Medicin på Mars: Hur man upprätthåller hälsan på den röda planeten

Av alla utmaningar med att få människor till Mars har den vi kanske är längst ifrån att lösa ingenting att göra med raketer, livsmiljöer eller komplexa vattenfiltreringssystem. Det stora problemet vi måste möta är människokroppens begränsningar.

Våra kroppar är otroligt anpassningsbara till olika miljöer här på jorden, men inte så mycket när det kommer till miljön på andra planeter.

Vi pratade med två experter inom rymdmedicin för att lära dig om hur du behandlar sjuka eller skadade patienter i rymden och vad vissa av de stora öppna frågorna är när det kommer till hälsan hos de astronauter vi planerar att skicka ut i solsystemet.

Denna artikel är en del av Liv på Mars, en serie i 10 delar som utforskar den banbrytande vetenskapen och tekniken som gör det möjligt för människor att ockupera Mars

Kroppen i rymden

Vi vet redan mycket om hur människokroppen reagerar på rymduppdrag tack vare två plus decennier av studier på den internationella rymdstationen (ISS). Mikrogravitationsmiljön där leder till en rad förändringar i kroppen, inklusive benförlust, muskelatrofi och omfördelning av vätskor (när det inte finns någon gravitation för att dra ner vätskor, hamnar de i den övre delen av kroppen), liksom andra relaterade problem som nedsatt syn. Dessa symtom uppträder i de typiska turer på sex månader till ett år som astronauter utför på ISS, vilket är ungefär jämförbart med hur lång tid ett uppdrag skulle ta att resa till Mars.

Den goda nyheten är att forskare har hittat många sätt att motverka dessa effekter, till exempel vikten av flera timmars daglig träning för att förhindra att musklerna tappas bort.

Filippo Castrucci, flygkirurg vid European Space Agency, sa till Digital Trends att en långvarig rymdflygning som ett uppdrag till Mars skulle på många sätt medicinskt likna en vistelse på ISS. Och det betyder att vi kan vara ganska säkra på att astronauter skulle kunna resa till Mars utan att en hälsonödsituation inträffar.

"Under de 20 åren av permanent ISS-boende har inga hälsotillstånd som kräver medicinsk evakuering hittills presenterats i omloppsbana," sade han och tillade att detta har fått hjälp av det noggranna urvalet av astronauter som är på toppen av hälsan och som övervakas i minst två år innan de skickas på en uppdrag. "Därför är sannolikheten för att en medicinsk händelse inträffar på ett Mars-uppdrag, även om det är möjligt, låg, vilket de nuvarande bevisen på ISS visar."

Läkare ombord

En låg chans för en medicinsk nödsituation är dock inte samma sak som ingen chans att en nödsituation. En Mars-uppdragsbesättning måste vara redo att hantera allt från vanliga rymdrelaterade klagomål till oavsiktliga skador till oväntade sjukdomar.

Varje astronaut är utbildad i grundläggande medicinska färdigheter, och inom varje besättning finns det vanligtvis minst två medlemmar som får extra medicinsk utbildning för att bli Crew Medical Officers (CMOs). CMOs är utbildade till en nivå som liknar ambulanspersonal och kan använda medicinska förnödenheter, distribuera mediciner och använda en defibrillator.

Men Castrucci säger att även välutbildade CMO: er kanske inte är tillräckligt medicinskt stöd för ett Mars-uppdrag, så ett längre rymduppdrag skulle sannolikt behöva utbildade läkare för att resa som en del av besättningen.

"På resor till Mars utan evakuering möjlig kan varje nödsituation som överstiger nuvarande CMO-kapacitet avsevärt minska patienternas chanser att överleva. Därför är förmågan på läkarnivå ett krav på ett utökat uppdrag bort från [låg omloppsbana om jorden], sade han. "Två akutsjukvårdsläkare, för att säkerställa redundans, med kirurgisk och internmedicinsk kompetens bör ingå i besättningen."

