Geneeskunde op Mars: hoe u de gezondheid op de Rode Planeet kunt behouden

Van alle uitdagingen om mensen naar Mars te krijgen, heeft degene waar we misschien het verst van 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 zijn ongelooflijk adaptief aan verschillende omgevingen hier op aarde, maar niet zozeer als het gaat om de omgeving op andere planeten.

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

Dit artikel maakt deel uit van

Leven op Mars, een tiendelige serie die de baanbrekende wetenschap en technologie onderzoekt die mensen in staat zullen stellen Mars te bezetten

Het lichaam in de ruimte

Wij weten er al veel van hoe het menselijk lichaam reageert op ruimtemissies dankzij ruim twintig jaar onderzoek naar het Internationale Ruimtestation (ISS). De microzwaartekrachtomgeving daar leidt tot een reeks veranderingen in het lichaam, waaronder botverlies, spieratrofie en de herverdeling van vloeistoffen (als er geen zwaartekracht is om vloeistoffen naar beneden te trekken, verzamelen ze zich uiteindelijk in het bovenste deel van het lichaam), evenals andere gerelateerde problemen zoals verminderde visie. Deze symptomen komen voor bij de typische reizen van zes maanden tot een jaar die astronauten uitvoeren op het ISS, wat grofweg vergelijkbaar is met de hoeveelheid tijd die een missie zou kosten 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 ruimtevlucht op lange termijn, zoals een missie naar Mars, zou medisch gezien in veel opzichten 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 op gezondheidsgebied voordoet.

“In de twintig jaar dat het ISS permanent in het ISS heeft gewoond, hebben zich tot nu toe geen gezondheidsproblemen voorgedaan die medische evacuatie in een baan om de aarde vereisten,” zei hij, eraan toevoegend dat dit is geholpen door de zorgvuldige selectie van astronauten die zich op het toppunt van hun gezondheid bevinden en die minstens twee jaar lang worden gevolgd voordat ze op een missie worden gestuurd. missie. “Daarom is de waarschijnlijkheid dat zich tijdens een Mars-missie een medische gebeurtenis voordoet, hoewel mogelijk, laag, zoals blijkt uit het huidige bewijsmateriaal op het ISS.”

Artsen aan boord

Een lage kans op een medisch noodgeval is echter niet hetzelfde als geen kans op een noodgeval. Een bemanning van een Mars-missie zou klaar moeten zijn om alles aan te pakken, van algemene ruimtegerelateerde klachten tot accidentele verwondingen en onverwachte ziekten.

Elke astronaut wordt getraind in medische basisvaardigheden, en binnen elke bemanning zijn er doorgaans ten minste twee leden die een extra medische opleiding 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 uitdelen en een defibrillator gebruiken.

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

“Bij reizen naar Mars zonder evacuatie kan elke noodsituatie die de huidige CMO-mogelijkheden te boven gaat, de overlevingskansen van de patiënt aanzienlijk verkleinen. Daarom is een bekwaamheid op artsniveau een vereiste bij langere missies buiten een lage baan om de aarde”, zei hij. “Twee artsen op de spoedeisende hulp, om redundantie te garanderen, met chirurgische en interne medische vaardigheden moeten deel uitmaken van de bemanning.”

Een medisch noodgeval in de ruimte behandelen

Een van de uitdagingen bij 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 geboden 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 wel 20 minuten tussen de aarde en Mars. Dat betekent dat een Mars-bemanning in geval van een noodsituatie autonomer zou moeten opereren, waardoor steun vanaf de grond vooral in de vorm van voorbereidingen en instructies zal 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 reanimatiemanoeuvres (cardiopulmonale reanimatie), waarbij op aarde de De patiënt ligt met het gezicht naar boven op een hard oppervlak, zodat de hulpverlener zijn lichaamsgewicht kan gebruiken om op de patiënt te drukken borst. Dat werkt echter niet in microzwaartekracht.

In de ruimte moeten vaartuigen zijn uitgerust met speciale vlakke oppervlakken die aan het frame zijn bevestigd en waaraan een gewond bemanningslid kan worden vastgemaakt. De hulpverlener moet zichzelf ook aan het frame vastzetten, zodat hij de borstkas 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 in de ruimte langzamer en moeilijker uit te voeren dan op de grond, en dat is slechts één voorbeeld van hoe lastig ruimtegeneeskunde kan zijn.

