Medycyna na Marsie: jak zachować zdrowie na Czerwonej Planecie

Ze wszystkich wyzwań związanych z wysłaniem ludzi na Marsa, to, z którego rozwiązania możemy być najdalej, nie ma nic wspólnego z rakietami, siedliskami ani złożonymi systemami filtracji wody. Dużym problemem, z którym musimy się zmierzyć, są ograniczenia ludzkiego organizmu.

Nasze ciała są niezwykle przystosowawcze do różnych środowisk tutaj na Ziemi, ale nie tak bardzo, jeśli chodzi o środowisko na innych planetach.

Rozmawialiśmy z dwoma ekspertami medycyny kosmicznej, aby dowiedzieć się, jak leczy się chorych lub rannych pacjentów w kosmosie i jakie z wielkich otwartych pytań dotyczy zdrowia astronautów, których planujemy wysłać do Układu Słonecznego.

Ten artykuł jest częścią Życie na Marsie, 10-częściowy serial poświęcony najnowocześniejszej nauce i technologii, które pozwolą ludziom okupować Marsa

Ciało w kosmosie

Wiemy już dużo nt jak ludzkie ciało reaguje na misje kosmiczne dzięki ponad dwudziestoletnim badaniom Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Środowisko mikrograwitacji prowadzi tam do szeregu zmian w organizmie, w tym utraty kości, zaniku mięśni i redystrybucji płynów (kiedy nie ma grawitacji, która ściągałaby płyny w dół, gromadzą się one w górnej części ciała), a także inne powiązane problemy, takie jak upośledzenie wizja. Objawy te pojawiają się podczas typowych podróży trwających od sześciu miesięcy do jednego roku, które astronauci odbywają na ISS, co jest mniej więcej porównywalne z czasem potrzebnym na podróż na Marsa.

Dobrą wiadomością jest to, że naukowcy odkryli wiele sposobów przeciwdziałania tym skutkom, na przykład znaczenie kilkugodzinnych ćwiczeń dziennie, aby zapobiec zanikowi mięśni.

Filippo Castrucci, chirurg lotniczy w Europejskiej Agencji Kosmicznej, powiedział Digital Trends, że a długoterminowy lot kosmiczny, taki jak misja na Marsa, byłby pod wieloma względami medycznie podobny do pobytu na ISS. A to oznacza, że ​​możemy być dość pewni, że astronauci byliby w stanie podróżować na Marsa bez wystąpienia zagrożenia zdrowotnego.

„W ciągu 20 lat stałego przebywania na ISS żadne warunki zdrowotne wymagające ewakuacji medycznej nie wystąpiły na orbicie”, powiedział, dodając, że to pomogła staranna selekcja astronautów, którzy są u szczytu zdrowia i którzy są monitorowani przez co najmniej dwa lata przed wysłaniem na misja. „Dlatego prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia medycznego podczas misji na Marsa, choć możliwe, jest niskie, jak pokazują obecne dowody na ISS”.

Lekarze na pokładzie

Jednak mała szansa na nagły wypadek medyczny to nie to samo, co brak szans na nagły wypadek. Załoga misji na Marsa musiałaby być gotowa do radzenia sobie ze wszystkim, od typowych skarg związanych z przestrzenią kosmiczną, przez przypadkowe obrażenia, po nieoczekiwane choroby.

Każdy astronauta jest przeszkolony w zakresie podstawowych umiejętności medycznych, aw każdej załodze jest zwykle co najmniej dwóch członków, którzy przechodzą dodatkowe szkolenie medyczne, aby zostać oficerami medycznymi załogi (CMO). CMO są przeszkoleni na poziomie zbliżonym do ratowników medycznych i są w stanie korzystać ze środków medycznych, rozprowadzać leki i używać defibrylatora.

Jednak Castrucci mówi, że nawet dobrze wyszkoleni CMO mogą nie być wystarczającym wsparciem medycznym dla misji na Marsa, więc dłuższa misja kosmiczna prawdopodobnie wymagałaby wyszkolonych lekarzy podróżujących jako część załogi.

„Podczas podróży na Marsa bez możliwości ewakuacji każda awaria przekraczająca obecne możliwości CMO może znacznie zmniejszyć szanse przeżycia pacjentów. Dlatego zdolność na poziomie lekarza jest wymogiem podczas przedłużonej misji z dala od [niskiej orbity okołoziemskiej]” – powiedział. „Dwóch lekarzy pogotowia ratunkowego, aby zapewnić nadmiarowość, z umiejętnościami chirurgicznymi i internistycznymi, powinno być częścią załogi”.

Leczenie nagłych przypadków medycznych w kosmosie

Jednym z wyzwań związanych z leczeniem podczas potencjalnej misji na Marsa jest opóźnienie w komunikacji między załogą a Ziemią. Kiedy astronauci znajdują się na ISS, pomoc medyczna może być zapewniona w czasie rzeczywistym przez lekarzy naziemnych. Ale gdy statek kosmiczny oddala się od Ziemi, komunikacja jest coraz bardziej opóźniona, z opóźnieniem do 20 minut między Ziemią a Marsem. Oznacza to, że załoga Marsa musiałaby działać bardziej autonomicznie w sytuacji awaryjnej, więc wsparcie z ziemi przyjdzie głównie w formie przygotowań i instrukcji.

