklärt er. - Der menschliche Körper soll nicht eingefroren werden. es besteht hauptsächlich aus Wasser, und wenn das Volumen des Wassers zunimmt [dies geschieht, wenn es gefriert], führt es zur Zerstörung von Zellen."
Vielmehr werden die Astronauten wie ein Koma überwintern. Dies ist eine Kreuzung zwischen traumlosem Schlaf und einem halbbewussten Zustand. „Patienten im Koma haben Zyklen der Gehirnaktivität von scheinbarer Wachsamkeit bis zu tiefem, traumlosem Schlaf“, erklärt Tock. Obwohl Patienten im Koma sich nicht bewegen können, bleibt ihr Gehirn aktiv und reagiert sogar auf äußere Reize, einschließlich verbaler Befehle.
Bären im Winterschlaf erleben etwas Ähnliches. Ihre Körpertemperatur sinkt nur um wenige Grad (wie bei mäßiger Unterkühlung beim Menschen) und ihr Stoffwechsel ist um 75% reduziert. Bären in nördlichen Klimazonen können sieben bis acht Monate lang Winterschlaf halten, ohne etwas zu essen oder zu trinken. und schwangere Frauen bringen Nachkommen zur Welt und füttern sie sogar im Winterschlaf.
"Menschen in Erstarrung werden sich wie Bären verhalten", schlägt Tok vor. „Sie werden Zyklen von Wachheit zu tiefem traumlosem Schlaf haben. Und wie Bären zeigen sie beim Aufwachen Anzeichen von Schlafentzug."
Im Mai 2016 genehmigte das NIAC-Management die zweite Phase des SpaceWorks-Projekts. Diesmal wurden 250.000 US-Dollar für die Fortsetzung der technischen Forschung sowie der operativen und medizinischen Forschung bereitgestellt. „Phase-1-Projekte haben bewiesen, dass unsere Vision real ist“, sagt Derlet. "Wir sind froh, dass Dr. Bradford Fortschritte macht."
Das SpaceWorks-Team schlug einige Designverbesserungen für das lebende Modul sowie ein künstliches Schlafexperiment für einen Zeitraum von zwei bis drei Wochen mit mehreren gesunden Schweinen vor. Schweine halten wie Menschen keinen Winterschlaf in ihrer natürlichen Umgebung, und daher hilft ihre physiologische Reaktion auf künstlichen Schlaf den Menschen besser zu verstehen, was sie von Erstarrung erwarten können, als Experimente an Mäusen und Schnecken. Laut Derleth verbieten die NASA-Regeln jedoch die Finanzierung der Forschung an Schweinen.
Daher hat SpaceWorks einen alternativen Vorschlag unterbreitet: bereits durchgeführte und laufende Experimente zur Unterdrückung des Stoffwechsels umfassend zu untersuchen, um auf dieser Grundlage ein Aktionsprogramm für die nahe Zukunft zu erstellen, um die erforderlichen Technologien zu entwickeln, die den Übergang zu Versuchen am Menschen ermöglichen, einschließlich systematischerer Tierstudien. In diesem Sommer wird NIAC eine Zwischenüberprüfung von SpaceWorks durchführen und entscheiden, ob weitere 250.000 USD an Finanzmitteln bereitgestellt werden sollen oder nicht.
"Wir glauben weiterhin an die Notwendigkeit, Lebewesen zu erforschen, um Torpor-Technologien zu entwickeln und langfristig anzuwenden", schrieb John Olds, Gründer und CEO von SpaceWorks. "Und dieser Schritt erfordert möglicherweise die Teilnahme privater Sponsoren."
Wer für diese Arbeit bezahlt, wird Schwierigkeiten haben, Tierversuche durchzuführen, da dies ethische Fragen aufwirft.
"Ich denke, die NASA hat Recht, langsam und schrittweise zu handeln", sagt Arthur Caplan, Direktor für medizinische Ethik am New York University Medical Center. Während viele von der Aussicht auf künstlichen Schlaf während ausgedehnter Raumflüge begeistert sind, brauche die NASA nicht den zusätzlichen Ärger, den Tieranwälte bekommen können, sagte er.
„Schweine sind in ihrer Physiologie dem Menschen ziemlich ähnlich, daher ist es sinnvoll, sie für Experimente zu verwenden“, sagt Kaplan. "Und den Kritikern können wir folgendes sagen: Die Anzahl der Schweine, die für diese Art von Forschung rekrutiert werden, wird geringer sein als der Durchschnitt, den Amerikaner in einer Woche zum Frühstück essen."
Menschlicher Faktor
In Science-Fiction-Filmen und Büchern wird Torpor idealisiert und romantisiert, sagt Kaplan. Sie erwecken den Eindruck, dass eine Person diesen komaähnlichen Zustand leicht betreten und verlassen kann. Aber die Realität kann anders sein.
