Kosmos dosłownie niszczy astronautów. Wyniki są bezwzględne

Astronauci w kosmosie sprawiają wrażenie, jakby wszystko przychodziło im z łatwością. Swobodnie unoszą się w modułach stacji, łapią krople wody dryfujące w powietrzu i śpią przypięci do ścian. Ten obraz jest jednak trochę mylący. W rzeczywistości ludzkie ciało nie jest przystosowane do życia bez ziemskiej grawitacji. Pobyt w kosmosie nie tylko męczy organizm. Z czasem zaczyna go zmieniać.

Nowa analiza przeprowadzona przez zespół naukowców z University of California w San Diego i opublikowana w czasopiśmie Frontiers in Psychology idzie jeszcze dalej i sugeruje, że mikrograwitacja może uderzać nie tylko w mięśnie, kości czy wzrok, ale też w najbardziej podstawowe poczucie własnej obecności i świadomości swojego ciała. Grawitacja, której na Ziemi prawie nie zauważamy, może być jednym z najstarszych kotwiczących sygnałów dla naszego mózgu. Gdy znika, organizm i świadomość zaczynają działać w świecie, do którego ewolucja nie przygotowała człowieka.

Na Ziemi grawitacja jest stała, przewidywalna i wszechobecna. Nie musimy o niej myśleć, bo mózg uwzględnia ją automatycznie. Dzięki niej wiemy, gdzie jest dół, jak porusza się ciało, jak spadają przedmioty i jak utrzymać równowagę. Układ przedsionkowy w uchu wewnętrznym, wzrok, czucie mięśni i stawów oraz mózgowy model własnego ciała od dzieciństwa uczą się świata opartego na 1G.

W warunkach mikrograwitacji ten podstawowy punkt odniesienia przestaje działać. Narządy otolitowe w uchu wewnętrznym, które na Ziemi pomagają mózgowi określać kierunek grawitacji i ruch ciała, tracą swój najważniejszy punkt odniesienia. W efekcie wzrok podpowiada jedno, ciało odczuwa coś innego, a błędnik przestaje dostarczać sygnały, na których mózg opierał się przez całe życie.

Nie ogranicza się to do choroby lokomocyjnej i nudności na początku misji. Mózg musi przebudować sposób przewidywania ruchu, orientacji i położenia ciała. To dlatego astronauci mogą mieć problemy z koordynacją, równowagą, ruchem rąk i nóg oraz późniejszym powrotem do normalnej grawitacji.

Nowa praca naukowa opisuje grawitację jako rodzaj superoczekiwania mózgu. Chodzi o bardzo głęboko zakodowane założenie, że świat działa w określony sposób: przedmioty spadają, ciało ma ciężar, głowa i stopy są w relacji do pionu, a każdy ruch można interpretować na tle stałego przyciągania Ziemi.

W mikrograwitacji ten model przestaje działać tak, jak powinien. Mózg dostaje z błędnika słabsze i mniej jednoznaczne sygnały, więc musi bardziej polegać na informacjach ze wzroku, mięśni, skóry i narządów wewnętrznych. W efekcie łatwiej o dezorientację i poczucie, że własne ciało oraz otoczenie nie są już tak oczywiste i przewidywalne jak na Ziemi.

Brzmi to trochę filozoficznie, ale ma bardzo mocne konsekwencje. Astronauta nie doświadcza w kosmosie wyłącznie stanu nieważkości. Jego mózg musi funkcjonować w środowisku, w którym nagle znika jeden z najbardziej podstawowych punktów odniesienia. Nic więc dziwnego, że po powrocie niektórzy opisują uczucie dezorientacji, odmienione postrzeganie własnego ciała albo głęboką zmianę spojrzenia na Ziemię i swoje miejsce w świecie.

To nie jest wyłącznie metafora. Badania obrazowe pokazują, że lot kosmiczny fizycznie zmienia mózg. W analizach MRI astronautów po misjach wykazano, że mózg może przesuwać się ku górze i do tyłu w czaszce, a zmiany są wyraźniejsze po dłuższych pobytach w mikrograwitacji. Szczególnie dotyczy to obszarów związanych z ruchem i przetwarzaniem bodźców czuciowych.

Powodem jest m.in. przesunięcie płynów ustrojowych w stronę głowy. Na Ziemi grawitacja ściąga krew i płyny ku dolnym partiom ciała. W kosmosie ten układ się rozjeżdża. Twarz puchnie, nogi robią się cieńsze, a wewnątrz czaszki i wokół mózgu zmienia się rozkład płynu mózgowo-rdzeniowego.

