Space

Έρευνα: Πώς επηρεάζει η μακρόχρονη παραμονή στο Διάστημα τον ανθρώπινο οργανισμό

Η αποστολή των δίδυμων αστροναυτών Scott και Mark Kelly ήταν ξεκάθαρη από την αρχή για τη NASA. Εκτός από τα καθήκοντα τους στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), τα δύο αδέρφια "χρησιμοποιήθηκαν" από τη διαστημική υπηρεσία για να βγούν πολύ χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση του ταξιδιού και της παραμονής στο Διάστημα για αρκετό καιρό.

Για να πάρουμε τα πράγματα από την αρχή, ο Scott Kelly ήταν αυτός που επιλέχθηκε να μείνει στον ISS για σχεδόν έναν ολόκληρο χρόνο (μεταξύ 2015 και 2016), ενώ ο Mark Kelly επέστρεψε πολύ σύντομα στη Γη και συνέχισε κανονικά τη ζωή του σε φυσιολογικές συνθήκες βαρύτητας και ατμόσφαιρας. Η φυσιολογία των δύο αδερφών μελετήθηκε εκτενέστατα από 10 διαφορετικές ερευνητικές ομάδες που τους είχαν από κοντά κατά τη διάρκεια του "χωρισμού" τους, αλλά και 6 μήνες μετά την επιστροφή του Scott από τον ISS.

Τα φαινόμενα απατούν

Ήδη από το 2017 οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μελέτη είχε πολύ δρόμο μπροστά της, αφού οι δίδυμοι είχαν πάψει να είναι πλέον τόσο...δίδυμοι, εξαιτίας των μεταβολών που παρατηρήθηκαν στον οργανισμό του Scott. Η σχετική εργασία των Francine E. Garrett-Bakelman, Manjula Darshi, Stefan J. Green, Ruben C. Gur, Ling Lin και Brandon R. Macias δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science και περιλαμβάνει τον έλεγχο της φυσιολογίας σε μοριακό επίπεδο (τελομερή, επιγενετικούς παράγοντες, μεταβολικούς παράγοντες, ανοσοποιητικό σύστημα, μικροβιολογικές διεργασίες, καρδιοαναπνευστική λειτουργία, γνωσιακή ικανότητα και πρωτεϊνική ανάλυση σε σύγκριση με τη γενετική μεταγραφή).

Από προηγούμενες μελέτες για παραμονή στο Διάστημα έως 6 μήνες είχαν παρατηρήσει ότι ελαττώνεται η πυκνότητα των οστών, επηρεάζεται η γνωστική ικανότητα, συμβαίνουν μεταβολές στους μικροοργανισμούς του σώματος και μεταλλάξεις στο γονιδίωμα. Στα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας καταγράφουν ότι οι βιολογικές λειτουργίες δεν έχουν επηρεαστεί από τις συνθήκες μικροβαρύτητας που επικρατούν στον ISS όπως για παράδειγμα η απόκριση των T λεμφοκυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος. Παρόλα αυτά, παρατήρησαν σημαντικές αλλαγές στο μήκος των τελομερών, στο βάρος του σώματος, στα βακτήρια των εντέρων, στις διαστάσεις των καρωτίδων αρτηριών, στο πάχος των αμφιβληστροειδών και ορισμένους μεταβολιτές. Επιπλέον, ορισμένες από αυτές τις βιολογικές λειτουργίες επηρεάστηκαν σημαντικά από το στρες που προκαλεί η επιστροφή στη Γη.

Αλλαγές σε πολλαπλά συστήματα

Μελετήθηκαν κύτταρα διαφορετικού τύπου και παρατηρήθηκαν αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση τους, καθώς και σημαντικές διαφορές στην ποσότητα των μετρήσιμων μεταβολιτών. Αυτό αντανακλά στο γενοτοξικό στρες, τις φλεγμονές και τις μεταλλάξεις του μεταβολισμού των αμινοξέων (τα δοκικά στοιχεία των πρωτεϊνών) κατά την παραμονή στο Διάστημα.

Οι πιο αξιοσημειώτες αλλαγές στους μεταβολιτές εντοπίστηκαν στα ούρα και στον μικρότερο όγκο που καταλαμβάνει το πλάσμα του αίματος, καθώς αυξήθηκε η λειτουργικότητα συγκεκριμένων κυττάρων μόνο στο Διάστημα και όχι στη Γη. Επιπλέον, ενισχύθηκε η γνωσιακή απόδοση και η γονιδιακή έκφραση που σχετίζονται με τα ουδετερόφιλα (κύτταρα του ανοσοποιητικού), μεγέθη που μειώθηκαν όταν επέστρεψε ο Scott στη Γη.

Μήκος τελομερών

Σε γενικές γραμμές, τα τελομερή είναι οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA στο τέλος των χρωμοσωμάτων και η "δουλειά" τους είναι να προστατεύουν το DNA και να παρέχουν την κατάλληλη πληροφορία για τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Η ηλικία, το στρες και άλλοι παράγοντες οδηγούν σε μείωση του μήκους τους και πολύ πολύ γενικά μιλώντας, αυτή είναι η διαδικασία της γήρανσης. Το εντυπωσιακό, λοιπόν, στην περίπτωση του Scott ήταν ότι το μήκος των τελομερών μεγάλωσε κατά την παραμονή του στον ISS, αλλά μέσα σε 48 ώρες από την επιστροφή στη Γη, αυτά επανήλθαν στο φυσιολογικό. Υπάρχει περίπτωση, πάντως, αυτό να οφείλεται και στην πολύ αυστηρή υποθερμιδική δίαιτα που ακολουθούσε ο Scott στον ISS σε συνδυασμό με το πρόγραμμα εκγύμνασης.

Ζημιά στο DNA

Η ακτινοβολία που δέχεται ο άνθρωπος έξω από την ατμόσφαιρα της Γης είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψιν για τις μελλοντικές, πιο μακρινές επανδρωμένες αποστολές. Αναλογιστείτε πόσο επιβλαβής είναι η ακτινοβολία στη Γη, παρότι προστατευόμαστε από το στρώμα του όζοντος και άλλα αέρια. Στην έρευνα παρατήρησαν αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση, όπως και μεταβολές στο DNA (αλλαγές θέσεων στην αλυδίδα και στα χρωμοσώματα). Επομένως, θα μπορούσαν αυτές οι αλλαγές που οφείλονται στη ραδιενέργεια να γίνουν μόνιμες και όχι παροδικές κατά τη διάρκεια της έκθεσης.

Στην περίπτωση του Scott, η πλειοψηφία των μεταβολών ήταν παροδική, παρόλα αυτά κάποιες παρέμειναν και μετά την επιστροφή του στη Γη. Όμως, δεν βρήκαν σημαντική διαφορά στη μεθυλίωση του DNA, επομένως, δεν σταμάτησε η έκφραση του γονιδιώματος. Αυτό που κρατάμε, πάντως, είναι ότι όντως επηρεάζεται το DNA από την πολύμηνη παρουσία στο Διάστημα.

Ανοσοποιητικό σύστημα

Η παρατήρηση διαφορετικής γονιδιακής έκφρασης υποδηλώνει ότι συμβαίνουν αρκετές αλλαγές στις διεργασίες που αφορούν τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος. Είδαν, επίσης, ότι η απόκριση του ανοσοποιητικού (αυξημένες κυτοκίνες και άλλες δραστικές πρωτεΐνες) ήταν αυξημένη μερικές ημέρες πριν την πτήση πίσω στη Γη και συνέχισαν να είναι ακόμη και μετά την προσγείωση.

Στα δύο αδέρφια εξετάστηκε, επίσης, η ανταπόκριση τους στο αντιγριπικό εμβόλιο και δεν παρατηρήθηκε καμιά σημαντική διαφορά, άρα το ανοσοποιητικό σύστημα δουλεύει με παρόμοιο τρόπο και στο Διάστημα.

Αλλαγές στη μικροχλωρίδα

Από την πρώτη στιγμή υπήρχαν ενδείξεις ότι αλλάζει ο πληθυσμός των μικροοργανισμών κατά την παραμονή στο Διάστημα, κάτι που μπορεί να οφείλεται και στην αλλαγή του διαιτολογίου. Μετά την ολοκλήρωση της έρευνας αποδείχτηκε ότι η μικροχλωρίδα στα έντερα του Mark στη Γη ήταν πολύ πιο πλούσια σε σύγκριση με αυτή του Scott, χωρίς να καταγράφονται συγκλονιστικές αλλαγές.

Συμπεριφορά των μιτοχονδρίων

Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια των κυττάρων όπου λαμβάνει χώρα η κυτταρική αναπνοή και παρέχουν αρκετή από την ενέργεια που απαιτείται για την κυτταρική λειτουργία. Στο Διάστημα παρατηρήθηκαν αυξημένα επίπεδα mRNA, κάτι που μεταφράζεται σε περισσότερη κυτταρική αναπνοή, άρα και περισσότερη ενέργεια.

Επιπλέον, αυξήθηκαν τα επίπεδα του γαλακτικού οξέος και σε συνδυασμό με άλλους δείκτες γενετικής έκφρασης υποδηλώνεται ότι ο οργανισμός του Scott είχε μπει σε αναερόβιο μεταβολισμό (χωρίς οξυγόνο). Επομένως, έχουμε αλλαγές στον μεταβολισμό λόγω της έλλειψης οξυγόνου και της διαφοράς στη μερική πίεση του.

Καρδιοαναπνευστικό και δείκτης μάζας σώματος

Όπως αναμενόταν από προηγούμενες έρευνες, παρατηρήθηκαν αλλαγές στο πάχος των αρτηριών, με αυτές του Scott στον ISS να διογκώνονται και να παραμένουν σκληρότερες ακόμη και μετά από 4 ημέρες αφότου επέστρεψε στη Γη. Αυτό σχετίζεται και με την αύξηση στις φλεγμονές, λόγω του υψηλού στρες και του ταξιδιού.

Ακόμη, το αυστηρό διαιτολόγιο επηρεάζει σημαντικά το δείκτη μάζας σώματος, με τον Scott να χάνει το 7% της μυϊκής μάζας κατά τη διάρκεια της παραμονής του, ενώ μειώθηκε και ο όγκος των ούρων

Γνωσιακές και Νευρο-οφθαλμικές αλλαγές

Όπως φαρδαίνουν τα τοιχώματα των αρτηριών, έτσι αυξάνεται και το πάχος της σφαγιτιδικής φλέβας και των αμφιβληστροειδών. Σημειώνεται και αύξηση της τιμής μεταβολίτη στα ούρα που σχετίζεται με παθήσεις του αμφιβληστροειδούς, η οποία επανήλθε σε φυσιολογικά επίπεδα μετά την επιστροφή στη Γη.

Στο γνωσιακό επίπεδο δεν παρατήρησαν καμία αξιοσημείωτη διαφορά, αν και οι επιδόσεις του Scott ήταν καλύτερες αφότου επέστρεψε και παρέμεινε για αρκετό καιρό στη Γη.

Μια εξαιρετική βασική γνώση για τις μελλοντικές αποστολές στο Διάστημα

Όλα όσα είδαμε προηγουμένως από την έρευνα αναμένεται ότι θα αποτελέσουν τη βάση για καλύτερες μελέτες των συνθηκών που θα πρέπει να επικρατούν για να καταστεί ασφαλής και βιώσιμη μια επανδρωμένη αποστολή σε μακρινό προορισμό στο Διάστημα. Δεν είναι μόνο το τεχνικό κομμάτι αυτό που εμποδίζει τη NASA να φύγει πέρα από τη Σελήνη (π.χ. στον πλανήτη Άρη). Αντιλαμβάνεστε πόσο πρέπει να προχωρήσουν οι έρευνες και πόση εκπαίδευση απαιτείται για τους πρώτους "τρελούς" που θα τολμήσουν να συμμετέχουν σε αυτά τα ταξίδια. Στη λίστα που ακολουθεί συνοψίζονται αυτοί οι παράγοντες που θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν:

Διαιτολόγιο και Μάζα Σώματος
Ρύθμιση του μήκους των τελομερών
Διατήρηση της σταθερότητας του γονιδιώματος
Υγιής καρδιαναπνευστική λειτουργία
Αλλαγές στο μεταβολισμό
Αλλαγές στο DNA
Αντιδράσεις των μικροβίων
Διατήρηση γνωσιακής λειτουργίας

Κλείνοντας να αναφέρουμε ότι στην έρευνα δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στο υψηλό στρες που ακολουθεί τη διαδικασία επιστροφής στη Γη, την οποία χαρακτηρίζουν ως μία από τις πιο σημαντικές προκλήσεις μιας αποστολής στο Διάστημα. Οι ερευνητές ανησυχούν για την επιδείνωση των μυοσκελετικών, καρδιαγγειακών και ανοσοποιητικών συστημάτων των αστροναυτών, αλλά και για μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στον οργανισμό τους, συμπεριλαμβανόμενων των μοριακών λειτουργιών.

Όσοι θέλετε να εμβαθύνετε περισσότερο, μπορείτε να διαβάσετε αναλυτικά την έρευνα εδώ και τις αναρτήσεις της NASA εδώ και εδώ.