Medycyna na Marsie: jak zachować zdrowie na Czerwonej Planecie

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

Nasze ciała niesamowicie przystosowują się do różnych środowisk tutaj na Ziemi, ale nie tak bardzo, jeśli chodzi o środowisko na innych planetach.

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

Ten artykuł jest częścią Życie na Marsie, 10-częściowa seria poświęcona najnowocześniejszej nauce i technologii, która umożliwi ludziom okupację Marsa

Ciało w kosmosie

Wiemy już dużo o jak organizm ludzki reaguje na misje kosmiczne dzięki ponad dwudziestoletnim badaniom na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Środowisko mikrograwitacji prowadzi do szeregu zmian w organizmie, w tym utraty masy kostnej, atrofii mięśni i redystrybucji płynów (kiedy nie ma grawitacji, która mogłaby ściągać 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 astronautów na ISS, trwających od sześciu miesięcy do roku, co jest mniej więcej porównywalne z czasem, jaki zajęłaby misja na Marsa.

Dobra wiadomość jest taka, że ​​badacze znaleźli wiele sposobów przeciwdziałania tym skutkom, na przykład znaczenie kilku godzin codziennych ćwiczeń, aby zapobiec zanikowi mięśni.

Filippo Castrucci, chirurg pokładowy w Europejskiej Agencji Kosmicznej, powiedział Digital Trends, że a długoterminowy lot kosmiczny, taki jak misja na Marsa, pod wieloma względami z medycznego punktu widzenia byłby podobny do pobytu na ISS. A to oznacza, że ​​możemy być w miarę pewni, że astronauci będą mogli polecieć na Marsa bez wystąpienia zagrożenia zdrowotnego.

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

Lekarze na pokładzie

Jednak małe prawdopodobieństwo wystąpienia nagłej sytuacji medycznej to nie to samo, co brak szans na nagły przypadek. Załoga misji na Marsa musiałaby być gotowa na radzenie sobie ze wszystkim, od typowych skarg związanych z przestrzenią kosmiczną po przypadkowe obrażenia i nieoczekiwane choroby.

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

Jednak Castrucci twierdzi, że nawet dobrze wyszkoleni dyrektorzy marketingu mogą nie wystarczyć do zapewnienia wystarczającego wsparcia medycznego dla misji na Marsa, więc dłuższa misja kosmiczna prawdopodobnie wymagałaby przeszkolonych lekarzy, którzy podróżowaliby jako część załogi.

„Podczas podróży na Marsa bez możliwości ewakuacji każda sytuacja nadzwyczajna przekraczająca obecne możliwości CMO może znacznie zmniejszyć szanse pacjenta na przeżycie. Dlatego w przypadku dłuższych misji poza [niską orbitą okołoziemską] wymagane są kompetencje na poziomie lekarza” – powiedział. „Aby zapewnić zwolnienie, w skład załogi powinno wchodzić dwóch lekarzy medycyny ratunkowej, posiadających umiejętności z zakresu chirurgii i chorób wewnętrznych”.

Leczenie nagłych przypadków medycznych w kosmosie

Jednym z wyzwań związanych z leczeniem potencjalnej misji na Marsa jest opóźnienie w komunikacji między załogą a Ziemią. Kiedy astronauci znajdują się na ISS, lekarze na ziemi mogą zapewnić pomoc medyczną w czasie rzeczywistym. Jednak w miarę oddalania się statku kosmicznego od Ziemi komunikacja jest coraz bardziej opóźniona, a opóźnienie między Ziemią a Marsem sięga nawet 20 minut. Oznacza to, że w sytuacji awaryjnej załoga Marsa musiałaby działać bardziej autonomicznie, dlatego wsparcie z ziemi będzie pochodzić głównie w formie przygotowań i instrukcji.

Problemy proceduralne pojawiają się również przy próbie stosowania pewnych zabiegów w przestrzeni kosmicznej, dlatego szkolenie musi być dostosowane do środowiska mikrograwitacyjnego.

