Mózg w kosmosie zmienia położenie

Analizy obrazów rezonansu magnetycznego pokazują, że w warunkach mikrograwitacji mózg przesuwa się ku górze i ku tyłowi w obrębie czaszki oraz ulega subtelnym odkształceniom. Im dłuższy pobyt w przestrzeni kosmicznej, tym większa skala tych zmian. Badacze podkreślają, że nie oznacza to bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia astronautów, ale ma istotne znaczenie przy planowaniu długotrwałych misji, w tym wypraw poza niską orbitę okołoziemską

Loty kosmiczne stanowią poważne wyzwanie dla ludzkiego organizmu. Zespół naukowców z Uniwersytetu Florydy wykazał, że po powrocie z misji mózg astronautów przemieszcza się ku górze i ku tyłowi w obrębie czaszki oraz ulega niewielkim deformacjom. Zakres tych zmian był większy u osób, które spędziły w kosmosie więcej czasu. W miarę jak agencje kosmiczne planują coraz dłuższe wyprawy, a podróże kosmiczne przestają być wyłącznie domeną zawodowych astronautów, znaczenie takich badań będzie rosło.

Dlaczego to istotne

Na Ziemi grawitacja nieustannie oddziałuje na płyny ustrojowe i na mózg, przyciągając je w kierunku środka planety. W przestrzeni kosmicznej wpływ tej siły praktycznie zanika. Płyny przemieszczają się w stronę głowy, nadając twarzy astronautów charakterystyczny, obrzęknięty wygląd.

W warunkach ziemskiej grawitacji mózg, płyn mózgowo-rdzeniowy oraz otaczające go tkanki pozostają w stabilnej równowadze. Płyn mózgowo-rdzeniowy wypełnia przestrzenie wokół mózgu i rdzenia kręgowego, chroniąc je przed urazami i uczestnicząc w wymianie substancji odżywczych. W mikrograwitacji, czyli w środowisku o bardzo słabym oddziaływaniu grawitacyjnym, równowaga ta zostaje zaburzona.

Wcześniejsze badania wykazywały, że po powrocie z misji mózg znajduje się wyżej w czaszce niż przed startem. Większość z nich opierała się jednak na uśrednionych pomiarach całego mózgu, co mogło maskować zmiany zachodzące w konkretnych obszarach. Zespół badawczy postanowił przeanalizować to zjawisko bardziej szczegółowo.

Jak przeprowadzono badanie

Naukowcy przeanalizowali obrazy rezonansu magnetycznego mózgu 26 astronautów, którzy przebywali w kosmosie od kilku tygodni do ponad roku. Rezonans magnetyczny to nieinwazyjna metoda obrazowania pozwalająca szczegółowo zobaczyć struktury wewnątrz ciała.

Aby precyzyjnie zmierzyć przemieszczenie mózgu, badacze najpierw wyrównali położenie czaszki na skanach wykonanych przed lotem i po powrocie. Dzięki temu mogli określić rzeczywiste przesunięcie mózgu względem czaszki, a nie względem zmieniającej się pozycji głowy podczas badania.

Zamiast traktować mózg jako jedną strukturę, podzielili go na ponad sto odrębnych regionów i prześledzili zmiany położenia każdego z nich. Takie podejście pozwoliło wykryć wzorce, które umykają analizom opartym na średnich wartościach dla całego mózgu.

Okazało się, że po locie mózg systematycznie przemieszczał się ku górze i ku tyłowi w porównaniu ze stanem sprzed misji. Im dłużej dana osoba przebywała w kosmosie, tym większe było przesunięcie.

Szczególnie wyraźne zmiany dotyczyły wybranych obszarów mózgu. U astronautów, którzy spędzili około roku na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, niektóre rejony w górnej części mózgu przesunęły się ku górze o ponad dwa milimetry, podczas gdy inne niemal nie zmieniły położenia. W ograniczonej przestrzeni czaszki taka różnica ma znaczenie.

Największe zmiany dotyczyły obszarów związanych z kontrolą ruchu i odbieraniem bodźców czuciowych. Struktury po obu stronach mózgu przemieszczały się w kierunku linii środkowej, przy czym w każdej półkuli ruch następował w przeciwną stronę. W analizach obejmujących cały mózg te przeciwstawne przemieszczenia częściowo się znoszą, co wyjaśnia, dlaczego wcześniejsze badania mogły ich nie wykryć.

Większość przesunięć i odkształceń stopniowo cofała się w ciągu sześciu miesięcy od powrotu na Ziemię. Przemieszczenie ku tyłowi wykazywało jednak mniejszą tendencję do powrotu do stanu wyjściowego, prawdopodobnie dlatego, że grawitacja działa w dół, a nie w kierunku przodu czaszki. Sugeruje to, że niektóre skutki pobytu w kosmosie mogą utrzymywać się dłużej niż inne.

Co dalej

Program Artemis, którego celem jest powrót ludzi na Księżyc i dalsza eksploracja kosmosu, otwiera nową fazę lotów załogowych. Zrozumienie, jak mózg reaguje na mikrograwitację, pozwala lepiej ocenić potencjalne ryzyko długotrwałych misji i opracować metody ograniczające ich negatywne skutki.

Autorzy podkreślają, że ich wyniki nie wskazują na bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia astronautów w krótkiej perspektywie. Choć większe przesunięcia w jednym z obszarów odpowiedzialnych za przetwarzanie bodźców czuciowych wiązały się ze zmianami równowagi po powrocie na Ziemię, członkowie załóg nie zgłaszali wyraźnych objawów, takich jak bóle głowy czy trudności z koncentracją, które można by jednoznacznie powiązać ze zmianą położenia mózgu.

Badanie nie wskazuje więc na natychmiastowe zagrożenia zdrowotne. Dostarcza natomiast istotnej wiedzy o tym, jak mikrograwitacja wpływa na fizjologię człowieka i jak organizm stopniowo odzyskuje równowagę po zakończeniu misji. Informacje te mają kluczowe znaczenie dla projektowania bezpiecznych, długotrwałych lotów kosmicznych.

Artykuł ukazał się w serwisie The Conversation. 

• aktualności
• Nauki medyczne
• Nauki techniczne