Behandla en medicinsk nödsituation i rymden

En av utmaningarna med behandling på ett potentiellt Mars-uppdrag är kommunikationsförseningen mellan besättningen och jorden. När astronauter är på ISS kan medicinskt stöd ges i realtid av läkare på marken. Men när en rymdfarkost kommer längre bort från jorden försenas kommunikationerna mer och mer, med en fördröjning på upp till 20 minuter mellan jorden och Mars. Det betyder att en Mars-besättning skulle behöva arbeta mer autonomt i händelse av en nödsituation, så stöd från marken kommer mestadels i form av förberedelser och instruktioner.

Procedurproblem uppstår också när man försöker använda vissa behandlingar i rymden, så träning måste skräddarsys för en mikrogravitationsmiljö.

Castrucci gav exemplet med hjärt-lungräddningsmanövrar (HLR), som på jorden involverar patienten är vänd uppåt på en hård yta så att räddaren kan använda sin kroppsvikt för att trycka ihop den bröst. Det fungerar dock inte i mikrogravitation.

I rymden måste farkoster vara utrustade med speciella plana ytor som är fästa på ramen och till vilka en skadad besättningsmedlem kan fästas. Räddaren måste också fästa sig vid ramen, så att de kan trycka ihop bröstet utan att tryckas undan. Och de måste pressa hårdare eftersom de inte kan använda sin kroppsvikt i bröstkompressionerna.

Allt detta gör HLR långsammare och svårare att utföra i rymden än på marken, och det är bara ett exempel på hur knepigt rymdmedicin kan vara.

Mars utmaningar

Det här är den sortens utmaningar som dyker upp när man behandlar ett medicinskt problem i rymden, och de är mestadels relaterade till att leva i mikrogravitation. När astronauterna väl når Mars kommer de att få tillbaka lite gravitation – Mars gravitation är cirka 40 % av jordens – men planeten kommer att presentera sina egna utmaningar.

Mars är en extremt dammig miljö och detta kan orsaka hudutslag och ögonirritationer, såväl som luftvägsirritation och trängsel. Det är för att inte tala om tröttheten, stressen och dålig sömn som kan förväntas från ett mycket stressande uppdrag, såväl som samspelet mellan psykologi och fysisk hälsa.

Men det riktigt stora problemet på Mars är något som är osynligt för blotta ögat: strålning. Här på jorden har vår planet en magnetosfär som skyddar oss från strålning från kosmiska strålar och solvindar, men det finns inget sådant på Mars. Det som förvärrar problemet är Mars tunna atmosfär, som bara är cirka 1 % av densiteten av jordens atmosfär.

Tidigare uppdrag till Mars, som rymdfarkosten Mars Odyssey, har hittat strålningsnivåer som är 2,5 gånger högre än de på ISS. Och det fanns tillfällen då strålningen ökade (troligen relaterat till solaktivitet) till mycket högre nivåer som.

Så hur skyddar du astronauter från detta osynliga hot?

Den osynliga faran med strålning

Vi vet att att utsättas för strålning innebär en högre risk för cancer och degenerativa sjukdomar, och att det kan skada nervsystemet. Det kan också bidra till utvecklingen av medicinska tillstånd som grå starr eller sterilitet. Nyligen har läkare som Manon Meerman, en kardiovaskulär specialist undersökt hälsan effekterna av strålning från långvariga rymduppdrag, har funnit att hjärtat och det kardiovaskulära systemet kan vara också känslig för rymdstrålning.

Meerman berättade för oss att en av de oroande sakerna med strålningsexponering i rymden är att vi inte vet tillräckligt för att säkert förutsäga vad hälsoeffekterna skulle bli. Det är osannolikt att astronauter skulle bli sjuka eller dö av det under ett Mars-uppdrag, men på lång sikt skulle de ha en högre risk för livshotande medicinska tillstånd som cancer.

Informationen vi har om strålning i rymden bortom låg omloppsbana om jorden kommer från ett litet prov: De mycket få människor som har besökt månen, vilket inte ger tillräckligt med data för att dra brett Slutsatser. Vi kan samla in mer information från jämförbara källor som patienter som har behandlats med strålbehandling eller personer som har utsatts för strålning i kärnkraftsolyckor som Tjernobyl-katastrofen år 1986. Men dessa kan bara ge en begränsad jämförelse.