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

W przestrzeni kosmicznej jednostki muszą być wyposażone w specjalne płaskie powierzchnie przymocowane do ramy, do których można przymocować rannego członka załogi. Ratownik musi także przymocować się do ramy, aby móc ucisnąć klatkę piersiową bez odpychania. Muszą też mocniej naciskać, ponieważ nie mogą wykorzystać ciężaru ciała do uciśnięć klatki piersiowej.

Wszystko to sprawia, że ​​resuscytacja krążeniowo-oddechowa w przestrzeni kosmicznej jest wolniejsza i trudniejsza do wykonania niż na ziemi, a to tylko jeden z przykładów tego, jak skomplikowana może być medycyna kosmiczna.

Wyzwania Marsa

Tego rodzaju wyzwania pojawiają się podczas leczenia problemów medycznych w kosmosie i są głównie związane z życiem w mikrograwitacji. Gdy astronauci dotrą na Marsa, odzyskają część grawitacji – grawitacja Marsa stanowi około 40% grawitacji Ziemi – ale planeta sama w sobie będzie stawiać czoła nowym wyzwaniom.

Mars to niezwykle zapylone środowisko co może powodować wysypkę skórną i podrażnienie 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 pogłębia się ze względu na rzadką atmosferę Marsa, która stanowi zaledwie około 1% gęstości atmosfery ziemskiej.

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

Jak więc chronić astronautów przed tym niewidzialnym zagrożeniem?

Niewidzialne niebezpieczeństwo promieniowania

Wiemy, że narażenie na promieniowanie zwiększa ryzyko zachorowania na raka i choroby zwyrodnieniowe, a także może uszkodzić układ nerwowy. Może również przyczyniać się do rozwoju schorzeń takich jak zaćma Lub sterylność. Niedawno lekarze tacy jak Manon Meerman, specjalistka chorób układu krążenia badająca stan zdrowia odkryli, że promieniowanie z długoterminowych misji kosmicznych szkodzi sercu i układowi sercowo-naczyniowemu może być wrażliwe na promieniowanie kosmiczne.

Meerman powiedziała nam, że jedną z niepokojących rzeczy związanych z narażeniem na promieniowanie w kosmosie jest to, że nie wiemy wystarczająco dużo, aby z całą pewnością przewidzieć, jakie będą skutki zdrowotne. Jest mało prawdopodobne, aby astronauci zachorowali lub umrzeli z tego powodu podczas misji na Marsa, ale w dłuższej perspektywie byliby narażeni na większe ryzyko wystąpienia chorób zagrażających życiu, takich jak rak.

Informacje, które posiadamy na temat promieniowania w przestrzeni poza niską orbitą okołoziemską, pochodzą z maleńkiej próbki: Bardzo nieliczna liczba osób, które odwiedziły 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, które zostały narażone na promieniowanie w wyniku wypadków nuklearnych, takich jak katastrofa w Czarnobylu w 1986 r. Ale mogą one zapewnić jedynie ograniczone porównanie.

Dzieje się tak dlatego, że podczas misji na Marsa należy wziąć pod uwagę dwa rodzaje promieniowania: 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 długoterminowy wpływ każdego rodzaju promieniowania na zdrowie, wielu rzeczy po prostu nie wiemy.

„Jeśli ostatecznie chcemy rozszerzyć podróże kosmiczne na Księżyc lub Marsa, naprawdę musimy głębiej przyjrzeć się wpływowi tego rodzaju promieniowania na ludzkie ciało” – powiedział Meerman.

Nowe metody badawcze

Ponieważ promieniowanie jest tak istotnym problemem w podróżach kosmicznych, w ostatnich latach nastąpił ogromny rozwój badań nad tym tematem. Oprócz tradycyjnych metod badawczych, takich jak badania na zwierzętach, jednym z podejść, nad którym pracuje Meerman i inni, są badania „narządów na chipie”. Wiąże się to z zbudowaniem chipa zawierającego komórki utworzone w laboratorium w celu symulacji reakcji prawdziwego ludzkiego organu. Można to wykorzystać do badań, których przeprowadzenie na żywej osobie byłoby niebezpieczne lub niemożliwe.

