Medicina spațială Decolează și planează pentru cercetarea de bază

Hahne, Dorothee

Studiile privind imponderabilitatea dezvăluie multe despre fiziologia umană. De acest lucru beneficiază nu doar astronauții și turiștii spațiali, ci și oamenii de pe pământ.

Știți senzația pe un roller coaster atunci când accelerează peste vârful dealului și apoi se repede în jos abrupt? Așa vă puteți imagina un zbor parabolic - singura diferență este că senzația de cădere durează. ”Medicul Ulrich Limper a zburat multe zboruri parabolice, totuși, nu pentru distracție, ci pentru scopuri de cercetare. El face parte din echipa medicală de la Universitatea din Witten/Herdecke (UWH), care, în cooperare cu Centrul German Aerospace (DLR), examinează modul în care sistemul cardiovascular uman reacționează în condiții de gravitație diferite.

Zborurile parabolice oferă cele mai bune condiții în acest sens. Pilotul zboară mai întâi orizontal și apoi urcă abrupt spre cer cu o forță deplină. Există aproape de două ori forța gravitațională decât pe pământ. În a doua fază, motoarele sunt restricționate. Avionul continuă să urce înainte de a intra în cădere liberă. Descrie o curbă parabolică în care există greutate timp de 22 de secunde. În cea de-a treia fază, aeronava cade mai întâi în direcția pământului până când pilotul o interceptează și o direcționează înapoi spre orizontală. Și aici gravitația se dublează. Pe lângă greutate și hipergravitate, Airbus A300-ZERO-G parabolic special echipat poate genera forțele gravitaționale ale lunii sau ale Marte prin manevre de zbor similare. Pe lună există o șesime, pe Marte o treime din gravitația pământului.

În timpul acestor zboruri g parțiale, cercetătorii Witten au efectuat măsurători ale ortostazei pe un total de 14 persoane testate. „Ne-a interesat cum se comportă tensiunea arterială, bătăile inimii și volumul bătăilor inimii atunci când o persoană se ridică dintr-o poziție culcată sub diferite grade de gravitație”, explică Paula Beck, medicul și supraveghetorul de proiect. Ce se întâmplă când te ridici pe pământ este bine cunoscut: gravitația trage sângele din jumătatea superioară a corpului în abdomen și picioare. Ca urmare, fluxul de sânge înapoi la inimă scade, volumul accident vascular cerebral scade și tensiunea arterială scade. Mecanismele de compensare intră în vigoare. Scăderea tensiunii arteriale activează sistemul nervos simpatic, vasele se contractă, ritmul cardiac crește la fel ca și tensiunea arterială.

„Se știe puțin despre reacția ortostatică în condiții de gravitație modificate”, spune Limper. Prin urmare, medicii le-au furnizat subiecților electrozi și un monitor special al tensiunii arteriale pe degete și i-au pus să se ridice în mod repetat de pe o canapea în timpul zborurilor parabolice sub gravitația marțiană și lunară, precum și sub hipergravitate. Au fost disponibile doar câteva secunde pentru măsurători: 26 de secunde în luna, 31 de secunde în gravitația marțiană și 18 secunde în hipergravitate.

Tensiunea arterială scade atunci când gravitația crește

„Reacțiile de adaptare au avut loc sub toate gradele de gravitație”, rezumă Beck rezultatele. Cu alte cuvinte, a existat inițial o scădere a tensiunii arteriale, care a fost apoi compensată prin creșterea ritmului cardiac. Cu toate acestea, tensiunea arterială nu a scăzut liniar odată cu creșterea gravitației. Așa cum era de așteptat, sa scufundat în mod deosebit cu hipergravitatea, dar și-a revenit rapid. Sub gravitația marțiană, tensiunea arterială a scăzut mai puțin decât se aștepta și a durat mai mult pentru a reveni la un nivel stabil. Chiar și cu gravitatea lunii, a fost nevoie de timp pentru ca tensiunea arterială să crească din nou. Cercetătorii au fost surprinși că s-a produs o reacție ortostatică în condiții lunare. „Cu un pic de gravitație, nu era clar dacă corpul va lua contramăsuri”, explică Beck.

După încercările de a se ridica, cele mai recente zboruri parabolice din luna aprilie a acestui an s-au concentrat asupra puterii inimii în greutate. Oamenii de știință UWH, împreună cu oamenii de știință de la Școala de Medicină din Hanovra, au atașat senzori de accelerație pe pielea astronautului german Hans Schlegel și au măsurat modul în care corpul plutitor a fost mutat înainte și înapoi de către bătăile inimii. Medicii au fost deosebit de interesați de cât timp are inima în greutate pentru a pompa ce volum și ce forță are nevoie pentru a face acest lucru.

