Medisin på Mars: Hvordan opprettholde helsen på den røde planeten

Av alle utfordringene med å få mennesker til Mars, har den vi kanskje er lengst unna å løse ingenting med raketter, habitater eller komplekse vannfiltreringssystemer å gjøre. Det store problemet vi må møte er menneskekroppens begrensninger.

Kroppene våre er utrolig tilpasningsdyktige til forskjellige miljøer her på jorden, men ikke så mye når det kommer til miljøet på andre planeter.

Vi snakket med to eksperter innen rommedisin for å lære om hvordan du behandler syke eller skadde pasienter i verdensrommet og hva noen av de store åpne spørsmålene er når det gjelder helsen til astronautene vi planlegger å sende ut i solsystemet.

Denne artikkelen er en del av Liv på Mars, en 10-delt serie som utforsker banebrytende vitenskap og teknologi som vil tillate mennesker å okkupere Mars

Kroppen i rommet

Vi vet allerede mye om hvordan menneskekroppen reagerer på romfart takket være flere tiår med studier på den internasjonale romstasjonen (ISS). Mikrogravitasjonsmiljøet der fører til en rekke endringer i kroppen, inkludert bentap, muskelatrofi og omfordeling av væsker (når det ikke er tyngdekraften for å trekke væsker ned, ender de opp i den øvre delen av kroppen), så vel som andre relaterte problemer som svekket syn. Disse symptomene vises i de typiske turene på seks måneder til ett år som astronauter utfører på ISS, noe som omtrent kan sammenlignes med hvor lang tid et oppdrag vil ta å reise til Mars.

Den gode nyheten er at forskere har funnet mange måter å motvirke disse effektene på, for eksempel viktigheten av flere timers daglig trening for å hindre at musklene sløses bort.

Filippo Castrucci, flykirurg ved European Space Agency, fortalte Digital Trends at en langsiktig romfart som et oppdrag til Mars ville på mange måter medisinsk sett være lik et opphold på ISS. Og det betyr at vi kan være rimelig sikre på at astronauter vil være i stand til å reise til Mars uten at det oppstår en helsesituasjon.

"I løpet av de 20 årene med permanent ISS-beboelse har ingen helsetilstander som krever medisinsk evakuering presentert til dags dato på bane," sa han og la til at dette har blitt hjulpet av nøye utvalg av astronauter som er på topp i helse og som overvåkes i minst to år før de blir sendt på en oppdrag. "Derfor er sannsynligheten for at en medisinsk hendelse inntreffer på et Mars-oppdrag, selv om det er mulig, lav, som nåværende bevis på ISS viser."

Leger om bord

En lav sjanse for en medisinsk nødsituasjon er imidlertid ikke det samme som ingen sjanse for en nødssituasjon. Et mannskap på Mars-oppdraget må være klar til å håndtere alt fra vanlige romrelaterte klager til utilsiktede skader til uventede sykdommer.

Hver astronaut er trent i grunnleggende medisinske ferdigheter, og innenfor hvert mannskap er det vanligvis minst to medlemmer som får ekstra medisinsk opplæring for å bli Crew Medical Officers (CMOs). CMOer er opplært til et nivå som ligner på paramedikere, og er i stand til å bruke medisinsk utstyr, distribuere medisiner og bruke en defibrillator.

Castrucci sier imidlertid at selv veltrente CMOer kanskje ikke er nok medisinsk støtte for et Mars-oppdrag, så et lengre romoppdrag vil sannsynligvis trenge trente leger for å reise som en del av mannskapet.

"På reise til Mars uten evakuering mulig, kan enhver nødsituasjon som overstiger gjeldende CMO-kapasitet redusere pasientens sjanser for overlevelse betydelig. Derfor er en evne på legenivå et krav på utvidet oppdrag vekk fra [lav bane rundt jorden],» sa han. "To legevaktleger, for å sikre redundans, med kirurgiske og indremedisinske ferdigheter bør være en del av mannskapet."

