Van NASA Maan naar Mars-programma aan het ambitieuze plan van Elon Musk om te sturen een miljoen mensen naar Mars tegen 2050 is de race begonnen om menselijke voeten op de rode planeet te krijgen. Met steeds geavanceerdere raketten en roboticaworden de technologische uitdagingen die dit doel in de weg staan snel uitgehold.
Maar er kan een ander probleem zijn dat plannen belemmert om mensen van de planeet te halen en ze erop uit te sturen om de rest van het zonnestelsel te verkennen. Er gebeuren vreemde dingen met het menselijk lichaam in de ruimte, en we zullen manieren moeten vinden om deze medische problemen aan te pakken als we astronauten op langdurige missies willen sturen, zoals de meerdere jaren die een Mars-missie zou kunnen duren vereisen.
Aanbevolen video's
Digital Trends sprak met cardioloog Dr. Rohin Francis van het University College London, die onderzoek heeft gedaan naar ruimtegeneeskunde, over hoe menselijke lichamen reageren op langdurige bewoning van de ruimteomgeving en wat dat zou kunnen betekenen voor bemande missies Mars.
Verwant
- SpaceX Crew-4-astronauten bereiden zich voor op de ISS-missie van volgende maand
- Zo ziet een etentje eruit op het ruimtestation
- De Mars Ingenuity-helikopter voltooit zijn meest uitdagende vlucht tot nu toe
Wat we weten over het menselijk lichaam in de ruimte
Als het om ruimtemissies gaat, zijn er twee primaire factoren die het menselijk lichaam beïnvloeden: microzwaartekracht en ioniserende straling.
Zoals het er nu uitziet, hebben we op basis van jarenlang onderzoek naar de effecten van zwaartekracht op het lichaam voldoende onderzoek gedaan naar de effecten van zwaartekracht International Space Station (ISS), en we weten dat maanden of jaren in microzwaartekracht verkeren, tot een reeks medische problemen leidt bijwerkingen.
Deze bevindingen worden ondersteund door zogenaamde analoge onderzoeken, waarin omgevingen met een lage zwaartekracht op aarde worden gesimuleerd. “Het merendeel van het onderzoek naar microzwaartekracht maakt gebruik van microzwaartekrachtanalogen”, legt Francis uit. “Dit zijn mensen die betaald worden om weken of maanden in bed te liggen. Dit is de beste manier waarop we microzwaartekracht op aarde kunnen simuleren.”
Programma's als de Het bedrustprogramma van de European Space Agency laat onderzoekers de effecten van microzwaartekracht bestuderen door vrijwilligers in een bed te houden dat naar het hoofdeinde is gekanteld, wat vergelijkbare effecten veroorzaakt als de microzwaartekracht van bloed en vloeistoffen die naar het hoofd stromen en spieren verspillen weg.
Wat gebeurt er met lichamen met een lage zwaartekracht?
Een van de meest problematische effecten van langdurige blootstelling aan microzwaartekracht is spieratrofie, omdat spieren geen kracht hoeven uit te oefenen om de zwaartekracht tegen te gaan en rechtop te blijven staan. Na verloop van tijd verdorren de spieren in het hele lichaam, wat grote problemen veroorzaakt wanneer astronauten terugkeren naar de omgeving van de aarde met volledige zwaartekracht. Daarom oefenen astronauten aan boord van het ISS elke dag twee uur om hun spieren zoveel mogelijk aan het werk te houden.
Andere problemen veroorzaakt door microzwaartekracht zijn onder meer verlies van botdichtheid – schattingen van de potentiële effecten van een Mars-missie zeggen dat astronauten tot de helft van hun skeletmassa zouden kunnen verliezen, Francis zei, hoewel hij erop wees dat deze schattingen puur speculatief zijn – evenals verlies van cardiovasculaire capaciteit, sinusproblemen en verminderd gezichtsvermogen als gevolg van veranderingen in de vorm van de oogbol.
Dit zijn slechts enkele van de symptomen die worden aangetroffen door NASA in zijn baanbrekende tweelingonderzoek, waarin astronaut Scott Kelly een jaar in de ruimte doorbracht voordat zijn fysiologie werd vergeleken met die van zijn eeneiige tweelingbroer, Mark Kelly.
“Je krijgt een herverdeling van vocht, zodat je een zeer gezwollen bovenlichaam en een gezwollen hoofd krijgt. Vroeger dacht men dat de druk in het hoofd stijgt, en dat drukt tegen de achterkant van de oogbal. Er is vastgesteld dat astronauten een vermindering van de bloedtoevoer en atrofie van de oogzenuw hebben, wat te wijten zou kunnen zijn aan een stijging van de intracraniale druk,” zei Francis. Recente gegevens hebben echter gesuggereerd dat druk in het hoofd niet de oorzaak is van verminderd gezichtsvermogen. Het kan zijn dat een ander, nog onbekend mechanisme deze problemen veroorzaakt.