De uitdagingen van Mars

Dit zijn het soort uitdagingen dat zich voordoet bij de behandeling van een medisch probleem in de ruimte, en ze houden vooral verband met het leven in microzwaartekracht. Zodra astronauten Mars bereiken, zullen ze wat zwaartekracht terugkrijgen – de zwaartekracht van Mars is ongeveer 40% van die van de aarde – maar de planeet zal op zichzelf nieuwe uitdagingen met zich meebrengen.

Mars is een extreem stoffige omgeving en dit kan huiduitslag en oogirritatie veroorzaken, evenals irritatie van de luchtwegen en congestie. Om nog maar te zwijgen van de vermoeidheid, stress en slechte slaap die je kunt verwachten 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 op Mars bestaat zoiets niet. Het probleem wordt nog verergerd door de dunne atmosfeer van Mars, die slechts ongeveer 1% van de dichtheid van de atmosfeer van de aarde bedraagt.

Bij eerdere missies naar Mars, zoals het Mars Odyssey-ruimtevaartuig, zijn stralingsniveaus aangetroffen die 2,5 keer hoger waren dan die van het ISS. En er waren momenten waarop straling piekte (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 groter risico geeft op kanker en degeneratieve ziekten, en dat dit het zenuwstelsel kan beschadigen. Het kan ook bijdragen aan de ontwikkeling van medische aandoeningen zoals staar of steriliteit. Onlangs hebben artsen als Manon Meerman, een cardiovasculair specialist, onderzoek gedaan naar de gezondheid effecten van straling van langdurige ruimtemissies hebben aangetoond dat het hart en het cardiovasculaire systeem kan zijn ook gevoelig voor ruimtestraling.

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

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

Dat komt omdat er bij een Mars-missie rekening moet worden gehouden met twee soorten straling: ten eerste zijn er galactische kosmische straling, die resulteert in voortdurende blootstelling aan binnendringende ionen. Ten tweede zijn er ook incidentele en zeer krachtige stralingspieken veroorzaakt door zonnevlammen. Als het gaat om de manier waarop elk type straling de gezondheid op de lange termijn zal beïnvloeden, weten we veel gewoon niet.

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

Nieuwe onderzoeksmethoden

Omdat straling zo'n belangrijk probleem is voor de ruimtevaart, is het een onderwerp dat de afgelopen jaren een enorme groei in onderzoek heeft gekend. Naast traditionele onderzoeksmethoden zoals dierstudies, werken Meerman en anderen onder meer aan ‘orgaan-op-een-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. Hiermee kan onderzocht worden welke onderzoeken gevaarlijk of onmogelijk zijn om uit te voeren bij een levend persoon.

Dit is momenteel een groot onderzoeksonderwerp wordt uitgevoerd in 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 het simuleren van ruimtestraling 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, dat ook is belangrijk.

Hoe astronauten tegen straling te beschermen

Er zijn ideeën en onderzoek over hoe astronauten kunnen worden beschermd tegen ruimtestraling. Momenteel beperken ruimtevaartagentschappen de levenslange blootstelling van astronauten tot lage niveaus die geen buitensporig risico mogen opleveren. Maar voor een missie naar Mars zou het helpen om meer flexibiliteit te hebben als het gaat om de tijd die 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 leefgebied, waardoor astronauten zich daarbinnen vrij kunnen bewegen, en er is ook werk Dit gebeurt op beschermende vesten of pakken met ingebouwde afscherming, mocht een astronaut zich buiten de kluis moeten verplaatsen 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 kunnen beschermen tegen de gevolgen van straling, hoewel we nog lang niet in de buurt zijn van een pil die astronauten veilig kan houden. 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 in de ruimte zouden werken. Het menselijk lichaam ondergaat zoveel veranderingen in de ruimte dat de manier waarop medicijnen worden opgenomen, anders kan zijn dan wij weet gewoon niet genoeg om te voorspellen hoe dit eruit zou kunnen zien.

Een laatste gebied dat mogelijk zou kunnen helpen 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 als Meerman is hoeveel onbekenden er zijn als het gaat om de gezondheid van astronauten die naar Mars gaan. We kunnen alleen nog niet met zekerheid zeggen wat de gezondheidseffecten van blootstelling aan straling op de lange termijn kunnen zijn, en we hebben ook nog geen zekere manier om astronauten tegen deze potentiële effecten te beschermen.

Dus hoewel we technologisch gezien misschien klaar zijn om mensen nu naar Mars te sturen, is er een vraag over de moraliteit van het maken van die keuze terwijl het medische 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.”