Den næste udfordring for at komme til Mars: Den menneskelige krop

Fra NASA Måne til Mars program til Elon Musks ambitiøse plan om at sende en million mennesker til Mars i 2050 er kapløbet i gang for at få menneskelige fødder på den røde planet. Med stadig mere sofistikerede raketter og robotteknologi, er de teknologiske udfordringer, der står i vejen for dette mål, hurtigt ved at blive udhulet.

Men der kan være et andet problem, som hæmmer planer om at tage folk væk fra planeten og sende dem ud for at udforske resten af ​​solsystemet. Mærkelige ting sker med den menneskelige krop i rummet, og vi bliver nødt til at finde måder at løse disse medicinske problemer hvis vi vil være i stand til at sende astronauter på langvarige missioner som de mange år, en Mars-mission måske kræve.

Digital Trends talte med kardiolog Dr. Rohin Francis ved University College London, som har udført studier i rummedicin, om, hvordan menneskekroppe reagerer på langvarig beboelse af rummiljøet, og hvad det kan betyde for bemandede missioner til Mars.

Hvad vi ved om menneskekroppen i rummet

Når det kommer til rummissioner, er der to primære faktorer, der påvirker den menneskelige krop: Mikrotyngdekraft og ioniserende stråling.

Som det står, har vi masser af forskning om virkningerne af nul tyngdekraft på kroppen fra mange års undersøgelser af International Space Station (ISS), og vi ved, at det at være i mikrotyngdekraft i måneder eller år fører til en række medicinske bivirkninger.

Disse resultater understøttes af det, der kaldes analoge undersøgelser, hvor miljøer med lav tyngdekraft simuleres på Jorden. "Størstedelen af ​​forskningen i mikrogravitation bruger mikrogravitationsanaloger," forklarer Francis. »Det er mennesker, der bliver betalt for at ligge i sengen i uger eller måneder ad gangen. Dette er den bedste måde, vi har til at simulere mikrogravitation på Jorden."

Programmer som European Space Agency's sengepladsprogram lader forskere studere virkningerne af mikrotyngdekraft ved at holde frivillige i en seng vippet mod hovedenden, hvilket skaber lignende effekter som mikrogravitationen af ​​blod og væsker, der strømmer til hovedet og muskler, der svinder væk.

Hvad sker der med kroppe med lav tyngdekraft?

En af de mest problematiske virkninger af langvarig eksponering for mikrogravitation er muskelatrofi, da musklerne ikke behøver at udøve nogen kraft for at modvirke tyngdekraften og forblive oprejst. Med tiden visner muskler i hele kroppen væk, hvilket forårsager store problemer, når astronauter vender tilbage til jordens miljø med fuld tyngdekraft. Det er grunden til, at astronauter om bord på ISS træner i to timer hver dag for at holde deres muskler i gang så meget som muligt.

Andre problemer forårsaget af mikrotyngdekraft omfatter tab af knogletæthed - skøn over de potentielle virkninger af en Mars-mission siger, at astronauter kan miste op til halvdelen af ​​deres skeletmasse, Francis sagde, selvom han påpegede, at disse estimater er rent spekulative - såvel som tab af kardiovaskulær kapacitet, bihuleproblemer og nedsat syn på grund af ændringer i formen af øjeæblet.

Dette er blot nogle af symptomerne fundet af NASA i sin skelsættende tvillingeundersøgelse, hvor astronaut Scott Kelly tilbragte et år i rummet, før han fik sin fysiologi sammenlignet med sin identiske tvillingebror, Mark Kelly.

”Man får en omfordeling af væske, så man får denne meget hævede overdel af kroppen, og hævede hoved. Tidligere troede man, at trykket i hovedet stiger, og det skubber mod bagsiden af ​​øjeæblet. Astronauter er blevet bemærket for at have en reduktion i blodforsyningen og atrofi af synsnerven, hvilket kan skyldes en stigning i det intrakranielle tryk," sagde Francis. Nylige data har dog antydet, at tryk i hovedet ikke er den drivende årsag til nedsat syn. Det kan være, at en anden, endnu ukendt mekanisme forårsager disse problemer.