Problemy proceduralne pojawiają się również przy próbie zastosowania pewnych zabiegów w kosmosie, dlatego szkolenie musi być dostosowane do środowiska mikrograwitacji.

Castrucci podał przykład manewrów resuscytacji krążeniowo-oddechowej (CPR), które na Ziemi obejmują ułożyć pacjenta twarzą do góry na twardej powierzchni, tak aby ratownik mógł użyć ciężaru swojego ciała do uciśnięcia klatka piersiowa. To jednak nie działa w mikrograwitacji.

W kosmosie statki muszą być wyposażone w specjalne płaskie powierzchnie, które są przymocowane do ramy i do których można przymocować rannego członka załogi. Ratownik musi również przymocować się do ramy, aby mógł uciskać klatkę piersiową bez odpychania. I muszą naciskać mocniej, ponieważ nie mogą wykorzystać masy ciała do uciśnięć klatki piersiowej.

Wszystko to sprawia, że ​​RKO jest wolniejsza i trudniejsza do wykonania w kosmosie niż na ziemi, a to tylko jeden przykład tego, jak trudna może być medycyna kosmiczna.

Wyzwania Marsa

Są to rodzaje wyzwań, które pojawiają się podczas leczenia problemu medycznego w kosmosie i są one głównie związane z życiem w warunkach mikrograwitacji. Gdy astronauci dotrą na Marsa, odzyskają trochę grawitacji – grawitacja Marsa wynosi około 40% grawitacji Ziemi – ale planeta będzie stawiała przed sobą nowe wyzwania.

Mars to bardzo zakurzone środowisko a to może powodować wysypki skórne i podrażnienia oczu, a także podrażnienie i przekrwienie dróg oddechowych. Nie wspominając już o zmęczeniu, stresie i złym śnie, których można się spodziewać po bardzo stresującej misji, a także o zależności między psychologią a zdrowiem fizycznym.

Ale naprawdę dużym problemem na Marsie jest coś niewidocznego gołym okiem: promieniowanie. Tutaj, na Ziemi, nasza planeta ma magnetosferę, która chroni nas przed promieniowaniem kosmicznym i wiatrem słonecznym, ale na Marsie nie ma czegoś takiego. Problem pogarsza rzadka atmosfera Marsa, która stanowi zaledwie około 1% gęstości atmosfery ziemskiej.

Poprzednie misje na Marsa, takie jak sonda Mars Odyssey, wykazały poziom promieniowania 2,5 razy wyższy niż na ISS. A były czasy, kiedy wzrosło promieniowanie (prawdopodobnie związane z aktywnością słoneczną) do znacznie wyższych poziomów.

Jak więc chronić astronautów przed tym niewidzialnym zagrożeniem?

Niewidoczne niebezpieczeństwo promieniowania

Wiemy, że narażenie na promieniowanie zwiększa ryzyko zachorowania na raka i choroby zwyrodnieniowe oraz może uszkodzić układ nerwowy. Może również przyczynić się do rozwoju schorzeń, takich jak zaćma Lub sterylność. Niedawno lekarze tacy jak Manon Meerman, specjalista od układu krążenia badający stan zdrowia skutki promieniowania z długoterminowych misji kosmicznych, odkryli, że serce i układ sercowo-naczyniowy może być wrażliwy na promieniowanie kosmiczne.

Meerman powiedział nam, że jedną z niepokojących rzeczy związanych z narażeniem na promieniowanie w kosmosie jest to, że nie wiemy wystarczająco dużo, aby z pewnością przewidzieć, jakie będą skutki zdrowotne. Jest mało prawdopodobne, aby astronauci zachorowali lub umarli z tego powodu podczas misji na Marsa, ale w dłuższej perspektywie byliby bardziej narażeni na zagrażające życiu schorzenia, takie jak rak.

Informacje, które posiadamy na temat promieniowania w przestrzeni kosmicznej poza niską orbitą okołoziemską, pochodzą z niewielkiej próbki: Bardzo niewielu ludzi, którzy odwiedzili Księżyc, co nie dostarcza wystarczających danych, aby wyciągnąć szerokie wnioski wnioski. Możemy zebrać więcej informacji z porównywalnych źródeł, takich jak pacjenci, którzy byli leczeni radioterapii lub osób narażonych na promieniowanie w wypadkach jądrowych, takich jak katastrofa w Czarnobylu w 1986 roku Ale to może zapewnić tylko ograniczone porównanie.

To dlatego, że istnieją dwa rodzaje promieniowania, które należy wziąć pod uwagę w przypadku misji na Marsa: po pierwsze, istnieją galaktyczne promienie kosmiczne, które powodują ciągłą ekspozycję na przenikające jony. Po drugie, zdarzają się również sporadyczne i bardzo silne skoki promieniowania spowodowane rozbłyskami słonecznymi. Jeśli chodzi o to, jak każdy rodzaj promieniowania wpłynie na zdrowie w dłuższej perspektywie, po prostu nie wiemy wielu rzeczy.

