Stilling af astronauter til lange mellemplanetlige rejser: Science Fiction eller fremtidens medicin?

Idéen om at sætte astronauter i et kunstigt anabiotisk tilstand (eller stasis) til mange måneder eller mange års mellemplanetlige rejser er længe gået fra science fiction til alvorlige forskningsprogrammer hos NASA, Det Europæiske Rumagentur (ESA) og private selskaber (f.eks. SpaceX). Denne idé betragtes ikke som en plotdrevende handling, men som en potentielt afgørende teknologi for bemandede missioner til Mars og andre planeter, der kan overvinde de vigtigste fysiologiske, psykologiske og logistiske barriere.

1. Teknologiske og medicinske udfordringer ved lange rejser.

Rejse til Mars inden for det klassiske scenarie med et aktivt besætning tager 6-9 måneder hin enden. Dette skaber en kompleks række problemer:

Forbrug af ressourcer: Besætningen forbruger ilt, vand, mad og genererer affald. For en lang mission kræver dette en enorm masse af nyttig last, hvilket gør det økonomisk og teknisk umuligt.

Degradation af kroppen i mikrosfærisk tilstand: Selvom der er en fysisk træningsplan, udvikler astronauter muskelatrofi, demineralisering af knogler (op til 1-2% om måneden), kardiovaskulære ændringer og synsforstyrrelser.

Psykologisk stress: Langvarig opholdelse i et lukket rum, monotonitet, afstand fra Jorden, social isolation og potentielle interpersonelle konflikter repræsenterer en alvorlig risiko for mental sundhed.

Stråling: I dybt rum, uden beskyttelse af Jordens magnetosfære, udsættes besætningen for galakse kosmiske stråler og solprotonshændelser, hvilket øger risikoen for onkologiske sygdomme og skader på centralnervesystemet.

Stillingen af kontrolleret stasis kan teoretisk mildne alle disse problemer.

2. Prototyper i naturen: Dvale og torpor.

Udforskere opfinder ikke anabiose fra bunden, men stræber efter at reproducere og forbedre mekanismer, der findes i naturen:

Den virkelige dvale hos gnavere, frøer og flagermus: Radikal nedgang i metabolisme med 85-99%, kropstemperatur ned til niveauer tæt på nul, hjertefrekvens og vejrtrækning. Den vigtigste svaghed er cyklusser af spontane vågninger, der er energikrævende for organismen.

Vinterdvale hos bærere: En mindre dyb, men langvarig (op til 6 måneder) tilstand med moderat nedgang i kropstemperatur og metabolisme, uden mad, drikke og udskillelse af affald, med bevarelse af muskel- og knoglemasse takket være unikke biokemiske tilpasninger (recirkulation af urin).

Torpor (opecen) hos kolibrier og små pattedyr: Kortvarig daglig nedgang i temperatur og metabolisme til at spare energi.

Den ideelle prototype for mennesker er netop bjørns vinterdvale, som mere håndterbar og sikker for et stort pattedyr.

3. Teknologier til inducerede stasis: Hovedmetoder.

Modern forskning fokuserer på flere retninger:

Farmakologisk dvale: Søgning og syntese af stoffer, der kan "skifte" menneskets metabolisme til et økonomisk regime. En lovende mulighed er studiet af svovlholdig hydrogen (H2S) og adenozin, som kan inducere et torporstilstand hos dyr. I 2005 succesfuldt introducerede amerikanske forskere mus i en reversibel metabolisk anabiose ved at indånde luft med en lille mængde svovlholdig hydrogen, hvilket reducerede deres iltforbrug med 90%.

Terapeutisk hypotermi (målstyret koldtering): Dette er allerede eksisterende klinisk praksis, der anvendes efter hjertesvigt eller hoved-skader til at beskytte hjernen. Kropstemperaturen på patienten sænkes til 32-34°C i flere dage. For kosmisk stasis kræves meget længere og dybere nedkøling (op til 32°C, og i fremtiden måske endda lavere) med anvendelse af komplekse systemer til ekstern varmeomveksling og overvågning.

Stimulation af center for dvale i hjernen: I 2020 succesfuldt introducerede japanske forskere fra Tsukuba Universitet en tilstand lignende dvale hos mus ved at stimulere bestemte neuroner (neuroner Q) i hypothalamus, hvilket resulterede i en tilstand, der ligner dvale, i flere dage med reversibel nedgang i kropstemperatur og metabolisme. Dette revolutionerende opdagelse peger på muligheden for direkte neuronisk kontrol af dette tilstand.

Interessant fakt: I 2014 modtog SpaceWorks Enterprises et tilskud fra NASA til udvikling af konceptet "torpor til Mars-rejse" (Torpor Inducing Transfer Habitat). Deres projekt foreslår at sætte besætningen i et tilstand af terapeutisk hypotermi (32-34°C) i 14-dages cyklusser med korte perioder med vågning til at tage mad og kontrollere systemer. Ifølge beregninger kan dette reducere skibets masse med 30-50% ved at reducere mængden af livsuppebæringsudstyr.

4. Fordele og uopklarede problemer.

Fordele ved stasis:

Reduktion af besætningens behov: Kraftigt reduceret forbrug af ressourcer, minimering af affald.

Beskyttelse mod mikrosfærisk tilstand: I et hypotermisk og lavmetabolisk tilstand skal processer som muskelatrofi og knogledemineralisering sandsynligvis blive betydeligt langsommere.

Reduktion af strålingsrisiko: Metabolisk inaktive celler er mindre sårbare for strålings斯基ld.

Løsning af psykologiske problemer: Tiden "flyver" for besætningen, stress fra isolation reduceres.

Kritiske uopklarede problemer:

Langvarig muskelatrofi og osteoporose: Selv i stasis vil disse processer, selvom de er langsommere, fortsætte. Der er brug for teknologier til elektrisk stimulering af muskler i bevidsthedsløst tilstand.

Mad og hydrering: Hvordan levere næringsstoffer og opretholde vand-elektrolytbalancen? Der undersøges muligheder for fuld parenteral (intravenøs) ernæring eller periodiske vågninger.

Risici for trombose og infektioner: Under hypotermi og inaktivitet øges risikoen for trombose og nedsættelse af immunsystemet kraftigt.

Langsigtet påvirkning på hjernen: Er der mulige irreversible kognitive forstyrrelser efter måneder i et hypometabolisk tilstand? Beskyttelseseffekten af hypotermi for hjernen er kendt, men ikke undersøgt i denne skala.

Reliabiliteten af systemer: En teknisk fejl i livsuppebæringsudstyret i stasis-kapslen vil være dødelig. Der er brug for absolut pålidelige, duplekserede systemer med kunstig intelligens til overvågning.

Afslutning.

Stilling af anabiose for astronauter er ikke længere ren science fiction, men en multidisciplinær videnskabelig og teknologisk opgave af ekstrem kompleksitet. Løsningen på dette ligger på kryds af nevrobiologi, kryobiologi, livsuppebæringsudstyr og rumingeniørvidenskab. Selvom det endnu er tiår til praktisk implementering af intens forskning og test, er de første skridt allerede taget. Succes i dette område vil ikke kun være et gennembrud inden for kosmonautik, men også et af de største opnåelser inden for medicin, der kan redde liv på Jorden ved at styre metabolisme i kritiske tilstande. Pionerer her vil ikke kun være ingeniører og astronauter, men også biologer, der i årevis har studeret den sovende bjørn i berigten og den frøer i den frosne hule.

Permanent link to this publication: