Vesmírna medicína Vzlietnite a umiestnite kurzor myši na základný výskum
Hahne, Dorothee
Štúdie beztiaže odhalia veľa o ľudskej fyziológii. Profitujú z toho nielen astronauti a vesmírni turisti, ale aj ľudia na Zemi.
Poznáte ten pocit na horskej dráhe, keď akceleruje cez vrchol kopca a potom sa prudko rúti dole? Takto si môžete predstaviť parabolický let - jediný rozdiel je v tom, že pocit pádu trvá. “Lekár Ulrich Limper absolvoval mnoho parabolických letov, nie však pre zábavu, ale pre výskumné účely. Je súčasťou lekárskeho tímu na univerzite vo Witten/Herdecke (UWH), ktorý v spolupráci s Nemeckým leteckým a kozmickým strediskom (DLR) skúma, ako reaguje kardiovaskulárny systém človeka za rôznych gravitačných podmienok.
Najlepšie podmienky na to ponúkajú parabolické lety. Pilot najskôr letí vodorovne a potom s plným ťahom stúpa strmo do neba. Existuje takmer dvojnásobná sila gravitácie ako na Zemi. V druhej fáze sú motory priškrtené. Lietadlo pokračuje v stúpaní pred voľným pádom. Opisuje parabolickú krivku, v ktorej je 22 sekúnd beztiaž. V tretej fáze lietadlo padá nosom najskôr v smere Zeme, kým ho pilot nezachytí a nenasmeruje ho späť do vodorovnej polohy. Aj tu sa gravitácia zdvojnásobuje. Okrem beztiaže a nadmernej gravitácie dokáže špeciálne vybavený parabolický Airbus A300-ZERO-G generovať gravitačné sily Mesiaca alebo Marsu podobnými letovými manévrami. Na Mesiaci je jedna šestina, na Marse tretina zemskej príťažlivosti.
Počas týchto čiastočných letov g uskutočnili výskumníci z Wittenu merania ortostatázy na celkovo 14 testovaných osobách. „Zaujímalo nás, ako sa správa krvný tlak, srdcový rytmus a objem srdcového rytmu, keď človek vstáva z ľahu pod rôznymi stupňami gravitácie,“ vysvetľuje lekárka a vedúca projektu Paula Beck. Čo sa stane, keď vstanete na zem, je dobre známe: gravitácia ťahá krv z hornej polovice tela do brucha a nôh. Výsledkom je zníženie prietoku krvi späť do srdca, zmenšenie objemu mozgovej príhody a zníženie krvného tlaku. Potom začnú platiť kompenzačné mechanizmy. Pokles krvného tlaku aktivuje sympatický nervový systém, cievy sa stiahnu, srdcová frekvencia stúpa rovnako ako krvný tlak.
„O ortostatickej reakcii za zmenených gravitačných podmienok sa vie len málo,“ hovorí Limper. Lekári preto poskytli pacientom elektródy a špeciálny monitor krvného tlaku na prstoch a nechali ich opakovane vstávať z gauča počas parabolických letov pod gravitáciou Marsu a Mesiaca, ako aj pod hypergravitáciou. Na meranie bolo k dispozícii iba pár sekúnd: 26 sekúnd v mesiaci, 31 sekúnd v gravitácii na Marse a 18 sekúnd v hypergravitácii.
Krvný tlak klesá, keď sa zvyšuje gravitácia
„Adaptačné reakcie prebiehali pri všetkých stupňoch gravitácie,“ sumarizuje výsledky Beck. Inými slovami, spočiatku došlo k poklesu krvného tlaku, ktorý sa potom kompenzoval zvýšením srdcovej frekvencie. S nárastom gravitácie sa však krvný tlak lineárne neznižoval. Podľa očakávania klesol obzvlášť prudko s hypergravitáciou, ale tiež sa rýchlo zotavil. Pod marťanskou gravitáciou poklesol krvný tlak menej, ako sa očakávalo, a kým sa dostal späť na stabilnú úroveň, trvalo to dlhšie. Aj napriek gravitácii Mesiaca istý čas trvalo, kým sa opäť zvýšil krvný tlak. Vedcov prekvapilo, že k ortostatickej reakcii za lunárnych podmienok vôbec došlo. „Pri tejto troške gravitácie nebolo jasné, či telo podnikne protiopatrenia,“ vysvetľuje Beck.
Po pokusoch o vstávanie boli posledné parabolické lety v apríli tohto roku zamerané na srdcovú silu v beztiažovom stave. Vedci z UWH spolu s vedcami z lekárskej fakulty v Hannoveri pripevnili senzory zrýchlenia na pokožku nemeckého astronauta Hansa Schlegela a zmerali, ako sa pohybujúce telo pohybovalo srdcom. Lekárov zaujímalo najmä to, ako dlho potrebuje srdce beztiažnosť, aby načerpalo aký objem, a akú silu na to potrebuje.
Beztiažový stav je ako byť pripútaný na lôžko v rýchlom pohybe
Cieľom parabolických leteckých štúdií je na jednej strane vedieť vopred vyhodnotiť možné nebezpečenstvá a bezpečnostné riziká pre astronautov a vesmírnych turistov. Napríklad, ak sa astronauti počas budúcich misií zdržia dlhšie na Marse a preskúmajú terén, mohli by bez ortostatickej reakcie odísť ďaleko od základne, pretože krv pomaly klesá a mozog nie je dostatočne zásobený krvou. Ďalej sú experimenty relevantné aj pre klinický výskum na Zemi: „V stave beztiaže prebiehajú podobné procesy v časovom intervale ako u ľudí pripútaných na lôžko. Naše výsledky pomáhajú lepšie pochopiť obehové reakcie týchto pacientov, “vysvetľuje Limper.
Vesmírne štúdie napredujú predovšetkým v základnom výskume. „Beztiažový stav je vynikajúcim spôsobom, ako skontrolovať, či sú fyziologické hypotézy správne,“ hovorí profesor Dr. med. Rupert Gerzer, vedúci Ústavu pre leteckú a kozmickú medicínu DLR. Príklad soľnej domácnosti ukazuje, že na svetlo sveta môžu vyjsť prekvapivé veci. Jeho regulácia funguje čiastočne odlišne od toho, čo sa predpokladá už celé desaťročia. Východiskovým bodom bolo pozorovanie, že po dlhých pobytoch vo vesmíre sú astronauti v prvých dňoch na Zemi ortostaticky nestabilní a môžu stáť a kráčať vzpriamene iba v obmedzenej miere. Predpokladalo sa, že príčinou tohto javu sú tekutinové posuny typické pre vesmír: obeh pumpuje krv smerom k srdcu aj v beztiažovom stave. Zo spodnej časti do hornej polovice tela prúdi až 2 000 ml tekutiny. Dôsledky tohto horného preťaženia sú opuchnutá tvár a tenké nohy. "Hovoríme tiež o opuchnutej tvári a kuracích stehnách," vysvetľuje Limper.
Zároveň napučiavajú sliznice vrátane zadku
Doteraz sa predpokladalo, že telo uchováva vodu v tkanive s vysokým príjmom solí, aby zabezpečila osmolaritu. Odborníci si navyše boli istí, že požitá soľ sa vylúči obličkami do 24 hodín, aby sa udržala konštantná koncentrácia sodíka v tele a reguloval sa krvný tlak. V následných štúdiách soli na Zemi vedci odhalili ďalšie mechanizmy: Telo si sodík obsiahnutý v soli ukladá nielen pomocou doteraz známych mechanizmov, ale aj v koži. Na rozdiel od krvi nie je rozpustený tam, ale je viazaný na proteoglykány. Väzba sodíka na tieto komplexné proteíny sa uskutočňuje výmenou za vodíkové ióny. V tomto procese stráca sodík osmotickú účinnosť - a už nezadržiava vodu.
Medzitým sa téme soľnej bilancie venuje výskum pod vysokým tlakom. „Snehová guľa, ktorú vrhlo cestovanie vesmírom, sa zmenila na lavínu,“ hovorí Gerzer. Najdlhšia doterajšia štúdia metabolizmu sodíka, štúdia Mars 500 *, priniesla zaujímavé poznatky. Jens Titze, profesor elektrolytu a obehového výskumu na univerzite v Erlangene-Norimbergu, predpísal počas virtuálneho letu na Mars na 205 dní prísny diétny plán so stanoveným obsahom soli pre šesť testovaných osôb. Strava spočiatku obsahovala dvanásť gramov soli, potom sa jej obsah soli znížil na deväť, neskôr na šesť gramov denne. Vedci každý deň zhromažďovali moč jedincov a analyzovali obsah solí a hormónov aldosterón a kortizol.
Úspora a uvoľnenie soli má svoj vlastný rytmus
Výsledok: požitá soľ sa v žiadnom prípade nevylučuje do 24 hodín. Telo si ho rytmicky ukladá v priebehu týždňov a mesiacov a potom ho opäť uvoľňuje. „To znamená, že 24-hodinové bilancie solí sú menej zmysluplné, ako sa doteraz predpokladalo pri odhadovaní spotreby solí človeka,“ sumarizuje Gerzer. Rytmus ukladania a uvoľňovania soli je nezávislý od príjmu potravy a nemá žiadny vplyv na krvný tlak. Naproti tomu sa zdá, že aldosterón a kortizol hrajú dôležitú úlohu v regulácii.
Aj keď sa niektoré mechanizmy týkajúce sa rovnováhy solí ukázali ako nesprávne, potvrdil sa jeden predpoklad: nízky príjem soli s jedlom znižuje krvný tlak a vysoký príjem zvyšuje.
Dipl.-Eecotroph. Dorothee Hahne
* Rakova N, et al.: Long-Term Space Flight Simulation Reveals Infradian Rhythmicity in Human Na + Balance, Cell Metabolism 2013; 17: 125-31.