Laut Kaplan werden die ersten Experimente unter Beteiligung sehr ungewöhnlicher Personen durchgeführt - höchstwahrscheinlich handelt es sich dabei um Testpiloten. „Diese Menschen riskieren jeden Tag ihr Leben. Sie verstehen die physiologischen Gefahren, weil sie Flugzeuge testen und wissen, dass viele ihrer Kollegen gestorben sind. Astronauten sagten mir, dass sie bereit sind, an jedem Experiment teilzunehmen, nur um in den Weltraum zu fliegen. Unsere Aufgabe ist es, sie einzudämmen “, sagt er.
Das Experimentieren mit Menschen wird ein beispielloser Schritt sein. Niemand hat jemals Unterkühlung angewendet, um den Stoffwechsel bei Menschen zu verlangsamen, die nicht krank oder verletzt sind, geschweige denn bei außergewöhnlich gesunden Astronauten.
„Wir haben viele gesunde Menschen, die den Wunsch geäußert haben, an Langzeitexperimenten mit künstlichem Schlaf teilzunehmen“, sagt Tok. - Es gibt eine aufgestaute Nachfrage nach Menschen, die bereit sind, sich für sechs Monate vom Leben zu trennen. Ich bin sicher, die Gesundheitsbehörden werden dem nicht zustimmen."
In der Zwischenzeit hat Tok zwei Spezialisten für therapeutische Hypothermie in das SpaceWorks-Forschungsteam aufgenommen: Alejandro Rabinstein, der medizinische Direktor der Intensivstation für Neurologie an der Mayo Clinic, und die auf Winterschlaf spezialisierte Neurowissenschaftlerin Kelly Drew, die bei Fairbanks an der University of Alaska arbeitet. Tiere. Drew untersucht zusammen mit anderen Wissenschaftlern am Institut für Arktische Biologie der Universität von Alaska die Winterschlafmuster von Warmblütern wie Igeln, beringischen Grundeichhörnchen und Bären. Sie hoffen, das Rätsel des gesunden Winterschlafes und die Gehirnsignale, die ihn auslösen, lösen zu können, und glauben, dass es den Astronauten helfen wird, sich ohne Nebenwirkungen anzupassen.
Beispielsweise sinkt beim Beringschen Grundeichhörnchen (evrazhka) im Winter die Körpertemperatur auf null Grad. Kein Wissenschaftler weiß genau, was den Winterschlafmechanismus auslöst. Es besteht die Annahme, dass ein spezieller Gehirn- und Muskelrezeptor - der A1-Adenosinrezeptor - zu einer Abnahme der Körpertemperatur des Gopher führt und ihn zum Schlafen bringt, woraus er acht Monate später mit minimalem Verlust an Knochen- und Muskelmasse erwacht.
"Adenosin ist ein Neuromodulator, der eine Rolle bei der Stimulierung des Schlafes und der Verringerung der Erregbarkeit des Gehirns spielt", sagt Drew. "Es ist im tierischen Gehirn allgegenwärtig." Sie injizierte ein Medikament, das ihre A1-Adenosinrezeptoren stimuliert, in den Winterschlaf. Drew kann Gophers auch mit einem anderen Medikament wecken, das diese Rezeptoren blockiert.
Die Signalkaskade und der Satz von Genen beim Menschen sind jedoch viel komplizierter und sehr schwer zu entschlüsseln. Erschwerend kommt hinzu, dass Tiere im Winterschlaf auf unterschiedliche Weise schlafen.
Der einzige Primat, der Winterschlaf hält, ist der Zwergmaki aus Madagaskar, der acht Monate im Jahr in Trägheit verbringt, hauptsächlich bei heißem Wetter. Er lebt von Fettdepots im Schwanz. Eine Abnahme des Stoffwechsels bei diesem Tier erfordert keine Abnahme der Körpertemperatur.
In der Zwischenzeit sagt Rabinstein, der eine milde Hypothermieanalyse durchführen will, um Erstarrung zu induzieren, dass die auf der Intensivstation im Weltraum verwendeten Techniken möglicherweise nicht so zuverlässig sind.
"Die Tatsache, dass kleine Kinder in eisigem Wasser" ertrinken "und dann zur Besinnung kommen, ist bemerkenswert und gibt uns Hoffnung", sagt er. - Aber können wir unser Wissen [über tiefe Unterkühlung] anwenden, um eine mildere Unterkühlung zu erzeugen, damit die Menschen ohne schädliche Folgen, ohne psychischen und physiologischen Stress viel länger in diesem Zustand bleiben können? Es bleibt abzuwarten, aber wir glauben, dass es eine Chance gibt."
Arielle Emmett