Når det kommer til at tilbringe endnu længere tid i rummet, i form af årtier eller levetider, er der et endnu større medicinsk problem: Reproduktion. "Vi er ikke sikre på, hvor vellykket befrugtningsprocessen ville være i mikrogravitation," sagde Francis. I undersøgelser har menneskelig sæd vist sig at svømme mindre effektivt i mikrogravitation end på Jorden, så "selv sæden, der kommer til ægget, kan være markant påvirket." Nyere forskning i reproduktion blandt mus i nul tyngdekraft viste, at de kunne blive gravide, men at de snart abort.

Det er måske ikke engang muligt for mennesker at blive undfanget væk fra Jorden, hvilket lægger en dæmper på udsigten til at bygge en langsigtet koloni uden for verden.

Hvad med tyngdekraften på Mars?

Et problem, der endnu ikke er blevet behandlet, er præcis, hvordan forskning fra nultyngdekraftsmiljøet ISS vil gælde for miljøet med lav tyngdekraft på Mars, hvor tyngdekraften er omkring 38 % af Jorden. Det kan være, at der er en tærskel for tyngdekraften, under hvilken kroppe begynder at opleve medicinske problemer. Eller det kunne være et lineært forhold, så virkningerne på astronauter på Mars ville være mindre end virkningerne på astronauter på ISS. Indtil vi har flere data om dette forhold, er der ingen måde at vide det med sikkerhed.

"Mars tyngdekraft kan faktisk være stærk nok til at forhindre mange af disse problemer," sagde Francis. »Hvis du har noget tyngdekraft, selvom det er mindre end på Jorden, og du kombinerer det med modforanstaltninger såsom øvelser, kan det være okay. Det er rejsen dertil, der betragtes som den største udfordring."

At være på overfladen af ​​Mars kunne opretholde astronauternes tilstand, eller de kunne endda genvinde noget af den muskel- og skeletmasse, der blev tabt på turen. "Estimaterne indtil videre er baseret på astronauterne, der oplever mikrogravitation hele vejen igennem, fordi vi ikke er sikre på, hvordan vi skal tage højde for de seks måneder, de kan bruge på overfladen."

Elefanten i rummet: Ioniserende stråling

Takket være mange års erfaring med mikrotyngdekraftsmiljøer har rumbureauer udviklet strategier til at afbøde og håndtere de fleste af de medicinske problemer forårsaget af dem. Men der er et helt andet problem, der opstår, når mennesker begynder at udforske rummet ud over Jordens beskyttende magnetfelt. Uden for denne sikre havn bliver alt, der bevæger sig gennem rummet, bombarderet med farlige kosmiske stråler. De eneste bemandede missioner, der er gået uden for denne sikre havn, er månemissionerne, men de involverede kun eksponeringer for stråling i perioder af uger, snarere end måneder eller år.

Vi ved, at kosmiske stråler kan beskadige sart elektronik, så rumfartøjer, der er designet til at rejse ud over Jordens magnetosfære, har afskærmning for at beskytte deres komponenter. Men de samme stråler er potentielt dødelige for mennesker, og vi er kun lige begyndt at forstå, hvordan de kan påvirke den menneskelige krop. For eksempel har forskning i mus fundet ud af, at udsættelse for stråling kan påvirke ikke kun kroppen, men også hjernen, og kan endda føre til adfærdsændringer såsom øget frekvens af angst.

Strålingseksponering er ikke noget, hvis virkninger kan forbedres på samme måde, som muskelatrofi kan. Den eneste måde at beskytte astronauter mod stråling er at bygge fysiske strukturer, der vil holde dem sikre fra det. "Stråling vil sandsynligvis være den største hindring," sagde Francis. "Der er intet, du kan gøre fra et biologisk synspunkt for at beskytte dig mod stråling. Det kommer virkelig til at være ned til skibsdesign og ingeniørarbejde snarere end biologi eller medicin."

Redaktørernes anbefalinger

• NASAs private Ax-1-mandskab får lidt ekstra tid i rummet
• Denne seje rumstationsvideo vil sætte et smil på dit ansigt
• NASA afslører datoen for SpaceX' næste astronautopsendelse
• Mars-lignende billeder viser et dramatisk billede af vores egen planet
• NASAs Mars-helikopter sigter mod ny rekord på næste flyvning

Opgrader din livsstilDigital Trends hjælper læserne med at holde styr på den hurtige teknologiske verden med alle de seneste nyheder, sjove produktanmeldelser, indsigtsfulde redaktionelle artikler og enestående smugkig.