Mozog v beztiažovom stave: Ako nám mikrogravitácia mení hlavu a ohrozuje misiu na Mars

Dlhodobý pobyt v mikrogravitácii mení štruktúru mozgu na celé roky a môže ohroziť budúce medziplanetárne misie. Skôr než sa ľudstvo vydá na cestu k červenej planéte, bude nevyhnutné zabezpečiť dobrý zdravotný stav astronautov na misii. Už dnes je zrejmé, že dlhodobý pobyt človeka vo vesmíre spôsobuje problémy s prúdením krvi a lymfy v tele, ako aj so zmenami polohy mozgu v beztiažovom stave. Zdroj: iStock.com/gorodenkoff Všetci poznáme ikonické zábery astronautov, ktorí sa vznášajú v priestoroch Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS), robia saltá a chytajú poletujúce kvapky vody. Život v beztiažovom stave vyzerá na prvý pohľad ako nekonečná zábava. Vesmírna medicína sa desiatky rokov sústredila predovšetkým na viditeľné a hmatateľné vplyvy tohto prostredia: na rednutie kostí a atrofiu svalstva. Na tieto problémy už vedci našli pomerne účinný liek: prísny režim cvičenia, ktorému sa astronauti venujú až 2,5 hodiny denne, spolu s upravenou stravou. Zlom v chápaní rizík nastal s príchodom najnovších štúdií publikovaných v rokoch 2023 až 2024. Ukazuje sa, že zatiaľ čo svaly dokážeme udržať v kondícii, skutočný problém sa odohráva vnútri lebky. Ľudské telo je z evolučného hľadiska dokonalý hydraulický stroj stavaný na konštantnú gravitáciu Zeme (1G). Len čo tento parameter z rovnice odstránime, vnútorná hydraulika tela začne zlyhávať. Výsledkom je vynútená neuroplasticita – mozog sa začne fyzicky meniť a prestavovať spôsobom, ktorý môže byť napríklad pre posádku smerujúcu na Mars fatálny. Na Zemi gravitačná sila stále ťahá krv a telesné tekutiny smerom k nohám, pričom srdce a cievy musia vynaložiť energiu na ich pumpovanie nahor. V prostredí mikrogravitácie tento odpor náhle zmizne. Dochádza k masívnemu a neprirodzenému presunu tekutín – krv a lymfa, ktoré by normálne ostali v dolných končatinách, sa presúvajú do hrudníka a hlavy. Tento jav vedie k efektu, ktorý astronauti nazývajú puffy face, chicken legs (opuchnutá tvár, kuracie nohy). Majú opuchnuté tváre a často trpia pocitom upchatých dutín podobne ako pri silnej nádche, zatiaľ čo ich nohy sa opticky zmenšia. Kozmetické zmeny sú však zanedbateľné v porovnaní s tým, čo tento pretlak tekutín spôsobuje v lebečnej dutine. Zvýšený intrakraniálny, teda vnútrolebečný tlak mení dynamiku celej centrálnej nervovej sústavy. Jedným z najvážnejších dôsledkov tohto tlaku je syndróm známy ako SANS (spaceflight associated neuro-ocular syndrome). Ide o hlavné zdravotné riziko, ktoré americká vesmírna agentúra NASA identifikovala pri dlhodobých letoch. Mechanizmus je priamočiary, no znepokojujúci: mozgovomiechový mok (likvor), ktorý za normálnych okolností cirkuluje a chráni mozog, sa v mikrogravitácii hromadí v okolí zrakového nervu. Tlak tekutiny pôsobí na očnú buľvu zozadu, čo vedie k jej fyzickému splošteniu, k opuchu zrakového nervu a vytváraniu záhybov na sietnici. Až 70 percent astronautov na Medzinárodnej vesmírnej stanici hlási určité zmeny zraku, najčastejšie posun k ďalekozrakosti (hyperopii). Pre pilota, ktorý musí po mesiacoch letu presne ovládať pristávací modul na Marse alebo precízne čítať údaje na prístrojoch, môže byť takáto zmena zraku kritická. Výskumy naznačujú, že tento stav je častejší u mužov a riziko sa zvyšuje s dĺžkou misie. Pre lepšiu predstavu môžeme mozog v lebke prirovnať k hube v zaváraninovom pohári s