Що відбувається з мозком в умовах невагомості?
Ні для кого не секрет, що NASA звалила на себе непосильне завдання: відправити людей на Марс до 2030-х років. Чому непосильну? Тому що досить зрозуміти, що звичайна поїздку туди займе від трьох до шести місяців, а екіпажу доведеться пробути на планеті до двох років, перш ніж вирівнювання планет дозволить йому повернутися додому. Це означає, що астронавтам доведеться жити в умовах зниженої (мікро) гравітації протягом трьох років як мінімум — це значно перевищує поточний рекорд безперервного перебування в космосі, поставленого російським космонавтом Валерієм Поляковам: 438 днів.
У перші дні космічних подорожей вчені наполегливо працювали, щоб з’ясувати, як подолати силу тяжіння так, щоб ракета могла ніби з катапульти запуститися в космос і висадити людей на Місяць. Сьогодні гравітація також залишається на порядку денному у науки, але на цей раз нас більше цікавить, як знижена гравітація впливає на здоров’я космонавтів, особливо на їх мізки. Зрештою, ми еволюціонували, щоб існувати в земного тяжіння (1 g), а не в невагомості космосу (0 g) або мікрогравітації Марса (0,3 g).
«Мозок в чані»
Так як же мозок справляється з микрогравитацией? Якщо коротко, то дуже погано, проте інформація про це обмежена. Ми знаємо, що обличчя космонавтів червоніють і роздуваються в невагомості — це явище ласкаво називають «ефектом Чарлі Брауна». Відбувається це здебільшого тому, що рідина, яка складається в основному з крові (клітин і плазми) і спинномозкової рідини, зміщується до голови, в результаті чого особи стають одутловатыми і округлими, а ноги — тонкими.
Ці зміщення рідини також пов’язані з «космічної хвороби» (за аналогією з морською), головними болями і нудотою. Нещодавно їх також пов’язали з помутнінням зору через наростання тиску при збільшенні кровотоку; сам мозок як би спливає у верхню частину черепа, надаючи на нього тиск. Незважаючи на те, що NASA вважає порушення зору і зміщення мозку головним ризиком для здоров’я будь-якої людини на Марсі, з’ясувати, що його викликає, а також як його запобігти, поки не вийшло.
Професор фізіології та біохімії Деміен Бейлі з Університету Південного Уельсу вважає, що певні частини мозку в результаті отримують занадто багато крові, тому що в крові накопичується оксид азоту — невидима молекула, яка зазвичай там плаває. Артерії, що постачають мозок кров’ю, розслабляються, тому розкриваються сильніше. В результаті цього підйому кровотоку гематоенцефалічний бар’єр — «амортизатор» мозку — стає перевантажений. Вода повільно накопичується, мозок розбухає, тиск збільшується.
Уявіть, ніби річка виходить з берегів. Найголовніше в усьому цьому, що окремі частини мозку надходить недостатньо кисню. Це велика проблема, яка може пояснити і затуманення зору, а також і інші ефекти, які проявляються на здібностях космонавтів думати, концентруватися, міркувати і рухатися.
Поїздка на «vomit comet»
Щоб перевірити ідею, вчені повинні реалізувати її на практиці. Але замість того, щоб просити NASA поїздки на Місяць, вони просто вирішили вирватися з пут земної гравітації, змоделювавши невагомість на спеціальному літаку, який називається «vomit comet», «блювотна комета».
Піднімаючись у повітря, а потім опускаючись, цей літак виконувати до 30 параболічних фігур за один політ, щоб імітувати відчуття невагомості. Вільне падіння триває всього 30 секунд, але особа встигає роздутися і за ці півхвилини.
Надійно закріпивши все обладнання, вчені провели вимірювання серед восьми добровольців, кожен з який здійснював один рейс кожен день протягом чотирьох днів. Вони вимірювали кровотік в різних артеріях, що підтримують мозок, використовуючи портативний доплерівського ультразвук, який змушує високочастотні звукові хвилі відскакувати від циркулюючих червоних кров’яних клітин. Також вимірювали рівень оксиду азоту в зразках крові, взятих з вени передпліччя, а також інших невидимих молекул, що включають вільні радикали і специфічні для мозку білки (які відображають структурний пошкодження мозку) — вони могли б розповісти, відкривається гематоенцефалічний бар’єр насильно.
Початкові висновки підтвердили в точності те, що і очікувалося. Рівні оксидів азоту збільшилися після повторних нападів» невагомості, і це збіглося зі збільшенням кровотоку, особливо в артеріях, що постачають задню частину мозку. Гематоенцефалічний бар’єр відкрився, хоча ніяких свідоцтв структурного ушкодження головного мозку не було.
Тепер вчені планують продовжити ці дослідження з більш докладними оцінками змін крові і рідини в мозку, використовуючи методи візуалізації зразок магнітного резонансу, щоб підтвердити результати. Також вони хочуть розглянути можливість введення контрзаходів начебто гумових штанів, які створюють негативний тиск в нижній частині тіла і допомагають «відкачати» кров з мозку астронавта — а також препаратів, що протидіють збільшенню оксиду азоту. Результати таких робіт можуть не тільки поліпшити самопочуття астронавтів у космічних подорожах, але і надати цінну інформацію про те, чому «гравітація» корисна для мозку.