Jest to obecnie duży temat badań wykonywane na ISSz nadzieją, że zastosowanie tej metody nauczy nas więcej o wpływie środowiska kosmicznego na narządy człowieka. W przyszłości może to być obiecująca droga także do badań nad promieniowaniem kosmicznym.

Innym podejściem jest symulacja promieniowania kosmicznego w laboratoriach na Ziemi. Odtworzenie środowiska radiacyjnego przestrzeni kosmicznej nie jest jednak łatwe, dlatego też specjalne laboratoria podobnie jak Laboratorium Promieniowania Kosmicznego NASA, które wykorzystuje zderzacz ciężkich jonów do symulacji promieniowania, są takie ważny.

Jak chronić astronautów przed promieniowaniem

Istnieją pomysły i badania dotyczące tego, jak chronić astronautów przed promieniowaniem kosmicznym. Obecnie agencje kosmiczne ograniczają narażenie astronautów przez całe życie do niskich poziomów, które nie powinny powodować nadmiernego ryzyka. Jednak w przypadku misji na Marsa przydałaby się większa elastyczność w zakresie czasu, jaki astronauci spędzają w przestrzeni kosmicznej.

Najbardziej praktycznym podejściem do ochrony zdrowia astronautów jest zastosowanie osłon, w których stosuje się grube arkusze metalu w celu zatrzymania promieniowania i zapewnienia astronautom bezpieczeństwa. Osłonę można zastosować na statku kosmicznym lub w siedlisku, umożliwiając astronautom swobodne poruszanie się w środku, a przy tym jest też praca przeprowadza się na kamizelkach lub kombinezonach ochronnych z wbudowaną osłoną na wypadek konieczności wyjścia astronauty poza sejf środowisko.

Dużą wadą osłony jest to, że jest bardzo ciężka, co stanowi problem zarówno w przypadku wystrzelenia rakiety o minimalnej masie, jak i w przypadku ludzi próbujących się poruszać, noszących dużo dodatkowego ciężaru.

Innym podejściem jest przyjrzenie się lekom, które mogłyby chronić ludzi przed skutkami promieniowania, choć daleko nam do pigułki, która zapewniłaby astronautom bezpieczeństwo. Kwestią podniesioną przez Meermana jest to, że nawet gdybyśmy mogli stworzyć skuteczne leki na Ziemi, nie wiemy, jak leki te sprawdziłyby się w środowisku kosmicznym. Ciało ludzkie przechodzi tak wiele zmian w przestrzeni kosmicznej, że sposoby wchłaniania leków mogą być różne, podobnie jak my po prostu nie wiem wystarczająco dużo przewidzieć, jak to może wyglądać.

Ostatnim obszarem, który może potencjalnie pomóc astronautom w utrzymaniu zdrowia, jest znalezienie sposobów wzmocnienia 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 badania te są również na bardzo wczesnym etapie.

Zbyt wiele niewiadomych

Najważniejszym problemem dla lekarzy takich jak Meerman jest liczba niewiadomych dotyczących zdrowia astronautów udających się na Marsa. Po prostu nie możemy z całą pewnością powiedzieć, jakie mogą być długoterminowe skutki zdrowotne narażenia na promieniowanie, nie mamy też pewnego sposobu na ochronę astronautów przed tymi potencjalnymi skutkami.

Chociaż więc być może jesteśmy już technologicznie gotowi na wysłanie ludzi na Marsa, pojawia się pytanie o moralność dokonywania takiego wyboru, gdy badania medyczne są wciąż w powijakach. „Powinniśmy zadać sobie pytanie, czy jesteśmy gotowi polecieć na Marsa, nie wiedząc dokładnie, na jakie ryzyko narażamy astronautów” – powiedziała. „To bardziej kwestia etyczna niż naukowa”.