vodou. Na Zemi gravitácia drží túto „hubu“ na dne pohára. Vo vesmíre sa však začne vznášať a narážať do vrchnáka. Štúdie využívajúce magnetickú rezonanciu (MRI) potvrdili, že mozog astronautov sa počas letu fyzicky posúva v lebke smerom nahor. To spôsobuje tlačenicu na vrchole mozgu (kortikálne stlačenie) a zužovanie mozgových závitov. Aby sa vyrovnal tlak a vyplnil priestor, mozgové komory – dutiny v strede mozgu naplnené tekutinou – sa musia zväčšiť. Výskum na vzorke 30 astronautov ukázal, že objem týchto komôr narastie o 11 až 25 percent. Najznepokojujúcejším zistením je čas regenerácie. Ak interval medzi misiami trvá menej ako tri roky, mozgové komory sa nestihnú vrátiť do pôvodného stavu. Pri misii na Mars, ktorá zahŕňa 6 – 9 mesiacov letu tam, rok pobytu na povrchu (s tretinovou gravitáciou) a 9 mesiacov cesty späť, nebude mať mozog čas na zotavenie, čo vyvoláva otázky o dlhodobých kognitívnych vplyvoch. S posunmi tekutín a so zmenami v objeme komôr súvisí aj otázka „odpadového hospodárstva“ mozgu. Na Zemi zohráva kľúčovú úlohu pri čistení mozgu od metabolických splodín cirkulácia mozgovomiechového moku. V mikrogravitácii je však táto dynamika narušená. Výskumy naznačujú, že stagnácia tekutín a zväčšenie perivaskulárnych priestorov (priestorov okolo ciev v mozgu) môžu brániť efektívnemu odplavovaniu toxínov. Hoci priama súvislosť s neurodegeneratívnymi ochoreniami je stále predmetom skúmania, existuje riziko, že hromadenie odpadových látok by mohlo viesť k symptómom pripomínajúcim zrýchlené starnutie mozgu alebo kognitívny pokles. Pre misie, kde sa vyžaduje špičkový mentálny výkon, je to neprijateľné riziko. Vedci nielen opisujú hrozby, ale aj aktívne hľadajú riešenia. Európska vesmírna agentúra (ESA) v spolupráci s úradom NASA a Nemeckým strediskom pre letectvo a kozmonautiku (DLR) realizuje unikátne štúdie na Zemi, ktoré simulujú podmienky vo vesmíre. Dobrovoľníci trávia 60 dní v posteli s hlavou naklonenou o 6 stupňov nižšie než nohy, čo verne imituje presun tekutín do hlavy v beztiažovom stave. Jedným z testovaných riešení je umelá gravitácia pomocou centrifúgy s krátkym ramenom. Cieľom je odstrediť krv späť do nôh a uľaviť mozgu. Štúdia BRACE dokonca kombinuje pobyt na centrifúge s bicyklovaním. Ďalšou technológiou je LBNP (lower body negative pressure) – zariadenie pripomínajúce vysávač na spodnú polovicu tela, ktoré podtlakom sťahuje tekutiny do dolných končatín. Testujú sa aj farmakologické prístupy a špeciálne manžety na stehná, ktoré majú mechanicky obmedziť návrat krvi do hlavy. Vesmír nie je pre ľudské telo prirodzeným prostredím a naša biológia tvrdo naráža na limity adaptácie. Zatiaľ čo inžinieri už stavajú lode schopné dosiahnuť Mars, lekári a biológovia zvádzajú boj s časom. Radi by zabezpečili, aby posádka dorazila do cieľa v stave, v ktorom by bola schopná plniť svoje úlohy. Možno nás na červenú planétu dostanú nielen výkonnejšie motory, ale predovšetkým pokročilá medicína, ktorá dokáže ochrániť to najcennejšie, čo astronauti majú – ich mozgy. Kým snívame o kolóniách, musíme najprv vyriešiť, ako tam dostať ľudí, ktorí si budú pamätať, prečo tam vlastne leteli, a ich zrak nestratí schopnosť zaostriť na údaje, od ktorých závisí ich prežitie. Zdroje: NASA, Scientific Reports, Brain Imaging and Behavior, Translational Psychiatry astronómiachorobaliečbaMarsMesiacmozogneurológiaplanétapohybZem 31. januára 2025 | VEDA NA DOSAH 2. novembra 2023 | VEDA NA DOSAH