Geneeskunde op Mars: hoe de gezondheid op de rode planeet te behouden

Van alle uitdagingen om mensen naar Mars te krijgen, heeft degene die we misschien het verst verwijderd zijn niets te maken met raketten, habitats of complexe waterfiltratiesystemen. Het grote probleem waar we mee te maken hebben, zijn de beperkingen van het menselijk lichaam.

Onze lichamen passen zich ongelooflijk aan verschillende omgevingen hier op aarde aan, maar niet zozeer als het gaat om de omgeving op andere planeten.

We spraken met twee experts in ruimtegeneeskunde om te leren hoe je zieke of gewonde patiënten in de ruimte behandelt en wat sommige van de grote open vragen gaat over de gezondheid van de astronauten die we naar het zonnestelsel willen sturen.

Dit artikel is onderdeel van Leven op Mars, een 10-delige serie die de allernieuwste wetenschap en technologie onderzoekt waarmee mensen Mars kunnen bezetten

Het lichaam in de ruimte

We weten er al veel van hoe het menselijk lichaam reageert op ruimtemissies dankzij meer dan twee decennia aan studies over het International Space Station (ISS). De microzwaartekrachtomgeving daar leidt tot een reeks veranderingen in het lichaam, waaronder botverlies, spieratrofie en de herverdeling van vloeistoffen (wanneer er geen zwaartekracht is om vloeistoffen naar beneden te trekken, hopen ze zich op in het bovenste deel van het lichaam), evenals andere gerelateerde problemen zoals verminderde visie. Deze symptomen verschijnen tijdens de typische rondreizen van zes maanden tot een jaar die astronauten uitvoeren op het ISS, wat ongeveer vergelijkbaar is met de hoeveelheid tijd die een missie nodig zou hebben om naar Mars te reizen.

Het goede nieuws is dat onderzoekers veel manieren hebben gevonden om deze effecten tegen te gaan, zoals het belang van enkele uren dagelijkse lichaamsbeweging om te voorkomen dat spieren wegkwijnen.

Filippo Castrucci, vluchtchirurg bij de European Space Agency, vertelde Digital Trends dat a een langdurige ruimtevlucht, zoals een missie naar Mars, zou in veel opzichten medisch vergelijkbaar zijn met een verblijf op het ISS. En dat betekent dat we er redelijk zeker van kunnen zijn dat astronauten naar Mars kunnen reizen zonder dat zich een noodsituatie voordoet.

"In de 20 jaar van permanente bewoning van het ISS zijn er tot nu toe geen gezondheidsproblemen die medische evacuatie vereisen in een baan om de aarde gepresenteerd", zei hij, eraan toevoegend dat dit is geholpen door de zorgvuldige selectie van astronauten die in topconditie zijn en die gedurende ten minste twee jaar worden gevolgd voordat ze op een missie worden gestuurd missie. "Daarom is de waarschijnlijkheid van een medische gebeurtenis tijdens een Mars-missie, hoewel mogelijk, klein, zoals blijkt uit het huidige bewijs op ISS."

Dokters aan boord

Een kleine kans op een medisch noodgeval is echter niet hetzelfde als geen kans op een noodgeval. Een bemanning van een Mars-missie zou klaar moeten staan ​​om alles aan te pakken, van algemene ruimtegerelateerde klachten tot onopzettelijke verwondingen tot onverwachte ziektes.

Elke astronaut is getraind in medische basisvaardigheden en binnen elke bemanning zijn er doorgaans ten minste twee leden die extra medische training krijgen om Crew Medical Officers (CMO's) te worden. CMO's zijn opgeleid tot een niveau dat vergelijkbaar is met paramedici, en kunnen medische benodigdheden gebruiken, medicijnen distribueren en een defibrillator gebruiken.

Castrucci zegt echter dat zelfs goed opgeleide CMO's misschien niet genoeg medische ondersteuning bieden voor een Mars-missie, dus een langere ruimtemissie zou waarschijnlijk opgeleide artsen nodig hebben om als onderdeel van de bemanning te reizen.

“Tijdens een reis naar Mars zonder dat evacuatie mogelijk is, kan elke noodsituatie die de huidige CMO-mogelijkheden overschrijdt, de overlevingskansen van de patiënt aanzienlijk verkleinen. Daarom is een bekwaamheid op arts-niveau een vereiste voor een uitgebreide missie weg van [lage baan om de aarde], "zei hij. "Twee spoedeisende hulpartsen, om redundantie te garanderen, met chirurgische en interne medische vaardigheden, moeten deel uitmaken van de bemanning."

Behandeling van een medisch noodgeval in de ruimte

Een van de uitdagingen van de behandeling van een potentiële Mars-missie is de communicatievertraging tussen de bemanning en de aarde. Wanneer astronauten zich in het ISS bevinden, kan medische ondersteuning in realtime worden verleend door artsen op de grond. Maar naarmate een ruimtevaartuig verder van de aarde verwijderd raakt, wordt de communicatie steeds meer vertraagd, met een vertraging van maximaal 20 minuten tussen de aarde en Mars. Dat betekent dat een Mars-bemanning in geval van nood meer autonoom zou moeten opereren, dus ondersteuning vanaf de grond zal vooral in de vorm van voorbereidingen en instructies komen.