Behandling av en medisinsk nødsituasjon i verdensrommet

En av utfordringene med behandling på et potensielt Mars-oppdrag er kommunikasjonsforsinkelsen mellom mannskapet og jorden. Når astronauter er på ISS, kan medisinsk støtte gis i sanntid av leger på bakken. Men etter hvert som et romfartøy kommer lenger unna Jorden, forsinkes kommunikasjonen mer og mer, med en forsinkelse på opptil 20 minutter mellom Jorden og Mars. Det betyr at et Mars-mannskap må operere mer autonomt i en nødsituasjon, så støtte fra bakken vil hovedsakelig komme i form av forberedelser og instruksjoner.

Prosedyreproblemer oppstår også når man prøver å bruke visse behandlinger i verdensrommet, så trening må skreddersys til et mikrogravitasjonsmiljø.

Castrucci ga eksempel på hjerte-lunge-redning (HLR) manøvrer, som på jorden involverer pasienten med ansiktet opp på en hard overflate slik at redningsmannen kan bruke kroppsvekten sin til å komprimere på bryst. Det fungerer imidlertid ikke i mikrogravitasjon.

I verdensrommet må fartøyer være utstyrt med spesielle flate overflater som er festet til rammen og som et skadet besetningsmedlem kan festes til. Redningsmannen må også sikre seg til rammen, slik at de kan komprimere brystet uten å bli dyttet bort. Og de må presse hardere siden de ikke kan bruke kroppsvekten i brystkompresjonene.

Alt dette gjør HLR tregere og vanskeligere å utføre i verdensrommet enn på bakken, og det er bare ett eksempel på hvor vanskelig rommedisin kan være.

Utfordringene til Mars

Dette er den slags utfordringer som dukker opp når man behandler et medisinsk problem i verdensrommet, og de er for det meste relatert til å leve i mikrogravitasjon. Når astronautene når Mars, vil de få litt tyngdekraft tilbake – Mars tyngdekraft er rundt 40 % av jordens – men planeten vil by på nye utfordringer.

Mars er et ekstremt støvete miljø og dette kan forårsake hudutslett og øyeirritasjoner, samt luftveisirritasjon og overbelastning. Det er for ikke å nevne trettheten, stresset og dårlig søvn som kan forventes fra et svært stressende oppdrag, så vel som samspillet mellom psykologi og fysisk helse.

Men det virkelig store problemet på Mars er noe usynlig for det blotte øye: Stråling. Her på jorden har planeten vår en magnetosfære som beskytter oss mot stråling fra kosmiske stråler og solvind, men det er ikke noe slikt på Mars. Det som forverrer problemet er Mars tynne atmosfære, som bare er rundt 1 % av tettheten til jordens atmosfære.

Tidligere oppdrag til Mars, som romfartøyet Mars Odyssey, har funnet strålingsnivåer 2,5 ganger høyere enn de på ISS. Og det var tider da stråling økte (sannsynligvis relatert til solaktivitet) til mye høyere nivåer som.

Så hvordan beskytter du astronauter fra denne usynlige trusselen?

Den usynlige faren for stråling

Vi vet at det å bli utsatt for stråling gir mennesker en høyere risiko for kreft og degenerative sykdommer, og at det kan skade nervesystemet. Det kan også bidra til utvikling av medisinske tilstander som grå stær eller sterilitet. For nylig har leger som Manon Meerman, en kardiovaskulær spesialist som undersøker helsen effekter av stråling fra langsiktige romfart, har funnet ut at hjertet og det kardiovaskulære systemet kan være også følsom for romstråling.

Meerman fortalte oss at en av de bekymringsfulle tingene med strålingseksponering i verdensrommet er at vi ikke vet nok til å forutsi hva helseeffektene ville være. Det er usannsynlig at astronauter vil bli syke eller dø av det under et Mars-oppdrag, men på lang sikt vil de ha en høyere risiko for livstruende medisinske tilstander som kreft.

Informasjonen vi har om stråling i rommet utenfor lav bane rundt jorden kommer fra en liten prøve: De svært få menneskene som har besøkt månen, som ikke gir nok data til å trekke bredt konklusjoner. Vi kan samle inn mer informasjon fra sammenlignbare kilder som pasienter som har blitt behandlet med strålebehandling eller personer som har vært utsatt for stråling i atomulykker som Tsjernobyl-katastrofen i 1986. Men disse kan bare gi en begrenset sammenligning.

