Nästa utmaning för att ta sig till Mars: Människokroppen

Från NASA Månen till Mars-programmet till Elon Musks ambitiösa plan att skicka en miljon människor till Mars år 2050 pågår loppet för att få mänskliga fötter på den röda planeten. Med allt mer sofistikerade raketer och robotteknikurholkas de tekniska utmaningarna som står i vägen för detta mål snabbt.

Men det kan finnas ett annat problem som hindrar planer på att ta människor från planeten och skicka ut dem för att utforska resten av solsystemet. Konstiga saker händer med människokroppen i rymden, och vi kommer att behöva hitta sätt att ta itu med dessa medicinska problem om vi vill kunna skicka astronauter på långvariga uppdrag som de flera år som ett Mars-uppdrag kan behöva.

Digital Trends pratade med kardiologen Dr. Rohin Francis vid University College London, som har utfört studier inom rymdmedicin, om hur människokroppar reagerar på långvarig bebyggelse av rymdmiljön och vad det kan innebära för bemannade uppdrag för att Mars.

Vad vi vet om människokroppen i rymden

När det kommer till rymduppdrag är det två primära faktorer som påverkar människokroppen: mikrogravitation och joniserande strålning.

Som det ser ut har vi massor av forskning om effekterna av noll gravitation på kroppen från år av studier på International Space Station (ISS), och vi vet att att vara i mikrogravitation i månader eller år leder till en rad medicinska bieffekter.

Dessa fynd stöds av vad som kallas analoga studier, där miljöer med låg gravitation simuleras på jorden. "Majoriteten av forskningen om mikrogravitation använder mikrogravitationsanaloger," förklarar Francis. ”Det här är människor som får betalt för att ligga i sängen i veckor eller månader åt gången. Det här är det bästa sättet vi har att simulera mikrogravitation på jorden."

Program som European Space Agencys sängstödsprogram låter forskare studera effekterna av mikrogravitation genom att hålla frivilliga i en säng lutad mot huvudändan, vilket skapar liknande effekter som mikrogravitationen av blod och vätskor som rusar till huvudet och muskler som tappas ut bort.

Vad händer med kroppar med låg gravitation?

En av de mest problematiska effekterna av långvarig exponering för mikrogravitation är muskelatrofi, eftersom musklerna inte behöver utöva någon kraft för att motverka gravitationen och hålla sig upprätt. Med tiden vissnar muskler i hela kroppen bort, vilket orsakar stora problem när astronauter återvänder till jordens miljö med full gravitation. Det är därför astronauter ombord på ISS tränar två timmar varje dag för att hålla sina muskler igång så mycket som möjligt.

Andra problem som orsakas av mikrogravitation inkluderar förlust av bentäthet - uppskattningar av de potentiella effekterna av ett Mars-uppdrag säger att astronauter kan förlora upp till hälften av sin skelettmassa, Francis sade, även om han påpekade att dessa uppskattningar är rent spekulativa - liksom förlust av kardiovaskulär kapacitet, bihåleproblem och nedsatt syn på grund av förändringar i formen på ögongloben.

Detta är bara några av de symptom som hittas av NASA i sin landmärke tvillingstudie, där astronauten Scott Kelly tillbringade ett år i rymden innan han hade sin fysiologi jämfört med sin identiska tvillingbror, Mark Kelly.

”Du får en omfördelning av vätska, så att du får den här väldigt svullna överkroppen och svullna huvudet. Tidigare trodde man att trycket i huvudet stiger, och som trycker mot baksidan av ögongloben. Astronauter har noterats ha en minskning av blodtillförseln och atrofi av synnerven, vilket kan bero på en ökning av intrakraniellt tryck, säger Francis. Nya data har dock antytt att tryck i huvudet inte är den drivande orsaken till nedsatt syn. Det kan vara så att någon annan, ännu okänd mekanism orsakar dessa problem.