Procedurele problemen doen zich ook voor bij het gebruik van bepaalde behandelingen in de ruimte, dus de training moet worden afgestemd op een omgeving met microzwaartekracht.

Castrucci gaf het voorbeeld van cardiopulmonale reanimatie (CPR) manoeuvres, waarbij op aarde de patiënt die met zijn gezicht naar boven op een hard oppervlak ligt, zodat de hulpverlener zijn lichaamsgewicht kan gebruiken om druk uit te oefenen op de borst. Dat werkt echter niet in microzwaartekracht.

In de ruimte moeten vaartuigen worden uitgerust met speciale vlakke oppervlakken die aan het frame zijn bevestigd en waaraan een gewond bemanningslid kan worden vastgemaakt. De hulpverlener moet zich ook vastmaken aan het frame, zodat hij de borst kan samendrukken zonder weggeduwd te worden. En ze moeten harder duwen omdat ze hun lichaamsgewicht niet kunnen gebruiken bij de borstcompressies.

Dit alles maakt reanimatie langzamer en moeilijker uit te voeren in de ruimte dan op de grond, en dat is slechts één voorbeeld van hoe lastig ruimtegeneeskunde kan zijn.

De uitdagingen van Mars

Dit zijn de soorten uitdagingen die zich voordoen bij de behandeling van een medisch probleem in de ruimte, en ze houden meestal verband met het leven in microzwaartekracht. Zodra astronauten Mars bereiken, krijgen ze wat zwaartekracht terug - de zwaartekracht van Mars is ongeveer 40% van die van de aarde - maar de planeet zal nieuwe uitdagingen met zich meebrengen.

Mars is een extreem stoffige omgeving en dit kan huiduitslag en oogirritaties veroorzaken, evenals irritatie van de luchtwegen en congestie. Om nog maar te zwijgen van de vermoeidheid, stress en slechte slaap die kunnen worden verwacht van een zeer stressvolle missie, evenals de wisselwerking tussen psychologie en lichamelijke gezondheid.

Maar het echt grote probleem op Mars is iets dat onzichtbaar is voor het blote oog: straling. Hier op aarde heeft onze planeet een magnetosfeer die ons beschermt tegen straling van kosmische straling en zonnewind, maar zoiets bestaat niet op Mars. Het probleem wordt nog verergerd door de dunne atmosfeer van Mars, die slechts ongeveer 1% van de dichtheid van de atmosfeer van de aarde is.

Eerdere missies naar Mars, zoals het ruimtevaartuig Mars Odyssey, hebben stralingsniveaus gevonden die 2,5 keer hoger zijn dan die op het ISS. En er waren tijden dat straling opgepikt (waarschijnlijk gerelateerd aan zonneactiviteit) tot veel hogere niveaus.

Dus hoe bescherm je astronauten tegen deze onzichtbare dreiging?

Het onzichtbare gevaar van straling

We weten dat blootstelling aan straling mensen een hoger risico geeft op kanker en degeneratieve ziekten, en dat het het zenuwstelsel kan beschadigen. Het kan ook bijdragen aan de ontwikkeling van medische aandoeningen zoals staar of steriliteit. Onlangs nog doktoren zoals Manon Meerman, een cardiovasculair specialist die onderzoek doet naar de gezondheid effecten van straling van langdurige ruimtemissies, hebben ontdekt dat het hart en het cardiovasculaire systeem kan zijn ook gevoelig voor ruimtestraling.

Meerman vertelde ons dat een van de zorgwekkende dingen over blootstelling aan straling in de ruimte is dat we niet genoeg weten om vol vertrouwen te voorspellen wat de gezondheidseffecten zouden zijn. Het is onwaarschijnlijk dat astronauten tijdens een Mars-missie ziek worden of eraan overlijden, maar op de lange termijn lopen ze een groter risico op levensbedreigende medische aandoeningen zoals kanker.

De informatie die we hebben over straling in de ruimte voorbij een lage baan om de aarde, is afkomstig van een klein monster: De weinige mensen die de maan hebben bezocht, wat niet genoeg gegevens oplevert om breed te tekenen conclusies. We kunnen meer informatie verzamelen uit vergelijkbare bronnen, zoals patiënten waarmee is behandeld radiotherapie of mensen die zijn blootgesteld aan straling bij nucleaire ongevallen zoals de ramp in Tsjernobyl in 1986. Maar deze kunnen slechts een beperkte vergelijking geven.

Dat komt omdat er twee soorten straling zijn waarmee rekening moet worden gehouden voor een Mars-missie: ten eerste zijn er galactische kosmische stralen, die resulteren in voortdurende blootstelling aan doordringende ionen. Ten tweede zijn er ook af en toe zeer krachtige pieken in straling veroorzaakt door zonnevlammen. Als het gaat om hoe elk type straling de gezondheid op de lange termijn zal beïnvloeden, is er veel dat we gewoon niet weten.

