Es ist kein Geheimnis, dass die NASA eine überwältigende Aufgabe übernommen hat: Menschen bis 2030 zum Mars zu schicken. Warum überwältigend? Weil es ausreicht zu verstehen, dass eine typische Reise dorthin drei bis sechs Monate dauern wird und die Besatzung bis zu zwei Jahre auf dem Planeten bleiben muss, bevor die Ausrichtung der Planeten es ihr ermöglicht, nach Hause zurückzukehren. Dies bedeutet, dass Astronauten mindestens drei Jahre lang unter Bedingungen mit reduzierter (Mikro-) Schwerkraft leben müssen - dies übertrifft den aktuellen Rekord für einen kontinuierlichen Aufenthalt im Weltraum, den der russische Kosmonaut Valery Polyakov aufgestellt hat, erheblich: 438 Tage.
In den frühen Tagen der Raumfahrt haben Wissenschaftler hart daran gearbeitet, die Schwerkraft zu überwinden, damit eine Rakete in den Weltraum katapultieren und Menschen auf dem Mond landen kann. Auch heute bleibt die Schwerkraft auf der Tagesordnung der Wissenschaft, aber diesmal interessiert uns mehr, wie sich eine verringerte Schwerkraft auf die Gesundheit von Astronauten auswirkt, insbesondere auf deren Gehirn. 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).
Gehirn in einem Bottich
Wie geht das Gehirn mit der Schwerelosigkeit um? Kurz gesagt, sehr schlecht - die Informationen hierzu sind jedoch begrenzt. Wir wissen, dass die Gesichter der Astronauten in der Schwerelosigkeit rot werden und anschwellen - ein Phänomen, das liebevoll als "Charlie Brown-Effekt" bezeichnet wird. Dies liegt hauptsächlich daran, dass Flüssigkeit, die hauptsächlich aus Blut (Zellen und Plasma) und Liquor cerebrospinalis besteht, in Richtung Kopf verschoben wird, wodurch die Gesichter geschwollen und rund und die Beine dünn werden.
Diese Flüssigkeitsverdrängungen sind auch mit "Weltraumkrankheit" (ähnlich der Seekrankheit), Kopfschmerzen und Übelkeit verbunden. In letzter Zeit wurden sie auch mit verschwommenem Sehen aufgrund eines Druckaufbaus mit erhöhtem Blutfluss in Verbindung gebracht. Das Gehirn selbst schwebt bis zur Schädeldecke und übt Druck darauf aus. Trotz der Tatsache, dass die NASA Sehbehinderung und Verlagerung des Gehirns als das Hauptrisiko für die Gesundheit einer Person auf dem Mars ansieht, war es bisher nicht möglich herauszufinden, was es verursacht und wie es verhindert werden kann.
Der Professor für Physiologie und Biochemie, Damien Bailey von der University of South Wales, glaubt, dass bestimmte Teile des Gehirns zu viel Blut erhalten, weil sich im Blut Stickstoffmonoxid ansammelt, ein unsichtbares Molekül, das normalerweise dort schwimmt. Die Arterien, die das Gehirn mit Blut versorgen, entspannen sich und öffnen sich mehr. Infolge dieses Anstiegs der Durchblutung wird die Blut-Hirn-Schranke - der „Stoßdämpfer“des Gehirns - überlastet. Wasser baut sich langsam auf, das Gehirn schwillt an und der Druck steigt.
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Stellen Sie sich einen Fluss vor, der über seine Ufer fließt. Das Wichtigste dabei ist, dass bestimmten Teilen des Gehirns nicht genügend Sauerstoff zugeführt wird. Dies ist ein großes Problem, das verschwommenes Sehen sowie andere Auswirkungen auf die Fähigkeit von Astronauten, zu denken, sich zu konzentrieren, zu argumentieren und sich zu bewegen, erklären kann.
Ein Ausflug zum "Erbrochenen Kometen"
Um eine Idee zu testen, müssen Wissenschaftler sie in die Praxis umsetzen. Aber anstatt die NASA zu bitten, zum Mond zu reisen, beschlossen sie einfach, sich von der Schwerkraft der Erde zu befreien, indem sie die Schwerelosigkeit in einem speziellen Flugzeug simulierten, das Erbrochener Komet, Erbrochener Komet genannt wird.
Dieses Flugzeug steigt in die Luft und senkt sich dann ab. In einem einzigen Flug werden bis zu 30 Parabolfiguren ausgeführt, um das Gefühl der Schwerelosigkeit zu simulieren. Der freie Fall dauert nur 30 Sekunden, aber das Gesicht schwillt in einer halben Minute an.
Nachdem die gesamte Ausrüstung sicher gesichert war, nahmen die Wissenschaftler Messungen an acht Freiwilligen vor, von denen jeder vier Tage lang jeden Tag einen Flug durchführte. Sie maßen den Blutfluss in verschiedenen Arterien, die das Gehirn unterstützen, mithilfe von tragbarem Doppler-Ultraschall, der dazu führt, dass hochfrequente Schallwellen von zirkulierenden roten Blutkörperchen abprallen. Sie maßen auch den Stickoxidspiegel in Blutproben, die aus einer Vene im Unterarm entnommen wurden, sowie in anderen unsichtbaren Molekülen, einschließlich freier Radikale und gehirnspezifischer Proteine (die strukturelle Schäden am Gehirn widerspiegeln), die erkennen könnten, ob die Blut-Hirn-Schranke geöffnet wird.
Erste Ergebnisse bestätigten genau das, was erwartet wurde. Die Stickoxidspiegel stiegen nach wiederholten "Anfällen" der Schwerelosigkeit an, und dies fiel mit einer Zunahme des Blutflusses zusammen, insbesondere in den Arterien, die den hinteren Teil des Gehirns versorgen. Die Blut-Hirn-Schranke öffnete sich, obwohl es keine Hinweise auf strukturelle Schäden am Gehirn gab.
Wissenschaftler planen nun, diese Studien mit detaillierteren Bewertungen der Veränderungen von Blut und Flüssigkeit im Gehirn fortzusetzen und bildgebende Verfahren wie Magnetresonanz zu verwenden, um die Ergebnisse zu bestätigen. Sie möchten auch Gegenmaßnahmen wie Gummihosen einführen, die einen Unterdruck im Unterkörper erzeugen und dabei helfen, Blut aus dem Gehirn des Astronauten zu "pumpen" - sowie Medikamente, die dem Anstieg des Stickoxids entgegenwirken. Die Ergebnisse solcher Arbeiten könnten nicht nur das Wohlbefinden von Astronauten in der Raumfahrt verbessern, sondern auch wertvolle Informationen darüber liefern, warum "Schwerkraft" gut für das Gehirn ist.
Ilya Khel