Als het gaat om nog langer in de ruimte doorbrengen, in termen van tientallen jaren of levens, is er een nog groter medisch probleem: voortplanting. “We weten niet zeker hoe succesvol het bevruchtingsproces zou zijn in microzwaartekracht,” zei Francis. Uit onderzoek is gebleken dat menselijk sperma in microzwaartekracht minder effectief zwemt dan op aarde, dus “zelfs het sperma dat de eicel bereikt, kan aanzienlijk getroffen.” Uit recent onderzoek naar de voortplanting bij muizen zonder zwaartekracht is gebleken dat ze met succes zwanger konden worden, maar dat ze dat snel zouden doen een miskraam gehad.
Het is misschien niet eens mogelijk dat mensen buiten de aarde verwekt kunnen worden, wat een domper zet op het vooruitzicht van het bouwen van een kolonie buiten de wereld voor de lange termijn.
Hoe zit het met de zwaartekracht op Mars?
Een kwestie die nog moet worden aangepakt, is hoe onderzoek vanuit de zwaartekrachtomgeving er precies uit zal zien het ISS zal van toepassing zijn op de omgeving met lage zwaartekracht van Mars, waar de zwaartekracht ongeveer 38% bedraagt Aarde. Het kan zijn dat er een drempel van zwaartekracht is waaronder lichamen medische problemen beginnen te ervaren. Of het zou een lineair verband kunnen zijn, zodat de effecten op astronauten op Mars kleiner zouden zijn dan de effecten op astronauten op het ISS. Totdat we meer gegevens over deze relatie hebben, is er geen manier om het zeker te weten.
“De zwaartekracht van Mars zou wel eens sterk genoeg kunnen zijn om veel van deze problemen te voorkomen,” zei Francis. “Als je enige zwaartekracht hebt, ook al is die minder dan op aarde, en je combineert dat met tegenmaatregelen zoals oefeningen, dan kan dat oké zijn. Het is de reis ernaartoe die als de grootste uitdaging wordt beschouwd.”
Door op het oppervlak van Mars te zijn, zou de conditie van de astronauten op peil kunnen blijven, of ze zouden zelfs een deel van de spier- en skeletmassa kunnen herwinnen die ze tijdens de reis verloren hadden. “De schattingen tot nu toe zijn gebaseerd op het feit dat de astronauten overal microzwaartekracht ervaren, omdat we niet zeker weten hoe we rekening moeten houden met de zes maanden die ze mogelijk aan de oppervlakte doorbrengen.”
De olifant in de kamer: ioniserende straling
Dankzij jarenlange ervaring met omgevingen met microzwaartekracht hebben ruimtevaartorganisaties strategieën ontwikkeld om de meeste medische problemen die daardoor worden veroorzaakt, te verzachten en aan te pakken. Maar er doet zich een heel ander probleem voor als mensen de ruimte buiten het beschermende magnetische veld van de aarde gaan verkennen. Buiten deze veilige haven wordt alles wat zich door de ruimte beweegt, gebombardeerd met gevaarlijke kosmische straling. De enige bemande missies die deze veilige haven hebben verlaten zijn de maanmissies, maar die betroffen alleen blootstelling aan straling gedurende perioden van weken, in plaats van maanden of jaren.
We weten dat kosmische straling kwetsbare elektronica kan beschadigen, dus ruimtevaartuigen die zijn ontworpen om buiten de magnetosfeer van de aarde te reizen, hebben afscherming om hun componenten te beschermen. Maar deze zelfde stralen zijn potentieel dodelijk voor mensen, en we beginnen nog maar net te begrijpen hoe ze het menselijk lichaam kunnen beïnvloeden. Uit onderzoek bij muizen is bijvoorbeeld gebleken dat blootstelling aan straling geen invloed kan hebben alleen het lichaam maar ook de hersenen, en kan zelfs leiden tot gedragsveranderingen, zoals verhoogde angstgevoelens.
Blootstelling aan straling is niet iets waarvan de effecten op dezelfde manier kunnen worden verbeterd als spieratrofie. De enige manier om astronauten tegen straling te beschermen is door fysieke structuren te bouwen die hen ertegen beschermen. “Straling zal waarschijnlijk het grootste obstakel zijn”, zei Francis. “Vanuit biologisch oogpunt kun je niets doen om jezelf tegen straling te beschermen. Het zal echt te maken hebben met het ontwerp en de techniek van het schip, en niet zozeer met de biologie of de geneeskunde.”
Aanbevelingen van de redactie
- NASA's privé Ax-1-bemanning krijgt wat extra tijd in de ruimte
- Deze coole ruimtestationvideo zal een glimlach op je gezicht toveren
- NASA maakt de datum bekend voor de volgende astronautenlancering van SpaceX
- Marsachtige foto's tonen een dramatisch beeld van onze eigen planeet
- NASA's Mars-helikopter mikt op een nieuw record tijdens de volgende vlucht
Upgrade uw levensstijlMet Digital Trends kunnen lezers de snelle technische wereld in de gaten houden met het laatste nieuws, leuke productrecensies, inzichtelijke redactionele artikelen en unieke sneak peeks.