U części astronautów takie zmiany częściowo cofają się po powrocie na Ziemię. Ale częściowo jest tu słowem kluczowym. Nie wszystkie procesy są w pełni zrozumiane, a im dłuższe misje planują agencje kosmiczne, tym większe znaczenie ma pytanie, co dzieje się z mózgiem po wielu miesiącach albo latach poza Ziemią.

NASA od lat podkreśla, że jednym z najbardziej niepokojących skutków długiego pobytu w kosmosie jest SANS, czyli zespół zmian neuro-ocznych związanych z lotem kosmicznym. Obejmuje on m.in. obrzęk nerwu wzrokowego, fałdy siatkówki, spłaszczenie tylnej części gałki ocznej i zmiany ostrości widzenia.

To nie jest błahy problem. Astronauci polegają na wzroku praktycznie cały czas – podczas obsługi sprzętu, wykonywania eksperymentów czy reagowania na awarie. Jeśli takie zmiany utrzymują się długo po powrocie albo nie znikają całkowicie, mogą stać się jedną z największych przeszkód w planowaniu długich misji na Marsa czy stałej obecności ludzi na Księżycu.

Problem jest tym trudniejszy, że nie ma jednego prostego wyjaśnienia. W grę wchodzą przesunięcia płynów ku głowie, zmiany ciśnienia, indywidualne predyspozycje i adaptacje układu krążenia. To obszar, w którym medycyna kosmiczna nadal szuka skutecznych zabezpieczeń.

Jeśli ciało nie musi walczyć z ciężarem, zaczyna oszczędzać na tkankach, które normalnie ten ciężar dźwigają. Mięśnie słabną, a kości tracą gęstość. Szczególnie dotyczy to nóg, bioder i kręgosłupa, czyli elementów, które na Ziemi codziennie pracują przeciw grawitacji.

Właśnie dlatego astronauci na stacji ćwiczą przez wiele godzin tygodniowo. Biegają na bieżni przypięci uprzężą, pracują na rowerze i używają urządzeń oporowych. To nie jest dbanie o formę dla sportowego wyniku. To walka o to, żeby po powrocie na Ziemię dało się chodzić, stać, utrzymać równowagę i nie łamać kości przy zwykłym obciążeniu.

Ćwiczenia bardzo pomagają, ale nie rozwiązują wszystkiego. Długie misje pozostają ogromnym obciążeniem dla układu ruchu, a w scenariuszu marsjańskim problem będzie jeszcze większy, bo załoga po miesiącach lotu będzie musiała funkcjonować na powierzchni planety bez pełnej ziemskiej rehabilitacji.

Mikrograwitacja, promieniowanie, izolacja, stres, zaburzony sen i zamknięte środowisko wpływają także na układ odpornościowy. U astronautów obserwuje się zmiany w reakcjach immunologicznych, aktywację uśpionych wirusów i zmiany mikrobiomu, czyli społeczności mikroorganizmów żyjących w jelitach i na skórze.

Do tego dochodzą zmiany krążeniowe. Serce i naczynia krwionośne pracują w środowisku, w którym krew nie rozkłada się tak jak na Ziemi. Po powrocie do grawitacji organizm musi ponownie nauczyć się utrzymywać ciśnienie krwi w pozycji stojącej. Stąd zawroty głowy, osłabienie, problemy z pionizacją i ryzyko omdleń po lądowaniu. Astronauta wracający na Ziemię jest człowiekiem, którego układ nerwowy, mięśnie, kości, oczy, krążenie i odporność przez wiele miesięcy działały w trybie awaryjnej adaptacji.

Do tej pory w kosmos latali ludzie ekstremalnie selekcjonowani, badani i szkoleni. To się zmienia. Komercyjne loty kosmiczne, prywatne misje orbitalne i planowane stacje komercyjne oznaczają, że w przestrzeni kosmicznej będzie coraz więcej osób spoza klasycznego korpusu astronautów.

To rodzi nowe pytania. Jeśli nawet najlepiej przygotowani astronauci doświadczają dezorientacji, zmian wzroku, utraty mięśni, przesunięć mózgu i stresu izolacji, to co stanie się z ludźmi słabiej przygotowanymi, starszymi, z chorobami przewlekłymi albo lecącymi turystycznie? Krótki lot suborbitalny to jedno. Dłuższy pobyt na orbicie to już zupełnie inna historia.

Przeczytaj także:

Kosmos przestaje być wyłącznie domeną wybranych profesjonalistów. A im więcej osób poleci, tym mocniej medycyna kosmiczna będzie musiała wyjść poza założenie, że każdy pasażer jest pilotem po latach treningu.

*Źródło zdjęcia wprowadzającego: NASA