„Jeśli w końcu chcemy rozszerzyć podróże kosmiczne na Księżyc lub Marsa, naprawdę musimy głębiej zagłębić się w skutki tego rodzaju promieniowania na ludzkie ciało” – powiedział Meerman.

Nowe metody badawcze

Ponieważ promieniowanie jest tak istotnym problemem dla podróży kosmicznych, jest to temat, który odnotował ogromny wzrost badań w ostatnich latach. Oprócz tradycyjnych metod badawczych, takich jak badania na zwierzętach, jednym z podejść, nad którym pracują Meerman i inni, są badania „narządu na chipie”. Obejmuje to zbudowanie chipa zawierającego komórki stworzone w laboratorium, aby symulować reakcje prawdziwego ludzkiego narządu. Można to wykorzystać do badań, których przeprowadzenie na żywej osobie byłoby niebezpieczne lub niemożliwe.

Jest to obecnie duży temat badań wykonywane na ISS, z nadzieją, że dzięki tej metodzie dowiemy się więcej o tym, jak środowisko kosmiczne wpływa na ludzkie narządy. W przyszłości może to być również obiecująca droga do badań nad promieniowaniem kosmicznym.

Innym podejściem jest symulowanie promieniowania kosmicznego w laboratoriach na Ziemi. Odtworzenie środowiska radiacyjnego w kosmosie nie jest jednak łatwe, dlatego specjalne laboratoria takie jak Space Radiation Lab NASA, które używa Heavy Ion Collider do symulacji promieniowania, są takie ważny.

Jak chronić astronautów przed promieniowaniem

Istnieją pomysły i badania dotyczące ochrony astronautów przed promieniowaniem kosmicznym. Obecnie agencje kosmiczne ograniczają narażenie astronautów przez całe życie do niskich poziomów, które nie powinny stwarzać nadmiernego ryzyka. Jednak w przypadku misji na Marsa przydałaby się większa elastyczność, jeśli chodzi o czas spędzany przez astronautów w kosmosie.

Najbardziej praktycznym podejściem do ochrony zdrowia astronautów jest stosowanie osłon, w których grube arkusze metalu są używane do zatrzymywania promieniowania i zapewniania bezpieczeństwa astronautom. Osłony można zastosować do statku kosmicznego lub siedliska, umożliwiając astronautom swobodne poruszanie się w środku, a także praca wykonywane na kamizelkach ochronnych lub kombinezonach, które mają wbudowane osłony, gdyby astronauta musiał wyjść z sejfu środowisko.

Dużą wadą ekranowania jest to, że jest bardzo ciężki, co stanowi problem zarówno przy wystrzeliwaniu rakiety o minimalnej masie, jak i dla ludzi próbujących się poruszać, mając na sobie dużo dodatkowego ciężaru.

Innym podejściem jest przyjrzenie się lekom, które mogłyby chronić ludzi przed skutkami promieniowania, chociaż daleko nam do posiadania pigułki, która mogłaby zapewnić bezpieczeństwo astronautom. Problem poruszony przez Meermana polega na tym, że nawet gdybyśmy mogli stworzyć skuteczne leki na Ziemi, nie wiemy, jak te leki zadziałałyby w środowisku kosmicznym. Ludzkie ciało przechodzi tak wiele zmian w przestrzeni, że sposoby wchłaniania leków mogą być różne i my po prostu nie wiem wystarczająco dużo przewidzieć, jak to może wyglądać.

Ostatnim obszarem, który mógłby potencjalnie pomóc astronautom w utrzymaniu zdrowia, jest znalezienie sposobów na wzmocnienie ich własnego naturalnego układu odpornościowego, na przykład poprzez włączenie do diety pokarmów bogatych w przeciwutleniacze. Jest to obiecująca koncepcja, ponieważ jest znacznie łatwiejsza do wdrożenia niż inne rozwiązania, chociaż te badania również są na bardzo wczesnym etapie.

Za dużo niewiadomych

Dużym problemem dla lekarzy, takich jak Meerman, jest to, ile jest niewiadomych, jeśli chodzi o zdrowie astronautów udających się na Marsa. Po prostu nie możemy powiedzieć na pewno, jakie mogą być długoterminowe skutki zdrowotne narażenia na promieniowanie, a także nie mamy jeszcze pewnego sposobu ochrony astronautów przed tymi potencjalnymi skutkami.

Więc chociaż możemy być technologicznie gotowi do wysłania ludzi na Marsa już teraz, pojawia się pytanie o moralność dokonywania tego wyboru, gdy badania medyczne są wciąż w powijakach. „Powinniśmy zadać sobie pytanie, czy jesteśmy gotowi podróżować na Marsa, nie znając dokładnych zagrożeń, na jakie narażamy astronautów” – powiedziała. „To bardziej kwestia etyczna niż naukowa”.