Det beror på att det finns två typer av strålning att överväga för ett Mars-uppdrag: För det första finns det galaktiska kosmiska strålar, som resulterar i kontinuerlig exponering för penetrerande joner. För det andra finns det också enstaka och mycket kraftiga toppar i strålning orsakad av solflammor. När det kommer till hur varje typ av strålning kommer att påverka hälsan på lång sikt finns det mycket vi helt enkelt inte vet.

"Om vi ​​så småningom vill utöka rymdresor till månen eller till Mars, måste vi verkligen dyka djupare in i vad effekterna av den typen av strålning är på människokroppen," sa Meerman.

Nya forskningsmetoder

Eftersom strålning är en så viktig fråga för rymdresor, är det ett ämne som har sett enorm tillväxt i forskning de senaste åren. Förutom traditionella forskningsmetoder som djurstudier, är en metod som Meerman och andra arbetar med "organ on a chip"-forskning. Detta innebär att man bygger ett chip som innehåller labbskapade celler för att simulera svaren från ett verkligt mänskligt organ. Detta kan användas för forskning om vilka studier som skulle vara farliga eller omöjliga att utföra på en levande person.

Detta är ett stort forskningsämne för närvarande utförs på ISS, med förhoppningen att använda denna metod kan lära oss mer om hur rymdmiljön påverkar mänskliga organ. I framtiden kan det bli en lovande väg även för forskning om rymdstrålning.

Ett annat tillvägagångssätt är att simulera rymdstrålning i labb här på jorden. Det är dock inte lätt att återskapa strålningsmiljön i rymden, varför speciella laboratorier som NASA: s Space Radiation Lab, som använder en Heavy Ion Collider för att simulera strålning, är så Viktig.

Hur man skyddar astronauter från strålning

Det finns idéer och forskning om hur man kan skydda astronauter från rymdstrålning. För närvarande begränsar rymdorganisationer astronauters livstidsexponering till låga nivåer som inte borde skapa onödiga risker. Men för ett uppdrag till Mars skulle det hjälpa att ha mer flexibilitet när det gäller hur lång tid astronauter tillbringar i rymden.

Den mest praktiska metoden för att skydda astronauternas hälsa är användningen av skärmning, där tjocka metallplåtar används för att stoppa strålning och hålla astronauterna säkra. Avskärmning kan appliceras på en rymdfarkost eller en livsmiljö, så att astronauter kan röra sig fritt inuti, och det finns också arbete görs på skyddsvästar eller dräkter som har inbyggd skärmning om en astronaut skulle behöva flytta utanför kassaskåpet miljö.

Den stora nackdelen med avskärmning är att den är väldigt tung, vilket är ett problem för både att skjuta upp en raket med minimal massa och för människor som försöker flytta runt samtidigt som de bär mycket extra vikt.

Ett annat tillvägagångssätt är att titta på droger som kan skydda människor från effekterna av strålning, även om vi inte är i närheten av att ha ett piller som kan hålla astronauterna säkra. En fråga Meerman tog upp är att även om vi kunde skapa effektiva droger på jorden så vet vi inte hur dessa droger skulle fungera i rymdmiljön. Människokroppen går igenom så många förändringar i rymden att hur droger absorberas kan vara olika, och vi vet bara inte tillräckligt för att förutsäga hur detta kan se ut.

Ett sista område som potentiellt kan hjälpa till att hålla astronauterna friska är att hitta sätt att stärka sina egna naturliga immunsystem, till exempel genom att inkludera antioxidantrika livsmedel i sin kost. Detta är ett lovande koncept eftersom det är mycket lättare att implementera än andra lösningar, även om denna forskning är mycket i ett tidigt skede också.

För många okända

Den stora frågan för läkare som Meerman är hur många okända det finns när det gäller hälsan hos astronauter som åker till Mars. Vi kan bara inte säga säkert vad de långsiktiga hälsoeffekterna av strålningsexponering kan vara, och vi har inte heller ett säkert sätt att skydda astronauter från dessa potentiella effekter ännu.

Så även om vi kan vara tekniskt redo att skicka människor till Mars just nu, finns det en fråga om moralen i att göra det valet medan den medicinska forskningen fortfarande är i sin linda. "Vi bör fråga oss själva om vi är villiga att resa till Mars utan att veta de exakta riskerna vi utsätter astronauterna för," sa hon. "Det är mer en etisk fråga än en vetenskaplig."