"Als we uiteindelijk de ruimtevaart naar de maan of naar Mars willen uitbreiden, moeten we echt dieper duiken in wat de effecten van dat soort straling zijn op het menselijk lichaam", zei Meerman.

Nieuwe onderzoeksmethoden

Omdat straling zo'n belangrijk probleem is voor ruimtevaart, is het een onderwerp dat de afgelopen jaren enorm is gegroeid in onderzoek. Naast traditionele onderzoeksmethoden, zoals dierstudies, werken Meerman en anderen onder meer aan 'organ on a chip'-onderzoek. Dit omvat het bouwen van een chip met in het laboratorium gemaakte cellen om de reacties van een echt menselijk orgaan te simuleren. Dit kan worden gebruikt voor onderzoek naar welke studies gevaarlijk of onmogelijk zijn om uit te voeren op een levend persoon.

Dit is momenteel een groot onderzoeksonderwerp wordt uitgevoerd op het ISS, in de hoop dat het gebruik van deze methode ons meer kan leren over hoe de ruimteomgeving menselijke organen beïnvloedt. In de toekomst zou het ook een veelbelovende weg kunnen zijn voor onderzoek naar ruimtestraling.

Een andere benadering is om ruimtestraling te simuleren in laboratoria hier op aarde. Het opnieuw creëren van de stralingsomgeving van de ruimte is echter niet eenvoudig, daarom zijn er speciale laboratoria zoals NASA's Space Radiation Lab, dat een Heavy Ion Collider gebruikt om straling te simuleren, zijn dat ook belangrijk.

Hoe astronauten te beschermen tegen straling

Er zijn ideeën en onderzoeken over hoe astronauten kunnen worden beschermd tegen ruimtestraling. Momenteel beperken ruimteagentschappen de levenslange blootstelling van astronauten tot lage niveaus die geen onnodig risico zouden moeten opleveren. Maar voor een missie naar Mars zou het helpen om meer flexibiliteit te hebben in termen van hoe lang astronauten in de ruimte doorbrengen.

De meest praktische benadering om de gezondheid van astronauten te beschermen, is het gebruik van afscherming, waarbij dikke platen metaal worden gebruikt om straling tegen te houden en astronauten veilig te houden. Afscherming kan worden aangebracht op een ruimtevaartuig of een habitat, waardoor astronauten zich vrij naar binnen kunnen bewegen, en er is ook werk wordt gedaan op beschermende vesten of pakken met ingebouwde afscherming voor het geval een astronaut zich buiten de kluis moet begeven omgeving.

Het grote nadeel van afscherming is dat het erg zwaar is, wat een probleem is voor zowel het lanceren van een raket met minimale massa, als voor mensen die proberen te bewegen terwijl ze veel extra gewicht dragen.

Een andere benadering is om te kijken naar medicijnen die mensen zouden kunnen beschermen tegen de effecten van straling, hoewel we nog lang niet in de buurt zijn van een pil die astronauten kan beschermen. Een probleem dat Meerman naar voren bracht, is dat zelfs als we effectieve medicijnen op aarde zouden kunnen maken, we niet weten hoe deze medicijnen zouden werken in de ruimteomgeving. Het menselijk lichaam ondergaat zoveel veranderingen in de ruimte dat de manier waarop drugs worden opgenomen anders kan zijn, en wij ook weet gewoon niet genoeg om te voorspellen hoe dit eruit zou kunnen zien.

Een laatste gebied dat mogelijk zou kunnen helpen om astronauten gezond te houden, is het vinden van manieren om hun eigen natuurlijke immuunsysteem te versterken, bijvoorbeeld door voedingsmiddelen die rijk zijn aan antioxidanten in hun dieet op te nemen. Dit is een veelbelovend concept omdat het veel gemakkelijker te implementeren is dan andere oplossingen, hoewel dit onderzoek zich ook nog in de beginfase bevindt.

Te veel onbekenden

Het grote probleem voor artsen zoals Meerman is hoeveel onbekenden er zijn als het gaat om de gezondheid van astronauten die naar Mars gaan. We kunnen gewoon niet met zekerheid zeggen wat de gezondheidseffecten op de lange termijn van blootstelling aan straling kunnen zijn, en we hebben ook nog geen zekere manier om astronauten tegen deze mogelijke effecten te beschermen.

Dus hoewel we op dit moment technologisch klaar zijn om mensen naar Mars te sturen, is er een vraag over de moraliteit van het maken van die keuze terwijl het medisch onderzoek nog in de kinderschoenen staat. "We moeten ons afvragen of we bereid zijn naar Mars te reizen zonder de exacte risico's te kennen waaraan we de astronauten blootstellen", zei ze. "Het is meer een ethische vraag dan een wetenschappelijke."