Det er fordi det er to typer stråling å vurdere for et Mars-oppdrag: For det første er det galaktiske kosmiske stråler, som resulterer i kontinuerlig eksponering for penetrerende ioner. For det andre er det også sporadiske og svært kraftige topper i stråling forårsaket av solutbrudd. Når det gjelder hvordan hver type stråling vil påvirke helsen på lang sikt, er det mye vi rett og slett ikke vet.

"Hvis vi til slutt ønsker å utvide romfart til månen eller til Mars, må vi virkelig dykke dypere inn i hva effektene av den typen stråling er på menneskekroppen," sa Meerman.

Nye forskningsmetoder

Med stråling som et så viktig problem for romfart, er det et tema som har sett enorm vekst i forskning de siste årene. I tillegg til tradisjonelle forskningsmetoder som dyrestudier, er en tilnærming Meerman og andre jobber med "organ on a chip"-forskning. Dette innebærer å bygge en brikke som inneholder laboratorieskapte celler for å simulere responsene til et ekte menneskelig organ. Dette kan brukes til forskning på hvilke studier som vil være farlige eller umulige å utføre på en levende person.

Dette er et stort forskningstema for tiden utføres på ISS, med håp om at bruk av denne metoden kan lære oss mer om hvordan rommiljøet påvirker menneskelige organer. I fremtiden kan det være en lovende vei for forskning på romstråling også.

En annen tilnærming er å simulere romstråling i laboratorier her på jorden. Å gjenskape strålingsmiljøet i rommet er imidlertid ikke lett, og det er derfor spesielle laboratorier som NASAs Space Radiation Lab, som bruker en Heavy Ion Collider for å simulere stråling, er så viktig.

Hvordan beskytte astronauter mot stråling

Det er ideer og forskning om hvordan man kan beskytte astronauter mot romstråling. For tiden begrenser romfartsorganisasjoner astronauters livstidseksponering til lave nivåer som ikke bør skape unødig risiko. Men for et oppdrag til Mars ville det hjelpe å ha mer fleksibilitet med tanke på hvor lang tid astronauter tilbringer i verdensrommet.

Den mest praktiske tilnærmingen til å beskytte astronauters helse er bruken av skjerming, der tykke metallplater brukes for å stoppe stråling og holde astronautene trygge. Skjerming kan brukes på et romfartøy eller et habitat, slik at astronauter kan bevege seg fritt inne, og det er også arbeid gjøres på beskyttelsesvester eller drakter som har innebygd skjerming dersom en astronaut trenger å bevege seg utenfor safen miljø.

Den store ulempen med skjerming er at den er veldig tung, noe som er et problem for både å skyte opp en rakett med minimal masse, og for mennesker som prøver å bevege seg mens de har mye ekstra vekt.

En annen tilnærming er å se på medisiner som kan beskytte folk mot effekten av stråling, selv om vi ikke er i nærheten av å ha en pille som kan holde astronautene trygge. Et problem Meerman tok opp er at selv om vi kunne lage effektive medisiner på jorden, vet vi ikke hvordan disse stoffene ville fungere i rommiljøet. Menneskekroppen går gjennom så mange endringer i rommet at måtene medisiner absorberes på kan være annerledes, og vi vet bare ikke nok å forutsi hvordan dette kan se ut.

Et siste område som potensielt kan bidra til å holde astronautene sunne er å finne måter å styrke deres eget naturlige immunsystem, for eksempel ved å inkludere antioksidantrik mat i kostholdet. Dette er et lovende konsept da det er mye enklere å implementere enn andre løsninger, selv om denne forskningen også er veldig i sin tidlige fase.

For mange ukjente

Det store problemet for leger som Meerman er hvor mange ukjente det er når det gjelder helsen til astronauter som skal til Mars. Vi kan bare ikke si sikkert hva de langsiktige helseeffektene av strålingseksponering kan være, og vi har heller ikke en sikker måte å beskytte astronauter mot disse potensielle effektene ennå.

Så selv om vi kanskje er teknologisk klare til å sende folk til Mars akkurat nå, er det et spørsmål om moralen i å ta det valget mens den medisinske forskningen fortsatt er i sin spede begynnelse. "Vi bør spørre oss selv om vi er villige til å reise til Mars uten å vite den eksakte risikoen vi utsetter astronautene for," sa hun. "Det er mer et etisk spørsmål enn et vitenskapelig."