När det gäller att tillbringa ännu längre tid i rymden, i form av decennier eller livstid, finns det en ännu större medicinsk fråga: Reproduktion. "Vi är inte säkra på hur framgångsrik befruktningsprocessen skulle vara i mikrogravitation," sa Francis. I studier har mänskliga spermier visat sig simma mindre effektivt i mikrogravitation än på jorden, så "även spermierna som kommer till ägget kan vara påverkas avsevärt.” Ny forskning om reproduktion bland möss i noll gravitation fann att de framgångsrikt kunde bli gravida, men att de snart missfall.

Det kanske inte ens är möjligt för människor att bli föreställda borta från jorden, vilket sätter en dämpare på möjligheten att bygga en långvarig off-world-koloni.

Hur är det med gravitationen på Mars?

En fråga som ännu inte har behandlats är exakt hur forskning från nollgravitationsmiljön ISS kommer att tillämpas på Mars miljö med låg gravitation, där gravitationen är cirka 38 % av Jorden. Det kan vara så att det finns en tröskel för gravitationskraften under vilken kroppar börjar uppleva medicinska problem. Eller det kan vara ett linjärt förhållande, så effekterna på astronauter på Mars skulle vara mindre än effekterna på astronauter på ISS. Tills vi har mer information om detta förhållande finns det inget sätt att veta säkert.

"Mars gravitation kan faktiskt vara tillräckligt stark för att förhindra många av dessa problem," sa Francis. "Om du har lite gravitation, även om den är mindre än på jorden, och du kombinerar det med motåtgärder som övningar, kan det vara okej. Det är resan dit som ses som den största utmaningen."

Att vara på Mars yta kan upprätthålla astronauternas tillstånd, eller de kan till och med återfå en del av den muskel- och skelettmassa som förlorats på resan. "Uppskattningar hittills är baserade på att astronauterna upplever mikrogravitation hela tiden, eftersom vi inte är säkra på hur vi ska räkna in de sex månader som de kan tillbringa på ytan."

Elefanten i rummet: joniserande strålning

Tack vare många års erfarenhet av mikrogravitationsmiljöer har rymdorganisationer utvecklat strategier för att mildra och åtgärda de flesta av de medicinska problem som orsakas av dem. Men det finns en helt annan fråga som uppstår när människor börjar utforska rymden bortom jordens skyddande magnetfält. Utanför denna fristad bombarderas allt som rör sig genom rymden med farliga kosmiska strålar. De enda bemannade uppdragen som har gått utanför denna säkra tillflyktsort är månuppdragen, men de involverade bara exponeringar för strålning under veckor, snarare än månader eller år.

Vi vet att kosmisk strålning kan skada känslig elektronik, så rymdfarkoster som är designade för att resa bortom jordens magnetosfär har avskärmning för att skydda sina komponenter. Men samma strålar är potentiellt dödliga för människor, och vi har bara börjat förstå hur de kan påverka människokroppen. Till exempel har forskning på möss funnit att exponering för strålning inte kan påverka bara kroppen utan även hjärnan, och kan till och med leda till beteendeförändringar såsom ökad ångest.

Strålningsexponering är inte något vars effekter kan förbättras på samma sätt som muskelatrofi kan. Det enda sättet att skydda astronauter från strålning är att bygga fysiska strukturer som håller dem säkra från det. "Strålning kommer förmodligen att bli det största hindret," sa Francis. "Det finns ingenting du kan göra ur biologisk synvinkel för att skydda dig mot strålning. Det kommer verkligen att bero på fartygets design och teknik snarare än biologi eller medicin."

Redaktörens rekommendationer

• NASA: s privata Ax-1-besättning får lite extra tid i rymden
• Denna coola rymdstationsvideo kommer att få ett leende på läpparna
• NASA avslöjar datum för SpaceX: s nästa astronautuppskjutning
• Marsliknande bilder visar en dramatisk bild av vår egen planet
• NASA: s Mars-helikopter siktar på nytt rekord på nästa flygning

Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.