Greutatea este ca și cum ai fi la pat în mișcare rapidă

Scopul studiilor de zbor parabolice este, pe de o parte, să poată evalua în prealabil posibilele pericole și riscuri de siguranță pentru astronauți și turiștii spațiali. De exemplu, dacă astronauții stau mai mult pe Marte pentru viitoarele misiuni și explorează terenul, ar putea trece departe de bază fără o reacție ortostatică, deoarece sângele se scufundă încet și creierul nu este alimentat în mod adecvat cu sânge. Mai mult, experimentele sunt relevante și pentru cercetările clinice de pe Pământ: „În lipsa de greutate, procese similare au loc în interval de timp ca la persoanele cu pat. Rezultatele noastre ajută la înțelegerea mai bună a reacțiilor circulatorii ale acestor pacienți ”, explică Limper.

Mai presus de toate, studiile spațiale avansează cercetarea de bază. „Greutatea este un mod excelent de a verifica dacă ipotezele fiziologice sunt corecte”, spune prof. Dr. med. Rupert Gerzer, șeful Institutului de Medicină Aerospațială la DLR. Exemplul gospodăriei cu sare arată că lucrurile surprinzătoare pot ieși la iveală. Regulamentul său funcționează parțial diferit de ceea ce se presupune de zeci de ani. Punctul de plecare a fost observarea că, după o lungă ședere în spațiu, astronauții sunt instabili ortostatic în primele câteva zile pe pământ și pot sta în picioare și pot merge în poziție verticală doar într-o măsură limitată. Cauza acestui fenomen a fost suspectată a fi deplasările de lichide tipice spațiului: circulația pompează sângele către inimă chiar și în greutate. Până la 2.000 ml de lichid curg din partea inferioară în jumătatea superioară a corpului. Consecințele acestei congestii superioare sunt o față umflată și picioare subțiri. „Vorbim, de asemenea, de fața umflată și de picioare de pui”, explică Limper.

În același timp, membranele mucoase, inclusiv fesele, se umflă

Până în prezent s-a presupus că organismul stochează apă în țesut cu un aport ridicat de sare pentru a asigura osmolaritatea. În plus, experții erau siguri că sarea ingerată va fi excretată prin rinichi în decurs de 24 de ore, pentru a menține constantă concentrația de sodiu din corp și pentru a controla tensiunea arterială. În studiile ulterioare de sare pe Pământ, oamenii de știință au descoperit alte mecanisme: organismul stochează sodiul conținut în sare nu numai prin mecanisme cunoscute anterior, ci și în piele. Spre deosebire de sânge, nu este dizolvat acolo, ci este legat de proteoglicani. Legarea sodiului de aceste proteine complexe are loc în schimbul ionilor de hidrogen. În acest proces, sodiul își pierde eficacitatea osmotică - și nu mai reține nicio apă.

Între timp, subiectul echilibrului de sare ocupă cercetări de înaltă presiune. „Globul de zăpadă aruncat de călătoriile spațiale s-a transformat într-o avalanșă”, spune Gerzer. Cel mai lung studiu cu privire la metabolismul sodiului până în prezent, Studiul Mars 500 *, a adus idei interesante. Jens Titze, profesor pentru cercetări electrolitice și circulatorii la Universitatea din Erlangen-Nürnberg, a prescris un plan de dietă strict cu un conținut definit de sare pentru șase persoane testate în timpul unui zbor virtual către Marte timp de 205 de zile. La început, dieta conținea douăsprezece grame de sare, apoi conținutul său de sare a fost redus la nouă, ulterior la șase grame pe zi. Oamenii de știință au colectat urina subiecților în fiecare zi și au analizat conținutul de sare și hormonii aldosteron și cortizol.

Economisirea și eliberarea sării are propriul ritm

Rezultatul: sarea ingerată nu este în niciun caz excretată în 24 de ore. Corpul îl stochează ritmic timp de săptămâni și luni și apoi îl eliberează din nou. „Aceasta înseamnă că soldurile de sare de 24 de ore sunt mai puțin semnificative decât se presupunea anterior pentru estimarea consumului de sare al unei persoane”, rezumă Gerzer. Ritmul depozitării și eliberării sării are loc independent de aportul alimentar și nu are nicio influență asupra tensiunii arteriale. În schimb, aldosteronul și cortizolul par să joace un rol important în reglare.

Chiar dacă unele mecanisme în ceea ce privește echilibrul de sare s-au dovedit a fi greșite, a fost confirmată o ipoteză: un aport scăzut de sare cu alimente scade tensiunea arterială și un aport ridicat crește.

Dipl.-Oecotroph. Dorothee Hahne

* Rakova N, și colab.: Simularea zborului spațial pe termen lung dezvăluie ritmicitatea infradiană în echilibrul Na + uman, metabolismul celular 2013; 17: 125-31.